【本讲教育信息】

一、教学内容

核酸是遗传物质的证据

1. 染色体是遗传物质的主要载体。

2. 肺炎双球菌转化实验。

3. 噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。

4. 烟草花叶病毒的感染和重建实验。

二、重点导学

肺炎双球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验 烟草花叶病毒的感染和重建实验

三、全面突破

知识点1：染色体是遗传物质的主要载体

哺乳动物产生子代的染色体变化图：

思考：

（1）亲代与子代之间要保持染色体数目的恒定，必须经过哪些过程？

（2）染色体数目是如何变化的，其特点如何？

（3）染色体的化学成分主要有哪些？

从分子水平看：染色体=DNA+RNA+蛋白质（包括组蛋白和非组蛋白）

亲代与子代以生殖细胞作为“桥梁”，通过对细胞的有丝分裂、减数分裂和受精作用的研究，人们了解到染色体在生物的传种接代过程中能保持一定的稳定性和连续性。故人们认为染色体在遗传上有重要作用。染色体为什么会在遗传上起作用呢？

虽然染色体的化学成分包括DNA和组蛋白等，其在染色体行使功能的过程中起着重要作用，但其中的DNA在染色体里含量稳定，更加具备作为遗传物质的特征，那么有哪些证据可以证明DNA是遗传物质呢？

DNA是遗传物质的间接证据：

1. 一般只在细胞核的染色体上才能找到DNA，虽然线粒体和叶绿体中也有自己的DNA，但它们都有复制和遗传的自主性。

2. 一般情况下，同一种生物在不同发育时期或不同组织的细胞中，DNA的含量基本相等，而精子中的DNA含量恰好是体细胞中的一半。

3. 有许多物理和化学的因素能诱发DNA的结构变异，而所有能够诱发DNA结构变异的因素均能引起生物的遗传突变。

4. 蛋白质不具备以上这些特征。

科学家如何才能更直接地证明DNA是遗传物质呢？

他们的做法是：设法把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA的作用。下面介绍两个经典实验。

知识点2：肺炎双球菌的转化实验

1. 肺炎双球菌的两种类型：R型和S型

S型细菌：菌体有荚膜，有毒性。 R型细菌：菌体无荚膜，无毒性。

常会形成边缘光滑的菌落。 常会形成边缘粗糙的菌落。

2. 格里菲斯实验：

（1）将R型的活细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡。

（2）将S型的活细菌注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。

结论：S型的活细菌对小鼠有毒，而R型的活细菌无毒。

（3）将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡。

（4）将R型的活细菌与加热杀死的S型细菌混合，注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡，并检测出有S型活细菌。

结论：加热杀死的S型细菌对小鼠无毒害作用。小鼠体内的R型活细菌在加热杀死的S型细菌的作用下可以转化为S型活细菌。

推测：在加热杀死的S型细菌中，必然存在某种活性物质——转化因子，促使小鼠体内的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌。

3. 艾弗里的肺炎球菌体外转化实验

实验操作：将S型活细菌中的多糖、蛋白质、脂类、DNA、DNA酶＋DNA等提取出来，分别与R型活细菌进行混合培养。

结果：只有加入DNA，R型活细菌才能转化成S型活细菌；并且DNA的纯度越高，转化就越有效。

结论：DNA是遗传物质。

知识点3：噬菌体侵染细菌实验

1. T₂噬菌体

T₂噬菌体是由头部和尾部组成的，头部和尾部的外壳由蛋白质组成，在头部内含有一个DNA分子。它是一种专门寄生在细菌体内的病毒。而细菌是一种单细胞的原核生物。

思考：（1）科学家为什么把噬菌体作为研究DNA是遗传物质的材料？

（2）科学家是如何进行研究的？

（由于T₂噬菌体只由DNA和蛋白质这两种化学物质组成，而DNA由C、H、O、N、P五种元素组成，蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成（有的含有P和S元素）。所以科学家采用放射性同位素标记法进行研究。）

2. 噬菌体侵染细菌实验

结果：

亲代噬菌体	寄主细胞内	子代噬菌体
^32P标记DNA	无^32P标记DNA	DNA有^32P标记
^35S标记蛋白质	无^35S标记蛋白质	外壳蛋白质无^35S标记

结论：DNA分子具有连续性，是遗传物质。

思考：遗传物质是否只有DNA一种呢？有些病毒中只含有RNA，而没有DNA，它们靠什么遗传呢？

知识点4：烟草花叶病毒的感染和重建实验

结论：是烟草花叶病毒的RNA而不是蛋白质感染了烟草（RNA是遗传物质）

结论：新病毒类型取决于所提供的RNA。

常见的RNA病毒：引起非典型性肺炎的冠状病毒、小儿麻痹症病毒、脑炎病毒、流感病毒、艾滋病病毒等。

因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。

【典型例题】

例1、肺炎双球菌中的S型具有多糖类荚膜，R型则不具有。下列叙述错误的是 （ ）

A. 培养R型活细菌时加S型活细菌的多糖类物质，能产生一些具有荚膜的细菌

B. 培养R型活细菌时加S型活细菌DNA的完全水解产物，不能产生具有荚膜的细菌

C. 培养R型活细菌时加S型活细菌的DNA，能产生具有荚膜的细菌

D. 培养R型活细菌时加S型活细菌的蛋白质，不能产生具有荚膜的细菌

分析：因为DNA是遗传物质，可以把“R”型活细菌转化成“S”型活细菌。多糖类物质、蛋白质、DNA的完全水解产物都不能把“R”型活细菌转化成“S”型活细菌。

答案：A

例2、噬菌体侵染细菌实验不能说明的是 （ ）

A. DNA能产生可遗传的变异 B. DNA能自我复制

C. DNA是遗传物质 D. DNA能控制蛋白质合成

分析：亲代噬菌体的DNA进入细菌后，产生的子代噬菌体具有亲代的性状，可以说明DNA是遗传物质，DNA能够自我复制，蛋白质外壳是在DNA的指导下合成的。

答案：A

例3、下图是科学家进行噬菌体侵染细菌实验的部分过程。

根据上图完成下面的问题：

（1）写出以上实验的部分操作过程：

①第一步：____________________________________________________________

②第二步：____________________________________________________________

（2）要完成第一步的实验，还需另外的实验来完成。

实验室提供材料：制备好的含³H、¹⁴C、¹⁵N、¹⁸O、³²P、³⁵S的培养基，动物组织细胞，植物愈伤组织细胞，大肠杆菌及其他必需的器材。请你完成这个实验：

实验原理：噬菌体专性寄生在细菌体内

实验步骤：

第1步：选用______________________________的培养基进行高温高压灭菌；

第2步：向培养基中接种______________________，置于适宜的环境中培养若干代。

第3步：将__________________________放入上述细菌中进行混合培养。

（3）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：在离心上层液体中，也具有一定的放射性，而下层的放射性强度比理论值略低。请对该实验进行误差分析：

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 ，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，是否是误差的来源呢？____________理由是__________ ______。

（4）图中实验还需一个对照实验，请简要说明：_____________________________ _

_ 。

分析：（1）根据实验结果可知：第一步是将噬菌体的DNA用³²P进行了标记，第二步是用上述噬菌体浸染不含标记的细菌；（2）要将噬菌体的DNA用³²P进行标记，应首先用含³²P标记的培养基培养大肠杆菌，然后再用噬菌体浸染上述大肠杆菌；（3）如果噬菌体和大肠杆菌混合培养的时间过长，有的噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，使得经离心后分布于上清液，造成上清液的放射性含量升高；由于没有侵入大肠杆菌细胞内的噬菌体经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性，故也是误差的一种来源；（4）对照实验应是用³⁵S标记了蛋白质外壳的噬菌体侵染大肠杆菌，其它步骤相同，结果是上清液中有大量的放射性，而沉淀物中放射性较低。

答案：（1）①用³²P标记噬菌体的DNA②噬菌体浸染不含标记的细菌（或噬菌体与不含标记的细菌混合培养） （2）³²P标记 大肠杆菌 噬菌体 （3）①升高 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 没有侵入大肠杆菌细胞内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）用³⁵S标记的噬菌体侵染细菌，其它步骤相同，结果是上清液中有大量的放射性，而沉淀物中放射性较低。

【超前思维】

下一讲我们将学习《DNA分子结构与特点》，请大家从以下几方面做好预习。

1. 核酸的分子组成。

2. DNA分子结构及其特点。

3. 制作DNA双螺旋结构模型。

重点导学

1. DNA分子是一种高分子化合物，它的基本单位是 ，总共有四种，分别叫 （A），

（G）、 （C）、 （T）；每种脱氧核苷酸都是由三部分组成的：即一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸。DNA分子是由 条脱氧核苷酸长链组成的。这两条链按反向平行的方式盘旋成 结构。DNA分子中的

和 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对原则是碱基A与T、G与C之间的一一对应关系。

2. 构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成DNA分子的 性（取决于碱基对的排列顺序）。每个特定的DNA分子（如你自己制作的DNA）都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的 性（特定的碱基排列顺序）。它们说明了世界上的各种生物之间、同种生物不同个体之间表现出千差万别的根本原因。

【模拟试题】（答题时间：25分钟）

一、选择题：

1. 真核生物的DNA主要分布在

A. 细胞核 B. 细胞质基质 C. 线粒体 D. 叶绿体

2. 将DNA完全水解后，可以得到的化学物质是

A. 氨基酸、葡萄糖、含氮碱基 B. 氨基酸、核苷酸、葡萄糖

C. 核糖、含氮碱基、磷酸 D. 脱氧核糖、含氮碱基、磷酸

3. 如果用³²P、³⁵S、¹⁵N标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体组成结构中，能够找到的放射性元素为（ ）

A. 可在外壳中找到³⁵S、¹⁵N B. 可在DNA中找到³² P、¹⁵N

C. 可在外壳中找到³² P、¹⁵N D. 可在DNA中找到³² P、³⁵S、¹⁵N

4. 肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，证明了

A. DNA是主要的遗传物质 B. 蛋白质是遗传物质

C. RNA是遗传物质 D. DNA是遗传物质

5. 在证明DNA是遗传物质的实验中，赫尔希和蔡斯分别用³²P和³⁵S标记噬菌体的DNA和蛋白质，在下图中，标记元素所在部位依次是

A. ①、④ B. ②、④ C. ①、⑤ D. ③、⑤

6. 下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是

A. 豌豆的遗传物质主要是DNA

B. 酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上

C. T₂噬菌体的遗传物质含有硫元素

D. HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸

7. 艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是

A. 重组DNA片段，研究其表型效应

B. 诱发DNA突变，研究其表型效应

C. 设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应

D. 应用同位素示踪技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递

8. 所有病毒的遗传物质

A. 都是DNA B. 都是RNA C. 都是DNA和RNA D. 是DNA或RNA

9. 用某种酶处理转化因子后，R型活细菌不能再转化成S型活细菌，这种酶是

A. 蛋白酶 B. 分解多糖荚膜的酶

C. DNA酶 D. 纤维素酶

二、非选择题

10. 以含³⁵SO₄、KH₂³¹PO₄的培养基培养大肠杆菌，再向大肠杆菌培养液中接种以³²P标记的T₂噬菌体（S元素为³²S），一段时间后，检测子代噬菌体的放射性及S、P元素。请对实验现象和结果进行分析或预测：

（1）不直接用培养基接种噬菌体的原因是___________________________________。

（2）在噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，进入大肠杆菌细胞内的是噬菌体的__________。

（3）具有放射性的子代噬菌体占子代噬菌体的________________。

（4）子代噬菌体中的S元素为_______________，原因是_______________________。

（5）子代噬菌体中的P元素为_______________，原因是__________________________。

【试题答案】

一、选择题

1－5 ADBDA 6－9 BCDC

二、非选择题

10. （1）噬菌体必须寄生在活细胞中才能进行生命活动 （2）DNA （3）100% （4）³⁵S 子代噬菌体的蛋白质所需原料全部来自大肠杆菌 （5）少数³²P，多数³¹P DNA复制过程中，母链所含³²P不变，合成子链所需的P均来自大肠杆菌内的³¹P。