（江苏专用）2020版高考生物总复习 第18讲 探索遗传物质的过程课件.pptx

1、第18讲探索遗传物质的过程,考点一 肺炎双球菌转化实验,考点二 噬菌体侵染细菌的实验,总纲目录,高考再现,考点一肺炎双球菌转化实验 一、肺炎双球菌的两种类型,二、体内转化实验(1928年,英国,格里菲思) (1)原理:S型肺炎双球菌可使小鼠患败血病死亡。 (2)过程: R型活细菌小鼠小鼠存活; S型活细菌小鼠小鼠死亡; S型死细菌小鼠小鼠存活; 小鼠小鼠死亡,死亡小鼠体内有R、S型活细 菌。,(3)结论:R型活细菌和被加热灭活的S型细菌混合后,有部分R型活细菌转化为S型活细菌,而且这些S型活细菌的后代也是有毒性的S型 细菌。因此,他认为这种性状的转化是可以遗传的。,三、体外转化实验(1944年

2、,美国,艾弗里等) (1)原理:从S型细菌中提取出DNA、蛋白质、多糖等成分,将其分别加入已培养了R型细菌的培养基中,结果发现只有加入DNA时,R型细菌才能转化为S型细菌。,(2)过程: (3)结论:DNA是使R型活细菌产生稳定遗传变化的物质即遗传 物质,而蛋白质不是遗传物质。,1.格里菲思的肺炎双球菌转化实验只证明了“转化因子”的存在,没有证明“转化因子”是什么。( ) 2.S型肺炎双球菌表面光滑,有毒性。( ) 3.肺炎双球菌的遗传遵循基因的分离定律和自由组合定律。( ) 4.从格里菲思实验中的病死小鼠体内分离得到的肺炎双球菌只有S型细菌而无R型细菌。( ),5.肺炎双球菌转化实验最关键的

3、设计思路是将DNA和蛋白质分开,分别观察其遗传作用。( ) 6.艾弗里的肺炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质。( ) 7.艾弗里的体外转化实验采用了物质提纯、鉴定与细菌体外培养等技术。( ) 8.艾弗里提出的有关肺炎双球菌的体外转化实验的结论,没有得到科学家的一致公认。( ),请分析肺炎双球菌转化实验,回答下列问题: (1)在格里菲思的体内转化实验中,如果没有“加热杀死的S型细菌注射小鼠体内”的实验,(填“能”或“不能”)得出格里菲思的结论,原因是 。 (2)如果由你设计完成体内转化实验,应该注意哪些无关变量对实验的影响? 。,(3)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

4、如图所示,则:,ab段R型细菌数量减少的原因是 。 bc段R型细菌数量增多的原因是: 。 后期出现的大量S型细菌是由而来的。,(4)肺炎双球菌体外转化实验中,设置“S型细菌的DNA中加DNA酶”实验组的作用是。 (5)肺炎双球菌体外转化实验的实验思路是 。,答案(1)不能无对照实验,不能说明加热后杀死的S型细菌中含有促使R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子(2)四组实验应选用年龄、体重相同且健康的小鼠;所用R型活菌液、S型活菌液的浓度及注射量应该相同(3)小鼠体内形成大量的对抗R型细菌的抗体,致使R型细菌数量减少b之前,已有少量R型细菌转化为S型细菌,S型细菌能降低小鼠的免疫力,造成R型细菌大

5、量繁殖R型细菌转化成的S型细菌繁殖(4)对照作用(5)直接分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等,将它们分别与R型细菌混合培养,研究它们各自的遗传功能,解析(1)在格里菲思的体内转化实验中,如果没有“加热杀死的S型细菌注射小鼠体内”的实验,因缺乏对照实验,故不能得出格里菲思的结论。(2)为排除无关变量的影响,四组实验应选用年龄、体重相同且健康的小鼠;所用R型活菌液、S型活菌液的浓度及注射量应该相同。(3)小鼠体内形成大量的对抗R型细菌的抗体,致使R型细菌数量减少b之前,已有少量R型细菌转化为S型细菌,S型细菌能降低小鼠的免疫力,造成R型细菌大量繁殖后期出现的大量S型细菌是由R型细菌转化成的S

6、型细菌繁殖而来的。(4)用DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA,结果不能使R型细菌发生转化,说明DNA才是使R型细菌发生转化的物质。(5)肺炎双球菌体外转化实验的实验思路是直接分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等,将它们分别与R型细菌混合培养,研究它们各自的遗传功能。,1.如图是肺炎双球菌的转化实验,下列说法中正确的是(),考向一肺炎双球菌转化实验的实验拓展,A.实验遵循了对照原则和单一变量原则 B.a、d组小鼠死亡是小鼠免疫功能丧失的结果 C.从d组死亡小鼠身上分离到的S型细菌是由S型死细菌转化的 D.从变异的角度看,细菌的转化属于基因突变 答案 A,解析实验遵循了对照原则和单一变量原

7、则,A正确;a、d组小鼠死亡是S型菌有毒导致小鼠死亡的结果,B错误;从d组死亡小鼠身上分离到的S型细菌是由R型活细菌转化的,C错误;从变异的角度看,细菌的转化属于基因重组,D错误。,2.科学家为探究转化因子的本质,进行了如图所示的一组实验。该组实验不能得到的结果或结论是(),A.实验2只出现R型菌落 B.实验1、3均出现R型和S型菌落 C.DNA是转化因子 D.DNA纯度越高转化效率就越高 答案 D,解析三组实验中,自变量是培养基中加入的酶的种类,实验1中加入RNA酶,由于R型细菌的遗传物质是DNA,加入的是加热后杀死的S型细菌的DNA,所以RNA酶不起作用,R型细菌可能发生转化,出现R型和S

8、型菌落,同理推出实验3也出现R型和S型菌落;实验2中加入DNA酶,破坏了S型细菌的DNA,R型细菌不发生转化,只出现R型菌落;三个实验说明DNA是转化因子;本实验不能得出DNA纯度越高转化效率就越高的结论。,归纳拓展 肺炎双球菌体内和体外转化实验的比较,考向二肺炎双球菌转化过程及机理的拓展,3.(2018江苏海安高中月考)肺炎双球菌转化实验中,S型菌的部分DNA片段进入R型菌内并整合到R型菌的DNA分子上,使这种R型菌转化为能合成荚膜多糖的S型菌。下列叙述正确的是(B) A.R型菌转化成S型菌前后的DNA中,嘌呤所占比例发生了改变 B.进入R型菌的DNA片段上,可能有多个RNA聚合酶结合位点

9、C.R型菌转化成S型菌的过程中,R型菌发生了基因突变 D.该实验体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,解析R型细菌和S型细菌的DNA都是双链结构,根据碱基互补配对原则,嘌呤数等于嘧啶数,因此R型菌转化为S型菌后的DNA中,嘌呤碱基总比例不会改变,依然是占50%,A错误;基因是有遗传效应的DNA片段,即一个DNA分子中有多个基因,每个基因都具有RNA聚合酶的结合位点,因此进入R型菌的DNA片段上,可有多个RNA聚合酶结合位点,B正确;原核细胞不含染色体,R型菌转化成S型菌的过程中,R型菌发生了基因重组而不是基因突变,C错误;荚膜多糖不属于蛋白质,所以该实验不能体现基因通过控制蛋白质

10、的结构直接控制生物体的性状,D错误。,4.(2018江苏南通、泰州一模)下列关于艾弗里肺炎双球菌体外转化实验的叙述,错误的是(D) A.该实验是在英国科学家格里菲思的实验基础上进行的 B.肺炎双球菌体外转化与DNA重组技术的实质是相同的 C.实验过程中,通过观察菌落的特征来判断是否发生转化 D.该体外转化实验证明肺炎双球菌的主要遗传物质是DNA,解析 艾弗里肺炎双球菌体外转化实验是在英国科学家格里菲思的实验基础上进行的,A正确;肺炎双球菌体外转化与DNA重组技术的实质都是基因重组,B正确;实验过程通过观察菌落是否光滑来判断R型细菌是否转化为S型细菌,C正确;肺炎双球菌体外转化实验证明了DNA是

11、遗传物质,D错误。,题后悟道 肺炎双球菌转化的实质 (1)肺炎双球菌转化的实质是基因重组而非基因突变:S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,实现了基因重组,因而S型细菌的性状(如荚膜、毒性)得到了表达。 (2)加热并没有使DNA完全失去活性:加热杀死S型细菌过程中,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。 (3)转化后的S型细菌性状可以遗传下去,说明S型细菌的遗传物质是DNA。,名师点睛由于转化受到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,因此并不是所有的R型细菌都能转化成S型细 菌。,考点二噬菌体侵染细菌的实验 一、噬菌体侵染细

12、菌的实验 1.实验时间和实验者:1952年,赫尔希和蔡斯。 2.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌等。 (1)T2噬菌体的结构,(2)T2噬菌体的增殖复制方式,3.实验方法:放射性同位素标记法。,4.实验过程及结果 (1)标记T2噬菌体,(2)T2噬菌体侵染大肠杆菌,5.实验结果分析 (1)T2噬菌体侵染大肠杆菌时,蛋白质外壳留在细菌体外,注入大肠杆菌体内的物质是DNA,而且大肠杆菌裂解时释放出来的噬菌体与侵染大肠杆菌的一样。 (2)T2噬菌体的性状是通过DNA遗传给子代噬菌体的。 6.结论:DNA是遗传物质。,二、DNA是主要的遗传物质 (一)遗传物质的主要载体染色体 1.19世纪末,生物学家通

13、过科学研究认识到,染色体在生物的遗 传中具有重要作用。 2.染色体主要由蛋白质和DNA组成。(细胞质中的 线粒体和叶绿体也是遗传物质的载体),(二)DNA是主要的遗传物质 1.证明RNA是某些病毒的遗传物质的相关实验 (1)实验过程及现象,蛋白质,RNA,不出现病斑,(2)结论 RNA是烟草花叶病毒的遗传物质,蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。 2.DNA是主要的遗传物质 只有RNA而不含有DNA的病毒中,遗传物质是RNA。但 是,绝大多数生物的遗传物质还是DNA,所以说DNA是主要的遗 传物质。,1.分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体。( ) 2.噬菌体侵染细

14、菌的实验获得成功的原因之一是噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。( ) 3.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等。( ) 4.32P、35S标记的噬菌体侵染细菌的实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质。( ),5.噬菌体能在宿主细胞内以二分裂的方式增殖,使该细菌裂解。( ) 6.噬菌体侵染细菌的实验比肺炎双球菌转化实验更具有说服力。( ) 7.病毒的遗传物质是DNA或RNA。( ) 8.T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验说明了DNA是主要的遗传物质。( ),如图为T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图,请分析回答:,(1)选择和这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记,原因是,能否用14C和

15、18O进行标记?,原因是。 (2)搅拌的目的是,离心的目的是。某科研小组搅拌离心后的实验数据如图所示,则:,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。 细胞外的32P含量有30%,原因是 。,(3)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,理论上沉淀物中不含放射性,但实验中含有少量放射性的原因是。 (4)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中含有较高放射性的原因是。,答案(1)35S32PS是蛋白质的特征元素,P是DNA的特征元素不能蛋白质和DNA都含有C和O,无法确认被标记的是何种物质(2)使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管的沉淀

16、物中留下被感染的大肠杆菌作为对照组,以证明细菌未裂解有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌(3)搅拌不充分或离心时间过短、转速过低等(4)保温时间过短或保温时间过长,解析(1)S是蛋白质的特征元素,P是DNA的特征元素。若用14C和18O进行标记,由于蛋白质和DNA都含有C和O,因此无法确认被标记的是何种物质。(2)搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。图中被侵染的细菌的存活率基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明细菌未裂解,细胞外的32P含量有30%,原因是有部分标记的噬菌体还没有侵

17、染细菌(3)可能由于搅拌不充分,离心时间过短、转速过低等原因,有少量含35S的噬菌体外壳仍,吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中,使沉淀物中出现了少量的放射性。(4)保温时间过短,有一部分噬菌体未侵入大肠杆菌体内,经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性;保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌体内增殖后释放出的子代经离心后分布于上清液中,也会使上清液的放射性升高。,考向一噬菌体侵染细菌实验的标记问题 1.如果用3H、15N、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌(无放射性),对此分析正确的是(C) A.只有噬菌体的蛋白质被标记了,DNA没有被标记 B.子代噬菌体的外壳中可检测到3H、15N、35S C.子

18、代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N D.子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、14N、32S,解析蛋白质和DNA分子中都含有H、N元素,所以用3H、15N、35S标记噬菌体后,噬菌体的蛋白质和DNA都会被3H、15N标记,A错误;由于3H、15N、35S标记的蛋白质外壳不进入细菌,3H、15N标记的DNA分子进入但不能用于合成子代噬菌体的外壳,所以子代噬菌体的外壳中没有放射性,B错误;由于3H、15N标记了亲代噬菌体的DNA分子,所以子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N,C正确;子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、全部含有14N,DNA分子不含S,D错误。,2.(2018江苏

19、苏锡常镇调研)一种感染螨虫的新型病毒,研究人员利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的螨虫细胞等为材料,设计可相互印证的甲、乙两组实验,以确定该病毒的核酸类型。下列有关实验设计思路的叙述错误的是(A) A.应选用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸 B.先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中 C.再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中 D.一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性,以确定病毒的类型,解析根据题干信息分析,本实验的目的是确定病毒核酸的类型是DNA还是RNA,因此应该分别标记DNA和RNA特有的碱基,即分别用放射性同位素标记尿嘧啶和

20、胸腺嘧啶,A错误;由于病毒是没有细胞结构的,必须寄生于活细胞中,因此欲确定病毒核酸类型应先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中,B正确;再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中,C正确;一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性,以确定病毒的类型,D正确。,题后悟道 1.噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验的比较,2.噬菌体侵染细菌实验与艾弗里的肺炎双球菌转化实验的几个误区 (1)噬菌体侵染细菌实验中的标记误区 该实验不能标记C、H、O、N,这些元素是DNA和蛋白质共有的元素,否则无法将DNA和蛋白质区分开。 35S(标记蛋白质)和32P(标记DN

21、A)不能同时标记在同一噬菌体上,因为放射性检测时只能检测到有放射性,不能确定是何种元素的放射性。,(2)噬菌体侵染细菌实验与艾弗里的肺炎双球菌转化实验的方法不同 前者采用放射性同位素标记法,即分别标记DNA和蛋白质的特征元素(32P和35S)。 后者则采用直接分离法,即分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,分别与R型细菌混合培养。,3.(2018江苏盐城三模)如图是“以32P标记T2噬菌体侵染大肠杆菌”实验示意图。下列有关叙述正确的是(),考向二噬菌体侵染细菌实验的过程及原理,A.锥形瓶内的培养液中有含32P的物质,以便用32P标记噬菌体 B.过程的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离 C.若只

22、有C中含大量放射性,可直接证明噬菌体的遗传物质是DNA D.实验中B对应部分有少量放射性,可能原因是搅拌不充分 答案 B,解析本实验是以32P标记T2噬菌体侵染大肠杆菌,因此图中亲代噬菌体已用32P标记,会侵入大肠杆菌体内进行增殖,培养大肠杆菌的培养液中不能用放射性标记的含32P的物质,A错误;过程为搅拌,目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离,B正确;若只有沉淀物C中含大量放射性,可证明噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌,但若证明噬菌体的遗传物质是DNA,必须还要再设计一组用35S标记的噬菌体实验进行相互对照,C错误;若实验B(上清液)中出现放射性,可能是培养时间过短,部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆

23、菌细胞,或培养时间过长,造成部分大肠杆菌裂解,D错误。,4.(2018江苏扬州中学质检)如图1中的噬菌斑(白色区域)是在长满大肠杆菌(黑色)的培养基上,由一个T2噬菌体侵染细菌后不断裂解细菌产生的一个不长细菌的透明小圆区,它是检测噬菌体数量的重要方法之一。现有噬菌体在感染大肠杆菌后形成噬菌斑数量的变化曲线(图2),下列叙述不正确的是(),A.培养基中加入含35S或32P的营养物质,则放射性先在细菌中出现,后在噬菌体中出现 B.曲线ab段,细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成 C.曲线bc段所对应的时间内噬菌体共繁殖了10代 D.限制cd段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细

24、菌已经被裂解 答案 C,解析 噬菌体是病毒,没有细胞结构,只有寄生在活细胞中才有生命活动,所以放射性先在细菌中出现,后在噬菌体中出现,A正确;曲线ab段,噬菌斑没有增加,说明细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成,B正确;曲线bc段所对应的时间内噬菌斑数从100个增加到1 000个,只能说明噬菌体数量的增加,不能说明其繁殖了几代,C错误;限制cd段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细菌已经被裂解,噬菌体失去了增殖的场所,因此数量增长缓慢,D正确。,技能提炼 噬菌体侵染细菌实验误差分析方法 (1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,理论上讲上清液中不含放射性,下层沉淀物中应具有很

25、高的放射性,而实验最终结果显示在离心后的上清液中,也有一定的放射性,而下层的放射性强度却比理论值略低,原因为: 保温时间过短,部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性; 保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌体内增殖后,子代噬菌体释放出来,经离心后分布于上清液中,也会使上清液出现放射性。,(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀物中也有少量放射性的原因: 由于搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。,5.如图表示科研人员探究“烟草花叶病毒(TMV)遗传物质”的实验过程,由此可以判断(A) A.水和苯酚的作用是分离病毒中

26、的蛋白质和RNA B.TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中 C.侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程 D.RNA是TMV的主要遗传物质,考向三探究遗传物质的思路和方法,解析据图示分析,TMV放入水和苯酚中后,RNA和蛋白质分离,A正确;通过接种的方式,TMV的蛋白质可以进入烟草细胞中,B错误;此实验不能看出TMV的RNA在烟草细胞中进行了逆转录过程,C错误;此实验说明RNA是TMV的遗传物质,并非主要的遗传物质,D错误。,6.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶,但二者致病病斑不同,如图所示。下列说法中不正确的是(D),A.a过程表示用TMV的蛋白质外壳感染烟叶,结果说明TMV

27、的蛋白质外壳没有侵染作用 B.b过程表示用HRV的RNA单独接种烟叶,结果说明HRV的RNA有侵染作用 C.c、d过程表示用TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA合成的“杂种病毒”接种烟叶,结果说明该“杂种病毒”有侵染作用,表现病症为感染车前草病毒症状,并能从中分离出车前草病毒 D.该实验证明只有车前草病毒的RNA是遗传物质,蛋白质外壳和烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质,解析该实验证明烟草花叶病毒的蛋白质外壳不是遗传物质,车前草病毒的RNA是遗传物质,由于没有相应实验,不能证明车前草病毒的蛋白质外壳和烟草花叶病毒的RNA不是遗传物质,D错误。,归纳拓展 1.探究遗传物质的思路和方法 (1)探究思路 若探究哪种物质是遗传物质设法将物质分开,单独看作用。 若探究未知病毒的遗传物质是DNA还是RNA利用酶的专一性。,(2)探究方法 分离提纯法:艾弗里及其同事做的肺炎双球菌的体外转化实验,缺点是物质纯度不能保证100%