【本讲教育信息】

一. 教学内容：

高考第一轮复习：遗传的分子基础（一）

——探究遗传物质的过程、DNA的结构和复制

二、重点导学

遗传物质必备的特点细菌转化实验噬菌体侵染细菌的实验 RNA病毒侵染实验 DNA的提取与鉴定 DNA的结构和复制

三、全面突破

知识点1：探究遗传物质的过程

二、DNA是遗传物质的证据：

（一）细菌转化实验

1. 过程：1928年格里菲斯的实验：

2、结论：S型细菌中存在“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌

1944年艾弗里的实验：

缺点：不能获得100%的DNA，没有排除杂质的影响。

（二）噬菌体侵染细菌的实验

实验评价与分析：

（1）实验结论：该实验证明了DNA的两大重要功能，即能够自我复制，使前后代保持一定的连续性和能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢的过程和生物性状。从而证明了DNA是遗传物质。

（2）此实验用同位素标记法，巧妙地将噬菌体的核酸和蛋白质分开，单独、直接观察两者在遗传上的作用。

（3）因噬菌体蛋白质含有DNA所没有的特殊元素S，所以用³⁵S标记蛋白质；DNA含有蛋白质所没有的元素P，所以用³²P标记DNA；因DNA和蛋白质都含有C、H、O、N元素，所以此实验不能标记C、H、O、N元素。

三、RNA病毒实验

1956年又有科学家发现，有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒。从烟草花叶病毒中提取出来的蛋白质，不能使烟草感染花叶病毒，但是，从这些病毒中提取出来的RNA，却能使烟草感染花叶病毒。这说明这些生物的遗传物质是RNA。流感病毒、脊髓灰质炎病毒等的遗传物质也是RNA。

四、DNA是主要的遗传物质：

生物

综上：DNA是主要的遗传物质

【典型例题】

例1. 某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：

①S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠体内

②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠体内

③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠体内

④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠体内

以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（）

A．存活，存活，存活，死亡 B．存活，死亡，存活，死亡

C．死亡，死亡，存活，存活 D．存活，死亡，存活，存活

解析：肺炎双球菌的遗传物质是DNA，DNA在DNA酶的催化作用下分解。因此S型菌的DNA在DNA酶作用下分解而失去转化作用，加入R型菌，子代仍为R型，注射入小鼠体内，小鼠存活；R型菌的DNA+DNA酶后．加入S型菌，注射入小鼠体内，小鼠体内有S型菌，小鼠患败血症而死。R型菌+DNA酶，经高温加热后冷却，加入S型菌的DNA后注射入小鼠体内，小鼠体内无活细菌，因此小鼠存活。第④组小鼠体内也无活细菌，小鼠存活。

答案：D

例2. 在“噬菌体侵染细菌”的实验中，如果放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中，则获得侵染噬菌体的方法是………………………（）

A．用含³⁵S的培养基直接培养噬菌体

B．用含³²P的培养基直接培养噬菌体

C．用含³⁵S的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体

D．用含³²P的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体

解析：在“噬菌体侵染细菌”的实验中，经离心处理后，离心管的上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，离心管的沉淀物中含有被感染的细菌。如果放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中，则说明噬菌体被标记的物质应为DNA，则获得侵染噬菌体的方法是：先用含³²P的培养基培养细菌，使细菌体内核苷酸中含有³²P，再用此细菌培养噬菌体，子代噬菌体的DNA中就会含有³²P。

答案：D

例3. 烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）均为能感染烟叶而使之出现感染斑的RNA病毒，用石炭酸处理能使蛋白质外壳去掉而只留下RNA，由于两者的亲缘关系较近，能重组其RNA和蛋白质形成类似“杂种”的新品系病毒感染烟叶，如下图所示，请据图回答下列问题：

（a为TMV的蛋白质感染，b为TMV的RNA感染，c为HRV的蛋白质感染，d为HRV的RNA感染，e为HRV的蛋白质与TMV的RNA杂交感染，f为TMV的蛋白质与HRV的RNA杂交感染）

（1）a与b、c与d的结果不同，说明。

（2）b与d的结果不同，说明。

（3）e中的杂交病毒感染后，在繁殖子代病毒的过程中，合成蛋白质的模板是，合成蛋白质的原料氨基酸由提供。

（4）f中的杂交病毒感染后，繁殖出来的子代病毒具有的RNA和的蛋白质。

解析：两种病毒均为RNA病毒，RNA是遗传物质。作为遗传物质能自我复制，能控制蛋白质的合成，所需模板为病毒的RNA，原料均来自宿主细胞——烟叶细胞。

答案：（1）对这两种病毒来说，RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质（2）不同的RNA，控制合成不同的蛋白质，表现出不同的性状（3）TMV的RNA 烟叶细胞（4）HRV HRV

知识点2：DNA的提取与鉴定

实验原理：

1．DNA在0.14mol／L的NaCl溶液中溶解度最低，因此可将DNA析出。

2．DNA不溶于酒精，但细胞中的其它化合物则溶于酒精，因此可提取杂质较少的DNA。

3．DNA+二苯胺呈浅蓝色（用于DNA鉴定）

实验过程：预先制备鸡血细胞液（将活鸡的鲜血经分离或沉淀后得到）：0.1g／mL的柠檬酸钠溶液100 mL+活鸡鲜血180 mL 500 mL的烧杯中，用玻璃棒搅拌，离心分离或静置沉淀

特别提醒：（1）制备鸡血细胞液时，要在取新鲜鸡血的同时加入抗凝剂，使血液分层，取下层血细胞沉淀。

（2）获取较多DNA的关键是向鸡血细胞液中加入足量的蒸馏水，以便使细胞膜和核膜破裂，核内物质释放出来。

（3）实验中共有3次过滤。过滤时使用的纱布层数与取其滤液或黏稠物有关。第l、3次要取其滤液，使用的纱布为1～2层，第2次是要取其滤出的黏稠物，使用的纱布为多层。

（4）实验中有6次搅拌，除最后一次搅拌外，前5次搅拌均要朝向一个方向，并且在析出DNA、DNA再溶解和提取中，各步搅拌都要轻缓，玻璃棒不要直插烧杯底部，防止DNA分子断裂。

（5）实验中有两次使用蒸馏水。第一次是在加蒸馏水是在第l步，加水是为了使血细胞吸水膨胀破裂，加水后必须充分搅拌，搅拌时间不应少于5min，使血细胞充分破裂；第二次加蒸馏水是在第3步，加水是为了稀释氯化钠溶液。

【例题分析】

观察关于DNA粗提取的实验示意图，回答下列问题。

（1）在图A所示的实验步骤中加蒸馏水的目的是，通过图B所示的步骤取得滤液，再向溶液中加入2 mol／L NaCl溶液的目的是。在图C所示的实验步骤中加蒸馏水的目的是。

（2）若DNA在NaCl溶液中的溶解度变化如图D所示，则可知当丝状物不再增加时，NaCl的浓度相当于。

解析：本题考查DNA提取实验中的相关问题。实验中有两次使用蒸馏水。第一次加蒸馏水是在第l步，加水是为了使血细胞吸水膨胀破裂，加水后必须充分搅拌，搅拌时间不应少于5min，使血细胞充分破裂；第二次加蒸馏水是在第3步，加水是为了稀释氯化钠溶液。DNA在不同浓度的氯化钠溶液中溶解度不同，在0.14mol／L的NaCl溶液中溶解度最低。

参考答案：（1）让细胞吸水胀破溶解DNA 降低氯化钠溶液的浓度，使DNA析出（2）0.14mol／L

知识点3：DNA的结构和复制

一、DNA的结构

（一）DNA的化学结构

（二）空间结构——沃森和克里克的双螺旋结构模型

（1）由两条反向平行的多脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构

（2）磷酸和脱氧核糖相间排列在外侧，构成骨架，碱基排列在内侧

（3）两条链对应碱基通过氢键连接形成碱基对

（三）DNA结构的特点

二、DNA的复制

（一）复制方式的发现

（二）复制过程

DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程（如图所示）

图DNA分子复制的示意图

（三）DNA准确复制的内因：

①独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板

②严格的碱基互补配对原则保证了复制准确无误地进行

（四）复制的意义：保证了遗传信息的连续性

【典型例题】

例1. 在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基A与T是通过下列哪种结构连接起来的（）

A．氢键

B．脱氧核糖——磷酸——脱氧核糖

C．肽键

D．磷酸——脱氧核糖——磷酸

解析：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，1分子脱氧核苷酸由1分子磷酸，1分子含氮碱基和1分子脱氧核糖组成，其连接方式如图所示：

含氮碱基连接在脱氧核糖的“1”位碳原子上，因此DNA单链中，相邻碱基的连接应含有两个脱氧核糖，应选B。

答案：B

例2. 如图为DNA的复制图解，请据图回答下列问题

（1）DNA复制发生在期。

（2）②过程称为。

（3）指出③中的子链为。

（4）③过程必须遵循原则。

（5）子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有________________的特点。

（6）将一个细胞的DNA用¹⁵N标记，放入含¹⁴N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，问：含¹⁴N的DNA细胞占总细胞数的。含¹⁵N 的DNA细胞占总细胞数的。

（7）已知原DNA中有100个碱基对，其中A 40个，则复制4次，在复制过程中将需要个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。

解析：DNA分子的复制方式为半保留复制，子代DNA 分子中有一条母链和与母链互补的子链；复制n次产生的子代DNA分子数为2ⁿ个；若亲代DNA分子中含某种碱基数为a个，则复制n次需该种碱基数为a×（2ⁿ－1）个。

答案：（1）有丝分裂间期和减数第一次分裂间（2）解旋（3）Ⅱ、Ⅲ （4）碱基互补配对（5）半保留复制（6）100％ 12.5％（7）900

【本节小结】

遗传的分子基础（一）

【超前思维】

下节课我们复习基因控制蛋白质的合成，请大家做好预习，并完成我们提供的重点导学内容。

【重点导学】

1、简述基因、DNA和染色体的相互关系

2、完成下列关于DNA和RNA比较的表格：

比较项目	DNA	RNA
全称
分布
基本组成单位
碱基
五碳糖
无机酸
空间结构
分布
功能
相同点
联系

3、简述转录的概念、场所、模板、原料、产物、以及碱基互补配对原则。

4、简述翻译的概念、场所、模板、原料、运载工具、产物、以及碱基互补配对原则。

5、比较遗传密码子与反密码子

概念

位置

种类

遗传密码子

反密码子

6、基因是如何控制生物性状的？

7、人类基因组计划的主要任务以及意义是什么？

【模拟试题】（答题时间：30分钟）

一、选择题（单选）

1．为研究噬菌体侵染细菌的详细过程，你认为应如何选择同位素标记的方案… （）

A．用¹⁴C和³H培养噬菌体，再去侵染细菌

B．用¹⁸O和¹⁵N培养噬菌体，再去侵染细菌

C．将一组噬菌体用³²P和³⁵S标记

D．一组用³²P标记DNA，另一组用³⁵S标记蛋白质外壳

2．HIV增殖过程中哪一项不是由T淋巴细胞直接提供的（）

A．核糖核苷酸 B．脱氧核苷酸 C．氨基酸 D．逆转录酶

*3．利用同位素作为示踪元素，标记特定的化合物以追踪物质运行和变化过程的方法叫做同位素标记法。下列各项所选择使用的同位素及相关结论不正确的是（）

	同位素	应用
A	³⁵S	标记噬菌体，证明DNA是遗传物质
B	¹⁵N	标记DNA分子，证明DNA分子半保留复制的方式
C	¹⁴C	标记CO₂，得知碳原子在光合作用中的转移途径
D	¹⁸O	分别标记CO₂和水，证明光合作用所释放的氧气全部来自于水

4．噬菌体侵染细菌之后，合成新的噬菌体蛋白质外壳需要（）

A．细菌的DNA及其氨基酸 B．噬菌体的DNA及其氨基酸

C．细菌的DNA和噬菌体的氨基酸 D．噬菌体的DNA和细菌的氨基酸

5．下列关于肺炎双球菌转化实验的叙述正确的是（）

A．R型球菌转化为S型球菌是一种不可遗传的变异

B．肺炎双球菌的有荚膜和无荚膜是一对相对性状

C．艾弗里的实验结果难以令人信服的原因是他没有将DNA和蛋白质彻底分离

D．格里菲斯认为“转化因子”就是DNA

6．烟草、烟草花叶病毒、T₂噬菌体的遗传物质中核苷酸的种类依次是（）

A．4、4、4 B．4、5、4 C．5、4、4 D．8、4、4

7．T₂噬菌体的成分和染色体的成分非常相似，其结构和下列哪种生物最相似（）

A．烟草 B．蓝藻 C．乙肝病毒 D．变形虫

8．下列关于染色体和遗传物质的关系说法正确的是（）

①DNA是主要的遗传物质 ②染色体就是遗传物质

③染色体是遗传物质的主要载体 ④染色体由蛋白质和DNA组成

⑤每条染色体上肯定只有1个DNA分子

A．①③④ B．①④⑤ C．②④⑤ D．③④⑤

9．真核生物的遗传是细胞核和细胞质共同作用的结果，控制细胞核和细胞质遗传的物质是（）

A．DNA B．RNA C．DNA和RNA D．DNA或RNA

*10．在肺炎双球菌的转化实验中，将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，则小鼠体内S型、R型细菌含量变化的情况最可能是下列的哪个选项（）

11．决定DNA遗传特异性的是……………………（）

A．脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列特点 B．嘌呤总数与嘧啶总数的比值

C．碱基互补配对的原则 D．碱基排列顺序

12．已知一段双链DNA中碱基的对数和腺嘌呤的个数，能否知道这段DNA中四种碱基的比例和（A+C）：（T+ G）的值（）

A．能 B．否 C．只能知道（A+C）：（T+G）的值 D．只能知道四种碱基的比例

13．将一个DNA分子进行标记，让其连续复制三次，在最后得到的DNA分子中，被标记的DNA链占DNA总链数的（）

A．1／32 B．1／6 C．1／8 D．1／4

14．已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA四种类型。现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述哪一种类型，应该（）

A．分析碱基类型，确定碱基比例

B．分析碱基类型，分析核糖类型

C．分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型

D．分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型

15．某学生制作的以下碱基对模型中，正确的是（）

16．下列有关DNA复制的叙述中，正确的是（）

A．DNA分子在解旋酶的作用下，水解成脱氧核苷酸

B．在复制过程中，解旋和复制是同时进行的

C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链

D．两条互补的子链形成一个新的DNA分子

17．某DNA分子中含有1 000个碱基对（P元素只是³²P）。若将该DNA分子放在只含³¹P的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来（）

A．减少1 500 B．增加1 500 C．增加l 000 D．减少1 000

18．在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是（）

A．含胸腺嘧啶32％的样品 B．含腺嘌呤17％的样品

C．含腺嘌呤30％的样品 D．含胞嘧啶15％的样品

19．DNA分子的基本骨架是（）

A．磷脂双分子层 B．规则的双螺旋结构

C．脱氧核糖和磷酸交替连接 D．碱基的连接

20．从某生物组织中提取DNA进行分析，已知鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46％，又知该DNA的一条链（H链）所含的碱基中28％是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的…（）

A．26％ B．24％ C．14％ D．11％

二、非选择题

*21．回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题。

I．1952年，赫尔希和蔡斯用同位素标记完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤。

（1）写出以上实验的部分操作步骤。

第一步：____________________________________________________

第二步：____________________________________________________

（2）以上实验结果说明：____________________________________________________

（3）若要大量制备用³⁵S标记的噬菌体，需先用³⁵S的培养基培养，再用噬菌体去感染。

II．在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，用³²P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性；而实验的实际最终结果显示：在离心后的上层液体中，也具有一定的放射性，而下层沉淀物的放射性强度比理论值略低。

（1）在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的实验方法是。

（2）在理论上，上层液体的放射性应该为0，其原因是

（3）由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，由此对实验过程进行误差分析：

①在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养，到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性含量升高，其原因是。

②在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，将（填“是”或“不是”）误差的来源，理由是____________________________________________________

（4）噬菌体侵染细菌实验证明了________________________。

（5）上述实验中，（填“能”或“不能”）用¹⁵N来标记噬菌体的DNA的理由是____________________________________________________。

22．某科研小组对禽流感病毒遗传物质进行了如下实验：

实验原理：略。

实验目的：探究禽流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。

材料用具：显微注射器、禽流感病毒的核酸提取物、活鸡胚、DNA酶、RNA酶等。

实验步骤：

第一步：取等量活鸡胚两组，用显微注射技术，分别向两组活鸡胚细胞中注射有关物质。

第二步：在适宜条件下培养。

第三步：分别从培养后的鸡胚中抽取样品，检测是否产生禽流感病毒。

请将与实验相关的内容填入下表：

注射的物质

实验现象预测（有无禽流感病毒产生）

相关判断（禽流感病毒的遗传物质）

第一组

如果，

则是遗传物质则是遗传物质

第二组

如果，

则是遗传物质；

则是遗传物质。

23．现有从生物体内提取的一个DNA分子（称第一代）和足量的标记放射性同位素³H的4种脱氧核苷酸，要在实验室中合成新的DNA分子。请回答下列问题：

（1）除上述几种物质外，还必须有，方能合成第二代DNA分子。

（2）在一个第二代DNA分子中，有条含³H的链。

（3）在第二代DNA分子中，含³H链的碱基序列相同吗? 。

（4）在第五代的全部DNA分子中，有几条不含³H的链? 。

24．下图是DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA分子复制。D→G表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起始点，“→”表示复制方向。

（1）若A中含48 502个碱基对，而子链延伸速度是10⁵个碱基对／分钟，则此DNA分子复制完成约需30 s，而实际上只需约16 s。根据A→C图分析，是因为____________。

（2）哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长，若按A→C的方式复制，至少需18 h，而实际上只需约6 h左右。据D→G图分析，是因为______________________。

（3）A—G均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是______________________的。

（4）C与A相同，G与D相同，C、G能被如此准确地复制出来，是因为______________________。

拓展探究

25为了探究某物质对细胞有丝分裂的作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中加入³H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸（³H—TdR）；乙组中加入等剂量的³H—TdR并加入某物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射性强度。

据此回答下列问题：

（1）细胞内³H—TdR参与合成的生物大分子是。

（2）如果乙组细胞的总放射性强度比甲组强，说明____________，原因是___________。

（3）细胞利用³H—TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的期。

（4）在上述实验中选用³H—TdR的原因是。

【试题答案】

1. D 2. D 3. A 4. D 5. C

6. A 7. C 8. A 9. A 10. B

11. D 12. A 13. C 14. A 15. A

16. B 17. A 18. B 19. C 20. A

21 Ⅰ（1）第一步：用³⁵S标记噬菌体的蛋白质外壳

第二步：把用³⁵S标记的噬菌体与细菌混合

（2）T₂噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内

（3）大肠杆菌被³⁵S标记的大肠杆菌

II．（1）同位素标记法（同位素示踪法）

（2）理论上来讲，噬菌体已将含³²P的DNA全部注入大肠杆菌内，上清液中只含噬菌体蛋白质外壳。

（3）①噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，经离心后分布于上清液 ②是没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性

（4）DNA是遗传物质

（5）不能因为在DNA和蛋白质中都含有N元素

22．如下表

注射的物质

实验现象预测（有无禽流感病毒产生）

相关判断（禽流感病毒的遗传物质）

第一组

核酸提取物+RNA酶

如果有，

如果无，

则DNA是遗传物质；

则RNA是遗传物质。

第二组

核酸提取物+DNA酶

如果有，

如果无，

则RNA是遗传物质；

则DNA是遗传物质。

23、（1）酶、ATP （2）1 （3）不同（4）2条

24、（1）复制是双向进行的（2）从多个起始点同时进行复制（3）边解旋边复制（4）DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；DNA分子的碱基互补配对能力保证了DNA复制能准确无误地完成

25、（1）DNA

（2）该物质对细胞的有丝分裂起促进作用有丝分裂间期进行DNA复制

（3）间

（4）胸腺嘧啶脱氧核苷酸只有DNA中有