第1讲遗传物质的经典探究实验

第1讲遗传物质的经典探究实验考点定标概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。考情解码1.肺炎链球菌的转化实验2024·甘肃卷·T5;2023·天津卷·T52.噬菌体侵染细菌的实验2025·河南卷·T2;2024·湖南卷·T7;2024·甘肃卷·T53.烟草花叶病毒感染实验2024·甘肃卷·T5考点一肺炎链球菌的转化实验 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类（1）（2024·甘肃卷，5B）肺炎链球菌体外转化实验中，利用自变量控制的“加法原理”，将“S型菌DNA＋DNA酶”加入R型活菌的培养基中，结果证明DNA是转化因子。（）（2）（河北卷，8B）孟德尔描述的“遗传因子”与格里菲思提出的“转化因子”化学本质相同。（）（3）（全国乙卷，5D）将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌。（）（4）（江苏卷，3C）肺炎链球菌转化实验证实了细胞内的DNA和RNA都是遗传物质。（）（5）（江苏卷，2A）格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状。（）（6）（江苏卷，2B）艾弗里实验证明从S型肺炎链球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡。（）二、必备整合——教材双基梳理网络化1．肺炎链球菌的类型2．格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验3．艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验4．肺炎链球菌体内和体外转化实验比较5．体内转化实验中，小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示，则：（1）ab段R型细菌数量减少的原因是小鼠体内形成，致使R型细菌数量减少。（2）bc段R型细菌数量增多的原因是b点之前，已有少量型细菌转化为型细菌，型细菌能降低小鼠的免疫力，造成型细菌大量繁殖。（3）后期出现的大量S型细菌是由型细菌转化成的型细菌繁殖而来的。师说解惑肺炎链球菌转化实验的两个误区（1）误以为所有的R型细菌都发生转化。由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，因此转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，只是少部分R型细菌被转化成S型细菌。（2）误以为加热导致DNA完全失活。S型细菌加热致死的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．（必修2P42“问题探讨”T1拓展）作为遗传物质必须具备以下特点：遗传物质必须稳定且能，可以准确地，传递给下一代等。2．（必修2P46“科学方法”）在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。（1）加法原理：与常态比较，人为某种影响因素的称为“加法原理”，如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。（2）减法原理：与常态比较，人为某种影响因素的称为“减法原理”，如艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能（必修2P44图3-3拓展分析）为研究R型细菌转化为S型细菌的转化因子是DNA还是蛋白质，进行了下图所示的转化实验。对本实验作出的分析，正确的是（）A.丙组培养基中没有R型细菌的菌落出现，乙组培养基中有R型细菌的菌落出现B.如果用RNA酶去除提取物中的RNA，结果没有S型细菌的菌落出现C.如果提取S型细菌蛋白质并加入DNA酶混合后接种，结果仍有转化活性D.如果S型细菌的一段DNA插入R型细菌DNA上，此过程属于基因重组师说拓展1．S型细菌的多糖类荚膜是否能直接致病？荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质，主要由水、多糖或多肽组成。荚膜主要有以下作用：防止细菌变干，吸附阳离子，防止噬菌体的侵袭，防止吞噬细胞的吞噬和消化。S型细菌的多糖类荚膜能够使S型细菌抵抗吞噬细胞的吞噬和体液中杀菌物质的作用，从而在小鼠体内存活并迅速繁殖，导致小鼠患病死亡。R型细菌没有多糖类荚膜，易被吞噬细胞和体液中的杀菌物质清除，不会导致小鼠患病。故S型细菌的致病性并非直接由多糖类荚膜引起，而是由多糖类荚膜的保护作用使S型细菌在体内大量繁殖所致。2．R型细菌是如何转化为S型细菌的？S型细菌能转化成R型细菌吗？处于特定生长期的R型细菌分泌感受态因子，诱导产生感受态特异蛋白质（细胞壁自溶素），细胞壁局部缺失，使细胞表面的膜结合蛋白和核酸酶暴露出来；S型细菌的DNA与R型细菌的膜结合蛋白相结合，R型细菌会释放限制性内切核酸酶将S型细菌的DNA降解为较短的DNA片段，然后另一些酶将S型细菌的DNA双链打开；此后一条链被降解，另一条链进入细胞与R型细菌的DNA同源区段配对，切除并替换相应的单链片段形成杂合区段；受体细菌分裂时，随着DNA的复制杂合区段也随之复制并分离，后代就会出现R型细菌和S型细菌。可见，转化是S型细菌将控制多糖类荚膜合成的相关基因整合到R型细菌的DNA分子上并表达的过程，本质上属于基因重组。DNA在自然状态下，转化的频率很低，形成的S型细菌数量较少，但少量的S型细菌在小鼠体内会迅速繁殖从而使小鼠患病死亡。2.过程评价·考向题组练经典考向围绕肺炎链球菌转化实验的过程和结果分析，考查科学探究能力1．（浙江1月卷，20）S型肺炎链球菌的某种“转化因子”可使R型细菌转化为S型细菌。研究“转化因子”化学本质的部分实验流程如图所示。下列叙述正确的是（）A.步骤①中，酶处理时间不宜过长，以免底物完全水解B.步骤②中，甲或乙的加入量不影响实验结果C.步骤④中，固体培养基比液体培养基更有利于细菌转化D.步骤⑤中，通过涂布分离后观察菌落或鉴定细胞形态得到实验结果2．肺炎链球菌的S型细菌的菌体有荚膜，caps基因与荚膜的形成有关。将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠死亡，并在其尸体中分离出有致病性的S型细菌。下列说法正确的是（）A.死亡小鼠体内分离出的S型活细菌中含有caps基因B.S型细菌的任意DNA片段整合进入R型细菌都能使小鼠死亡C.R型细菌转化为S型细菌的过程中发生了基因突变D.分离出的S型细菌与加热致死前的S型细菌中遗传信息相同考点二比较分析噬菌体侵染细菌的实验 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类（1）（广东卷，5C）赫尔希和蔡斯用对比实验证明DNA是遗传物质。（）（2）（浙江6月卷，22A）需用同时含有32P和35S的噬菌体侵染大肠杆菌。（）（3）（湖南卷，2C）噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA。（）（4）（河北卷，8C）肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验均采用了能区分DNA和蛋白质的技术。（）（5）（江苏卷，3A）赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中可用15N代替32P标记DNA。（）（6）（全国卷Ⅱ，5B）T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解。（）（7）（江苏卷，2D）赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。（）二、必备整合——教材双基梳理网络化1．实验材料：T2噬菌体（模式图如下）和大肠杆菌。提醒T2噬菌体的专一宿主为大肠杆菌。2．T2噬菌体的复制式增殖提醒简记为：一吸（附）二注（入）三合成，组装、释放、再侵染。3．实验方法：技术，用、分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA。4．实验过程（对比实验）5．实验结论在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质是，即是遗传物质。师说解惑噬菌体侵染细菌实验中子代噬菌体元素来源的判断方法T2噬菌体侵染细菌时，用放射性同位素标记的物质不同，放射性在子代出现的情况也不同：（1）若用32P和35S标记T2噬菌体而宿主细胞未被标记，相当于间接地将核酸和蛋白质分开，只在部分子代T2噬菌体的核酸中有32P标记。（2）若用32P和35S标记宿主细胞而T2噬菌体未被标记，则在子代T2噬菌体的核酸和蛋白质外壳中均有标记元素。（3）若用C、H、O、N等标记T2噬菌体而宿主细胞未被标记，则只在部分子代T2噬菌体的核酸中有标记元素。（4）若用C、H、O、N等标记宿主细胞而T2噬菌体未被标记，则在子代T2噬菌体的核酸和蛋白质外壳中均可找到标记元素。6．完善噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”（1）用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌（2）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌7．某科研小组搅拌、离心后的实验数据如图所示，则：（1）图中被侵染的细菌的存活率基本保持在100%，本组数据的意义是________________________________________________________________________。（2）细胞外的32P含量有30%，原因是________________________________________________________________________。（3）上清液中的35S先增大后保持在80%左右，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．（必修2P46“思考·讨论”）选用细菌或病毒作为探索遗传物质的实验材料的优点有________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．（必修2P47“拓展应用”T2）结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点是。①具有相对稳定性②能够精确地自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性③能够指导蛋白质合成，控制新陈代谢过程和性状发育④在特定条件下产生可遗传的变异3．（必修2P47“拓展应用”T1）子代噬菌体的蛋白质外壳的来源：子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以为原料合成的。4．（必修2P62“复习与提高”选择题关键点提炼）艾弗里的肺炎链球菌转化实验、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质，这两个实验在实验设计思路上的共同点是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能（必修2P45正文拓展分析）某同学模拟赫尔希和蔡斯进行了T2噬菌体侵染大肠杆菌的部分实验，将a、b噬菌体（它们已被32P或35S中的其中一种标记）分别侵染甲、乙两管中未标记的大肠杆菌，经保温、搅拌和离心后，检测离心管内放射性物质的位置，结果：甲管上清液有放射性，沉淀物无放射性；乙管上清液无放射性，沉淀物有放射性。下列叙述正确的是（）A.检测结果表明噬菌体的DNA和蛋白质均可侵入大肠杆菌内B.实验结果表明a噬菌体的蛋白质外壳和b噬菌体的DNA均具有放射性C.伴随着噬菌体DNA的复制，乙管内沉淀物的放射性将逐渐增强D.可以确定甲管的放射性来自32P，乙管的放射性来自35S师说拓展1．噬菌体的遗传物质都是DNA吗？根据核酸的种类和特点可将噬菌体分为四类：ssRNA噬菌体（核酸是单链RNA）、dsRNA噬菌体（核酸是双链RNA）、ssDNA噬菌体（核酸是单链DNA）和dsDNA噬菌体（核酸是双链环状DNA）。可见，噬菌体也有多种类型，人教版高中生物学必修2教材中的T2噬菌体遗传物质是DNA，其他类型的噬菌体则不一定。2．组成病毒的蛋白质是否只有衣壳蛋白一种类型？组成病毒的蛋白质并非只有一种类型，主要有以下几类：①衣壳蛋白：病毒基本结构中的衣壳是由衣壳粒组成的，衣壳粒是由一条或多条肽链折叠形成的蛋白质，能够保护病毒的核酸，决定病毒的抗原特异性。简单的病毒只有一种衣壳蛋白，较复杂的可由多种蛋白构成。②囊膜蛋白：有些病毒还有囊膜，囊膜上也具有相应蛋白，囊膜蛋白在病毒吸附过程中，与宿主细胞表面受体相结合，进行病毒的侵入，如H5N1病毒表面的血凝素（简称HA）。③酶类：病毒虽无完整的酶系统，但常含有一些特殊的酶，其中一些是参与病毒感染复制的酶，如RNA病毒复制时依赖的RNA聚合酶或逆转录酶。还有一些是参与病毒进入、释放等过程的酶，例如T4噬菌体利用其溶菌酶打开细菌细胞壁，从而将其DNA注入宿主细胞。3．病毒侵染过程中蛋白质会进入吗？从HIV和噬菌体侵染细胞的过程可以看出，病毒侵染过程中蛋白质是否进入与病毒的种类有关，HIV在侵染过程中会有蛋白质进入，噬菌体侵染过程中无蛋白质进入。2.过程评价·考向题组练经典考向1结合噬菌体侵染细菌实验，考查实验探究能力1.（海南卷，13）某团队从下表①～④实验组中选择两组，模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，验证DNA是遗传物质。结果显示：第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中，第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第一、二组实验分别是（）材料T2噬菌体大肠杆菌①未标记15N标记②32P标记未标记③3H标记未标记④35S标记未标记A．①和④B．②和③C．②和④D．④和③考向2结合噬菌体侵染细菌实验，考查科学思维2．如图表示T2噬菌体侵染细菌的实验中，被侵染细菌的存活率（曲线①）、细胞外35S的含量、细胞外32P的含量与搅拌时间的关系曲线。下列叙述错误的是（）A．曲线①基本保持在100%，说明细菌基本未裂解B．曲线③表示细胞外35S的含量变化C．据图分析，搅拌时间应至少大于2minD．若继续延长搅拌时间，曲线③可能上升考点三聚焦生物的遗传物质 1.任务驱动·问题引领夯双基任务教考衔接——整合建构落实教材双基1．烟草花叶病毒感染烟草的实验师说解惑图示烟草花叶病毒侵染烟草实验2．DNA是主要的遗传物质师说解惑1．关于如何确定遗传物质的两个要点（1）细胞内既有DNA又有RNA，但只有DNA是遗传物质。（2）病毒只含有一种核酸——DNA或RNA，遗传物质是DNA或RNA。2．“遗传物质”探索的3种方法2.过程评价·考向题组练经典考向结合生物的遗传物质及探究方法，考查科学思维能力1.（2024·甘肃卷，5）科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验，下列叙述正确的是（）A．肺炎链球菌体内转化实验中，加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性B．肺炎链球菌体外转化实验中，利用自变量控制的“加法原理”，将“S型细菌DNA＋DNA酶”加入R型活细菌的培养基中，结果证明DNA是转化因子C．噬菌体侵染实验中，用放射性同位素分别标记了噬菌体的蛋白质外壳和DNA，发现其DNA进入宿主细胞后，利用自身原料和酶完成自我复制D．烟草花叶病毒实验中，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状2．（2026·河北衡水模拟卷）烟草花叶病毒（TMV）由蛋白质外壳包裹着一条RNA链组成，只能在宿主细胞内增殖。下列叙述正确的是（）A．蛋白质和RNA属于生物大分子B．TMV的遗传物质是DNA和RNAC．组成TMV的碱基有5种D．TMV属于异养型的原核生物课堂评价过教材过真题实战演练一、过教材——判断正误并找到课本原话1．（必修2P43图3－2）格里菲思实验中，从第四组死亡小鼠身上分离得到