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- 2021-09-28 发布
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2020届 一轮复习 人教版 人类对遗传物质的探索过程 学案
考纲、考情——知考向
核心素养——提考能
最新考纲
人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ)
生命
观念
结构与功能观:认识DNA分子作为遗传物质所应具备的特征
全国卷
考情
2017·全国卷Ⅰ(29)、2017·全国卷Ⅱ(2)、
2016·全国卷Ⅲ(2)、2013·全国卷Ⅱ(5)
科学
思维
分析与综合:总结肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程
科学
探究
实验设计与实验结果分析:分析人类对遗传物质探索的实验设计思路
考点一 肺炎双球菌的转化实验
1.格里菲思的体内转化实验
(1)实验①②对比说明R型细菌无毒性,S型细菌有毒性。
(2)实验②③对比说明被加热杀死的S型细菌无毒性。
(3)实验②③④对比说明R型细菌转化为S型细菌。
(4)结论:已经被加热杀死的S型细菌中,含有促成R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。
2.艾弗里的体外转化实验
1.肺炎双球菌体外转化实验的实验思路是什么?实验中,设置“S型细菌的DNA中加DNA酶”实验组的作用是什么?
提示 ①实验思路:直接分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等,将它们分别与R型细菌混合培养,研究它们各自的遗传功能。
②加DNA酶处理组的作用是起对照作用。用DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA,结果不能使R型细菌发生转化,说明DNA才是使R型细菌发生转化的物质。
2.如图表示肺炎双球菌的转化实验,请思考:
(1)图示过程模仿的是体内还是体外转化实验?该实验能否得出DNA是遗传物质这一结论?
提示 图示实验模仿的是格里菲思的体内转化实验。不能。(该实验的结论只能是“加热杀死的S型肺炎双球菌中含有某种转化因子,从而使R型细菌转化为S型细菌”)。
(2)d处理状况下,导致小鼠致死的是哪类细菌?该过程中发生了哪类可遗传变异?
提示 d处理过程中导致小鼠致死的是S型细菌,该过程中发生了基因重组,使R型细菌实现了“转化”,成为了有毒性的S型细菌。
结合肺炎双球菌转化实验考查实验设计与方案实施的能力
1.
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( )
实验组号
接种菌型
加入S型细菌的物质
培养皿长菌情况
①
R型
蛋白质
R型
②
R型
荚膜多糖
R型
③
R型
DNA
R型、S型
④
R型
DNA(经DNA酶处理)
R型
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 实验过程中,①组加入的蛋白质和②组加入的荚膜多糖不能促进R型细菌的转化,说明二者不是转化因子,A错误;在本实验中,B、D均不能得到证明。
答案 C
2.(2019·广东中山期末)下列关于肺炎双球菌转化实验的说法,正确的是( )
A.格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质
B.艾弗里实验中S型菌DNA+R型细菌一起培养,培养基上生存的细菌都是S型细菌
C.肺炎双球菌转化实验证明DNA是主要的遗传物质,蛋白质不是遗传物质
D.已加热杀死的S型细菌中,蛋白质已经失去活性而DNA仍具有活性
解析 格里菲思实验并未证明DNA是遗传物质,A错误;艾弗里实验中,S型细菌DNA+R型细菌,培养基上生存的既有S型细菌也有R型细菌,B错误;该实验证明DNA是遗传物质不能说成是“主要的”遗传物质,C错误。
答案 D
关注格里菲思实验(实验一)与艾弗里实验(实验二)的3个“不同”
考点二 噬菌体侵染细菌实验
1.实验材料
T2噬菌体和大肠杆菌。
噬菌体的结构及生活方式
2.实验过程
(1)实验方法:同位素标记法。该实验中用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。
(2)实验过程
①标记噬菌体
②噬菌体侵染细菌
3.实验结果分析
(1)噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌细胞中,而蛋白质外壳留在外面。
(2)子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA遗传的。
4.结论:DNA是遗传物质。
■助学巧记
“二看法”判断子代噬菌体标记情况
教材高考
1.高考重组 判断正误
(1)肺炎双球菌转化实验证明了细胞内DNA和RNA都是遗传物质(2018·江苏卷,3C)( )
(2)T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质(2017·全国卷Ⅱ,2B)( )
(3)证明光合作用所释放的O2来自于水与用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质所用核心技术相同(2016·全国卷Ⅲ,2B)( )
(4)T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖(2013·海南卷,13D)( )
(5)T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证明了DNA是遗传物质(2013·全国卷Ⅱ,5改编)( )
提示 (1)× 该实验的体外转化实验证明了DNA是转化因子。
(2)× T2噬菌体合成蛋白质的场所是大肠杆菌核糖体。
(3)√ (4)√ (5)√
2.教材·拓展·拾遗
(1)(教材必修2 P46“思考与讨论”改编)尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同,但其最关键的实验设计思路却有共同之处,你能否具体指出?
提示 最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开,单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。
(2)(教材必修2 P46拓展题,2改编)结合肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验,分析作为遗传物质应具备哪些特点?
提示 作为遗传物质至少要具备以下四个条件:①能够精确地复制自己;②能够指导蛋白质合成,从而控制生物的性状和新陈代谢;③具有储存遗传信息的能力;④结构比较稳定等。
围绕噬菌体侵染细菌实验分析考查科学思维的能力
1.(2017·全国卷Ⅱ,2)在证明DNA是遗传物质的过程中,T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述,正确的是( )
A.T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖
B.T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质
C.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
D.人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
解析 T2噬菌体只能侵染大肠杆菌,不能侵染肺炎双球菌,所以不可以在肺炎双球菌中复制和增殖,A错误;病毒没有细胞结构,不能独立生活,所以在T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成mRNA和蛋白质,需要借助宿主细胞来合成mRNA和蛋白质,B错误;人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程不相同,前者是RNA病毒,后者是DNA病毒,D错误。
答案 C
2.下图为“噬菌体侵染细菌的实验”的部分过程。下列有关叙述正确的是( )
A.图示实验所用噬菌体是用32P标记
B.搅拌的目的是使噬菌体与大肠杆菌分离
C.图示实验结果可证明噬菌体的DNA进入细菌
D.本实验证明了蛋白质不是遗传物质
解析 上清液中主要存在的是噬菌体的蛋白质外壳,上清液放射性很高,推断是用35S标记的噬菌体,A错误;搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与大肠杆菌分离,B正确;35S标记的是蛋白质,无法证明噬菌体的DNA进入到细菌,C错误;由于噬菌体的蛋白质没有进入到细菌内,因此无法证明蛋白质不是遗传物质,D错误。
答案 B
综合考查两大经典实验及其比较
3.(2017·经典高考) 下列关于探索DNA是遗传物质的实验,叙述正确的是( )
A.格里菲思实验证明DNA 可以改变生物体的遗传性状
B.艾弗里实验证明从S 型肺炎双球菌中提取的DNA 可以使小鼠死亡
C.赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌主要存在于沉淀中
D.赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P 标记
解析 格里菲思的体内转化实验提出了转化因子改变生物体的遗传性状,并没有证明转化因子就是DNA,A错误;艾弗里实验证明从S 型肺炎双球菌中提取的DNA可以使R型肺炎双球菌转化成S型肺炎双球菌,单独的S 型肺炎双球菌中提取的DNA无毒,不能使小鼠死亡,B错误;赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体中只有含有母链DNA的才带有32P标记,D错误。
答案 C
4.(2019·山东六校联考)下列关于肺炎双球菌的体内和体外转化实验以及T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的叙述,正确的是( )
A.三个实验的设计思路是一致的
B.三个实验都用到了同位素标记法
C.三个实验都不能得出蛋白质不是遗传物质的结论
D.三个实验所涉及生物的遗传物质都是DNA
解析
三个实验中,只有肺炎双球菌的体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的设计思路相同,A错误;肺炎双球菌的体内和体外转化实验都没有用到同位素标记法,B错误;肺炎双球菌的体外转化实验能得出蛋白质不是遗传物质的结论,C错误;三个实验所涉及生物有T2噬菌体、小鼠、肺炎双球菌、大肠杆菌,它们的遗传物质都是DNA,D正确。
答案 D
肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
实验名称
艾弗里肺炎双球菌体外转化实验
噬菌体侵染细菌实验
实验思路
设法将DNA与其他物质分开,单独地、直接地研究它们各自不同的作用
设计原则
对照原则和单一变量原则
处理方式的区别
直接分离法:分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,分别与R型活细菌混合培养
同位素标记法:分别标记DNA和蛋白质的特征元素(32P和35S)
实验结论
DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
DNA是遗传物质
注:两个实验均证明了“DNA是遗传物质”但不能证明“DNA是主要的遗传物质”。
考点三 DNA是主要的遗传物质
1.烟草花叶病毒对烟草细胞的感染实验
(1)实验过程及现象
(2)实验结论
RNA是烟草花叶病毒的遗传物质,蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。
(3)延伸结论
DNA是主要的遗传物质,因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有少部分生物的遗传物质是RNA。
2.不同生物的遗传物质归类
生物类型
病毒
原核生物
真核生物
体内核酸种类
DNA或RNA
DNA和RNA
DNA和RNA
体内碱基种类
4种
5种
5种
体内核苷酸种类
4种
8种
8种
遗传物质
DNA或RNA
DNA
DNA
实例
噬菌体、烟
草花叶病毒
乳酸菌、蓝藻
玉米、小麦、人
1.若某种生物的遗传物质碱基组成如图,则此生物最可能是T2噬菌体、肺炎双球菌、烟草花叶病毒、酵母菌中的哪一种?为什么?
提示 应为烟草花叶病毒,因其他三种生物的遗传物质均为DNA,双链DNA中嘌呤与嘧啶碱基应相等,图示遗传物质中两类碱基不相等,应为RNA病毒。
2.下列内容为探索遗传物质的经典实验分别对应的结论是?
提示 ①S型细菌中含有“转化因子”
②DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 ③DNA是噬菌体的遗传物质 ④RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 ⑤DNA是绝大多数生物的遗传物质 ⑥DNA是主要的遗传物质
结合病毒侵染及拆分重组实验考查实验设计、方案实施的能力
1.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( )
“杂合”噬菌体的组成
实验预期结果
预期结果序号
子代表现型
甲的DNA+乙的蛋白质
1
与甲种一致
2
与乙种一致
乙的DNA+甲的蛋白质
3
与甲种一致
4
与乙种一致
A.1、3 B.1、4
C.2、3 D.2、4
解析 因为DNA是噬菌体的遗传物质,所以组成成分为甲的DNA和乙的蛋白质的“杂合”噬菌体感染大肠杆菌后得到的子代噬菌体的表现型与甲种一致;组成成分为乙的DNA和甲的蛋白质的“杂合”噬菌体感染大肠杆菌后得到的子代噬菌体的表现型与乙种一致。
答案 B
2. 已知烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟草叶片,但两者致病斑不同。有人用这两种病毒做实验,具体步骤和结果如图所示,下列说法错误的是( )
A.c表示用TMV的蛋白质外壳感染烟草叶片,结果是烟草叶片上不出现病斑
B.d表示用HRV的RNA感染烟草叶片,结果是烟草叶片上出现病斑
C.f表示TMV的蛋白质外壳和HRV的RNA组成的“杂种病毒”产生的后代是HRV
D.该实验的结论是病毒的遗传物质是RNA,而不是蛋白质
解析 由题图可知,c表示用TMV的蛋白质外壳感染烟草叶片,结果是烟草叶片上没有出现病斑,A正确;d表示用HRV的RNA感染烟草叶片,结果是烟草叶片上出现病斑,B正确;e中的杂交病毒感染烟草叶片后,在繁殖子代病毒的过程中,合成蛋白质的模板来自HRV的RNA,合成蛋白质的原料由烟草细胞提供,繁殖出来的子代病毒具有HRV的RNA和HRV的蛋白质外壳,C正确;该实验的结论是车前草病毒的遗传物质是RNA,而不是蛋白质,D错误。
答案 D
结合探究生物遗传物质的化学本质考查实验设计及结果探讨的能力
3.(2017·全国卷Ⅰ,29) 根据遗传物质的化学组成,可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型,有些病毒对人类健康会造成很大危害,通常,一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。,假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换,请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以确定一种新病毒的类型,简要写出(1)实验思路,(2)预期实验结果及结论即可。(要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
解析 (1)DNA和RNA的化学组成存在差异,如DNA特有的碱基是T,而RNA特有的碱基是U,因此可用放射性同位素分别标记碱基T和碱基U,通过检测子代的放射性可知该病毒的类型。根据分析,本实验思路为:甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒,培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒,培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)若甲组收集的病毒有放射性,乙组无,即为RNA病毒;反之为DNA病毒。
答案 (1)实验思路:甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒,培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒,培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。,(2)结果及结论:若甲组收集的病毒有放射性,乙组无,即为RNA病毒;反之为DNA病毒。
探索“遗传物质”的思路和方法
(1)探究思路
①若探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开,单独看作用。
②若探究未知病毒的遗传物质是DNA还是RNA——利用酶的专一性。
(2)4种方法
澄清易混易错·强化科学思维
[易错易混]
易错点1 误认为格里菲思实验证明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA或误认为艾弗里实验运用了“同位素标记”技术
点拨 (1)格里菲思实验仅能证明S型细菌中含有某种“转化因子”,但并未具体证明转化因子是何种物质。
(2)艾弗里实验所用方法为“化学分离提纯法”,而不是放射性同位素标记法,噬菌体侵染细菌实验所利用的才是放射性同位素标记法(32P、35S)。
易错点2 不能正确分析噬菌体侵染细菌实验的实验误差,点拨 噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
(1)32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
(2)35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
易错点3 究竟谁的遗传物质是RNA?(原核生物?真核生物细胞?还是所有病毒?)有没有那种生物其遗传物质“主要是DNA”?
点拨 (1)真核生物(包括细胞质、细胞核中)和原核生物的遗传物质一定是DNA。
(2)病毒的遗传物质要么为DNA(DNA病毒),要么为RNA(RNA病毒)。
(3)绝大多数生物的遗传物质是DNA,因此DNA是主要的遗传物质。,由此可见,对于任何一种生物,其遗传物质只能是DNA,或只能是RNA,不会有“主要是DNA”之说——只有面对“所有生物”综合描述时,才会有“主要是DNA”之说。
[深度纠错]
1.下列关于肺炎双球菌转化实验的叙述,正确的是( )
A.体外转化实验的关键是对S型细菌中的物质进行分离、提纯和鉴定以单独观察其作用
B.体外转化实验和体内转化实验均证明了DNA是“转化因子”
C.与体内转化实验相比,体外转化实验使用了放射性同位素标记技术,使得实验更具说服力
D.体外转化实验中致使小鼠死亡的直接原因是“加热杀死的S型菌的DNA”
解析 体内转化实验并未证明DNA是转化因子,B错误;艾弗里实验采用的是物质分离提纯法,并未采用“同位素标记法”,C错误;D项中使小鼠致死的是新转化来的S型菌而不是加热杀死的S型菌的DNA。
答案 A
2.在噬菌体侵染细菌的实验中,噬菌体与细菌保温时间长短与放射性高低的关系图如下,下列关系中最合理的是哪一组?(注35S标记的噬菌体记为甲组,32P标记的噬菌体记为乙组)
A.甲组—上清液—b B.乙组—上清液—b
C.甲组—沉淀物—c D.乙组—沉淀物—c
解析 32P标记的是噬菌体的DNA,保温时间过短、过长均会导致上清液中放射性增高。
答案 B
3.(2019·天津武清模拟)下列关于生物遗传物质的叙述,正确的是( )
A.具有细胞结构的生物的遗传物质一定是DNA
B.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNA
C.病毒的遗传物质是RNA
D.细胞核内的遗传物质是DNA,细胞质内的遗传物质是RNA
解析 具有细胞结构的生物的遗传物质一定是DNA,A正确,B、D错误;病毒的遗传物质是DNA或RNA,C错误。
答案 A
随堂·真题&预测
1.(2018·全国卷Ⅲ,1)下列研究工作中由我国科学家完成的是( )
A.以豌豆为材料发现性状遗传规律的实验
B.用小球藻发现光合作用暗反应途径的实验
C.证明DNA是遗传物质的肺炎双球菌转化实验
D.首例具有生物活性的结晶牛胰岛素的人工合成
解析 奥地利的孟德尔以豌豆为实验材料发现了性状遗传规律;美国的卡尔文利用小球藻,用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用,探明了CO2中的C在光合作用过程中转化成有机物中C的途径,这就是著名的卡尔文循环;英国的格里菲思和美国的艾弗里分别完成了肺炎双球菌的体内和体外转化实验;1965年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的人工合成。
答案 D
2.(2013·全国卷Ⅱ,5)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
解析 孟德尔通过豌豆杂交实验发现了基因的分离定律和基因的自由组合定律;摩尔根通过果蝇的杂交实验发现了伴性遗传;DNA的X光衍射实验说明了DNA分子呈螺旋结构。证明DNA是遗传物质的实验有肺炎双球菌的转化实验和T2噬菌体侵染大肠杆菌实验。
答案 C
3.(2016·经典高考)下列关于探索DNA是遗传物质实验的相关叙述,正确的是( )
A.格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果
B.格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质
C.赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的
D.赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质
解析 格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因重组的结果,A错误;格里菲思实验证明了S型细菌中存在一种转化因子,使R型细菌转化为S型细菌,B错误;T2噬菌体营寄生生活,需先标记细菌,再标记噬菌体,C错误;赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质,D正确。
答案 D
4.(2020·高考预测)最近某科研小组在某动物体内发现一种新型病毒,为了确定该病毒的分类,科研工作者们进行了如下讨论,正确的是( )
A.甲的方法是检测病毒增殖时产生酶的种类,若有DNA聚合酶,则为DNA病毒
B.乙的方法是检测病毒核酸中嘌呤碱基和嘧啶碱基的数量,若嘌呤数≠嘧啶数,则为RNA病毒
C.丙的方法是用含放射性尿苷的宿主细胞培养,若子代病毒有放射性,则为RNA病毒
D.丁的观点是分析该病毒的变异频率,若病毒的变异频率较低,则该病毒为DNA病毒
解析 对于逆转录病毒,在其增殖的过程中,先进行逆转录,形成DNA,再进行DNA复制、转录和翻译过程,因此,若增殖过程中产生了DNA聚合酶,只能说明该病毒在增殖过程中,进行了DNA复制过程,并不能判定其核酸为DNA,A错误;病毒的遗传物质是DNA或RNA,而DNA通常为双链,RNA通常为单链,但在少数病毒体内也发现了单链DNA和双链RNA,根据嘌呤数≠
嘧啶数,不能判定该病毒的遗传物质为RNA,B错误;尿苷中的尿嘧啶是RNA特有的,若子代病毒具有放射性,说明该病毒一定为RNA病毒,C正确;双链DNA或RNA的变异频率低于单链DNA或RNA的变异频率,因此,变异频率只能作为判定核酸是双链或单链的证据之一,不足以确定核酸的类型,D错误。
答案 C