第3章　基因的本质
第1节　DNA是主要的遗传物质
考点一　肺炎双球菌的转化实验
【核心知识通关】
1.肺炎双球菌类型：
光滑
有
无
2.格里菲思的体内转化实验：
(1)过程及结果：
不死亡
S型活细菌
不死亡
S型活细菌和
R型活细菌
(2)结论：加热杀死的S型细菌中含有_________，将R
型活细菌转化为__________。
转化因子
S型活细菌
3.艾弗里的体外转化实验：
(1)方法。
直接分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等，将它
们分别与________混合培养，研究它们各自的遗传功能。
R型细菌
(2)过程与结果：
R型细菌
S型细菌
R型细菌
R型细菌
R型细菌
(3)结论：____才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物
质，即____是“转化因子”，是遗传物质。
DNA
DNA
【特别提醒】
(1)格里菲斯实验只能证明加热杀死的S型细菌中含有转化因子，不能证明DNA是遗传物质。
(2)S型细菌的DNA与R型细菌混合培养，后代中既有R型细菌，又有S型细菌，且大多数为R型细菌。
【思维拓展】转化实验实质分析
(1)S型细菌死亡实质：加热使生命活动的承担者——蛋白质变性，表现为细菌生命活动的终止；加热时可以破坏DNA双链间的氢键，使DNA的双螺旋结构被破坏，在温度降低后可恢复原结构，保持其作为遗传物质的功能。
(2)转化实质：类似于转基因技术，属于可遗传变异中的基因重组。
【高考模拟精练】
1.(2013·全国卷Ⅱ)在生命科学发展过程中，证明DNA是遗传物质的实验是(　　)
①孟德尔的豌豆杂交实验
②摩尔根的果蝇杂交实验
③肺炎双球菌转化实验
④T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
⑤DNA的X光衍射实验
A.①②　　　B.②③　　　C.③④　　　D.④⑤
【解题指南】解答本题需关注以下两点：
(1)三大遗传规律的经典实验：豌豆杂交实验和果蝇杂交实验，分别研究遗传规律，基因与染色体的关系。
(2)DNA是遗传物质的经典实验：肺炎双球菌转化实验和T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，研究生物的遗传物质。
【解析】选C。本题考查对经典实验的识记。
①孟德尔的豌豆杂交实验证明了遗传的基本规律；
②摩尔根的果蝇杂交实验证明基因在染色体上；
③肺炎双球菌转化实验中，格里菲思证明了转化因子的存在，艾弗里等证明DNA是遗传物质；
④T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证明DNA是遗传物质；
⑤DNA的X光衍射实验为DNA空间结构的构建提供依据。
2.(2016·济宁模拟)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→注入小鼠
②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注入小鼠
③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注入小鼠
④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注入小鼠
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】选D。能使小鼠死亡的是活的S型菌。①DNA酶会将S型菌的DNA水解，使其失去转化作用，R型菌未发生转化，小鼠存活；②虽然DNA酶存在，但加入了S型菌，小鼠死亡；③中没有R型活菌，S型菌的DNA不起作用，小鼠存活；④高温加热使S型菌的蛋白质及DNA酶变性，虽然S型菌的DNA还存在，但由于后面加入R型菌的DNA，所以不能发生转化作用，小鼠存活。
3.(2016·太原模拟)艾弗里和同事用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型细菌的蛋白质不是转化因子
B.②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型细菌的DNA是转化因子
D.①～④说明DNA是主要的遗传物质
【解析】选C。在实验过程中，①组加入的蛋白质和②组加入的荚膜多糖都不能促进R型细菌的转化，说明二者不是转化因子，A错误。实验中没有证明S型细菌的荚膜多糖有酶活性，B错误。③组加入的DNA能促进R型细菌的转化，④组加入的经DNA酶处理的DNA不能促进R型细菌转化，通过对照实验说明DNA是转化因子，C正确。①～④说明DNA是遗传物质，但是没有说明它是主要的遗传物质，D错误。
【易错提醒】本题易错选D，错因在于未能正确理解“DNA是主要的遗传物质”的含义，如果证明这一结论，需要单独设计实验证明，但题干中的实验不能得出这一结论。
4.(2016·武汉模拟)格里菲思将加热杀死的S-Ⅲ型菌与R-Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患病并大量死亡，而且从患病死亡的小鼠体内获得了具有活性的S-Ⅲ型菌；而单独注射加热杀死的S-Ⅲ型菌，小鼠未死亡。此实验结果能支持的假设是(　　)
A.S-Ⅲ型菌经突变形成了耐高温型菌
B.S-Ⅲ型菌是由R-Ⅱ型菌突变形成的
C.R-Ⅱ型菌经过转化形成了S-Ⅲ型菌
D.加热后S-Ⅲ型菌可能未被完全杀死
【解题指南】(1)题干信息：“单独注射加热杀死的S-Ⅲ型菌，小鼠未死亡”。
(2)关键知识：S-Ⅲ型菌被加热杀死后，可以发生转化。
【解析】选C。加热杀死的S-Ⅲ型菌与R-Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患病大量死亡，从患病死亡小鼠体内获得了具有活性的S-Ⅲ型菌；而单独注射加热杀死的S-Ⅲ型菌，小鼠未死亡，说明R-Ⅱ型菌经过转化形成了S-Ⅲ型菌。
【加固训练】
1.格里菲思以小鼠为实验材料做了如下实验，下列关于此实验的分析，错误的是(　　)
A.对实验结果的分析，四组实验必须相互对照
B.实验说明活的R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化
C.该实验结论为“DNA是使R型细菌转化为S型细菌的转化因子”
D.获得该实验结论的关键步骤是第四组小鼠死亡并分离出S型活细菌
【解析】选C。四组实验必须相互对照，说明活的R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化；该实验结论为加热杀死的S型细菌中必然含有某种促成R型细菌转化的“转化因子”，但没有证明DNA是转化因子，而获得该实验结论的关键步骤是第四组实验结果，即小鼠死亡并分离出S型活细菌。
2.下列关于肺炎双球菌转化实验的叙述中，正确的是(　　)
A.加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂，失去活性
B.在艾弗里的实验中，DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型细菌发生转化
C.在转化过程中，加热杀死后的S型细菌的DNA没有进入R型活细菌的细胞中
D.加热杀死的S型细菌也能使小鼠的体细胞发生转化
【解析】选B。加热杀死的S型细菌的DNA仍具有活性；DNA酶能将DNA水解成脱氧核苷酸，DNA不再存在，因此不能使R型细菌发生转化；加热杀死的S型细菌的DNA进入R型细菌的细胞中，使之转化成了S型细菌；S型细菌的DNA与动物细胞内的DNA结构不同，一般不能进行转化。
考点二　噬菌体侵染细菌实验　　　
【核心知识通关】
1.实验材料：____________________
2.实验方法：_____________，该实验中用35S、32P分
别标记____________。
T2噬菌体和大肠杆菌。
同位素标记法
蛋白质和DNA
3.实验过程：
(1)标记噬菌体：
噬菌体
噬菌体
大肠杆菌
大肠杆菌
(2)侵染细菌：
高
低
低
高
(3)结果分析：
宿主细胞
35S—蛋白质外壳
4.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。
DNA
DNA
【特别提醒】
标记噬菌体的三大误区
误区一：用含35S和32P的培养基培养噬菌体。
错因：没有明确噬菌体的生活方式。噬菌体是病毒，只能寄生在活细胞内，不能利用培养基直接培养。
误区二：用3H、14C标记细菌，再用被标记的细菌来培养噬菌体。
错因：没有明确DNA和蛋白质的组成元素。DNA和蛋白质都含有H和C，用这两种元素标记，结果是噬菌体的蛋白质外壳和DNA都被标记，导致进行噬菌体侵染细菌实验时，不能确定哪一种物质进入细菌，从而不能确定哪一种物质是遗传物质。
误区三：用35S和32P标记同一噬菌体。
错因：35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)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存在部位，不能确定是何种元素的放射性。
【深化探究】
(1)32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌：
①若培养时间短，则上清液的放射性会较高。原因是
_______________________________________________
_____________________________________________
部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞，离心后
未吸附至大肠杆菌细胞的噬菌体分布在上清液中。
②若培养时间过长，则上清液的放射性会较高。原因
是___________________________________________
_____________________________________________
___________
噬菌体在大肠杆菌内大量繁殖，大肠杆菌裂解死
亡，释放出子代噬菌体，离心后子代噬菌体分布在
上清液中。
(2)若用35S标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，搅拌
不充分，则沉淀物放射性较高。原因是_____________
_______________________________________________
___________
留在大肠杆菌
细胞表面的噬菌体蛋白质外壳随大肠杆菌细胞分布在
沉淀物中。
【典题技法归纳】
(2013·海南高考)关于T2噬菌体的叙述，正确的
是(　　)
A.T2噬菌体的核酸和蛋白质中含硫元素
B.T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中
C.RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质
D.T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖
【解题指南】解答本题时需关注以下两点：
(1)病毒只有一种核酸，DNA或RNA。
(2)T2噬菌体是寄生在细菌中的DNA病毒。
【解析】选D。本题考查T2噬菌体的结构、病毒的增殖特点。A项，核酸中的元素只有C、H、O、N、P，不含S元素，故错误。B项，T2噬菌体寄生在细菌中，不能寄生在酵母菌中，故错误。C项，任何生物的遗传物质只能是DNA或RNA中的一种，T2噬菌体的遗传物质是DNA，故错误。D项，T2噬菌体作为病毒，只能在寄主细胞中增殖，故正确。
【母题变式】
(1)题干中涉及生物的物质组成上的共同点是均含有
____________。
(2)列举至少三项D项中“寄主体内的物质”：_____
________________________________等。
DNA和蛋白质
脱氧
核苷酸、氨基酸、酶、ATP、核糖体
【方法规律】子代噬菌体的组成物质来源分析方法
(1)从蛋白质外壳方面分析：由寄主细胞提供原料氨基酸，在寄主细胞的核糖体上合成，与亲代噬菌体无关。
(2)从DNA方面分析：由亲代噬菌体提供模板，利用寄主细胞提供的脱氧核苷酸，通过半保留复制的方式，合成子代噬菌体的DNA。
(3)从子代噬菌体方面分析：释放的众多子代噬菌体中，只有少数(两个)含有亲代噬菌体DNA的单链，其余子代噬菌体的DNA均由寄主细胞提供原料合成，与亲代噬菌体无关。
【高考模拟精练】
1.(2016·西安模拟)噬菌体的遗传物质有的是单链RNA，有的是单链DNA，有的是双链RNA，还有的是双链DNA。有些噬菌体具有将基因插入宿主DNA内的特性，使得它成为重要的分子和遗传学研究工具。下列相关叙述正确的是(　　)
A.不同噬菌体的可遗传变异类型有突变和基因重组
B.噬菌体与人体细胞都能进行细胞增殖和细胞分化
C.将基因插入宿主DNA的噬菌体的遗传物质为双链DNA
D.所有的噬菌体都可以用于“验证DNA是遗传物质”的实验
【解析】选C。突变包括基因突变和染色体变异，噬菌体不具有细胞结构，不能发生染色体变异和细胞的增殖和分化，A、B错误；噬菌体的宿主应为细胞生物，而细胞生物的DNA均为双链DNA，所以具有能将基因插入宿主DNA内特性的噬菌体的遗传物质应为双链DNA，C正确；遗传物质是RNA的噬菌体不能用于“验证DNA是遗传物质”的实验，D错误。
2.(2016·大同模拟)某生物兴趣小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌实验，下列有关分析不正确的是(　　)
A.理论上，b中不应具有放射性
B.b中放射性的高低，与②过程中搅拌是否充分有关
C.若b中具有放射性，说明与①过程中培养时间的长短有关
D.上述实验过程并不能证明DNA是遗传物质
【解析】选C。用35S只能标记噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌时，其蛋白质外壳只能留在细菌外。搅拌越充分，蛋白质外壳与细菌分离得越彻底，沉淀物b中放射性越低，如果使蛋白质外壳与细菌彻底分离，则沉淀物b中不含放射性。沉淀物b中具有放射性的原因为搅拌不充分，与①过程中培养时间的长短无关。本实验并没有“示踪”DNA在遗传中的作用，因此不能证明DNA是遗传物质。
3.(2016·青岛模拟)某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，进行了如下实验：①用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌；②用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌；③用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌。一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是(　　)
A.沉淀物、上清液、沉淀物和上清液
B.沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
C.沉淀物、上清液、沉淀物
D.上清液、上清液、沉淀物和上清液
【解题指南】解答本题的关键是明确下列两个方面：
(1)放射性同位素的具体标记对象。
(2)在对噬菌体侵染细菌后的混合物进行离心时，DNA和蛋白质的存在位置。
【解析】选A。①中32P标记了噬菌体的DNA，放射性主要集中在沉淀物中；②35S用于蛋白质的合成，放射性主要集中在上清液中；③15N标记了噬菌体的DNA和蛋白质，放射性在沉淀物和上清液中均出现。
【延伸探究】本题实验③中，子代噬菌体的DNA和蛋白质中是否含有15N，为什么？
提示：子代噬菌体的DNA中含有15N，而蛋白质中不含15N。因为合成DNA的模板来自亲代DNA，亲代DNA中含有15N，而合成蛋白质的原料来自细菌，细菌内不含15N。
【加固训练】
1.为证明蛋白质和DNA究竟哪一种是遗传物质，赫尔希和蔡斯做了“噬菌体侵染大肠杆菌”的实验(T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。下图中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及病毒、细菌的叙述中，正确的是(　　)
A.图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入32P标记的无机盐
B.若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组
C.噬菌体的遗传不遵循基因分离定律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离定律
D.若本组实验B(上清液)中出现放射性，则不能证明DNA是遗传物质
【解析】选B。图中锥形瓶中培养液内的营养成分应无放射性标记；要证明DNA是遗传物质，还应设计一组用35S标记的噬菌体的侵染实验，两组相互对照，都是实验组；大肠杆菌是原核生物，其遗传不遵循基因分离定律；若本组实验B(上清液)中出现放射性，可能是实验时间较长，细菌裂解导致的。
2.下列对肺炎双球菌和T2噬菌体的相关叙述中，正确的是(　　)
A.T2噬菌体可寄生在人体内
B.T2噬菌体头部和尾部的外壳都由蛋白质构成
C.R型细菌在培养基上形成的菌落表面光滑
D.S型细菌可使人和小鼠患肺炎死亡
【解析】选B。T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，其头部和尾部的外壳都由蛋白质构成；S型细菌的菌落表面光滑，R型细菌的菌落表面粗糙；S型细菌可使人患肺炎，使小鼠患败血症。
考点三　烟草花叶病毒感染实验及遗传物质　　　
【核心知识通关】
1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验：
(1)实验过程及现象：
出现病斑
不出现病斑
(2)结论。
____是烟草花叶病毒的遗传物质，_______不是烟草花叶病毒的遗传物质。
RNA
蛋白质
2.生物体内核酸种类及遗传物质类型：
DNA
DNA
RNA
【特别提醒】
(1)细胞中的核酸：包括DNA和RNA两种，其中只有DNA是遗传物质，细胞质中的遗传物质也是DNA，RNA只是作为DNA的信使或合成蛋白质时的工具。
(2)病毒中的核酸：DNA或RNA，病毒不会同时含有两种核酸。病毒含有哪种核酸，哪种核酸即作为其遗传物质。
【高考模拟精练】
1.(2016·长沙模拟)下列关于遗传物质的说法，错误的是(　　)
①真核生物的遗传物质是DNA
②原核生物的遗传物质是RNA
③细胞核中的遗传物质是DNA
④细胞质中的遗传物质是RNA
⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA或RNA
A.①②③　　B.②③④　　C.②④⑤　　D.③④⑤
【解析】选C。真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA；细胞核和细胞质中的遗传物质都是DNA；甲型H1N1流感病毒属于RNA病毒，遗传物质是RNA。
2.(2016·洛阳模拟)科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验的结果(见下表)中，不可能出现的是(　　)
A.实验①　　B.实验②　　C.实验③　　D.实验④
【解题指南】(1)明确蛋白质不是遗传物质，子代类型由RNA决定。
(2)明确组合病毒的蛋白质和RNA来源。
【解析】选C。因为烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以决定病毒类型和病斑类型的是RNA，而不是蛋白质。③中的RNA是b型TMV的，分离出的病毒类型应该是b型，因此C项符合题意。
3.(2016·淄博模拟)人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，下列有关叙述正确的是(　　)
A.孟德尔提出遗传因子的概念并证实了其传递规律和化学本质
B.噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力
C.沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数
D.烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质都是RNA
【解析】选B。孟德尔提出了遗传因子的概念并证实了
其传递规律，但并没有证实其化学本质，A项错误；证
明DNA是遗传物质的实验中，因噬菌体侵染细菌的实
验能通过同位素标记法将DNA和蛋白质彻底分离开来
分析，故此实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服
力，B项正确；DNA双螺旋结构中嘌呤数等于嘧啶数，C
项错误；烟草花叶病毒感染烟草的实验证明烟草花叶
病毒的遗传物质是RNA，但并不能说明所有病毒的遗传物质都是RNA，如T2噬菌体的遗传物质是DNA，D项错误。
【易错提醒】本题易错选A。错因在于未能完整理解A项的表述。A项的表述前半部分正确，后半部分错误。孟德尔提出遗传因子，只是一种逻辑推理的产物，后来的科学家证明了遗传因子是基因。
4.如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验，通过分析可知这种病原体(　　)
A.寄生于细胞内，其遗传物质为RNA
B.可单独生存，其遗传物质为蛋白质
C.寄生于细胞内，其遗传物质为蛋白质
D.可单独生存，其遗传物质为RNA
【解析】选A。题中提到的病原体由RNA和蛋白质组成，为病毒，而病毒只有寄生在活细胞内才能表现出生命现象；由题图可知，RNA能将亲代病毒的特征遗传给后代，而蛋白质不能，所以这种病原体的遗传物质是RNA。
【加固训练】
1.下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.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA
B.TMV能使人类患病
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
【解析】选A。分析图示，TMV放入水和苯酚中振荡后，RNA和蛋白质分离，A正确；烟草花叶病毒只能感染烟草叶片，不会感染人类细胞，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TMV的遗传物质是RNA，而不是蛋白质，D错误。
2.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.T2噬菌体的遗传物质不含S元素
C.玉米的遗传物质全部分布在染色体上
D. HIV的遗传物质水解产生四种脱氧核苷酸
【解析】选B。豌豆的遗传物质是DNA，A项错误；T2噬菌体的遗传物质是DNA，不含有硫元素，B项正确。玉米的遗传物质分布在染色体、线粒体和叶绿体上，C项错误；HIV的遗传物质为RNA，水解产物是4种核糖核苷酸，D项错误。