第1节 DNA是主要的遗传物质
生物的遗传现象
早在公元前3世纪，《吕氏春秋》中就记载着“夫种麦而得麦，种稷而得稷，人不怪也。”我们也常说“种瓜得瓜，种豆得豆。”这些说法反映了亲代与子代之间，在形态、结构和生理功能上非常相似，这就是遗传现象。正是生物的遗传特性，才使生物界的物种能够保持相对稳定。
请思考：
1.大多数生物的遗传物质是什么？
2.如何设计证明某一种物质是遗传物质？
主题一 对遗传物质的早期推测
1. 20世纪20年代
(1)观点：_______是生物体的遗传物质。
(2)理由：
①它是由_____氨基酸组成的。
②氨基酸有多种多样的_________，可能蕴含着_________。
蛋白质
多种
排列顺序
遗传信息
2. 20世纪30年代
(1)观点：_______是遗传物质的观点仍占主导地位。
(2)对DNA分子的认识：
①DNA分子是由许多___________聚合而成的生物大分子。
②脱氧核苷酸有四种，化学组成包括：_____、碱基和_________。
蛋白质
脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
【判一判】
(1)蛋白质中的氨基酸排列顺序多种多样，所以蛋白质中可能蕴含着遗传信息。( )
【分析】蛋白质不是遗传物质，虽然氨基酸排列顺序多种多样，但不会蕴含遗传信息。
(2)20世纪30年代，人们认识到DNA的成分后，就确认DNA是遗传物质。( )
【分析】20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性后，但由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，所以蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
×
×
主题二 肺炎双球菌的转化实验

实验过程、现象及结论
(1)格里菲思的实验：
①过程及现象：
R型活细菌
S型活细菌
加热后杀死的S型细菌
将R型活细菌与加
热后杀死的S型细菌混合
小鼠不死亡
小鼠不死亡
②结论：加热后杀死的S型细菌中含有_________，能将无毒性
的R型活细菌转化为有毒性的__________。
转化因子
S型活细菌
(2)艾弗里的实验：
①过程及现象：
R型细菌的培养基
S型细菌的DNA
S型细菌的蛋白质
S型细菌的荚膜多糖
S型细菌的DNA+DNA酶
长出R型细菌和S型细菌
只长出R型细菌
只长出R型细菌
只长出R型细菌
②结论：____才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
【想一想】
对S型细菌加热后，其为什么失去毒性？
提示：S型细菌中具有毒性的成分是蛋白质，加热会使蛋白质变性，从而失去毒性。
DNA
1.格里菲思的体内转化实验分析
根据肺炎双球菌的转化实验思考下列问题：
(1)第一组和第二组对比能说明什么？第二组和第三组对比呢？
提示：第一组中小鼠不死亡，第二组中小鼠死亡，这两组对比可以说明S型活细菌具有毒性。第二组和第三组对照说明，加热后杀死的S型细菌失去毒性。
(2)四组实验中哪一组细菌发生了转化？该组与哪一组对比可以说明S型细菌提供了转化因子？
提示：第四组实验细菌发生了转化，从小鼠体内分离出S型活细菌,说明R型细菌转化成了S型细菌。与第一组实验对比，该组实验加入了加热后杀死的S型细菌，说明S型菌提供了转化因子。
(3)该组实验能否证明DNA是遗传物质？
提示：不能，只能证明S型细菌含有转化因子。
2.艾弗里的体外转化实验分析
(1)根据格里菲思的实验，使R型细菌转化成S型细菌的“转化因子”可能是什么？为此艾弗里设计了怎样的实验？
提示：“转化因子”可能是蛋白质、DNA或荚膜多糖，为此艾弗里将S型细菌的这些物质分别提取出来加入到R型细菌的培养基中，观察长出的活菌的种类,以判断哪种物质才是真正的转化因子。
(2)在艾弗里的实验中，一组实验为R型细菌与S型细菌的DNA+DNA酶混合培养，试分析这一组实验的目的。
提示：DNA酶将DNA水解为脱氧核苷酸，水解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，说明DNA必须保持完整性才能完成其功能。同时，也从反面证明了DNA是遗传物质。
【规律方法】肺炎双球菌转化实验中的相互对照
S DNA R ①DNA是遗传物质
型 多糖 型 ②其他物质不是遗传物质
细 蛋白质 细 ③DNA的水解产物
菌 DNA+DNA酶 菌 也不是遗传物质
相互对照时每组均既是实验组又是对照组，每个实验组除要探究的因素各不相同外，其他条件均相同，最终结论必须由几组实验结果对比得出。
+
相互对照
两个肺炎双球菌转化实验的异同
(1)两个相同点：
①材料相同：均使用R型细菌和S型细菌。
②实验原则相同：均遵循了对照原则。
(2)两个不同点：
①方法不同：格里菲思是利用肺炎双球菌进行体内转化实验；艾弗里是利用肺炎双球菌进行体外转化实验。
②结论不同：格里菲思的体内转化实验证明加热后杀死的S型细菌中存在“转化因子”；艾弗里的体外转化实验证明了“转化因子”是DNA。
【典题训练】艾弗里及其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表所示。由表可知( )
A．①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D．①～④说明DNA是主要的遗传物质
【解题指南】观察表格中两方面的信息：一是加入的物质不同，二是哪组实验发生了细菌转化(R型细菌→S型细菌)。另外，要明确第四组实验的目的。
【解析】选C。A项，①组：R+S型细菌的蛋白质，只长出R型细菌，说明蛋白质不是转化因子。B项，②组：R+S型细菌的荚膜多糖，只长出R型细菌，说明荚膜多糖不是转化因子。无法证明S型细菌的荚膜多糖有酶活性。C项，③组：R+S型细菌的DNA，结果既有R型细菌又有S型细菌，说明DNA可以使R型细菌转化为S型细菌。④组：用DNA酶将DNA水解，结果只长出R型细菌，说明DNA的水解产物不能使R型细菌转化为S型细菌，从一个反面说明了只有DNA才能使R型细菌发生转化。D项，此实验只证明了DNA是遗传物质，没有涉及RNA病毒，也就无法证明DNA是主要的遗传物质。
【变式训练】从有荚膜的肺炎双球菌(S型细菌)中提取出了DNA、蛋白质、多糖等物质，分别加入培养无荚膜细菌(R型细菌)的培
养基中，并将培养液注射到小鼠体内，其结果不正确的是( )
【解析】选D。首先明确加入DNA的一组才会发生细菌转化，其他几组不会发生细菌转化。其次要知道发生细菌转化的一组才会引起小鼠的死亡。根据格里菲思的体内转化实验可知，加入DNA和DNA酶的一组不会发生细菌转化，所以该组的小鼠不会死亡。
主题三 噬菌体侵染细菌的实验

1.实验方法
___________________。
放射性同位素标记法
2.实验过程
(1)标记 →含____的培养基→含35S的细菌
细菌 →含___的培养基→含32P的细菌

(2)标记 →含___的细菌→含35S的噬菌体
噬菌体 →含___的细菌→含32P的噬菌体
(3)噬菌体侵染细菌：
①被35S标记的噬菌体+细菌 子代噬菌体中_____35S
②被_______ 的噬菌体+细菌 子代噬菌体中有32P
置于
置于
35S
32P
35S
32P
没有
32P标记
培养
3.实验结果
(1)T2噬菌体侵染细菌时，____进入到细菌中，而___________仍留在外面。
(2)子代T2噬菌体的各种性状，是通过__________来遗传的。
4.结论
____是遗传物质。
DNA
蛋白质外壳
亲代的DNA
DNA
【判一判】
(1)噬菌体可以寄生在动物细胞内。( )
【分析】噬菌体属于细菌病毒，只能寄生在细菌体内。
(2)用35S标记的噬菌体侵染细菌，经过搅拌和离心后，放射性主要分布在上清液中。( )
【分析】35S标记的是噬菌体的蛋白质，在侵染过程中没有侵入细菌体内，所以放射性主要分布在上清液中。
×
√
1.噬菌体的标记方法
(1)实验中，分别用什么元素对蛋白质和DNA进行标记？用14C和18O同位素标记可行吗？试说明其原因。
提示：①用35S和32P分别对蛋白质和DNA
进行标记。因为S和P分别是蛋白质和
DNA的特征元素。
②不可行。因为T2噬菌体的蛋白质和DNA分子中均含有这两种元素，故无法将DNA和蛋白质区分开。
点拨：C和O是蛋白质、DNA共有的元素。
(2)请根据噬菌体的代谢特点思考，能直接用分别含放射性同位素35S和32P的培养基来培养噬菌体，以分别标记噬菌体的蛋白质和DNA吗？试阐述原因。
提示：不能。因为噬菌体无细胞结构，专门寄生在活细胞内，依靠活细胞中的物质进行增殖和代谢，而不能在培养基中生存。
【规律方法】标记病毒的方法
(1)原理：病毒只有在宿主细胞中才会增殖和代谢，所以不能在普通培养基中对病毒进行标记。
(2)标记方法：先标记其宿主细胞，然后用宿主细胞培养病毒即可。
(3)不同病毒的宿主细胞也不同，植物病毒(如烟草花叶病毒)的宿主细胞是植物细胞，动物病毒(如H1N1病毒)的宿主细胞是动物细胞(常用活鸡胚)，细菌病毒即噬菌体的宿主细胞是细菌。
(3)现用如图所示的噬菌体侵染此大肠杆菌，那么得到的子代噬菌体蛋白质的标记情况如何？
提示：子代噬菌体的蛋白质被标记上35S。因为噬菌体在侵染大肠杆菌时蛋白质外壳并未进入到大肠杆菌内部，且子代噬菌体的蛋白质外壳的合成原料完全是由大肠杆菌提供的。
2.搅拌和离心的作用分析
如果在实验过程中没有搅拌，这两组实验结果会是怎样的？
提示：搅拌的目的是使附着在大肠杆菌表面的噬菌体与细菌分离，所以，如果没有搅拌，则第一组实验中沉淀物中也有较强的放射性，第二组实验中沉淀物中具有较强的放射性。
3.放射性分布的分析
尝试从保温时间的长短和搅拌是否充分的角度思考以下问题：
(1)为什么用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，离心后的沉淀物中仍然有少量放射性？
提示：搅拌不充分，少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
(2)为什么用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，离心后的上清液中仍然有少量放射性？
提示：原因有两点：
①保温时间短，部分噬菌体没有侵染到细菌内，经离心后分布于上清液中。
②保温时间长，噬菌体在细菌内增殖后释放的子代噬菌体经离心后分布于上清液中。
【典题训练】(2012·上海高考)赫尔希和蔡斯于1952年所做的噬菌体侵染细菌的著名实验进一步证实了DNA是遗传物质。这项实验获得成功的原因之一是噬菌体( )
A.侵染大肠杆菌后会裂解宿主细胞
B.只将其DNA注入大肠杆菌细胞中
C.DNA可用15N放射性同位素标记
D.蛋白质可用32P放射性同位素标记
【解题指南】本题中的四个选项迷惑性较强，解题时要抓住本题的题眼，用噬菌体作为实验材料是实验获得成功的原因。A、B及C中的叙述无错误，但A和C中的叙述不是实验获得成功的原因。
【解析】选B。噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，只有DNA侵入宿主细胞，而蛋白质外壳留在宿主细胞外，这样就使蛋白质和DNA自然分离，可以研究DNA在噬菌体增殖中的作用，从而确定DNA是遗传物质。由于蛋白质和DNA中都具有N，所以DNA不可用15N放射性同位素标记，由于P几乎都存在于DNA中，所以蛋白质不可用32P放射性同位素标记。
【互动探究】
(1)噬菌体侵入大肠杆菌后，是如何形成子代噬菌体的？
提示：噬菌体的DNA进入大肠杆菌后，以自身的DNA为模板，以大肠杆菌中的脱氧核苷酸和氨基酸为原料，复制出噬菌体DNA，合成出噬菌体蛋白质外壳，然后DNA和蛋白质外壳组装成子代噬菌体。
(2)能否用14C标记噬菌体的蛋白质或DNA？能否将同一噬菌体同时用35S和32P进行标记？
提示：不能用14C标记噬菌体的蛋白质或DNA，因为蛋白质和DNA中都含有C元素，用14C标记噬菌体后无法确定进入大肠杆菌的是DNA还是蛋白质。本实验分两组，一组用35S标记噬菌体，另一组用32P标记噬菌体，如果噬菌体同时用35S和32P进行标记，则不能形成对照，无法确定是哪种成分侵入了大肠杆菌。
主题四 RNA是遗传物质的实验及生物的遗传物质
1.材料
_____________。
2.过程及结果

3.结论
______________。
4.生物的遗传物质
____是主要的遗传物质。
烟草花叶病毒
RNA
不出现烟草花叶病
RNA是遗传物质
DNA
【想一想】
为什么DNA是主要的遗传物质？
提示：因为大多数生物的遗传物质是DNA，少数生物(部分病毒)的遗传物质是RNA，所以说DNA是主要的遗传物质。