(教师版)高中生物_DNA是主要的遗传物质导学案_新人教版必修2

编写人：王总奇           审核人：丘佳祥

学习目标

1、总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程。

2、分析证明DNA是主要的遗传物质的实验设计思路。

3、探讨实验技术在证明DNA是主要遗传物质中的作用。

学习重点

1、肺炎双球菌转化实验的原理和过程。

2、噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。

学习难点

肺炎双球菌转化实验的原理和过程。

                                  自主学习

一、对遗传物质的早期推测

1、20世纪20年代，大多数科学家认为生物体的遗传物质是  蛋白质   ，因为它是由多种     连接而成的生物大分子，  氨基酸     多种多样的排列顺序可能蕴涵着遗传信息。

2、20世纪30年代，人们认识到   DNA  是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括     磷酸   、   碱基  和  脱氧核糖    。脱氧核苷酸有    种，每一种有一个特定的   碱基    ，这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但对DNA分子的结构没有清晰的了解，所以遗憾的是蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。

讨论：观察图3–1，总结几种脱氧核苷酸的相同点和不同点。

练一练：结合当时人们对DNA的认识，判断下列哪种碱基不可能在DNA的结构中（ B ）

                   A、C       B、U      C、T      D、A

二、肺炎双球菌的转化实验

1、格里菲思的转化实验（体内转化）

⑴、实验材料：1928年，格里菲思以   小鼠   为实验材料。

⑵、实验目的：研究     肺炎双球菌    是如何使人患肺炎的。

⑶、肺炎双球菌的类型：

    特点

⑷格里菲思的实验过程及结果：

①R型活细菌+小鼠→小鼠  不死亡    ；

②S型活细菌+小鼠→小鼠  死亡  ，并从小鼠体内分离出  S型活细菌     ；

③加热后杀死的S型细菌+小鼠→小鼠  不死亡   ；

④R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合+小鼠→小鼠  死亡   ，并从小鼠体内分离出   S型活细菌   。把这些细菌培养后发现，其后代也是  S型细菌    ，即这种形状的转化是可以遗传的。

⑸实验结论：

已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的活性物质———  “转化因子”   。

问题探讨：

　请根据教材中格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验图，回答下列问题：

（1）实验的前三组分别有什么作用？为什么加热杀死的S型细菌和活的R型细菌混合可以导致小鼠死亡？

答：第一组主要用以验证Ｒ型细菌没有毒性；第二组主要用以验证Ｓ型活细菌有毒性，会导致小鼠患败血症二死亡；第三组主要用以验证经过加热杀死的S型细菌不会导致小鼠死亡。

加热杀死的Ｓ型细菌在降温后然保留细菌完整的DNA片段，包括控制加墨形成的Ｓ型基因，Ｓ基因被Ｒ型细菌摄取后，整合（重组）到Ｒ型细菌的基因组中，使R型细菌转化成S型细菌。（答案参考金太阳导学案P28面）

   （2）格里菲思实验主要遵循的实验原则是什么？格里菲斯的实验是否证明了ＤＮＡ是转化因子？实验的结论是什么？

  答：对照原则，如体内转化试验中的第一组和第二组、第二组与第三组、第三组与第四组。

     不能证明DNA是转化因子。

     结论是已经被杀死的Ｓ型细菌中，比如说呢含有某种促成这一转化的活性物质——转化因子

2、艾弗里的转化实验（体外转化）

为了弄清楚转化因子究竟是什么物质，艾弗里及其同事对S型细菌中的物质进行了      和鉴定。

⑴、实验过程：从S型活细菌中提取出   DNA  、 蛋白质     和   多糖   等物质，然后将它们分别加入到培养了R型细菌的培养基中。

⑵、实验结果：只有加入  ＤＮＡ   ，R型细菌才能够转化为S型细菌，并且DNA的纯度越高，转化就越有效。也就是说DNA才是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。

如果用DNA酶分解从S型活细菌中提取的DNA，就  不能   （能或不能）是R型细菌发生转化。

⑶、结论：   DNA     才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

提示：加热引起蛋白质变性是导致S型细菌死亡的原因。但DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复其活性，所以加热杀死的S型细菌的DNA被R型细菌吸收、整合、利用，使R型细菌转化为S型细菌，表现出了有荚膜、有毒的性状。

练一练：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）

A、培养R型活细菌时加S型细菌的多糖类物质，能够产生一些具有荚膜的细菌。

B、培养R型活细菌时加S型细菌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型细菌的DNA，能够产生具有荚膜的细菌。

D、培养R型活细菌时加S型细菌的蛋白质，不能够产生具有荚膜的细菌。

问题探讨

请根据教材中艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验，回答下列问题：

（1）艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验中最关键的设计思路是什么？有和巧妙之处？

答：最关键的设计思路是把ＤＮＡ和蛋白质分开，单独直接地观察者两种物质的作用。巧妙之处是合理的控制了实验变量，将多个变量分解为单个变量进行研究，遵循了单一变量原则。

（2）加入DNA的实验组的实验结果是什么？经DNA酶处理过的DNA用于实验结果可以说明什么问题？本实验的结论是什么？

答：在培养基中发现活的R型细菌和Ｓ型细菌。经DNA酶处理过得ＤＮＡ用于实验的结果可以说明DNA的水解产物不是转化因子。本实验结论是ＤＮＡ是遗传因子，而蛋白质等物质则不是遗传物质。

三、噬菌体侵染细菌的实验

由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02％的  蛋白质    ，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。

1952年，赫尔希和蔡斯以    Ｔ２   为实验材料，利用    放射性同位素标记  的新技术，完成了一个更具说服力的实验。

1、T2噬菌体

结构：T2噬菌体是一种专门寄生在  大肠杆菌   体内的病毒，它的头部和尾部的外壳是由        构成，头部内含有   DNA   。

增值特点：T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身   遗传物质    的作用下，利用        体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增值。当噬菌体增值到一定数量后，         裂解，释放出大量的噬菌体。

2、实验方法：   同位素标记法      。

3、实验过程及结果：

第一步：标记大肠杆菌

大肠杆菌+含有35S的培养基→获得含有  35S  标记的大肠杆菌。

大肠杆菌+含有32P的培养基→获得含有  32P  标记的大肠杆菌。

第二步：标记T2噬菌体

噬菌体+含35S的大肠杆菌→获得蛋白质含有  35S    标记的噬菌体。

噬菌体+含32P的大肠杆菌→获得DNA含有  32P    标记的噬菌体。

第三步：用已分别标记的噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌

①、35S标记的噬菌体+未被标记的大肠杆菌→放射性同位素35S主要分布在   上清液      中。说明了噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，没有进入到细菌中。

②、32P标记的噬菌体+未被标记的大肠杆菌→放射性同位素32P主要分布在  沉淀物    中。说明了噬菌体侵染细菌时，ＤＮＡ进入到细菌中。

4、结果分析

①噬菌体侵染细菌时，  DNA     进入到细菌的细胞中，   蛋白质     留在外面。

②子代噬菌体的各种形状是通过亲代的   ＤＮＡ     遗传的。

5、实验结论：   DNA    才是真正的遗传物质。

6、噬菌体侵染细菌实验说明

①DNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性。

②DNA能控制蛋白质的生物合成。

问题探讨

1、在实验中搅拌和离心的目的。

答：搅拌的目的是将吸附在菌体表面的噬菌体的蛋白质外壳全部与菌体分离。离心是将细菌沉淀下来，而噬菌体的蛋白质外壳则留在上清液中。理想情况下，离心之后，上清中存在的是噬菌体的外壳；沉淀中的是所有细菌，其中包括已注入的噬菌体的DNA。

2、在实验中，为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA标记？用14C和18O同位素标记可行吗？

答：因为Ｓ仅在于Ｔ２噬菌体的蛋白质组分中，而磷则主要存在于ＤＮＡ的组分中。用Ｃ和Ｏ等元素是不可行的，因为T2噬菌体的蛋白质和ＤＮＡ分子的组分中都含有这两种元素。

3、请根据教材中T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验回答下列相关问题。

   离心后上清液与沉淀物中放射性含量不同说明了什么问题？进一步观察发现，细菌裂解释放出的与亲代相似的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA。却检测不到35S标记的蛋白质。这一现象又说明了什么？

答：：噬菌体的ＤＮＡ进入大肠杆菌体内，而蛋白质外壳留在了外面。子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。

四、RNA也可作为遗传物质

烟草花叶病毒由   ＲＮＡ    和蛋白质组成。

烟草花叶病毒的蛋白质侵染烟草→烟草   不感染  病毒。

烟草花叶病毒的DNA侵染烟草→烟草    不感染   病毒

结论：烟草花叶病毒中    RNA   是遗传物质。

问题探讨：当生物体内既有DNA，又有RNA存在时，哪个是遗传物质？

答：ＤＮＡ

练一练：关于病毒遗传物质的叙述，下列哪一项是正确的（ Ｄ ）

A、都是脱氧核糖核酸                B、都是核糖核酸

C、脱氧核糖核酸和核糖核酸          D、有的是脱氧核糖核酸，有的是核糖核酸

提示：病毒中只有一种核酸，DNA或RNA，因此病毒可以分为DNA病毒（T2噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等）和RNA病毒（艾滋病病毒、流感病毒、SARS病毒、烟草花叶病毒等）。前者的遗传物质是DNA，后者的遗传物质是RNA。

五、DNA是主要的遗传物质

1、原核生物和真核生物的遗传物质都是   DNA   ，所以具有细胞结构的生物，其遗传物质是 ＤＮＡ 

2、病毒的遗传物质是  ＤＮＡ或ＲＮＡ     。

3、    ＤＮＡ   是主要的遗传物质。

                         基础检测

1．所有病毒的遗传物质是                                                 （ Ｄ   ）

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

2．噬菌体侵染细菌的实验不能说明                                         （  Ｄ  ）

A．DNA是遗传物质            B.  DNA能自我复制

C. DNA能控制性状             D.  DNA能产生可遗传的变异

3．如果用15N、32P、 35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构成分中，能够找到的放射性元素情形为                                      （  Ｂ  ）

A.可在外壳中找到15N和35S         B.可在DNA中找到15N和32P

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

4．在肺炎双球菌转化实验中，将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，下列能在死亡小鼠体内出现的细菌类型有                                  ( Ｂ)

①少无毒R型    ②多无毒R型    ③少有毒S型    ④多有毒S型

  A．①④       B．②③     C．③      D．①③

5．噬菌体在繁殖过程中利用的原料是                                       (  Ｃ  )

A．噬菌体的核苷酸和氨基酸         B．噬菌体的核苷酸和细菌的氨基酸

C．细菌的核苷酸和氨基酸           D．噬菌体的氨基酸和细菌的核苷酸

                                   能力提升

6．  噬菌体侵染细菌的实验中新噬菌体的蛋白质外壳是                      （　Ｄ　）

Ａ.在细菌的ＤＮＡ指导下，用细菌的物质合成

Ｂ.在噬菌体的ＤＮＡ指导下，用噬菌体的物质合成

Ｃ.在细菌的ＤＮＡ指导下，用噬菌体的物质合成

Ｄ.在噬菌体的ＤＮＡ指导下，用细菌的物质合成

7．下列说法正确的是                                                  （  Ｃ  ）

A．一切生物的遗传物质都是DNA　　B．一切生物的遗传物质都是RNA

　C．一切生物的遗传物质是核酸　　   D．一切生物的遗传物质是蛋白质

8、用噬菌体去感染体内含有大量3H的细菌，待细菌解体后3H               （  Ｂ　）

A.随细菌的解体而消失　　　　     Ｂ.发现于噬菌体的外壳及ＤＮＡ中

Ｃ.仅发现于噬菌体的ＤＮＡ中　     Ｄ.仅发现于噬菌体的外壳中

9．做噬菌体侵染细菌实验时，用放射性同位素标记某个噬菌体和细菌的有关物质如下表。产生的100个子代噬菌体与亲代噬菌体的形状、大小完全一样。试回答：

（2）子代噬菌体的蛋白质分子中，都没有      34S          元素，由此说明     噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳没有进入     ；子代噬菌体的蛋白质分子都含有     35S  元素，这是因为  子代噬菌体蛋白质的外壳是在细菌体内用３５Ｓ标记的氨基酸用原料合成的。  ；

（3）该实验能够说明：                                                   （ Ｄ  ）

A．噬菌体比细菌高等           B．DNA是主要的遗传物质   

C．细菌的遗传物质是DNA      D．DNA能控制蛋白质的合成

10. 赫尔希和蔡斯为了证明噬菌体侵染细菌时，进入细菌的是噬菌体DNA，而不是它的蛋白质外壳，用两种不同的放射性同位素分别标记噬菌体的蛋白质外壳和噬菌体的DNA。然后再让这两种不同标记的噬菌体分别去侵染未被标记的细菌，从而对此做出实验论证。据分析，噬菌体的蛋白质外壳含有甲硫氨酸、半胱氨酸等多种氨基酸。现请你完成以下关键性的实验设计：

①实验室已制备好分别含3H、14C．15N、18O、32P、35S等6种放射性同位素的微生物培养基。你将选择哪两种培养基分别用于噬菌体蛋白质外壳和噬菌体DNA的标记：____用32Ｐ标记DNA，用35S标记蛋白质_____________。

②你用这两种培养基怎样去实现对噬菌体的标记？请简要说明实验的设计方法和这样设计的理由。__将细菌分别培养在含P和S的培养基中，然后用噬菌体去侵染分别被P和Ｓ标记的细菌。因为噬菌体营寄生生活_____。

③为什么不同时标记同一个噬菌体的蛋白质外壳和DNA_检测放射性的仪器不能检测放射性是由什么物质产生，因此只能分开标记____。

④用上述32P和35S标记的噬菌体分别去侵染未标记的大肠杆菌，子代噬菌体的DNA分子中含有____和32P__________(31P、32P)，原因是_____噬菌体32P标记的ＤＮＡ进入到吸进体内利用细菌的３１P核苷酸进行合成DNA______________；子代噬菌体的蛋白质中含有____32P________(32S、35S)，原因是____噬菌体的35S蛋白质外壳未进入细菌体内，而是以细菌内的32S氨基酸为原料合成自身蛋白质。__________________。此实验结果证明了__________DNA是遗传物质__________________。

作业：

1、完成课本练习第16页及本学案练习

2、完成自选资料书（包括报纸）本节内容

课后反思：

通过学习本节内容，请你归纳出本节知识要点。还有无未解决的问题？