第9章 基因的本质
第一讲 DNA是主要的遗传物质
第二讲 DNA分子的结构的复制 基因是有遗传效 应的DAN片段
目 录
1．格里菲思实验的结论是：加热杀死的 S型细菌中存在“转化因子”。
2．艾弗里实验的结论是：DNA才是使R 型细菌产生稳定性变化的物质，即 DNA是遗传物质。
3．在T2噬菌体的化学组成中，仅蛋白质分子中含有硫，P
几乎都存在于DNA分子中。
4．证明DNA是遗传物质的相关实验的实验思路是：设法
将DNA与蛋白质等其他物质分离开，单独地、直接地观察它们的生理作用。
5．病毒的遗传物质是DNA或RNA；细胞生物的遗传物质
是DNA。
一、肺炎双球菌的转化实验
1．格里菲思实验——体内转化
不死亡
死亡
不死亡
死亡
S型活细菌
(2)分析实验现象：
①实验A、B对照，说明 。
②实验A、B、C对照，说明 。
③四组实验对照，说明无毒性的R型活细菌在与加热杀死的S型细菌混合后， ，并且这种性状的转化是可以 的。
(3)实验结论： 。
R型细菌无毒性，S型细菌有毒性
加热杀死的S型细菌无毒性
转化为有毒的S型活细菌
遗传
加热杀死的S型细菌中有“转化因子”
2．艾弗里实验——体外转化
(1)实验过程：
(2)实验分析：
①只有加入 ，R型细菌才能转化为S型细菌。
②S型细菌的DNA加入 后不能使R型细菌发生转化。
③实验结论：S型细菌的 是“转化因子”，即DNA是 。
S型细菌的DNA
DNA酶
DNA
遗传物质
[想一想]
艾弗里实验中设置DNA＋DNA酶这一组实验的目的是什么？
提示：一是对照说明只加DNA组的结论，二是说明DNA的水解产物不能实现转化。
二、噬菌体侵染细菌的实验
1．噬菌体结构及增殖[填图]
2．实验过程
(1)标记噬菌体：
35S
32P
(2)侵染细菌：
3．实验分析
(1)35S和32P分别标记的是 和 。
(2)35S标记的噬菌体侵染细菌后，上清液放射性高的原因是 。
(3)32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌后，沉淀物中放射性高的原因是 。
4．实验结论
。
蛋白质
DNA
蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，搅拌离心后存在
于上清液中
DNA进入大肠杆菌，离心后存在于沉淀物中
DNA是噬菌体的遗传物质
[想一想]
为什么选用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA?
提示：在T2噬菌体的组成成分中，S仅存在于T2噬菌体的蛋白质外壳中，而P则主要存在于DNA中。
三、DNA是主要的遗传物质[连线]
[知识体系构建]
①肺炎双球菌转化　②噬菌体侵染细菌　③烟草花叶病毒侵染烟草　④DNA是遗传物质　⑤RNA是遗传物质
肺炎双球菌转化实验
1．(2011·广东高考)艾弗里和同事用 R 型和 S 型肺炎双球菌
进行实验，结果如下表。从表可知 (　　)
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
解析：由①、②、③组相比较可知DNA是S型细菌的转化因子，再通过④组可进一步证明DNA是S型细菌的转化因子，而蛋白质、多糖以及DNA水解产物都不是S型细菌的转化因子，A错误、C正确；从表中不能得出B项的结论；表中信息不能说明DNA是S型细菌的主要遗传物质，D错误。
答案：C
2．(2008·江苏高考)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
②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
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：能使小鼠死亡的是活的S型细菌，只有实验②中有活的S型细菌。
答案：D
1．体内和体外转化实验的比较
体内转化实验
体外转化实验
实验者
格里菲思
艾弗里及其同事
培养细菌
在小鼠体内
体外培养基
实验原则
R型细菌与S型细菌的毒性对照
S型细菌各成分的作用进行对照
实验结果
加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌
S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌
实验结论
S型细菌体内有“转化因子”
S型细菌的DNA是遗传物质
体内转化实验
体外转化实验
巧妙构思
用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化
将物质提纯分离后，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用
联系
①所用材料相同；
②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸；
③两实验都遵循对照原则、单一变量原则
2．肺炎双球菌转化实验中的相互对照
[关键一点]　肺炎双球菌转化的实质和影响因素
①在加热杀死的S型细菌中，其蛋白质变性失活，但不要认为DNA也变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
②转化的实质并不是基因发生突变，而是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
③在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌，而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。原因是转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。
高考地位
本考点知识难度不大，关键在于深刻理解实验体现的思想方法，在历年高考命题中属于低频考点，一般单科试卷命题出现频率较高
命题角度
(1)以教材实验为依托考查实验结论的得出与实验设
计所遵循的原则，如典例1；
(2)以图示作信息载体，考查教材实验设计的思路，
如典例2。
[典例1]　格里菲思的肺炎双球菌转化实验如下：
①将无毒的R型活细菌注入小鼠体内，小鼠不死亡；
②将有毒的S型活细菌注入小鼠体内，小鼠患败血症死亡；
③将加热杀死的S型细菌注入小鼠体内，小鼠不死亡；
④将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后，注入小鼠体内，小鼠患败血症死亡。
根据上述实验，下列说法正确的是 (　　)
A．整个实验证明了DNA是转化因子
B．实验①、实验③可作为实验④的对照
C．实验④中的死亡小鼠体内S型活细菌毒性不能稳定遗传
D．重复做实验①与④，得到同样的结果，说明S型活细菌由R型活细菌突变而来
[解析]　格里菲思的肺炎双球菌转化实验只能说明加热杀死的S型细菌可以使R型细菌发生转化，故A错误；在肺炎双球菌转化实验中，每一组既是实验组，又是其他组的对照组，故B正确；R型细菌转变成S型细菌是因为其接受了S型细菌的DNA，属于可遗传变异，故C错误；该变异属于基因重组，故D错误。
[答案] B
[典例2]　下图是科学家为了弄清转化因子的本质而做的实验，则三个实验的培养皿中只存在一种菌落的是(　　)
A．实验一　　　　　　　 B．实验二
C．实验三 D．实验一和三
[解析]　实验二中加入的DNA酶能水解S型菌的DNA，R型菌不能转化为S型菌，培养皿中只有R型菌一种菌落。
[答案] B
噬菌体侵染细菌的实验
(1)(2012·上海卷T11B)噬菌体侵染细菌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。 ( )
(2)(2012·江苏卷T2B)噬菌体侵染细菌的实验比肺炎双球菌体外转化实验更具有说服力。 ( )
√
√
(3)(2012·重庆卷T2D)噬菌体能在宿主细胞内以二分裂方式增殖，使该细菌裂解。 ( )
(4)(2011·江苏卷T12D)32P、35S标记的噬菌体侵染细菌实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质。 ( )
(5)(2009·江苏卷T5C)T2噬菌体的遗传物质含有硫元素。 ( )
×
×
×
1．噬菌体的增殖
(1)模板：噬菌体DNA。
(2)合成DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。
2．实验误差分析
(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因：
①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。
(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
3．与肺炎双球菌的体外转化实验的比较
肺炎双球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
不同点
方法不同
直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型菌混合培养
同位素标记：分别用32P和35S标记DNA和蛋白质
结论不同
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质(因蛋白质没有进入细菌体内)
相同点
①均使DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用；
②都遵循了对照原则；
③都能证明DNA是遗传物质，但都不能证明DNA是主要的遗传物质
[关键一点]　噬菌体侵染细菌实验中的标记误区
①该实验不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开。
② 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。
高考地位
本考点知识稍有难度，较抽象，学生理解上难度较大，在高考命题中属于高频考点之一。
命题角度
1.直接以选择题形式考查教材实验中操作方法、目
的、实验结论等知识的识记理解，如典例3；
2.通过噬菌体侵染细菌过程，考查同位素示踪法及
元素去向分析，如典例4。
[典例3]　在探索遗传物质的过程中，赫尔希和蔡斯做了T2噬菌体侵染细菌的实验。下列有关叙述正确的是(　　)
A．该实验证明了DNA是主要的遗传物质
B．用含有32P的T2噬菌体和含有35S的T2噬菌体分别进行侵染实验
C．用含有充足有机物的完全培养基培养T2噬菌体
D．用32P标记T2噬菌体的蛋白质，用35S标记T2噬菌体的DNA
[解析]　赫尔希和蔡斯在T2噬菌体侵染细菌的实验中，分别用32P标记T2噬菌体的DNA，用35S标记T2噬菌体的蛋白质，该实验证明了DNA是遗传物质，不能证明DNA是主要的遗传物质。T2噬菌体属于病毒，营寄生生活，不能用培养基直接培养。
[答案] B
[典例4]　(2013·长春调研)如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染未标记的大肠杆菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的标记元素为 (　　)
A．在外壳中找到15N和35S
B．在DNA中找到15N和32P
C．在外壳中找到15N
D．在DNA中找到15N、32P和35S
[解析]　用15N、32P、35S共同标记噬菌体，15N标记了噬菌体的DNA和蛋白质外壳，32P标记了噬菌体的核酸，35S标记了噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌过程中蛋白质外壳留在细菌外面，核酸进入细菌内部，在细菌中以噬菌体DNA为模板，利用细菌中的原料合成子代噬菌体的核酸，由于DNA复制的方式为半保留复制，故在子代噬菌体中能找到15N和32P标记的DNA，不能找到35S和15N标记的蛋白质。
[答案] B
1．病毒结构特点
病毒的组成成分简单，仅由蛋白质和核酸组成。
2．探究思路
(1)若探究蛋白质和核酸谁是遗传物质——设法将两者分开，单独侵染宿主细胞，看能否增殖或个体是否出现患病症状即可证明。
(2)若探究某种未知病毒遗传物质是DNA还是RNA，则借助酶水解法，观察能否增殖即可证明。具体步骤如下：
①分离提纯：肺炎双球菌的转化实验。缺点：物质纯度不能保证是100%。
②同位素标记法：噬菌体侵染细菌的实验。方法：分别标记两者的特有元素；将病毒的化学物质分开，单独、直接地观察它们各自的作用。目的：把DNA与蛋白质区分开。
③病毒重组法：烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。方法：将一种病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质外壳重新组合，得到杂种病毒。
④水解酶法：利用酶的专一性，控制起作用的物质，从而判断出起作用的物质种类。
自从世界上发现了能感染人类的高致病性禽流感病毒(简称禽流感病毒)，我国就参与了抗击禽流感的国际性合作，并已研制出预防禽流感的疫苗并投入生产应用。根据所学知识回答下列问题：
(1)实验室中要获得大量禽流感病毒，不是将病毒直接接种到无细胞的培养基上，而是以活鸡胚为培养基，其原因是___________________________________________
________________________________________________。
(2)利用特定的颜色反应来鉴定禽流感病毒的化学组分，原理是：
①RNA在浓盐酸中与苔黑酚试剂共热显绿色；
②__________________________________________；
③DNA与二苯胺试剂共热显蓝色。
(3)实验分析出禽流感病毒的物质组成为蛋白质和RNA，不含DNA，则证明禽流感病毒的遗传物质的最关键的实验设计思路是____________________________。
(4)请你预测用禽流感病毒的蛋白质和RNA分别感染活鸡胚存在的几种可能性：
①蛋白质与RNA都有遗传效应，说明：蛋白质和RNA都是遗传物质；
②____________________，说明：______________；
③____________________，说明：______________；
④____________________，说明：______________。
[解析]　(1)病毒营寄生生活，只有在活细胞内才能生存。(2)DNA可用二苯胺试剂鉴定，蛋白质可用双缩脲试剂鉴定，分别显现不同的颜色。(3)证明某生物的遗传物质的关键思路是设法把该生物的各种成分分离开来，单独地直接地观察每种成分的作用。(4)进行探究性实验的结果预测与结论分析时要考虑各种可能的情况。
[答案]　(1)病毒的繁殖只能在宿主的活细胞中进行　(2)②蛋白质与双缩脲试剂作用显紫色　(3)设法将禽流感病毒的蛋白质和RNA分开，单独地、直接地去观察它们各自的作用　(4)②RNA有遗传效应，而蛋白质没有遗传效应　RNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质　③RNA没有遗传效应，而蛋白质有遗传效应　RNA不是遗传物质，而蛋白质是遗传物质　④RNA和蛋白质都没有遗传效应　RNA和蛋白质都不是遗传物质
[典例]　下图是某种高等植物的病原体的侵染过程实验，该实验表明这种病原体 (　　)
A．寄生于细胞内，通过RNA遗传
B．可单独生存，通过蛋白质遗传
C．寄生于细胞内，通过蛋白质遗传
D．可单独生存，通过RNA遗传
[解析]　通过图示可知，将该病原体的成分分离后，分别感染植物健康叶片，只有接种RNA的叶片出现症状，由此判断该病原体的遗传物质是RNA；病毒不能单独生存，只能寄生在活细胞内才能生存。
[答案]　A
1．作为遗传物质必须具备的四个条件
(1)能够精确地自我复制，使前后代具有一定的连续性。
(2)能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。
(3)具有贮存大量遗传信息的潜在能力。
(4)具有相对稳定性，可产生可遗传的变异。
[技法归纳]
2．生物体内遗传物质的判断
(1)具有细胞结构的生物，其细胞中含有DNA和RNA两种核酸，遗传物质是DNA。
(2)病毒体内只含有DNA或RNA一种核酸，含DNA的病毒遗传物质是DNA，含RNA的病毒，其遗传物质是RNA。
[高考随堂体验]
1．(2012·江苏高考)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．孟德尔发现遗传因子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 是RNA
解析：孟德尔发现了遗传因子并证实了其传递规律，但并没有证实其化学本质；因噬菌体侵染细菌的实验通过同位素标记的方法将DNA和蛋白质彻底分离开来，故比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力；沃森和克里克构建DNA双螺旋结构时利用了别人的一个重要成果，即嘌呤数等于嘧啶数；烟草花叶病毒感染烟草实验只能说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，并不能说明所有病毒的遗传物质都是RNA。
答案：B
2．(2012·重庆高考)针对耐药菌日益增多的情况，利用噬菌
体作为一种新的抗菌治疗手段的研究备受关注。下列有关噬菌体的叙述，正确的是 (　　)
A．利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌体的蛋白质
B．以宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸
C．外壳抑制了宿主菌的蛋白质合成，使该细菌死亡
D．能在宿主菌内以二分裂方式增殖，使该细菌裂解
解析：噬菌体是一种专门寄生在细菌细胞内的病毒，在噬菌体侵染细菌的过程中，以细菌氨基酸为原料合成子代噬菌体的蛋白质；合成子代噬菌体的核酸是以噬菌体DNA为模板而不是以细菌DNA为模板；由于噬菌体的蛋白质外壳没有进入宿主菌内，其与宿主菌蛋白质合成无关；噬菌体是病毒，增殖方式为复制式增殖。
答案：A
3．(2012·上海高考)赫尔希(A.Hershey)和蔡斯(M.Chase)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
解析：噬菌体的结构物质有蛋白质和DNA，对蛋白质和DNA进行标记要用特有元素35S和32P，不能用共有元素15N。蛋白质的组成元素中一般没有P。噬菌体侵染细胞时把DNA注入大肠杆菌中，而蛋白质外壳留在外面，这一特性将蛋白质和DNA分离开，实验结果更科学、更准确。
答案：B
4．(2011·江苏高考)关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，
正确的是 (　　)
A．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
B．分别用35S 和 32P 标记的噬菌体侵染未被标记的大肠 杆菌，进行长时间的保温培养
C．用35S 标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放 射性可能是搅拌不充分所致
D．32P 、 35S 标记的噬菌体侵染实验分别说明 DNA 是遗 传物质、蛋白质不是遗传物质
解析：噬菌体营寄生生活，不能用培养基直接培养；保温时间不能过长，若保温时间太长则可能有含32P子代的噬菌体释放出来，离心后存在于上清液中，导致上清液中也能检测到放射性。用35S 标记的是噬菌体的蛋白质，理论上应存在于上清液中，但可能因搅拌不充分而使部分噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，离心后存在于沉淀物中；本实验可说明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质。
答案：C
5．(2010·海南高考)某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的
蛋白质和DNA，重新组合为“杂合”噬菌体，然后分别感染大肠杆菌，并对子代噬菌体的表现型作出预测，见表。其中预测正确的是 (　　)
A．1、3　　　　　　　　　 B．1、4
C．2、3 D．2、4
解析