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2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习:DNA是主要的遗传物质

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2020-2021 年高考生物一轮复习考点讲解与练习:DNA 是主要的遗传物质 [考纲展示] 人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ) 【核心概念及重要结论】 1.格里菲思实验的结论是:加热杀死的 S 型细菌中存在“转化因子”。 2.艾弗里实验的结论是:DNA 才是使 R 型细菌产生稳定性变化的物质,即 DNA 是遗传物质。 3.在 T2 噬菌体的化学组成中,仅蛋白质分子中含有 S,P 存在于 DNA 分子中。 4.证明 DNA 是遗传物质的相关实验的实验思路是:设法将 DNA 与蛋白质等其他物质分离开,单独地、直接地观察它们的生理作用。 5.病毒的遗传物质是 DNA 或 RNA;细胞生物的遗传物质是 DNA。 【考点速览】 考点一:肺炎双球菌转化实验 1.肺炎双球菌类型 特点 类型 菌落 荚膜 毒性 S 型 光滑 有 有 R 型 粗糙 无 无 2.格里菲思的体内转化实验 (1)实验①、②对比说明 R 型细菌无毒性、S 型细菌有毒性。 (2)实验②、③对比说明被加热杀死的 S 型细菌无毒性。 (3)实验②、③、④对比说明 R 型细菌转化为 S 型细菌。 (4)结论:已经加热杀死的 S 型细菌中,含有使 R 型细菌转化为 S 型细菌的“转化因子”。 3.艾弗里的体外转化实验 (1)实验①、②分别说明荚膜多糖、蛋白质没有转化作用。 (2)实验③、④说明 DNA 有转化作用,DNA 的水解产物没有转化作用。 考点二:噬菌体侵染细菌实验 1.噬菌体结构 (1)A:蛋白质外壳;B:DNA。 (2)组成 A、B 的共有元素为 C、H、O、N,其中 A 特有 S 元素,B 特有 P 元素。 2.实验过程及结果 标记大肠杆菌:分别用含 35S、32P 的培养基培养大肠杆菌 ↓ 标记噬菌体:分别用含 35S 和 32P 的大肠杆菌培养 T2 噬菌体,得到蛋白质含 35S 或 DNA 含 32P 的噬菌体 ↓ 侵染细菌: 3.结论:DNA 是遗传物质。 考点三:烟草花叶病毒感染烟草叶实验及生物的遗传物质 1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验 (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。 2.探索结论 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。 【重点突破】 一、生物体内核酸种类及遗传物质类型 生物类型 核酸种类 遗传物质 实例 有细胞结 真核生物 DNA 和 RNA DNA 玉米、小麦、人 构的生物 原核生物 DNA 乳酸菌、蓝藻 无细胞结 构的生物 DNA 病毒 DNA DNA 噬菌体 RNA 病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒 二、肺炎双球菌的转化: 1.肺炎双球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 在小鼠体内 体外培养基 实验对照 R 型细菌与 S 型细菌的毒性对照 S 型细菌各组成成分的作用进行对照 巧妙构思 用加热杀死的 S 型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 将物质提纯分离后,直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用 实验结论 S 型细菌体内有“转化因子” S 型细菌的 DNA 是遗传物质 联系 (1)所用材料相同 (2)体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验是体内转化实验的延伸 (3)两实验都遵循对照原则、单一变量原则 2.有关肺炎双球菌转化的两点注意: (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.并非所有的 R 型细菌都被转化。由于转化受到 DNA 的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响,因此转化过程中并不是所有的 R 型细菌都被转化成 S 型细菌,而只是一小部分 R 型细菌被转化成 S 型细菌。 三、噬菌体侵染细菌实验: 1.噬菌体增殖需要的条件 (1)场所:大肠杆菌。 (2)蛋白质的合成 原料:大肠杆菌的氨基酸场所:大肠杆菌的核糖体 (3)DNA 的合成 原料:大肠杆菌的四种脱氧核苷酸模板:噬菌体的DNA 2.上清液和沉淀物出现放射性的原因 (1)用 32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中含放射性的原因:①保温时间过短,有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,上清液中出现放射性。②保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代,经离心后分布于上清液中,也会使上清液中出现放射性。 (2)用 35S 标记的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀物中有放射性的原因:由于搅拌不充分,有少量含 35S 的噬菌体吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。 3.噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验的比较 比较项目 噬菌体侵染细菌实验 肺炎双球菌体外转化实验 设计思路 设法将 DNA 和其他物质分开,单独研究它们各自不同的功能 处理方法 放射性同位素标记法:分别标记 DNA 和蛋白质的特殊元素 直接分离法:分离 S 型细菌的多种组成物质,分别与 R 型细菌混合培养 检测结果 的方式 检测放射性位置 观察菌落类型 结论 DNA 是遗传物质 DNA 是遗传物质,蛋白质等不是遗传物质 【真题训练】 1.(2018·浙江高考)下列关于“核酸是遗传物质的证据”的实验的叙述,正确的是( ) A.噬菌体侵染细菌实验中,用 32P 标记的噬菌体侵染细菌后的子代噬菌体多数具有放射性 B.肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R 型肺炎双球菌转化为 S 型菌是基因突变的结果 C.肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S 型菌的 DNA 使 R 型菌转化为 S 型菌,说明 DNA 是遗传物质,蛋白质不是遗传物质 D.烟草花叶病毒感染和重建实验中,用 TMV A 的 RNA 和 TMV B 的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后,可检测到 A 型病毒,说明 RNA 是 TMV A 的遗传物质 D [DNA 复制为半保留复制,新链合成过程中的原料由细菌提供,故只 有少部分子代噬菌体具有放射性,A 错误;肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R 型肺炎双球菌转化为 S 型菌是基因重组的结果,B 错误;肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S 型菌的 DNA 使 R 型菌转化为 S 型菌,说明 DNA 是遗传物质,但没有做 S 型菌的蛋白质能否使 R 型菌转化为 S 型菌的实验,不能说明蛋白质不是遗传物质,C 错误;烟草花叶病毒感染和重建实验中用 TMV A 的 RNA 和TMV B 的蛋白质混合后感染烟草,所繁殖的病毒类型为 A 型,说明 RNA 是 TMV A 的遗传物质,D 正确。] 2.(2017·全国卷Ⅱ)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.人类免疫缺陷病毒与 T2 噬菌体的核酸类型和增殖过程相同 C [考查噬菌体侵染细菌的实验、人类免疫缺陷病毒所含的核酸类型。A 错:T2 噬菌体只能寄生在大肠杆菌中,并在其细胞中复制和增殖;B 错:T2 噬菌体只有在宿主细胞内才能合成 mRNA和蛋白质;C 对:培养基中的 32P 经宿主摄取后进入宿主细胞内部,在宿主细胞内,T2 噬菌体以自身 DNA 为模板,以宿主细胞内的物质(含 32P 的脱氧核苷酸等)为原料合成子代噬菌体,因此培养基中的 32P 经宿主摄取后可出现在 T2 噬菌体的核酸中;D 错:人类免疫缺陷病毒所含的核酸是RNA,T2 噬菌体所含的核酸是 DNA,故两者的核酸类型不同,增殖过程不完全相同。] 3.(2017·全国卷Ⅰ)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:考查:实验设计的对照原则、噬菌体侵染细菌实验、同位素标记法。 该实验的目的是鉴定一种病毒的遗传物质是 DNA 还是 RNA,要求使用的实验方法是同位素标记法。DNA 和 RNA 的元素组成相同,都含有 C、H、O、N、P,因此只标记化学元素是不可行的,而 DNA和 RNA 的不同之处在于含氮碱基不同,因此可在培养基中分别加入含有放射性标记的胸腺嘧啶和含有放射性标记的尿嘧啶,看病毒的增殖是利用了含有放射性标记的胸腺嘧啶来合成 DNA,还是利用含有放射性标记的尿嘧啶来合成 RNA。 答案:(1)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。 【专项训练】 1.人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程,下列有关叙述错误的是 A.孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质 B.噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更有说服力 C.烟草花叶病毒感染烟草实验说明该病毒的遗传物质是 RNA D.DNA 分子的遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排列顺序之中 A [孟德尔发现遗传因子并证实了遗传因子传递规律,但没有发现遗传因子的化学本质,A 错误;噬菌体侵染细菌时只有 DNA 进入细菌,蛋白质外壳留在细菌外,这样 DNA 和蛋白质彻底分开,而艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验中提取的 DNA 中还混有少量的蛋白质,所以,噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力,B 正确;烟草花叶病毒感染烟草实验说明该病毒的遗传物质是RNA,C 正确;DNA 分子的遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排列顺序之中,D 正确。] 2.下列有关“DNA 是生物的主要遗传物质”的叙述,不正确的是( ) A.同时含有 DNA 和 RNA 的生物体,其遗传物质主要是 DNA,其次是 RNA B.细胞核中的遗传物质是 DNA,细胞质中的遗传物质也是 DNA C.具有细胞结构的生物体均以 DNA 作为遗传物质 D.在生物界中,只有部分病毒的遗传物质是 RNA A [同时含有 DNA 和 RNA 的生物体,其遗传物质是 DNA,A 错误;细胞生物的遗传物质是 DNA, 主要存在于细胞核中,少量存在于细胞质的线粒体和叶绿体中,B 正确;具有细胞结构的生物体均以DNA 作为遗传物质,C 正确;DNA 是绝大多数生物的遗传物质,RNA 是少数病毒的遗传物质,D 正确。] 3.用 R 型和 S 型肺炎双球菌进行实验,其过程和结果如图所示。下列关于该实验的叙述错误的是( ) A.该实验说明 R 型菌是无毒的 B.该实验说明 R 型菌在一定条件下可转化为 S 型菌 C.加热杀死的 S 型菌无致死性是因为其蛋白质已变性失活 D.在一定条件下 R 型菌实现转化是因为其发生了基因突变 D [将 R 型肺炎双球菌注射到小鼠体内,小鼠存活,表明 R 型菌是无毒的;将加热杀死的 S 型菌和活的 R 型菌注射到小鼠体内,可从小鼠体内提取出活的 S 型菌,表明 R 型菌可以在一定的条件下转化为S 型菌;将有毒的 S 型菌加热,会使其蛋白质变性,从而使其失去致死性;在一定的条件下 R 型菌实现转化是 S 型菌与 R 型菌的遗传物质发生基因重组所致。] 4.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 C [第①②组实验说明蛋白质和荚膜多糖与 R 型菌转化为 S 型菌无关,A,B 项错误;第③组实验说明 DNA 与 R 型菌转化为 S 型菌有关。第④组实验说明 DNA 被水解后的产物不能使 R 型菌转化为 S 型菌,C 项正确;①~④只能说明 DNA 是遗传物质,而不能说明 DNA 是主要的遗传物质,D 项错误。] 5.肺炎双球菌转化实验中,S 型菌的部分 DNA 片段进入 R 型菌内并整合到 R 型菌的 DNA 分子上,使这种 R 型菌转化为能合成荚膜多糖的 S 型菌,下列叙述正确的是( ) A.R 型菌转化为 S 型菌后的 DNA 中,嘌呤碱基总比例会改变 B.整合到 R 型菌内的 DNA 分子片段,表达产物都是荚膜多糖 C.进入 R 型菌的 DNA 片段上,可有多个 RNA 聚合酶结合位点 D.S 型菌转录的 mRNA 上,可由多个核糖体共同合成一条肽链 C [R 型细菌和 S 型细菌的 DNA 都是双链结构,其中碱基的配对遵循碱基互补配对原则,因此 R型菌转化为 S 型菌后的 DNA 中,嘌呤碱基总比例不会改变,依然是占 50%,A 错误;整合到 R 型菌内的 DNA 分子片段,表达产物不都是荚膜多糖,B 错误;基因是有遗传效应的 DNA 片段,即一个 DNA 分子中有多个基因,每个基因都具有 RNA 聚合酶的结合位点,因此进入 R 型菌的 DNA 片段上,可有多个 RNA 聚合酶结合位点,C 正确;S 型菌转录的 mRNA 上,可由多个核糖体共同合成多条相同的肽链,而不是一条,D 错误。] 6.在肺炎双球菌转化实验中,S 型细菌有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等多种类型,R 型细菌是由Ⅱ型突变产生的。利用加热后杀死的 SⅢ型与 R 型细菌混合培养,出现了 S 型细菌,有人认为混合培养出现的 S 型细菌是由R 型细菌突变产生的,该实验中出现以下哪种结果时能否定这种说法( ) A.S 型细菌全为Ⅱ型 B.S 型细菌部分为Ⅲ型 C.S 型细菌中三种均有 D.S 型细菌全为Ⅲ型 D [若 S 型细菌是由 R 型细菌突变产生的,则 S 型细菌的类型应为Ⅱ型。S 型细菌全为Ⅲ型说明是转化产生的。] 7.图为“以 32P 标记 T2 噬菌体侵染大肠杆菌”实验示意图。下列有关叙述正确的是( ) A.锥形瓶内的培养液中有含 32P 的物质,以便用 32P 标记噬菌体 B.过程②的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离 C.若只有 C 中含大量放射性,可直接证明噬菌体的遗传物质是 DNA D.实验中 B 对应部分有少量放射性,可能原因是搅拌不充分 B [本实验是以 32P 标记 T2 噬菌体侵染大肠杆菌,因此图中亲代噬菌体已用 32P 标记,会侵入大肠杆菌体内进行增殖,培养大肠杆菌的培养液中不能用放射性标记的含 32P 的物质,A 错误;过程②为搅拌,目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离,B 正确;若只有沉淀物 C 中含大量放射性,可证 明噬菌体的 DNA 侵入了大肠杆菌,但若证明噬菌体的遗传物质是 DNA,必须还要再设计一组用 35S标记的噬菌体实验进行相互对照,C 错误;若实验 B(上清液)中出现放射性,可能是培养时间过短,部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞。或培养时间过长,造成部分大肠杆菌裂解,D 错误。] 8.有 a、b 两类噬菌体,它们均已被 32P 或 35S 中的一种标记过。将 a、b 噬 菌体分别侵染甲、乙两管大肠杆菌,经保温、搅拌和离心后,检测离心管内放射性物质的位置,结果如图。下列叙述正确的是( ) A.实验结果表明 a 的蛋白质外壳和 b 的 DNA 均有放射性 B.可以确定甲管的放射性来自 32P,乙管的放射性来自 35S C.检测结果表明噬菌体的 DNA 和蛋白质可侵入大肠杆菌内 D.伴随着噬菌体 DNA 的复制,乙管内沉淀物的放射性将逐渐增强 A [a、b 两类噬菌体,被 32P 或 35S 中的一种标记过。将 a、b 噬菌体分别侵染甲、乙两管大肠杆菌,经保温、搅拌和离心后,检测离心管内放射性物质的位置分别出现在上清液和沉淀物中,说明 a 类噬菌体被标记的是蛋白质外壳,b 类噬菌体被标记的部分是 DNA 分子。] 9.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( ) A.可在培养基中加入 3 尿嘧啶用以标记 RNA 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 C [RNA 分子中含有特定的碱基为尿嘧啶,因此培养基中应加入 3 尿嘧啶用以标记 RNA;参与分子杂交的放射性 RNA 为相应 DNA 的转录产物;由图知,第 0 min 时,T4 噬菌体未侵入大肠杆菌,因此与 DNA 杂交的 RNA 只来自大肠杆菌的转录;随着感染时间增加,与 T4 噬菌体 DNA 杂交的放射性 RNA 不断增加,而与大肠杆菌 DNA 杂交的放射性 RNA 不断下降,说明噬菌体 DNA 的转录增加,细菌基因活动受到抑制。] 10.下面是某生物兴趣小组为探究某种流感病毒的遗传物质是 DNA 还是 RNA 设计的实验步骤,请将其补充完整。 (1)实验目的:略。 (2)材料用具:显微注射器,该流感病毒的核酸提取液,猪胚胎干细胞,DNA 水解酶和 RNA 水解酶等。 (3)实验步骤 第 一 步 : 把 该 流 感 病 毒 核 酸 提 取 液 分 成 相 同 的 A 、 B 、 C 三组,_______________________________________ ________________________________________________________。 第二步:取等量的猪胚胎干细胞分成三组,用显微注射技术分别把 A、B、C 三组处理过的核酸提取物注射到三组猪胚胎干细胞中。 第三步:将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间,然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品,检测是否有该流感病毒产生。 (4)请预测实验结果及结论: ①______________________________________________________; ②______________________________________________________。 ③若 A、B、C 三组均出现该流感病毒,则该流感病毒的遗传物质既不是 DNA 也不是 RNA。 解析:病毒是由蛋白质外壳和核酸组成的,核酸是遗传物质,核酸为 DNA 或 RNA 中的一种,根据题目要求探究的问题及给予的材料、试剂分析可知,实验中分别利用 DNA 水解酶、RNA 水解酶处理该病毒核酸提取液,然后再注射到猪胚胎干细胞中培养,由于酶具有专一性,可根据培养后是否检测到该流感病毒来判断其核酸类型。 答案:(3)分别用等量的相同浓度的 DNA 水解酶、RNA 水解酶处理 A、B 两组核酸提取液,C 组不做处理 (4)①若 A、C 两组出现该流感病毒,B 组没有出现,则该流感病毒的遗传物质是 RNA ②若 B、C 两组出现该流感病毒,A 组没有出现,则该流感病毒的遗传物质是 DNA 11.RNA 病毒有的能利用 RNA 自我复制完成增殖,有的需要通过逆转录才能完成增殖。科学家发现放线菌素 D 能与 DNA 形成复合体,阻碍 RNA 聚合酶的功能。现有一种新型 RNA 病毒,请以体外培养的宿主细胞、显微镜等材料和用具,设计实验确定该种病毒的增殖类型,简要写出实验思路并预测实验结果及结论。(提示:①设计对照实验:②病毒增殖可使宿主细胞裂解) 答案:实验思路: ①将体外培养的宿主细胞分为甲、乙两组,甲组利用放线菌素 D 处理,乙组不做任何处理。 ②用新型 RNA 病毒分别感染甲、乙两组细胞,适宜条件下培养一段时间。 ③用显微镜观察两组细胞的裂解情况。 结果及结论:若甲、乙两组细胞均破裂,说明该病毒通过 RNA 自我复制完成增殖 若甲组细胞不破裂,乙组细胞破裂,说明该病毒需要通过逆转录完成增殖。

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