高中生物知识点：遗传物质
逍遥右脑 2016-03-08 10:04
遗传物质发现的实验及其内容：
1、遗传物质：
①概念：能单独传递遗传信息的物质。
②遗传物质的主要载体是染色体。
③作为遗传物质应具备的特点是：
a、分子结构具有相对稳定性；
b、能自我复制，保持上下代连续性；
c、能指导蛋白质合成；
d、能产生可遗传变异。
2、实验：包括肺炎双球菌转化实验、艾弗里证明DNA是遗传物质的实验（肺炎双球菌体外转化实验）、T2噬菌体侵染细菌的实验（用分别含有放射性同位素35S和放射性同位素32P培养基培养大肠杆菌。）、烟草花叶病毒的感染和重建实验。
实验证明DNA是主要的遗传物质，少部分生物的遗传物质是RNA。
（1）肺炎双球菌转化实验：
①肺炎双球菌
②肺炎双球菌体内转化实验
a、研究者：1928年，英国科学家格里菲思。
b、实验材料：S型和R型肺炎双球菌、小鼠。
c、实验原理：S型肺炎双球菌使小鼠患败血病死亡；R型肺炎双球菌是无毒性的。
d、实验过程：
e、结论：加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌。
（2）艾弗里证明DNA是遗传物质的实验（肺炎双球菌体外转化实验）：
a、研究者：1944年，美国科学家艾弗里等人。
b、实验材料：S型和R型肺炎双球菌、细菌培养基等。
c、实验设计思路：把DNA与其他物质分开，单独直接研究各自的遗传功能。
d、实验过程及分析
e、实验分析：①只有S型细菌的DNA能使R型细菌发生转化。 ②DNA被水解后不能使R型细菌发生转化。
d、实验结论：①S型细菌的DNA是“转化因子”，即DNA是遗传物质。 ②同时还直接证明蛋白质等其他物质不是遗传物质。
（3）T2噬菌体侵染细菌的实验：
a、研究着：1952年，赫尔希和蔡斯。
b、实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌等。
c、实验方法：放射性同位素标记法。
d、实验思路： S是蛋白质的特有元素，DNA分子中含有P，蛋白质中几乎不含有，用放射性同位素32P和放射性同位素35S分别标记DNA和蛋白质，直接单独去观察它们的作用。
e、实验过程：标记细菌→标记噬菌体→用标记的噬菌体侵染普通细菌→搅拌离心。
科学家首先用放射性同位素35S标记了一部分噬菌体的蛋白质，并用放射性同位素32P标记了另一部分噬菌体的DNA，然后，用被标记的T2噬菌体分别去侵染细菌（上图），当噬菌体在细菌体内大量增殖时，生物学家对被标记物质进行测试。
f、测试的结果表明，噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，而是留在细菌的外部，噬菌体的DNA却进入了细菌体内，可见，噬菌体在细菌内的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的。即结论：在噬菌体中，亲代和子代间具有连续性的物质是DNA，即子代噬菌体的各种性状是通过亲代 DNA传给后代的，DNA才是真正的遗传物质。
体内转化实验与体外转化实验的比较：
2．两个实验遵循相同的实验设计原则——对照原则
3．实验结论比较
(1)肺炎双球菌转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
(2)噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内。
知识点拨：
1、上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析：
①用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：
a．保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射陡。
b．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，也会使上清液的放射性含量升高。
②用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。
2、关于噬菌体侵染细菌实验中放射性元素的去向问题
①若用32P和35S标记病毒而宿主细胞未被标记，相当于间接地将核酸和蛋白质分开，只在子代病毒的核酸中有32p标记。
②若用32p和35S标记宿主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均有标记元素。
③若用C、H、O、N等标记病毒而宿主细胞未被标记，则只在子代病毒的核酸中有标记元素。
④若用C、H、O、N等标记宿主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均可找到标记元素。
3、标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，只能在宿主细胞中繁殖后代，所以在培养基中它是不能繁殖后代的。
4、噬菌体侵染细菌实验只能证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。除此之外，还能证明DNA能进行自我复制，DNA控制蛋白质的合成。
5、两个实验都不能证明DNA是主要的遗传物质。
6、细胞生物（包括原核和真核生物）含有两种核酸（DNA和RNA），遗传物质是DNA；病毒没有细胞结构，只有一种核酸（DNA病毒、RNA病毒）。
7、DNA有四种碱基（AGCT），四种脱氧核苷酸。RNA有四种碱基（AGCU），四种核糖核苷酸。
知识拓展：
1、实验设计的基本思路是设法把 DNA和蛋白质分开，单独观察它们的作用。
2、加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活； DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打断，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
3、转化因子的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
4、T2噬菌体
（1）结构：
（2）T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
5、侵染特点及过程
①进入细菌体内的是噬菌体的DNA，噬菌体的蛋白质外壳留在外面不起作用。
②噬菌体侵染细菌要经过吸附→注入核酸→合成 →组装→释放五个过程。
6、增殖特点：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自身成分，进行增殖。
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1、遗传物质：
①概念：能单独传递遗传信息的物质。
②遗传物质的主要载体是染色体。
③作为遗传物质应具备的特点是：
a、分子结构具有相对稳定性；
b、能自我复制，保持上下代连续性；
c、能指导蛋白质合成；
d、能产生可遗传变异。
2、实验：包括肺炎双球菌转化实验、艾弗里证明DNA是遗传物质的实验（肺炎双球菌体外转化实验）、T2噬菌体侵染细菌的实验（用分别含有放射性同位素35S和放射性同位素32P培养基培养大肠杆菌。）、烟草花叶病毒的感染和重建实验。
实验证明DNA是主要的遗传物质，少部分生物的遗传物质是RNA。
（1）肺炎双球菌转化实验：
①肺炎双球菌
| S型细菌 | R型细菌 | |
| 菌落 | 光滑 | 粗糙 |
| 菌体 | 有多糖类荚膜 | 无多糖类荚膜 |
| 毒性 | 有毒性，使小鼠患败血症死亡 | 无毒性 |
a、研究者：1928年，英国科学家格里菲思。
b、实验材料：S型和R型肺炎双球菌、小鼠。
c、实验原理：S型肺炎双球菌使小鼠患败血病死亡；R型肺炎双球菌是无毒性的。
d、实验过程：
e、结论：加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌。
（2）艾弗里证明DNA是遗传物质的实验（肺炎双球菌体外转化实验）：
a、研究者：1944年，美国科学家艾弗里等人。
b、实验材料：S型和R型肺炎双球菌、细菌培养基等。
c、实验设计思路：把DNA与其他物质分开，单独直接研究各自的遗传功能。
d、实验过程及分析
e、实验分析：①只有S型细菌的DNA能使R型细菌发生转化。 ②DNA被水解后不能使R型细菌发生转化。
d、实验结论：①S型细菌的DNA是“转化因子”，即DNA是遗传物质。 ②同时还直接证明蛋白质等其他物质不是遗传物质。
（3）T2噬菌体侵染细菌的实验：
a、研究着：1952年，赫尔希和蔡斯。
b、实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌等。
c、实验方法：放射性同位素标记法。
d、实验思路： S是蛋白质的特有元素，DNA分子中含有P，蛋白质中几乎不含有，用放射性同位素32P和放射性同位素35S分别标记DNA和蛋白质，直接单独去观察它们的作用。
e、实验过程：标记细菌→标记噬菌体→用标记的噬菌体侵染普通细菌→搅拌离心。
科学家首先用放射性同位素35S标记了一部分噬菌体的蛋白质，并用放射性同位素32P标记了另一部分噬菌体的DNA，然后，用被标记的T2噬菌体分别去侵染细菌（上图），当噬菌体在细菌体内大量增殖时，生物学家对被标记物质进行测试。
f、测试的结果表明，噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，而是留在细菌的外部，噬菌体的DNA却进入了细菌体内，可见，噬菌体在细菌内的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的。即结论：在噬菌体中，亲代和子代间具有连续性的物质是DNA，即子代噬菌体的各种性状是通过亲代 DNA传给后代的，DNA才是真正的遗传物质。
体内转化实验与体外转化实验的比较：
| 体内转化实验 | 体外转化实验 | |
| 实验者 | 格里菲思 | 艾弗里及同事 |
| 培养细菌 | 用小鼠（体内） | 用培养基（体外） |
| 实验原则 | R型细菌与S型细菌的毒性对照 | S型细菌各成分作用的相互对照 |
| 实验结果 | 加热杀死的S型细菌能使R型细细菌转化为S型细菌 | S型细菌的DNA使R型菌转化为S型细菌 |
| 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 |
| 两实验联系： | (1)所用材料相同，都是肺炎双球菌R型和S型 | |
肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较：
1．实验设计思路比较
| 艾弗里实验 | 噬菌体侵染细菌实验 | |
| 思路相同 | 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接研究它们各自不同的遗传功能 | |
| 处理方式有区别 | 直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养 | 同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素（32P和35S） |
2．两个实验遵循相同的实验设计原则——对照原则
3．实验结论比较
(1)肺炎双球菌转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
(2)噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内。
知识点拨：
1、上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析：
①用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：
a．保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射陡。
b．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，也会使上清液的放射性含量升高。
②用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。
2、关于噬菌体侵染细菌实验中放射性元素的去向问题
①若用32P和35S标记病毒而宿主细胞未被标记，相当于间接地将核酸和蛋白质分开，只在子代病毒的核酸中有32p标记。
②若用32p和35S标记宿主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均有标记元素。
③若用C、H、O、N等标记病毒而宿主细胞未被标记，则只在子代病毒的核酸中有标记元素。
④若用C、H、O、N等标记宿主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均可找到标记元素。
3、标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，只能在宿主细胞中繁殖后代，所以在培养基中它是不能繁殖后代的。
4、噬菌体侵染细菌实验只能证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。除此之外，还能证明DNA能进行自我复制，DNA控制蛋白质的合成。
5、两个实验都不能证明DNA是主要的遗传物质。
6、细胞生物（包括原核和真核生物）含有两种核酸（DNA和RNA），遗传物质是DNA；病毒没有细胞结构，只有一种核酸（DNA病毒、RNA病毒）。
7、DNA有四种碱基（AGCT），四种脱氧核苷酸。RNA有四种碱基（AGCU），四种核糖核苷酸。
知识拓展：
1、实验设计的基本思路是设法把 DNA和蛋白质分开，单独观察它们的作用。
2、加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活； DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打断，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
3、转化因子的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
4、T2噬菌体
（1）结构：
（2）T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
5、侵染特点及过程
①进入细菌体内的是噬菌体的DNA，噬菌体的蛋白质外壳留在外面不起作用。
②噬菌体侵染细菌要经过吸附→注入核酸→合成 →组装→释放五个过程。
6、增殖特点：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自身成分，进行增殖。
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