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生物 课标版,第14讲 基因的本质,考点一 DNA是主要的遗传物质,教材研读,一、肺炎双球菌的转化实验 1.格里菲思的体内转化实验 (1)实验材料:S型和R型肺炎双球菌、小鼠。,(2)实验过程及结果: (3)结论:加热杀死的S型细菌中含有某种 转化因子 使R型活细菌 转化为S型活细菌。,2.艾弗里的体外转化实验 (1)设计思路:设法将 DNA 与其他物质分开,单独研究它们各自的 功能。 (2)实验过程及结果 (3)结论:使R型细菌产生稳定遗传变化的物质是 DNA 而不是蛋白质、多糖及DNA的水解产物。,二、噬菌体侵染细菌的实验 1.实验材料:噬菌体和大肠杆菌等。 (1)噬菌体的结构,(2)噬菌体的复制式增殖,2.实验方法: 放射性同位素标记 法。,3.实验过程及结果 (1)标记噬菌体,(2)噬菌体侵染细菌:,4.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。,5.结论: DNA 是遗传物质。,三、DNA是主要的遗传物质 1.不同生物的遗传物质 连一连,2.DNA是主要的遗传物质 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。,考点二 DNA的结构与复制,一、DNA的分子结构 1.DNA双螺旋模型构建者:沃森和克里克,2.DNA双螺旋结构的形成,3.DNA的双螺旋结构内容 (1)DNA由 两 条脱氧核苷酸链组成,这些链按 反向平行 方 式盘旋成双螺旋结构。 (2)外侧: 脱氧核糖 和 磷酸 交替连接构成主链(基本骨架)。 (3)内侧:两链上碱基通过氢键连接成 碱基对 。碱基互补配对遵 循以下原则:A T(两个氢键)、G C(三个氢键)。,4.DNA分子结构特点 (1) 多样 性,具n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。 (2) 特异 性,如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。 (3) 稳定 性,如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,碱 基对构成方式不变等。,二、DNA分子的复制 1.概念、时间和场所,2.过程,3.特点 (1)过程: 边解旋边复制 。 (2)方式: 半保留复制 。,4.准确复制的原因和意义 (1)原因:DNA具有独特的 双螺旋 结构,为复制提供精确的模板; 碱基互补配对 原则,保证了复制能准确进行。 (2)意义:DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给了子代,保持了遗传 信息的 连续性 。,1.判断下列关于遗传物质探索历程说法的正误。 (1)(2016江苏单科,1D)赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗 传物质。 () (2)(2015江苏单科,4C)赫尔希与蔡斯以噬菌体和细菌为研究材料,通过 同位素示踪技术区分蛋白质与DNA,证明了DNA是遗传物质。 () (3)(2016江苏单科,1B)格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传 物质。 () (4)(2016江苏单科,1A)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。 () (5)(2016江苏单科,1C)赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直 接标记的。 (),(6)肺炎双球菌转化实验证明了DNA是主要的遗传物质。 () (7)用DNA酶处理后的S型细菌DNA与活R型细菌混合,可培养出S型细 菌菌落和R型细菌菌落。 () (8)(2014江苏单科,4D)赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白 质和DNA,证明了DNA的半保留复制。 (),2.判断下列有关DNA结构与复制说法的正误。 (1)(2013课标,1A)DNA有氢键,RNA没有氢键。 () (2)磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架。 () (3)真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量。 () (4)(2015重庆理综,5A)生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序 列中。 () (5)(2013海南单科,13C)RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质。 () (6)(2014江苏单科,4C)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的 建立也作出了巨大的贡献。 (),突破一 遗传物质探索的经典实验,考点突破,1.肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较,2.走出遗传物质探索的四个认识误区 (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是指S型 细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,使受体细胞获得了新的遗传 信息,即发生了基因重组。 (2)加热并没有使DNA完全失去活性:加热杀死S型细菌的过程中,其蛋 白质变性失活,但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐 恢复活性。 (3)含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养,因为病毒营专性寄 生生活,故应先培养细菌,再用细菌培养噬菌体。 (4)噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质,但是没有证明蛋白 质不是遗传物质。,1.噬菌体侵染细菌实验中上清液与沉淀物分析 (1)32P噬菌体侵染大肠杆菌,(2)35S噬菌体侵染大肠杆菌,2.“两看法”解答噬菌体侵染细菌的同位素标记问题,考向一 依托基础判断或实验分析,考查肺炎双球菌的转化实验 1.1928年,英国细菌学家格里菲思以小鼠为实验材料做了如下实验:,下列关于此实验的分析不正确的是 ( ) A.实验的关键现象是第4组小鼠死亡并分离到S型活细菌 B.对第4组实验的分析必须是以13组的实验为参照 C.本实验说明R型肺炎双球菌发生了某种类型的转化 D.本实验结论为“DNA是使R型菌转化为S型菌的转化因子” 答案 D 本实验只能得出存在转化因子,但是转化因子的化学本质需 要通过艾弗里的体外转化实验来得出,D错误。,2.(2016江苏南京、盐城二模,8)艾弗里及其同事为了探究S型肺炎双球 菌中何种物质是“转化因子”,进行了肺炎双球菌体外转化实验。下列 有关叙述错误的是 ( ) A.添加S型细菌DNA的培养基中只长S型菌落 B.实验过程中应使用固体培养基培养R型细菌 C.实验结论是S型细菌的DNA使R型细菌发生了转化 D.实验设计思路是单独观察S型细菌各种组分的作用 答案 A 肺炎双球菌体外转化实验中,添加S型细菌DNA的培养基中 的菌落有S型和R型两种,A错误。,考向二 借助图示信息或同位素示踪技术,考查噬菌体侵染细菌的实验 3.(2016广东广州一模,5)用32P或35S标记T2噬菌体并分别与无标记的细菌 混合培养,保温一定时间后经搅拌、离心得到上清液和沉淀物,并测量 放射性。对此实验的叙述,不正确的是 ( ) A.实验目的是研究遗传物质是DNA还是蛋白质 B.保温时间过长会使32P标记组上清液的放射性偏低 C.搅拌不充分会使35S标记组沉淀物的放射性偏高 D.实验所获得的子代噬菌体不含35S,而部分可含有32P,答案 B 本实验是将噬菌体的DNA与蛋白质分别进行放射性标记,来 研究遗传物质是DNA还是蛋白质,A正确;保温时间过长,细菌裂解,噬菌 体释放出来,使上清液放射性偏高,B错误;35S标记组搅拌不充分,会导致 亲代噬菌体外壳吸附在细菌上,随着细菌一起沉淀,沉淀物放射性偏高, C正确;35S标记组,35S 标记的亲代噬菌体的外壳,未能侵入细菌内部,子代 噬菌体不含35S,32P标记组,32P 标记的亲代噬菌体的DNA,会侵入细菌中, 子代噬菌体部分含有32P,D正确。,4.(2016山西忻州一中第一次月考,24)如果用32P、35S、15N标记噬菌体后, 让其侵染细菌,在产生的子代噬菌体组成结构中,能够找到的放射性元 素为 ( ) A.可在外壳中找到35S、15N B.可在DNA中找到32P、15N C.可在外壳中找到32P、15N D.可在DNA中找到32P、35S、15N,答案 B 由于噬菌体利用细菌的原料合成蛋白质外壳,所以不能在外 壳中找到35S、15N,A错误;由于15N在亲代噬菌体DNA和蛋白质中都有,32P 只存在于亲代噬菌体DNA中,35S只存在亲代噬菌体蛋白质中,噬菌体侵 染细菌,蛋白质外壳没有进入细菌,其DNA进入细菌,噬菌体以自身DNA 为模板,利用细菌提供的原料合成噬菌体DNA和蛋白质,所以可在子代 噬菌体的DNA中找到15N和32P,B正确;由于噬菌体利用细菌的原料合成 蛋白质外壳,所以不能在外壳中找到32P、15N,C错误;由于蛋白质外壳没 有进入细菌,且35S不标记DNA,所以不能在DNA中找到35S,D错误。,考向三 以基础判断的形式,考查不同生物的遗传物质 5.下列关于“DNA是主要的遗传物质”的叙述中,正确的是 ( ) A.细胞核遗传的遗传物质是DNA,细胞质遗传的遗传物质是RNA B.“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”都证明了 DNA是主要的遗传物质 C.真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA,少数病毒的 遗传物质是RNA D.细胞生物的遗传物质是DNA,非细胞生物的遗传物质是RNA 答案 C 细胞核遗传的遗传物质是DNA,细胞质遗传的遗传物质也是 DNA,A错误;“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实 验”都证明了DNA是遗传物质,B错误;细胞生物的遗传物质是DNA,非 细胞生物的遗传物质是RNA或DNA,D错误。,突破二 DNA分子的结构与复制,1.DNA分子结构模型解读 图1,图2 (1)由图1可解读以下信息:,(2)图2是图1的简化形式,其中是磷酸二酯键,是氢键。解旋酶作用 于部位,限制性内切酶和DNA连接酶作用于部位。,2.突破DNA结构与复制认识的五大易错点 (1)每个DNA片段中,磷酸基团、脱氧核糖与含氮碱基之间的数量关系 为111,游离的磷酸基团有2个。 (2)脱氧核苷酸之间的化学键为磷酸二酯键,用限制酶处理可切断,用 DNA连接酶处理可连接,DNA聚合酶的作用也是催化磷酸二酯键的形 成。,(3)DNA两条链中的A与T可以通过形成氢键连接;在DNA分子的一条单 链中相邻的碱基A与T通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连 接。 (4)连接两条脱氧核苷酸链碱基之间的化学键为氢键,可用解旋酶断裂, 也可加热断裂,A与T之间有2个氢键,G与C之间有3个氢键。,(5)DNA分子水解产物为4种脱氧核苷酸,彻底水解时得到的产物是脱氧 核苷酸的基本组分,一共6种,即脱氧核糖、磷酸、4种含氮碱基。,1.“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律 (1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同,即A+G=T+C。 (2)互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同,即若 在一条链中 =m,在互补链及整个DNA分子中 =m。 (3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子 中为1,即若在DNA一条链中 =a,则在其互补链中 = ,而在整 个DNA分子中 =1。,2.“图解法”分析DNA复制相关计算 (1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,则 子代DNA共2n个,脱氧核苷酸链共2n+1条 (2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗 该种脱氧核苷酸数为m(2n-1)。 第n次复制所需该种脱氧核苷酸数为m2n-1。,考向一 依托DNA结构模型,考查DNA的结构及碱基计算 1.(2016湖北武汉部分学校联考,14)下列关于DNA分子结构的叙述正确 的是 ( ) A.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构 B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基 C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对 D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连 答案 C DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构, A错误;DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖,且磷酸不与 碱基直接相连,B错误;DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖 磷酸脱氧核糖相连,D错误。,2.某种烷化剂芥子气能使鸟嘌呤转变为烷基化鸟嘌呤(mG),mG不与胞 嘧啶配对而与胸腺嘧啶配对。某双链DNA分子中T占碱基总数的20%, 用芥子气使DNA分子中所有鸟嘌呤成为mG后进行复制一次,其中一个 DNA分子中T占碱基总数的30%,则另一个DNA分子中T占碱基总数的 比例是 ( ) A.15% B.20% C.30% D.40% 答案 D 芥子气能使鸟嘌呤转变为烷基化鸟嘌呤(mG),亲代DNA进 行复制得甲、乙两个DNA分子,亲代DNA分子中T占0.2,假设甲中T占0. 3,则甲中mG=0.3-0.2=0.1,由于亲代DNA分子中mG+C=0.6,故亲代DNA 中mG=C=0.3,则乙中mG=0.2,T=0.2+0.2=0.4。,考向二 借助DNA复制,考查DNA复制过程与特点 3.(2016山东德州重点中学月考,31)真核细胞中DNA复制如下图所示,下 列表述错误的是 ( ) A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成 B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代 C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化 D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则,答案 C DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,但氢键的形 成不需要酶的催化,C错误。,4.(2016河南商丘二模,5)下图表示真核细胞DNA复制过程,据图分析,下 列相关叙述错误的是 ( ) A.解旋酶能使DNA双链解开,但需要消耗ATP B.DNA分子复制的方式是半保留复制 C.新合成的两条子链的碱基序列完全一致 D.DNA分子的复制需要引物,且两条子链的合成方向是相反的,答案 C 由左图可知,在解旋酶的作用下,DNA解旋时,消耗ATP,A正 确;由右图可知,子代DNA含有亲代一条链,复制方式为半保留复制,B正 确;新合成的两条子链模板不同,两条子链的碱基序列不同,C错误;由图 可以看出,DNA复制需要引物,右图显示了两条子链合成方向是相反的, D正确。,
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