高考生物考前3個月專題復(fù)習(xí) 專題4 遺傳的分子基礎(chǔ) 考點13 聚焦探索遺傳物質(zhì)本質(zhì)的經(jīng)典實驗
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專題4 遺傳的分子基礎(chǔ) 考點13 聚焦探索遺傳物質(zhì)本質(zhì)的經(jīng)典實驗 [直擊考綱] 1.人類對遺傳物質(zhì)的探索過程(Ⅱ)。2.DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(Ⅱ)。3.基因的概念(Ⅱ)。4.DNA分子的復(fù)制(Ⅱ)。5.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯(Ⅱ)。6.基因與性狀的關(guān)系(Ⅱ)。 考點13 聚焦探索遺傳物質(zhì)本質(zhì)的經(jīng)典實驗 題組一 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗 1.(2011廣東,2改編)艾弗里和其同事用R型和S型肺炎雙球菌進(jìn)行實驗,結(jié)果如下表。據(jù)表判斷下列敘述: 實驗組號 接種菌型 加入S型菌物質(zhì) 培養(yǎng)皿長菌情況 A R 蛋白質(zhì) R型 B R 莢膜多糖 R型 C R DNA R型、S型 D R DNA(經(jīng)DNA酶處理) R型 (1)A不能證明S型菌的蛋白質(zhì)不是轉(zhuǎn)化因子( ) (2)B說明S型菌的莢膜多糖有酶活性( ) (3)C和D說明S型菌的DNA是轉(zhuǎn)化因子( √ ) (4)A~D說明DNA是主要的遺傳物質(zhì)( ) 題組二 噬菌體侵染細(xì)菌實驗 2.(2016全國乙,29節(jié)選)將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進(jìn)行標(biāo)記,并使其感染大腸桿菌,在不含有32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體(n個)并釋放,則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n,原因是 ________________________________________________________________________。 答案 一個含有32P標(biāo)記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后,標(biāo)記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中,因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標(biāo)記 3.(地方卷重組)依據(jù)噬菌體侵染細(xì)菌的實驗,判斷下列相關(guān)敘述: (1)分別用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體(2011江蘇,12A)( ) (2)分別用35S和32P標(biāo)記的噬菌體侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌,進(jìn)行長時間的保溫培養(yǎng)(2011江蘇,12B)( ) (3)用35S標(biāo)記噬菌體的侵染實驗中,沉淀物存在少量放射性可能是攪拌不充分所致(2011江蘇,12C)( √ ) (4)利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌體的蛋白質(zhì),以宿主菌DNA為模板合成子代噬菌體的核酸(2012重慶,2AB) ( ) (5)赫爾希和蔡斯用35S和32P分別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA,證明了DNA的半保留復(fù)制(2014江蘇,4D)( ) 依綱聯(lián)想 1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中的3點誤區(qū)提醒 (1)轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是基因重組而非基因突變:肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中S型細(xì)菌的DNA片段整合到R型細(xì)菌的DNA中,使受體菌獲得了新的遺傳信息,即發(fā)生了基因重組。 (2)轉(zhuǎn)化的只是少部分R型細(xì)菌:由于轉(zhuǎn)化受到DNA的純度、兩種細(xì)菌的親緣關(guān)系、受體菌的狀態(tài)等的影響,實驗中并不是所有的R型細(xì)菌都轉(zhuǎn)化成了S型細(xì)菌,而只是小部分R型細(xì)菌發(fā)生了轉(zhuǎn)化。 (3)體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗和體外轉(zhuǎn)化實驗的結(jié)論:體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗只是證明已經(jīng)被加熱殺死的S型細(xì)菌中存在轉(zhuǎn)化因子;體外轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA是遺傳物質(zhì),蛋白質(zhì)、莢膜多糖等不是遺傳物質(zhì)。 2.噬菌體侵染細(xì)菌實驗中的4點誤區(qū)提醒 (1)放射性同位素標(biāo)記法的元素選擇:用35S標(biāo)記蛋白質(zhì),用32P標(biāo)記DNA。 (2)35S(標(biāo)記蛋白質(zhì))和32P(標(biāo)記DNA)不能同時標(biāo)記在同一噬菌體上,因為放射性檢測時只能檢測到放射性的存在部位,不能確定是何種元素的放射性。 (3)獲得具有放射性的T2噬菌體的方法:先培養(yǎng)具有放射性的大腸桿菌,然后用具有放射性的大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體。 (4)侵染時間要合適:侵染時間過短或過長會使32P組(用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌)的上清液中出現(xiàn)放射性,原因是部分噬菌體未侵染或子代噬菌體被釋放出來。攪拌要充分:如果攪拌不充分,35S組(用35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌)部分噬菌體與大腸桿菌沒有分離,噬菌體和細(xì)菌會共同存在于沉淀物中,這樣會造成沉淀物中出現(xiàn)放射性。 考向一 辨析探究遺傳物質(zhì)實驗的相關(guān)文字表述 1.(2016江蘇,1)下列關(guān)于探索DNA是遺傳物質(zhì)實驗的相關(guān)敘述,正確的是( ) A.格里菲思實驗中肺炎雙球菌R型轉(zhuǎn)化為S型是基因突變的結(jié)果 B.格里菲思實驗證明了DNA是肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì) C.赫爾希和蔡斯實驗中T2噬菌體的DNA是用32P直接標(biāo)記的 D.赫爾希和蔡斯實驗證明了DNA是T2噬菌體的遺傳物質(zhì) 答案 D 解析 格里菲思實驗中R型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化為S型是基因重組的結(jié)果,A錯誤;格里菲思實驗只證明了S型細(xì)菌中存在一種轉(zhuǎn)化因子,使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌,而不能證明該轉(zhuǎn)化因子是DNA,B錯誤;T2噬菌體營寄生生活,需先標(biāo)記細(xì)菌,再標(biāo)記噬菌體,C錯誤;赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染細(xì)菌實驗證明了DNA是T2噬菌體的遺傳物質(zhì),D正確。 2.在艾弗里及其同事利用肺炎雙球菌證明遺傳物質(zhì)是DNA的實驗中,用DNA酶處理從S型細(xì)菌中提取的DNA之后與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基上僅有R型肺炎雙球菌生長。設(shè)置本實驗步驟的目的是( ) A.證明R型細(xì)菌生長不需要DNA B.補(bǔ)充R型細(xì)菌生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì) C.直接證明S型細(xì)菌的DNA不是促進(jìn)R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化的因素 D.與“以S型細(xì)菌的DNA與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)”的實驗形成對照 答案 D 解析 S型細(xì)菌的DNA分子能將R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌,因此加入S型細(xì)菌的DNA分子后會出現(xiàn)S型細(xì)菌;DNA酶會將DNA水解,因此將從S型活細(xì)菌中提取的DNA用DNA酶進(jìn)行處理,并將處理后的DNA與R型細(xì)菌混合培養(yǎng),培養(yǎng)基不會出現(xiàn)S型細(xì)菌,這與“以S型細(xì)菌的DNA與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)”的實驗形成對照,證明S型細(xì)菌的DNA是轉(zhuǎn)化因子。 思維延伸 (1)將加熱殺死的S型細(xì)菌和R型活細(xì)菌混合培養(yǎng),在培養(yǎng)基上長出的大部分是R型菌落( √ ) (2)給小鼠注射加熱殺死的S型細(xì)菌,小鼠不死亡,原因是高溫使S型細(xì)菌的DNA變性了( ) (3)要得到35S標(biāo)記的噬菌體必須直接接種在含35S的動物細(xì)胞培養(yǎng)基中才能培養(yǎng)出來( ) (4)在噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中,首先要獲得同時含有32P與35S標(biāo)記的噬菌體( ) (5)1952年赫爾希和蔡斯利用放射性同位素標(biāo)記技術(shù),進(jìn)行了“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”,經(jīng)短時間保溫、攪拌后離心,若檢測到放射性主要存在于沉淀物中,則標(biāo)記噬菌體的元素是32P( √ ) (6)噬菌體侵染細(xì)菌實驗的過程中噬菌體的遺傳信息流動方向是:RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)( ) 考向二 評析探究遺傳物質(zhì)實驗的相關(guān)圖解和圖示 3.如圖是某同學(xué)實驗過程示意圖,下列敘述正確的是( ) A.S型菌通過有絲分裂增殖 B.R型菌在存活小鼠體內(nèi)長期存在 C.此實驗是模擬活體細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗 D.分離的物質(zhì)分別與R型菌混合后進(jìn)行懸浮培養(yǎng) 答案 D 解析 S型細(xì)菌屬于原核生物,不能通過有絲分裂方式增殖,A錯誤;小鼠存在免疫能力,因此R型菌在存活小鼠體內(nèi)不能長期存在,B錯誤;此實驗是模擬艾弗里體外細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗,C錯誤;分離的物質(zhì)分別與R型菌混合后進(jìn)行懸浮培養(yǎng),D正確。 思維延伸 (1)下圖是某興趣小組利用兩種肺炎雙球菌進(jìn)行相關(guān)的轉(zhuǎn)化實驗,各組肺炎雙球菌先進(jìn)行圖示處理,再培養(yǎng)一段時間后注射到不同小鼠體內(nèi),則: a.圖中通過⑤⑥對照能說明轉(zhuǎn)化因子是DNA而不是蛋白質(zhì)( √ ) b.⑥組產(chǎn)生的S型菌可能是基因重組的結(jié)果( √ ) c.能導(dǎo)致小鼠死亡的是①②③④四組( ) d.④組為空白對照,實驗結(jié)果是小鼠不死亡( √ ) e.⑤組實驗表明,加入S型菌體的蛋白質(zhì)后試管中長出的是有莢膜的菌體( ) (2)如圖為研究T4噬菌體基因表達(dá)的部分實驗過程。將分離得到的RNA與熱變性后的單鏈DNA雜交,檢測各組放射性強(qiáng)度。則: a.實驗前需用含糖、氨基酸、血清等物質(zhì)的培養(yǎng)基培養(yǎng)T4噬菌體( ) b.②過程中利用3H—尿嘧啶合成放射性物質(zhì)的過程稱為翻譯( ) c.③中分離得到的RNA與DNA雜交過程中有A—T堿基配對( √ ) 考向三 評析探究遺傳物質(zhì)實驗的相關(guān)坐標(biāo)圖 4.如圖為T4噬菌體感染大腸桿菌后,大腸桿菌內(nèi)放射性RNA與T4噬菌體DNA及大腸桿菌DNA的雜交結(jié)果。下列敘述錯誤的是( ) A.可在培養(yǎng)基中加入3H-尿嘧啶用以標(biāo)記RNA B.參與分子雜交的放射性RNA為相應(yīng)DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 C.第0 min時,與DNA雜交的RNA來自T4噬菌體及大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄 D.隨著感染時間增加,噬菌體DNA的轉(zhuǎn)錄增加,細(xì)菌基因活動受到抑制 答案 C 解析 尿嘧啶是RNA特有的堿基,可以用3H-尿嘧啶標(biāo)記RNA,A正確;RNA能與DNA雜交,RNA一定為相應(yīng)DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,B正確;在第0 min時,大腸桿菌還沒有感染T4噬菌體,所以在大腸桿菌體內(nèi)不存在T4噬菌體的DNA,也不會轉(zhuǎn)錄,C錯誤;從圖中可以看出,隨著感染時間增加,和T4噬菌體DNA雜交的放射性RNA所占百分比越來越高,說明噬菌體DNA的轉(zhuǎn)錄增加,而和大腸桿菌DNA雜交的放射性RNA所占百分比越來越低,說明其轉(zhuǎn)錄受到抑制,D正確。 思維延伸 (1)在“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”中,35S標(biāo)記的噬菌體記為甲組,32P標(biāo)記的噬菌體記為乙組,在甲組中上清液放射性強(qiáng)度與保溫時間長短的關(guān)系圖可表示為下圖曲線a,而乙組中沉淀物放射性強(qiáng)度與保溫時間長短的關(guān)系圖可表示為下圖曲線b( √ ) (2)用32P和35S分別標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌,經(jīng)短時間保溫后,用攪拌器攪拌,然后離心得到上清液和沉淀物,檢測上清液中35S和32P的放射性以及被侵染細(xì)菌的存活率,得到如圖所示的實驗結(jié)果,則: ①在實驗過程中細(xì)菌沒有裂解,沒有子代噬菌體釋放出來( √ ) ②若被侵染細(xì)菌的存活率下降,細(xì)胞外35S放射性會增高( ) ③上清液中35S占初始標(biāo)記噬菌體放射性最大值只有80%左右,其原因是侵染細(xì)菌的噬菌體外殼沒有全部與細(xì)菌分離( √ ) ④因上清液中32P占初始標(biāo)記噬菌體放射性的30%,因此該實驗不能證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)( ) (3)在噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中,隨著培養(yǎng)時間的延長,培養(yǎng)基內(nèi)噬菌體與細(xì)菌的數(shù)量變化如圖所示,則: ①在0~t1時間內(nèi)噬菌體一定還未侵入到細(xì)菌體內(nèi)( ) ②在t1~t2時間內(nèi),由于噬菌體侵入細(xì)菌體內(nèi),導(dǎo)致細(xì)菌大量裂解死亡( √ ) ③在t2~t3時間內(nèi)噬菌體因失去寄生場所而停止增殖( √ ) 考向四 補(bǔ)充完善探究遺傳物質(zhì)的實驗方案 5.某研究小組在南極冰層中發(fā)現(xiàn)一種全新的病毒,為探究該病毒的遺傳物質(zhì)是DNA還是RNA,做了如下實驗?;卮鹣铝袉栴}: (1)材料用具:該病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及等滲生理鹽水、注射器等。 (2)實驗步驟: ①取健康且生長狀況基本一致的小白鼠若干,隨機(jī)均分成四組,編號分別為A、B、C、D。 ②補(bǔ)充完善下表,并將配制的溶液分別注射入小白鼠體內(nèi)。 組別 A B C D 注射溶液 該病毒核酸提取物和RNA酶 該病毒核酸提取物和______ 該病毒核酸提取物 ________ ③相同條件下培養(yǎng)一段時間后,觀察比較各組小白鼠的發(fā)病情況。 (3)結(jié)果預(yù)測及結(jié)論: ①A、C組發(fā)病,____________,說明DNA是該病毒的遺傳物質(zhì)。 ②______________________________,說明____________________________。 (4)從注射的物質(zhì)看,該探究實驗所依據(jù)的生物學(xué)原理是________________;從實驗現(xiàn)象預(yù)測和相關(guān)判斷看,該實驗依據(jù)的生物學(xué)原理是____________________。 (5)若該病毒的遺傳物質(zhì)為DNA,則其徹底水解產(chǎn)物有________種。 答案 (2)②DNA酶 等量生理鹽水 (3)①B、D組未發(fā)病 ②B、C組發(fā)病,A、D組未發(fā)病 RNA是該病毒的遺傳物質(zhì) (4)酶具有專一性 核酸控制生物體的性狀 (5)6 解析 (2)②根據(jù)酶的專一性,即一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。DNA酶可以催化DNA的水解,最終產(chǎn)物中沒有DNA;RNA酶可以催化RNA的水解,最終產(chǎn)物中沒有RNA,因此表中B處加入的是DNA酶。探究實驗要遵循對照原則和單一變量原則,因此還需要設(shè)置對照組,即D處應(yīng)該加入的是等量的生理鹽水。 (3)結(jié)果預(yù)測及結(jié)論: ①若DNA是該病毒的遺傳物質(zhì),則B組DNA被水解,而A、C組DNA完好,因此A、C組發(fā)病,B、D組未發(fā)?。虎谌鬜NA是該病毒的遺傳物質(zhì),則A組RNA被水解,而B、C組RNA完好,因此B、C組發(fā)病,A、D組未發(fā)病。 (4)由第(2)題可知,注射物質(zhì)根據(jù)的原理是酶的專一性;從實驗現(xiàn)象預(yù)測和相關(guān)判斷看,該實驗依據(jù)的生物學(xué)原理是核酸控制生物體的性狀。 (5)若該病毒的遺傳物質(zhì)為DNA,則其初步水解產(chǎn)物是4種脫氧核苷酸,其徹底水解產(chǎn)物有6種,即磷酸、脫氧核糖和四種堿基。 思維延伸 某科研小組為探究禽流感病毒的遺傳物質(zhì)是DNA還是RNA進(jìn)行了如下實驗: 材料用具:顯微注射器、禽流感病毒的核酸提取物、活雞胚、DNA酶(可將DNA水解)、RNA酶(可將RNA水解)等。 實驗步驟: 第一步:取活雞胚分成等量的兩組,用顯微注射技術(shù)分別向甲組注射核酸提取物和DNA酶,向乙組注射等量的核酸提取物和RNA酶; 第二步:在適宜且相同的條件下培養(yǎng); 第三步:分別從培養(yǎng)后的雞胚中提取樣品,檢測是否產(chǎn)生禽流感病毒。 (1)請你根據(jù)上述過程,為該實驗提出一個合理的假設(shè): ________________________________________________________________________。 (2)你期望得到的實驗結(jié)果是:_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)如果________________與__________________相符,可證明假設(shè)成立。 (4)實驗材料選用活雞胚的理由是: ①______________________________________________________________________; ②______________________________________________________________________; ③______________________________________________________________________。 (5)實驗材料選用DNA水解酶的理由是_______________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)實驗材料選用RNA水解酶的理由是______________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)禽流感病毒的遺傳物質(zhì)是DNA(或RNA) (2)甲組活雞胚中沒有產(chǎn)生禽流感病毒,乙組活雞胚中產(chǎn)生禽流感病毒(或甲組活雞胚中產(chǎn)生禽流感病毒,乙組活雞胚中沒有產(chǎn)生禽流感病毒) (3)實驗結(jié)果 預(yù)期結(jié)果 (4)①活雞胚是培養(yǎng)禽流感病毒的培養(yǎng)基 ②禽流感病毒是一種專門寄生于活鳥類細(xì)胞中的病毒?、塾没铍u胚作實驗材料比用其他活的鳥類成體或胚胎更方便、更經(jīng)濟(jì) (5)如果禽流感病毒的核酸提取液中含有DNA,用DNA水解酶處理核酸提取液,會使DNA分解不能再復(fù)制,就不會在活雞胚細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生禽流感病毒 (6)如果禽流感病毒的核酸提取液中含有RNA,用RNA水解酶處理核酸提取液,會使RNA分解不能再復(fù)制,就不會在活雞胚細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生禽流感病毒- 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