专题4 遗传的分子基础 考点13 聚焦探索遗传物质本质的经典实验
[直击考纲] 1.人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ)。2.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。3.基因的概念(Ⅱ)。4.DNA分子的复制(Ⅱ)。5.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)。6.基因与性状的关系(Ⅱ)。
考点13 聚焦探索遗传物质本质的经典实验
题组一 肺炎双球菌转化实验
1．(2011·广东，2改编)艾弗里和其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。据表判断下列叙述：
实验组号 A B C D
(1)A不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子( × ) (2)B说明S型菌的荚膜多糖有酶活性( × ) (3)C和D说明S型菌的DNA是转化因子( √ ) (4)A～D说明DNA是主要的遗传物质( × )
题组二 噬菌体侵染细菌实验
2．(2016·全国乙，29节选)将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有P的噬菌体所占比例为2/n，原因是 ________________________________________________________________________。 答案 一个含有P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记 3．(地方卷重组)依据噬菌体侵染细菌的实验，判断下列相关叙述： (1)分别用含有放射性同位素12A)( × ) (2)分别用
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接种菌型 R R R R 加入S型菌物质 蛋白质 荚膜多糖 DNA DNA(经DNA酶处理) 培养皿长菌情况 R型 R型 R型、S型 R型 S和放射性同位素
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P的培养基培养噬菌体(2011·江苏，
S和
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P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
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(2011·江苏，12B)( × )
(3)用S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(2011·江苏，12C)( √ )
(4)利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌体的蛋白质，以宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸(2012·重庆，2AB) ( × )
(5)赫尔希和蔡斯用S和P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，证明了DNA的半保留复制(2014·江苏，4D)( × )
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依纲联想
1．肺炎双球菌转化实验中的3点误区提醒
(1)转化的实质是基因重组而非基因突变：肺炎双球菌转化实验中S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体菌获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。
(2)转化的只是少部分R型细菌：由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等的影响，实验中并不是所有的R型细菌都转化成了S型细菌，而只是小部分R型细菌发生了转化。
(3)体内转化实验和体外转化实验的结论：体内转化实验只是证明已经被加热杀死的S型细菌中存在转化因子；体外转化实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质、荚膜多糖等不是遗传物质。 2．噬菌体侵染细菌实验中的4点误区提醒
(1)放射性同位素标记法的元素选择：用S标记蛋白质，用P标记DNA。 (2)S(标记蛋白质)和
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P(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
检测到放射性的存在部位，不能确定是何种元素的放射性。
(3)获得具有放射性的T2噬菌体的方法：先培养具有放射性的大肠杆菌，然后用具有放射性的大肠杆菌培养T2噬菌体。
(4)侵染时间要合适：侵染时间过短或过长会使P组(用P标记的噬菌体侵染大肠杆菌)的
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上清液中出现放射性，原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。搅拌要充分：如果搅拌不充分，S组(用S标记的噬菌体侵染大肠杆菌)部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体和细菌会共同存在于沉淀物中，这样会造成沉淀物中出现放射性。
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考向一 辨析探究遗传物质实验的相关文字表述
1．(2016·江苏，1)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P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 答案 D
解析 格里菲思实验中R型肺炎双球菌转化为S型是基因重组的结果，A错误；格里菲思实验只证明了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，而不能证明该转化因子是DNA，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。
2．在艾弗里及其同事利用肺炎双球菌证明遗传物质是DNA的实验中，用DNA酶处理从S型细菌中提取的DNA之后与R型活细菌混合培养，结果发现培养基上仅有R型肺炎双球菌生长。设置本实验步骤的目的是( ) A．证明R型细菌生长不需要DNA B．补充R型细菌生长所需要的营养物质
C．直接证明S型细菌的DNA不是促进R型细菌转化的因素 D．与“以S型细菌的DNA与R型细菌混合培养”的实验形成对照 答案 D
解析 S型细菌的DNA分子能将R型细菌转化为S型细菌，因此加入S型细菌的DNA分子后会出现S型细菌；DNA酶会将DNA水解，因此将从S型活细菌中提取的DNA用DNA酶进行处理，并将处理后的DNA与R型细菌混合培养，培养基不会出现S型细菌，这与“以S型细菌的DNA与R型细菌混合培养”的实验形成对照，证明S型细菌的DNA是转化因子。
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思维延伸
(1)将加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合培养，在培养基上长出的大部分是R型菌落( √ )
(2)给小鼠注射加热杀死的S型细菌，小鼠不死亡，原因是高温使S型细菌的DNA变性了( × ) (3)要得到( × )
(4)在噬菌体侵染细菌的实验中，首先要获得同时含有P与S标记的噬菌体( × ) (5)1952年赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术，进行了“噬菌体侵染细菌的实验”，经短时间保温、搅拌后离心，若检测到放射性主要存在于沉淀物中，则标记噬菌体的元素是
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S标记的噬菌体必须直接接种在含
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S的动物细胞培养基中才能培养出来
P( √ )
(6)噬菌体侵染细菌实验的过程中噬菌体的遗传信息流动方向是：RNA→DNA→RNA→蛋白质( × )
考向二 评析探究遗传物质实验的相关图解和图示
3．如图是某同学实验过程示意图，下列叙述正确的是( )
A．S型菌通过有丝分裂增殖 B．R型菌在存活小鼠体内长期存在 C．此实验是模拟活体细菌转化实验
D．分离的物质分别与R型菌混合后进行悬浮培养 答案 D
解析 S型细菌属于原核生物，不能通过有丝分裂方式增殖，A错误；小鼠存在免疫能力，因此R型菌在存活小鼠体内不能长期存在，B错误；此实验是模拟艾弗里体外细菌转化实验，C错误；分离的物质分别与R型菌混合后进行悬浮培养，D正确。 思维延伸
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(1)下图是某兴趣小组利用两种肺炎双球菌进行相关的转化实验，各组肺炎双球菌先进行图示处理，再培养一段时间后注射到不同小鼠体内，则：
a．图中通过⑤⑥对照能说明转化因子是DNA而不是蛋白质( √ ) b．⑥组产生的S型菌可能是基因重组的结果( √ ) c．能导致小鼠死亡的是①②③④四组( × ) d．④组为空白对照，实验结果是小鼠不死亡( √ )
e．⑤组实验表明，加入S型菌体的蛋白质后试管中长出的是有荚膜的菌体( × ) (2)如图为研究T4噬菌体基因表达的部分实验过程。将分离得到的RNA与热变性后的单链DNA杂交，检测各组放射性强度。则：
a．实验前需用含糖、氨基酸、血清等物质的培养基培养T4噬菌体( × ) b．②过程中利用H尿嘧啶合成放射性物质的过程称为翻译( × ) c．③中分离得到的RNA与DNA杂交过程中有A—T碱基配对( √ )
考向三 评析探究遗传物质实验的相关坐标图
4．如图为T4噬菌体感染大肠杆菌后，大肠杆菌内放射性RNA与T4噬菌体DNA及大肠杆菌DNA的杂交结果。下列叙述错误的是( )
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A．可在培养基中加入H－尿嘧啶用以标记RNA
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B．参与分子杂交的放射性RNA为相应DNA的转录产物
C．第0 min时，与DNA杂交的RNA来自T4噬菌体及大肠杆菌的转录 D．随着感染时间增加，噬菌体DNA的转录增加，细菌基因活动受到抑制 答案 C
解析 尿嘧啶是RNA特有的碱基，可以用H－尿嘧啶标记RNA，A正确；RNA能与DNA杂交，RNA一定为相应DNA的转录产物，B正确；在第0 min时，大肠杆菌还没有感染T4噬菌体，所以在大肠杆菌体内不存在T4噬菌体的DNA，也不会转录，C错误；从图中可以看出，随着感染时间增加，和T4噬菌体DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越高，说明噬菌体DNA的转录增加，而和大肠杆菌DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越低，说明其转录受到抑制，D正确。 思维延伸
(1)在“噬菌体侵染细菌的实验”中，S标记的噬菌体记为甲组，P标记的噬菌体记为乙组，在甲组中上清液放射性强度与保温时间长短的关系图可表示为下图曲线a，而乙组中沉淀物放射性强度与保温时间长短的关系图可表示为下图曲线b( √ )
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(2)用P和S分别标记的噬菌体侵染细菌，经短时间保温后，用搅拌器搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中S和P的放射性以及被侵染细菌的存活率，得到如图所示的实验结果，则：
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①在实验过程中细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来( √ ) ②若被侵染细菌的存活率下降，细胞外S放射性会增高( × )
③上清液中S占初始标记噬菌体放射性最大值只有80%左右，其原因是侵染细菌的噬菌体外壳没有全部与细菌分离( √ )
④因上清液中P占初始标记噬菌体放射性的30%，因此该实验不能证明DNA是噬菌体的遗传物质( × )
(3)在噬菌体侵染细菌的实验中，随着培养时间的延长，培养基内噬菌体与细菌的数量变化如图所示，则：
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①在0～t1时间内噬菌体一定还未侵入到细菌体内( × )
②在t1～t2时间内，由于噬菌体侵入细菌体内，导致细菌大量裂解死亡( √ ) ③在t2～t3时间内噬菌体因失去寄生场所而停止增殖( √ )
考向四 补充完善探究遗传物质的实验方案
5．某研究小组在南极冰层中发现一种全新的病毒，为探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验。回答下列问题：
(1)材料用具：该病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及等渗生理盐水、注射器等。 (2)实验步骤：
①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干，随机均分成四组，编号分别为A、B、C、D。 ②补充完善下表，并将配制的溶液分别注射入小白鼠体内。
组别 注射溶液 ③相同条件下培养一段时间后，观察比较各组小白鼠的发病情况。 (3)结果预测及结论：
①A、C组发病，____________，说明DNA是该病毒的遗传物质。
②______________________________，说明____________________________。
(4)从注射的物质看，该探究实验所依据的生物学原理是________________；从实验现象预测和相关判断看，该实验依据的生物学原理是____________________。 (5)若该病毒的遗传物质为DNA，则其彻底水解产物有________种。
答案 (2)②DNA酶 等量生理盐水 (3)①B、D组未发病 ②B、C组发病，A、D组未发病 RNA是该病毒的遗传物质 (4)酶具有专一性 核酸控制生物体的性状 (5)6
解析 (2)②根据酶的专一性，即一种酶只能催化一种或一类化学反应。DNA酶可以催化DNA的水解，最终产物中没有DNA；RNA酶可以催化RNA的水解，最终产物中没有RNA，因此表中B处加入的是DNA酶。探究实验要遵循对照原则和单一变量原则，因此还需要设置对照组，即D处应该加入的是等量的生理盐水。
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A 该病毒核酸提取物和RNA酶 B 该病毒核酸提取物和______ C 该病毒核酸提取物 D ________