第三章 基因的本质
学习目标
学习要求
1.理解人类对遗传物质的探索过程。
2.掌握DNA分子结构的主要特点。
3.掌握DNA分子的复制。
4.理解基因的概念。
知识网络
学法指导
1.从科学史中学习科学思想和方法。在证明DNA是遗传物质的过程中，尽管不同的科学家采用了不同的方法，但思路是相同的：将DNA、蛋白质等分开，单独地观察它们的作用，而且都采用了对照的方法。
2.采用图文转换与比较的方法学习，课文中大量的示意图，蕴含了丰富的信息，是方法和原理的直观展示，将这些图与文字描述有机结合，利于理解记忆，对形象思维和抽象思维能力的养成与提高有推动作用。
第1节DNA是主要的遗传物质
学习导读
学习要求
1.DNA是由许多________聚合而成的生物大分子。2.脱氧核苷酸的化学组成包括________、________和________。组成DNA的脱氧核苷酸有________种。不同的脱氧核苷酸差别在于所含________的不同。
3.在英国科学家格里菲思和美国科学家艾弗里的肺炎双球菌的转化实验中：
（1）格里菲思从第四组实验的小鼠尸体上分离出了有毒性的S型活细菌，这说明：①________________________；②________________________。格里菲思的实验结论：________________________。
（2）美国科学家艾弗里和他的同事从 型活细菌中提取出了________、________和________等物质，然后将它们分别加入培养________型细菌的培养基中。结果发现：①________________________；②________________________。由此可见，转化因子就是________。艾弗里等人的研究工作表明：________________________。
4.在噬菌体侵染细菌的实验中：T2噬菌体与细菌的关系是________；噬菌体的头部和尾部的外壳是由________构成的，在它的头部含有________。T2噬菌体侵染细菌后，就会在自身的 的作用下，利用________来合成自身的组成成分，从而进行大量的增殖。
5.烟草的遗传物质是________；烟草花叶病毒的遗传物质是________。
破疑解难
DNA是遗传物质的证据
1.肺炎双球菌转化的实验。
（1）格里菲思的实验（体内转化实验）。
实验过程：注射R型活细菌→小鼠不死亡；注射S型活细菌→小鼠死亡，并从小鼠中分离出S型活细菌；注射加热杀死后的S型活细菌杀死后的S型细菌混合后注射→小鼠死亡，并从小鼠中分离出S型活细菌。
→小鼠不死亡；将R型活细菌与加热
实验结论：推测细菌体内有一种“转化因子”。
（2）艾弗里的实验（体外转化实验）。
实验过程：将S型细菌的构成成分分离提纯后，分别与R型细菌进行培养，从而判断“转化因子”是哪种物质。
实验结论：DNA是“转化因子”。
2.噬菌体侵染细菌的实验。
实验过程：一般情况下，用 32P标记DNA，用 35S标记蛋白质。噬菌体侵染细菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌体内，结果能在细菌体内产生大量的和亲代噬菌体相同的子代噬菌体。
实验结论：DNA是遗传物质。
3.DNA是主要的遗传物质。
绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
例题精讲
例1：1944年，美国科学家艾弗里和他的同事，从S型活细菌中提取出了DNA、蛋白质和多糖等物质，然后将它们分别加入到R型细菌的培养基中。结果发现加入了DNA的培养基中，R型细菌都转化成了S型细菌；而加入蛋白质、多糖等物质的培养基中，R型细菌不能发生这种转化。这一现象说明（）
A.S型细菌的性状是由DNA决定的
B.在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入到了R型细菌的细胞中
C.DNA是遗传物质
D.蛋白质和多糖在该转化实验中，正好起了对照作用
解析：本题考查学生的分析思维能力。对实验结果进行逻辑分析：只有加入了S型细菌的DNA的培养基中，R型细菌才发生转化，表现出了S型细菌的性状，这说明了S型细菌的DNA肯定进入了R型细菌细胞中，实现对其性状的控制，也说明了DNA是遗传物质。加入蛋白质、多糖等物质的培养基中，不发生这种转化，正好与DNA是遗传物质的转化实验形成了对照，同时也说明蛋白质等物质不是遗传物质。
答案：ABCD
例2：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成分中，能够检测到放射性元素的是（）
A.可在外壳中检测到 15N和 35S
B.可在DNA中检测到 15N和 32P
C.可在外壳中检测到 15N
D.可在DNA中检测到 15N、32P、35S
解析：噬菌体是由DNA和蛋白质组成的。DNA含有磷酸基和含氮碱基，能够标记 15N和 32P；而蛋白质中含有氨基（-NH2）和甲硫氨酸，能够标记上 15N和 35S。在噬菌体侵染细菌的过程中，蛋白质外壳留在外面，没有进入细菌内，只有DNA进入细菌内，并利用细菌的化学成分（氨基酸、核苷酸）为原料来合成子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，因为这些原料中无放射性元素的原子，所以在子代噬菌体上，只有在某两个DNA分子中有原来侵入的那两条DNA链上含有 15N和 32P。
答案：B
随堂精练
一、选择题
1.组成核酸的单位“
T”的全称是（）
A.胸腺嘧啶核糖核苷酸
C.腺嘌呤脱氧核苷酸
B.胸腺嘧啶脱氧核苷酸
D.胸腺嘧啶核糖核酸
2.“噬菌体侵染细菌”的实验不能证明DNA（）
A.一定存在于染色体中
B.能够自我复制
C.分子结构相对稳定
D.能控制蛋白质的合成
3.原核生物、真核生物、病毒的遗传物质分别是（）
①DNA ②RNA ③DNA和RNA ④DNA或RNA
A.①②③
B.④④④
C.①③④
D.①①④
4.在艾弗里的实验中，将加热杀死的S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，结果在培养基上观察到的菌落是（）
A.只有表面光滑的菌落
B.只有表面粗糙的菌落
C.既有表面光滑的菌落，又有表面粗糙的菌落
D.既无表面光滑的菌落，又无表面粗糙的菌落
5.下列有关遗传物质的描述，错误的是（）
A.细胞生物的遗传物质都是DNA
B.任何生物个体的遗传物质只有一种
C.肺炎双球菌的遗传物质是DNA或RNA
D.不含DNA的生物，RNA是其遗传物质
二、非选择题
6.根据右图回答问题。
（1）图中①和②表明：将S型细菌的________和________与R型活细菌混合培养，其后代为________型细菌。
（2）图中③表明：将S型细菌的________与R型活细菌混合培养，________型细菌转化为________型细菌。
（3）图中④表明：转化成的________型细菌的后代也是有________性的________型细菌。
（4）该实验说明：转化因子就是________，________是遗传物质。
达标测评
一、选择题
1.噬菌体侵染细菌并释放子代噬菌体的正确顺序是（）
A.①②③④⑤
B.②⑤③①④
C.⑤②③④①
D.⑤②①③④
2.用DNA酶处理从S型细菌中提取的DNA，并使DNA分解，就不能使R型细菌发生转化。下列关于这一实验目的的叙述中，不正确的是（）
A.此实验从反面证明了DNA是遗传物质
B.此实验说明了DNA的分解产物不是“转化因子”
C.此实验目的是证明DNA水解酶能分解DNA
D.此实验是艾弗里对遗传物质研究的重要方法之一
3.噬菌体侵染细菌的全过程中，噬菌体的外壳始终留在细菌的外面，这说明在噬菌体的传种接代中（）
A.蛋白质起遗传物质的作用得到了证明
B.起遗传作用的不是蛋白质得到了证明
C.起遗传作用的是DNA和蛋白质得到了证明
D.DNA是主要的遗传物质得到了证明
4.T2噬菌体侵染细菌的过程中，起关键作用的步骤是（）
A.噬菌体DNA注入活细胞内
B.利用细菌结构和原料，噬菌体DNA进行复制并指导蛋白质的合成
C.利用细菌结构和原料，合成噬菌体蛋白质外壳
D.子代噬菌体的组装、成熟和释放
5.下列各项中，不属于遗传物质的是（）
①核糖核酸 ②腺嘌呤 ③噬菌体DNA ④脱氧核糖核酸 ⑤核苷酸
A.①②
B.①④
C.②⑤
D.④⑤
6.现代研究成果表明控制生物性状遗传的主要物质是（）
A.核苷酸
B.脱氧核苷酸
C.核糖核酸
D.脱氧核糖核酸
7.噬菌体在细菌内合成自己的蛋白质需要（）
A.噬菌体的DNA和氨基酸
B.噬菌体的DNA和细菌的氨基酸
C.细菌的DNA和氨基酸
D.细菌的DNA和噬菌体的氨基酸
8.如图所示，甲、乙为两种不同的病毒，经人工重建形成“杂种病毒丙”，用丙病毒侵染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是A、B、C、D中的（）
二、非选择题
9.烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）都能感染烟草叶片，但二者致病病斑不同，如图A。有人用这两种病毒做实验，具体步骤和结果如下图所示，请分析B图中（a）、（b）、（c）三个实验结果回答下列问题。
（1）a表示用TMV的________感染烟叶，结果________。
（2）b表示用________感染烟叶，结果________。
（3）c表示用________和________组成的“杂种病毒”感染烟叶，结果________。
（4）d表示用人工合成的“杂种病毒”产生的后代是________。
（5）整个实验说明了________。
（6）该实验的设计思想是________。
10.写出下列各种生物的遗传物质：a.DNA b.RNA c.DNA和RNA d.DNA或RNA e.蛋白质。
酵母菌的遗传物质是________，大肠杆菌的遗传物质是________，水稻叶肉细胞的遗传物质是________，噬菌体的遗传物质是________，烟草花叶病毒的遗传物质是________，SARS病毒的遗传物质是________，所有病毒的遗传物质是________。
拓展延伸
早在公元前3世纪，《吕氏春秋》中就记载“夫种麦而得麦，种稗而得稗，人不怪也”。我们也常说“种瓜得瓜，种豆得豆”，这其中是什么发挥重要作用呢？有人认为是蛋白质，因为蛋白质是生命活动的承担者和体现者，染色体中也有蛋白质，但蛋白质是不是遗传物质呢？
趣味阅读
艾弗里的实验结果不被接受的原因
虽然已经有科学家证明了DNA是染色体的主要成分之一，但当时，人们仍然认为遗传与染色体上的蛋白质有关。这是因为蛋白质分子量大，结构复杂，其中20种氨基酸不同的排列组合将是个天文数字，可以作为一种遗传信息。且在不同生物体中，同源蛋白质之间在结构特异性上也存在着极大的差异。而DNA的分子量相对较小，只有4种不同的碱基，人们一度认为不同种的有机体的核酸只有微小的差异，因而形成一种观念 ——基因和染色体的活性成分是蛋白质。
人们认为转化试验中的DNA并未能提得很纯，还附有其他物质，可能正是这些少量的特殊蛋白质在起转化作用。也有人认为即使转化因子确实是DNA，但DNA也只是对荚膜的形成起直接的化学效应，而不是充当遗传信息的载体。