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第1講 DNA是主要的遺傳物質 一、單項選擇題 1．下列關于DNA是生物的主要遺傳物質的敘述，正確的是(　　) A．所有生物的遺傳物質都是DNA B．真核生物、原核生物、大部分病毒的遺傳物質是DNA，少部分病毒的遺傳物質是RNA C．動物、植物、真菌的遺傳物質是DNA，除此以外的其他生物的遺傳物質是RNA D．真核生物、原核生物的遺傳物質是DNA，其他生物的遺傳物質是RNA 【答案】B　 【解析】DNA是生物的主要遺傳物質是針對自然界中各種生物而言的，即凡有DNA的生物其遺傳物質均為DNA(包括一切細胞生物及DNA病毒)，只有無DNA的RNA病毒，其遺傳物質才為RNA。 2．(2017年河南南陽月考)下列關于科學家探究“DNA是遺傳物質”實驗的敘述，正確的是(　　) A．用含35S標記的噬菌體侵染細菌，子代噬菌體中也有35S標記 B．給兩組小鼠分別注射R型活細菌、加熱殺死的S型細菌，小鼠均不死亡 C．用含32P標記的噬菌體侵染細菌，離心后上清液中具有較強的放射性 D．艾弗里等肺炎雙球菌轉化實驗、赫爾希與蔡斯噬菌體侵染細菌實驗的技術相同 【答案】B　 【解析】35S標記的是噬菌體的蛋白質外殼，噬菌體侵染細菌時只有DNA進入細菌，蛋白質外殼留在細菌外，且合成子代噬菌體所需的原料均來自細菌，因此用含35S標記的噬菌體侵染細菌時，子代噬菌體中不含35S；R型細菌無毒性，加熱殺死的S型菌已經失去侵染能力，因此分別給兩組小鼠注射R型活細菌、加熱殺死的S型細菌，小鼠均不死亡；32P標記的是噬菌體的DNA，噬菌體侵染細菌時，DNA進入細菌內部，并隨著細菌離心到沉淀物中，因此沉淀物中含有較強的放射性；艾弗里等肺炎雙球菌轉化實驗是將S型菌的物質一一提純，單獨觀察它們的作用，而赫爾希與蔡斯噬菌體侵染細菌實驗采用了放射性同位素標記法和離心法。 3．下列關于肺炎雙球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗中，說法正確的是(　　) A．肺炎雙球菌的體內轉化實驗是根據(jù)小鼠是否死亡來說明R型肺炎雙球菌中有無轉化因子的 B．肺炎雙球菌體外轉化實驗中，轉化得到的S型肺炎雙球菌體內存在R型肺炎雙球菌的遺傳物質 C．實驗前用來培養(yǎng)噬菌體的大腸桿菌和噬菌體侵染細菌的實驗中被侵染的大腸桿菌都是標記好的大腸桿菌 D．實驗不能說明DNA是主要的遺傳物質，但都可以說明蛋白質不是遺傳物質 【答案】B　 【解析】肺炎雙球菌的體內轉化實驗是根據(jù)小鼠體內是否出現(xiàn)S型細菌來說明S型肺炎雙球菌中有無轉化因子的，最終通過小鼠是否死亡來判斷，A錯誤；肺炎雙球菌體外轉化實驗中，轉化得到的S型肺炎雙球菌體內存在R型肺炎雙球菌的遺傳物質，B正確；實驗前用來培養(yǎng)噬菌體的大腸桿菌是已經被標記的大腸桿菌，而噬菌體侵染細菌的實驗中被侵染的大腸桿菌不是被標記的大腸桿菌，C錯誤；肺炎雙球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗都不能說明DNA是主要的遺傳物質，其中肺炎雙球菌體外轉化實驗可以說明蛋白質不是遺傳物質，而噬菌體侵染細菌的實驗不能說明蛋白質不是遺傳物質，D錯誤。 4．如圖為肺炎雙球菌轉化實驗的基本步驟，下列有關說法正確的是(　　) A．過程①→④和格里菲思的體內實驗中的轉化組相同 B．本實驗的因變量是有無表面粗糙的S型菌落出現(xiàn) C．②→③→④是艾弗里體外轉化實驗的操作過程 D．本實驗能證明DNA是遺傳物質，不能證明DNA是主要遺傳物質 【答案】D　 【解析】過程①→④和格里菲思的體內實驗中的轉化組不相同，A錯誤；本實驗的因變量是有無表面光滑的S型菌落的出現(xiàn)，B錯誤；①→②→③→④是艾弗里體外轉化實驗的操作過程，C錯誤；本實驗能證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質，但不能證明DNA是主要遺傳物質，D正確。 5．利用兩種類型的肺炎雙球菌進行相關轉化實驗。各組肺炎雙球菌先進行圖示處理，再培養(yǎng)一段時間后注射到不同小鼠體內。下列說法不正確的是(　　) A．通過E、F對照，能說明轉化因子是DNA而不是蛋白質 B．F組可以分離出S型和R型兩種肺炎雙球菌 C．F組產生的S型肺炎雙球菌可能是基因重組的結果 D．不能導致小鼠死亡的是A、C、D、E四組 【答案】D　 【解析】A中是加熱殺死的S型細菌，失去感染能力，不能使小鼠死亡；B中是S型細菌，能使小鼠死亡；C中是S型細菌＋R型細菌的DNA，能使小鼠死亡；D中是R型細菌，不能使小鼠死亡；E中是R型細菌＋S型細菌的蛋白質，不能將R型細菌轉化成S型細菌，不能使小鼠死亡；F中是R型細菌＋S型細菌的DNA，能將R型細菌轉化成S型細菌，能使小鼠死亡。E組沒有出現(xiàn)S型細菌，F(xiàn)組出現(xiàn)轉化的S型細菌，所以通過E、F對照，能說明轉化因子是DNA而不是蛋白質，A正確；將加熱殺死的S型細菌的DNA與R型細菌混合，S型細菌的DNA能將部分R型細菌轉化為S型細菌，所以F組可以分離出S型和R型兩種肺炎雙球菌，B正確；將加熱殺死的S型細菌的DNA與R型細菌混合，S型細菌的DNA能與R型細菌的DNA進行重新組合，進而將R型細菌轉化成S型細菌，C正確；能導致小鼠死亡的是B、C和F組，不能導致小鼠死亡的是A、D、E組，D錯誤。 6．(2017年山東德州高三期末)用放射性32P和35S分別標記噬菌體的DNA和蛋白質并分別侵染大腸桿菌，經保溫、攪拌和離心后檢測離心管中物質的放射性，甲管的上清液(a1)放射性遠高于沉淀物(b1)；乙管中上清液(a2)放射性遠低于沉淀物(b2)。下列分析錯誤的是(　　) A．甲管中a1的放射性來自32P，乙管中b2的放射性來自35S B．根據(jù)甲、乙兩管的實驗結果可推測DNA是遺傳物質 C．若攪拌不充分，甲管的b1中可能出現(xiàn)較大的放射性 D．若保溫時間過長，乙管的a2中可能出現(xiàn)較大的放射性 【答案】A　 【解析】被32P和35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌后，由于噬菌體的蛋白質外殼(被35S標記)留在大腸桿菌外面，經攪拌離心后分布于上清液中，導致甲管的上清液放射性遠高于沉淀物；而噬菌體的DNA(被32P)進入大腸桿菌的細胞中，離心后，隨大腸桿菌分布于沉淀物中，導致乙管的沉淀物的放射性遠高于上清液，由此推斷甲管中a1的放射性來自35S，乙管中b2的放射性來自32P。 7．某研究人員模擬肺炎雙球菌轉化實驗，進行了以下4個實驗： ①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠 ②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠 ③R型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入S型菌的DNA→注射入小鼠 ④S型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入R型菌的DNA→注射入小鼠 以上4個實驗中小鼠存活的情況依次是(　　) A．存活、存活、存活、死亡 B．存活、死亡、存活、死亡 C．死亡、死亡、存活、存活 D．存活、死亡、存活、存活 【答案】D　 【解析】①S型菌的DNA＋DNA酶，DNA被水解，失去了轉化作用，對后面加入的R型菌沒有轉化作用，R型菌無毒，注射入小鼠體內，小鼠存活；②R型菌的DNA＋DNA酶，DNA被水解，不起作用，加入S型菌，有毒性，注射入小鼠體內導致小鼠死亡；③R型菌＋DNA酶，DNA酶對細菌不起作用，高溫加熱后冷卻，DNA酶變性失活，R型菌被殺死(R型菌的DNA有活性，冷卻后復性)，加入S型菌的DNA，沒有了R型活菌，不能轉化，也就相當于把兩種DNA注射入小鼠體內，兩種DNA沒有毒性，小鼠存活；④S型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入R型菌的DNA→注射入小鼠，和③類似，也是兩種DNA無毒，小鼠存活。 8．(2017年山西三區(qū)八校二模)T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗流程為同位素標記噬菌體→噬菌體侵染大腸桿菌→攪拌→離心→檢測上清液和沉淀物的放射性，下列說法正確的是(　　) A．實驗中有兩次培養(yǎng)T2噬菌體的過程，可以說明病毒的生命活動離不開細胞 B．噬菌體侵染的是未被標記的大腸桿菌，為保證侵染的效果可延長保溫的時間 C．離心的目的是讓T2噬菌體和大腸桿菌分離 D．用32P標記的一組感染實驗，放射性主要分布在上清液中 【答案】A　 【解析】本題考查噬菌體侵染細菌的實驗。噬菌體沒有細胞結構，所以培養(yǎng)噬菌體必須先培養(yǎng)對應的細菌，說明病毒的生命活動離不開細胞，A正確；噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌，侵染時間不能太長，因為如果時間太長會導致細菌內子代噬菌體釋放出來，B錯誤；離心的目的是讓脫離了大腸桿菌表面的T2噬菌體顆粒與大腸桿菌分層，分別進入上清液和沉淀物中，C錯誤；用32P標記的一組感染實驗，放射性主要分布在沉淀物中，D錯誤。 9．科學家從煙草花葉病毒(TMV)中分離出a、b兩個不同品系，它們感染植物產生的病斑形態(tài)不同。下列4組實驗中，不可能出現(xiàn)的結果是(　　) 實驗 編號 實驗過程 實驗結果 病斑類型 病斑中分離出的病毒類型 ① a型TMV感染植物 a型 a型 ② b型TMV感染植物 b型 b型 ③ 組合病毒(a型TMV的蛋白質＋b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型 ④ 組合病毒(b型TMV的蛋白質＋a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型 A.實驗① B．實驗② C．實驗③ D．實驗④ 【答案】C　 【解析】因為煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，所以決定病毒類型和病斑類型的是RNA，而不是蛋白質。③中的RNA是b型TMV的，分離出的病毒類型應該是b型。 10．下圖是噬菌體侵染細菌實驗的部分實驗步驟示意圖，對此實驗的有關敘述正確的是(　　) A．本實驗所使用的被標記的噬菌體是直接接種在含有35S的培養(yǎng)基中獲得的 B．選用噬菌體作實驗材料的原因之一是其結構組成只有蛋白質和DNA C．采用攪拌和離心等手段是為了把DNA和蛋白質分開再分別檢測其放射性 D．實際操作中只能在上清液中檢測到放射性，下層沉淀物中不可能檢測到 【答案】B　 【解析】噬菌體是病毒，無細胞結構，不能在培養(yǎng)基上生存，應該先用含有35S的培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌，再用被35S標記的細菌去培養(yǎng)噬菌體；選用噬菌體作實驗材料的原因之一是其結構組成只有蛋白質和DNA，便于分離；實驗中采用攪拌和離心等手段是為了把蛋白質外殼和細菌分開，再分別檢測其放射性；本實驗的結果是放射性主要集中在上清液中，沉淀物中有少量放射性。 11．假設32P、35S分別標記了一個噬菌體中的DNA和蛋白質，其中DNA由5 000個堿基對組成，腺嘌呤占全部堿基的30%。用這個噬菌體侵染不含標記元素的大腸桿菌，共釋放出50個子代噬菌體。下列敘述正確的是(　　) A．子代噬菌體中可能含有32P、35S B．該過程至少需要1105個鳥嘌呤脫氧核苷酸 C．含32P與只含31P的子代噬菌體的比例為1∶24 D．噬菌體增殖需要細菌提供模板、原料和酶等 【答案】C　 【解析】噬菌體增殖所需要的原料由細菌提供，模板由噬菌體DNA提供，所以子代噬菌體沒有35S，A、D錯誤。A＋C＝50%，若腺嘌呤占全部堿基的30%，C占有20%，G占有20%，復制成50個子代，需要(50－1)5 000220%＝9.8104個鳥嘌呤脫氧核苷酸，B錯誤。含32P的子代DNA有2個，只含有31P的子代DNA有48個，C正確。 12．(2017年山東棗莊模擬)下圖甲是將加熱殺死的S型細菌與R型活菌混合注射到小鼠體內后兩種細菌的含量變化，圖乙是利用同位素標記技術完成噬菌體侵染細菌實驗的部分操作步驟。下列相關敘述不正確的是(　　) A．圖甲中AB對應的時間段內，小鼠體內還沒形成大量的抗R型細菌的抗體 B．圖甲中，后期出現(xiàn)的大量S型細菌由R型細菌轉化并增殖而來 C．圖乙沉淀物中新形成的子代噬菌體完全沒有放射性 D．圖乙中若用32P標記親代噬菌體，裂解后子代噬菌體中大部分具有放射性 【答案】D　 【解析】圖甲中AB對應的時間段內，R型活菌迅速增加，原因是小鼠體內還沒形成大量的抗R型細菌的抗體；將加熱殺死的S型細菌與R型活菌混合注射到小鼠體內后，部分R型活菌轉化成S型細菌并分裂增殖；35S標記噬菌體的蛋白質，不參與子代噬菌體的形成，新形成的子代噬菌體完全沒有放射性；圖乙中若用32P標記親代噬菌體，由于DNA的半保留復制，如果標記親代一個噬菌體，則不管復制多少代，只有兩個子代噬菌體具有放射性。 二、非選擇題 13．(2017年山西太原期中)在研究生物遺傳物質的過程中，人們做了很多的實驗進行探究，包括著名的“肺炎雙球菌轉化實驗”。 (1)某人曾重復了“肺炎雙球菌轉化實驗”，步驟如下。 請分析以下實驗并回答問題： A．將一部分S型細菌加熱殺死； B．制備符合要求的培養(yǎng)基，并分為若干組，將菌種分別接種到各組培養(yǎng)基上； C．將接種后的培養(yǎng)裝置放在適宜溫度下培養(yǎng)一段時間，觀察菌落生長情況。(如圖) ①制備符合實驗要求的培養(yǎng)基時，除加入適當比例的水和瓊脂外，還必須加入一定量的無機鹽、氮源、有機碳源、生長因子等，并調整pH。 ②本實驗中的對照組是________。 ③本實驗能得出的結論是S型細菌中的某種物質(轉化因子)能使__________________。 ④從你現(xiàn)有的知識分析，“R型細菌變成S型細菌”這一變異屬于________，加熱殺死的S型細菌中的DNA仍有活性的原因可能是____________________________。 (2)艾弗里等人通過實驗證實了在上述細菌轉化過程中，起轉化作用的是DNA。請利用DNA酶(可降解DNA)作試劑，選擇適當?shù)牟牧嫌镁?，設計實驗方案，驗證“促進R型細菌轉化成S型細菌的物質是DNA”，并預測實驗結果，得出實驗結論。 ①實驗設計方案： 第一步：從S型細菌中提取DNA。 第二步：制備符合要求的培養(yǎng)基，均分為三份，編號為A、B、C，分別作如下處理。 編號 A B C 處理 不加任何提取物 加入提取出的S型細菌的DNA ______ 第三步：將________分別接種到三組培養(yǎng)基上。 第四步：將接種后的培養(yǎng)裝置放在適宜溫度下培養(yǎng)一段時間，觀察菌落生長情況。 ②預測實驗結果：_______________________________________________________。 ③得出實驗結論：S型細菌的DNA分子可以使R型細菌轉化為S型細菌，DNA結構要保持________才能完成此轉化過程。 【答案】(1)②1、2、3組?、跼型細菌轉化為S型細菌　④基因重組　DNA熱穩(wěn)定性較高　(2)①加入提取出的S型細菌的DNA和DNA酶　R型細菌?、贏、C組中均未出現(xiàn)S型細菌，只有B組培養(yǎng)基中出現(xiàn)S型細菌?、弁暾? 【解析】(1)通過對比可知，加熱殺死的S型細菌與R型細菌混合在一起，可以轉化出活的S型細菌，說明S型細菌中有某種物質能使R型細菌轉化為S型細菌。(2)①第二步中要形成對照，主要體現(xiàn)S型細菌的DNA能發(fā)生轉化，而經過DNA酶處理，使DNA水解無法發(fā)生轉化。②只有加入S型細菌的DNA，才能發(fā)生轉化成S型活菌的過程，而經過DNA酶處理后的S型細菌的DNA，因水解失去原有DNA的作用而無法發(fā)生轉化。③通過對照可知，只加入R型細菌不會產生S型細菌，加入S型細菌的DNA才能發(fā)生轉化產生S型細菌，而加入S型細菌的DNA和DNA酶后，不能產生S型細菌，從反面又證明使R型細菌轉化為S型細菌的物質是DNA。 14．按照圖示1→2→3→4進行實驗，本實驗驗證了朊病毒是蛋白質侵染因子，它是一種只含蛋白質而不含核酸的病原微生物，題中所用牛腦組織細胞為無任何標記的活體細胞。 (1)本實驗采用的方法是____________。 (2)從理論上講，離心后上清液中________(填“能大量”或“幾乎不能”)檢測到32P，沉淀物中________(填“能大量”或“幾乎不能”)檢測到32P，出現(xiàn)上述結果的原因是________________________________________________________________________。 (3)如果添加試管5，從試管2中提取朊病毒后先加入試管5，同時添加35S標記的(NH4)SO4，連續(xù)培養(yǎng)一段時間后，再提取朊病毒加入試管3，培養(yǎng)適宜時間后離心，檢測放射性應主要位于________中，少量位于________中，原因是_____________________________。 (4)一般病毒同朊病毒之間的最主要區(qū)別是：病毒侵入細胞是向宿主細胞提供__________(物質)，利用宿主細胞的________進行________________。 【答案】(1)同位素標記法　(2)幾乎不能　幾乎不能　朊病毒不含核酸只含蛋白質，蛋白質中磷含量極低，故試管2中提取的朊病毒幾乎不含32P　(3)沉淀物　上清液　經試管5中牛腦組織細胞培養(yǎng)出的朊病毒(蛋白質)被35S標記，提取后加入試管3中，35S隨朊病毒侵入牛腦組織細胞中，因此放射性物質主要位于沉淀物中。同時會有少量的朊病毒不能成功侵入牛腦組織細胞，離心后位于上清液中，因此上清液中含少量放射性物質　(4)核酸　核苷酸和氨基酸(原料)　自身核酸的復制和蛋白質的合成 【解析】朊病毒不能獨立生活，在活細胞內才能增殖，所以要標記朊病毒需先培養(yǎng)帶標記的宿主細胞——牛腦組織細胞，再讓朊病毒侵染帶標記的牛腦組織細胞，完成對朊病毒的標記。因為朊病毒沒有核酸，只有蛋白質，蛋白質中磷含量極低，所以試管2中提取的朊病毒幾乎不含32P；用35S標記的朊病毒侵入牛腦組織細胞，少量朊病毒不能侵染成功，所以培養(yǎng)離心后，放射性物質主要位于沉淀物中，上清液中含少量放射性物質。朊病毒是一類非正常的病毒，它不含有通常病毒所含有的核酸，是一類能侵染動物并在宿主細胞內復制的小分子無免疫性疏水蛋白質，又稱蛋白質侵染因子，這是它與其他病毒的不同之處。 15．下面是興趣小組為探究某種流感病毒的遺傳物質是DNA還是RNA設計的實驗步驟，請將其補充完整。 (1)實驗目的：略。 (2)材料用具：顯微注射器，該流感病毒的核酸提取液，豬胚胎干細胞，DNA水解酶和RNA水解酶等。 (3)實驗步驟： 第一步：把該流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三組，________________________________________________________________________。 第二步：取等量的豬胚胎干細胞分成三組，用顯微注射技術分別把A、B、C三組處理過的核酸提取物注射到三組豬胚胎干細胞中。 第三步：將三組豬胚胎干細胞放在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)一段時間，然后從培養(yǎng)好的豬胚胎干細胞中抽取樣品，檢測是否有該流感病毒產生。 (4)請預測結果及結論： ①______________________________________________________________________。 ②______________________________________________________________________。 ③若A、B、C三組均出現(xiàn)該流感病毒，則該流感病毒的遺傳物質既不是DNA也不是RNA。 【答案】(3)分別用等量的相同濃度的DNA水解酶、RNA水解酶處理A、B兩組核酸提取液，C組不做處理 (4)①若A、C兩組出現(xiàn)該流感病毒，B組沒有出現(xiàn)，則該流感病毒的遺傳物質是RNA?、谌鬊、C兩組出現(xiàn)該流感病毒，A組沒有出現(xiàn)，則該流感病毒的遺傳物質是DNA 【解析】病毒是由蛋白質外殼和核酸組成的，核酸是遺傳物質，核酸為DNA或RNA其中一種，根據(jù)題目要求探究的問題及給予的材料、試劑分析可知，實驗中分別利用DNA水解酶、RNA水解酶處理該病毒核酸提取液，然后再注射到豬胚胎干細胞中培養(yǎng)，由于酶具有專一性，可根據(jù)培養(yǎng)后是否檢測到該流感病毒來判斷其核酸類型。