格里菲斯体内转化、艾弗里体外转化、赫尔希-蔡斯噬菌体侵染、烟草花叶病毒重建——四个经典实验环环相扣,把"自变量、放射性分布、结论辨析"三类高频题一次打穿。再顺手拿下 DNA 双螺旋结构。
R 型菌无荚膜、菌落粗糙、无毒;S 型菌有荚膜、菌落光滑、有毒(能使小鼠患败血症死亡)。格里菲斯用小鼠做了四组对照。
| 组别 | 注射 | 小鼠 | 说明 |
|---|---|---|---|
| ① | 活 R 型菌 | 存活 | R 无毒 |
| ② | 活 S 型菌 | 死亡 | S 有毒 |
| ③ | 加热杀死的 S 型菌 | 存活 | 死 S 无毒 |
| ④ | 加热杀死的 S + 活 R | 死亡,并从体内分离出活 S 菌 | 关键组! |
⚠ 格里菲斯实验只证明了"存在转化因子",并未证明 DNA 是遗传物质。加热"杀死"的是 S 菌的活性(蛋白质变性),但其 DNA 未被破坏、仍具活性 → 这是后续实验的基础。
依次播放四组:看每组注射了什么、小鼠是死是活。第④组混合后小鼠死亡并出现活 S 菌。
艾弗里的思路:既然死 S 里有转化因子,那就把 S 菌的成分一样一样分开、单独提纯,分别加到活 R 菌培养基里,看到底哪种成分能让 R 转化成 S。
| 加入活 R 的成分 | 结果 | 结论 |
|---|---|---|
| S 的 DNA | 出现 S 菌(R→S 转化) | DNA 使转化发生 |
| S 的蛋白质 | 只有 R,无转化 | 蛋白质不是转化因子 |
| S 的多糖(荚膜) | 只有 R,无转化 | 多糖不是转化因子 |
| S 的 DNA + DNA 酶 | 只有 R,无转化 | DNA 被水解 → 转化消失,反证是 DNA |
⚠ 艾弗里实验最容易被追问的"设计精髓":①各成分必须分开、单独加(不能混着加);②加 DNA 酶那组是关键佐证——把 DNA 破坏掉转化就消失,反向证明是 DNA。缺了"分开"这一步,实验说服力就垮了。
点按钮选择往活 R 培养皿里加哪种 S 的成分,看是否发生 R→S 转化(是否长出 S 菌落)。
噬菌体只由蛋白质外壳和内部 DNA两种物质组成——这让"谁进入细菌指导繁殖"成了可以直接追踪的问题。用放射性同位素分别标记,再看放射性去了哪。
DNA 含 P 不含 S,蛋白质含 S(部分氨基酸)基本不含 P。所以:³²P 专门标记 DNA,³⁵S 专门标记蛋白质。二者一一对应,互不干扰,才能区分是谁进入了细菌。
| 标记组 | 标记的是 | 侵染+搅拌离心后 | 放射性主要在 |
|---|---|---|---|
| ³²P 组 | DNA | DNA 进入细菌 | 沉淀(细菌) |
| ³⁵S 组 | 蛋白质外壳 | 外壳留在外面 | 上清液 |
⚠ 搅拌:让附着的噬菌体外壳脱离细菌;离心:按轻重分层。搅拌不充分 → ³⁵S 组沉淀也会有少量放射性;保温时间过长(部分细菌裂解)→ ³²P 组上清液也会有放射性。
选标记元素,点"开始"看全过程:标记的噬菌体侵染细菌 → 搅拌 → 离心 → 上清/沉淀放射性归属。
这是本专题最高频的考点:给定标记元素,预测搅拌离心后上清液与沉淀的放射性高低。核心一句话——DNA 进细菌(沉淀)、蛋白外壳留外面(上清)。
烟草花叶病毒(TMV)由 RNA + 蛋白质外壳组成,没有 DNA。用"拆开重建"的方法证明它的遗传物质是 RNA。
| 感染烟草的成分 | 结果(新病毒的类型) |
|---|---|
| 完整 TMV(甲) | 甲型病毒 |
| 只用甲的 RNA | 甲型病毒(仍能感染) |
| 只用甲的蛋白质 | 不感染,无新病毒 |
| 甲的 RNA + 乙的蛋白质(重建杂合病毒) | 甲型病毒 → 由 RNA 决定 |
① 两条链反向平行盘旋成双螺旋;② 外侧是磷酸-脱氧核糖交替排列构成的基本骨架;③ 内侧是配对的碱基,遵循碱基互补配对原则:A=T(2 个氢键)、G≡C(3 个氢键)。
⚠ 碱基在内侧、磷酸-脱氧核糖骨架在外侧,别画反。两条链是反向平行(一条 5'→3',另一条 3'→5')。G≡C 氢键数多于 A=T,故 G+C 比例高的 DNA 更稳定、解链温度更高。
点左侧任一碱基,右侧给出正确配对(A↔T、G↔C),并绘出对应氢键数。也可点"随机一条链"重排。
触发:"该实验的自变量是___""为什么要设置___组""某成分单独加的目的"。
动作:先找自变量(实验者主动改变的:如加入的成分种类、标记的元素);再找对照组与因变量(观察的结果:是否转化、放射性分布)。艾弗里题必答"分开单独加"。
⚠ 陷阱:把"加热杀死的 S 菌"当成自变量之一而漏掉"活 R"的对照;或误答格里菲斯已证明 DNA 是遗传物质(他只证明了存在转化因子)。
触发:"上清液/沉淀中放射性___""子代噬菌体中能检测到放射性的是___"。
动作:记死主线——³²P(DNA)进细菌 → 沉淀;³⁵S(蛋白)留外面 → 上清液。追问"子代含放射性吗":³²P 组因 DNA 半保留复制,子代少数含 ³²P;³⁵S 组子代不含 ³⁵S(亲代外壳未进入,新壳用宿主原料合成)。
⚠ 陷阱:③²P 沉淀 / ③⁵S 上清,方向记反是最常见失分;误以为子代噬菌体外壳带 ³⁵S(其实用的是宿主的原料,不含放射性)。
触发:"能否用 ___ 同时标记""为什么不用 C、H、O、N 标记"。
动作:抓住元素归属——DNA 特有 P(无 S),蛋白特有 S(基本无 P),故用 ³²P、³⁵S 能一一对应区分。C、H、O、N 是 DNA 和蛋白共有元素,标了无法区分谁是谁。不能用同一种元素同时标 DNA 和蛋白,更不能"一次同时标记两者"混在一支管里。
⚠ 陷阱:答"用 ³²P 和 ³⁵S 同时标记同一批噬菌体"——错!必须分两批、各标一种,分别做实验。
触发:"该实验能否证明 DNA 是遗传物质""哪个实验证明了 RNA 也是遗传物质"。
动作:逐个对号——格里菲斯:只证存在转化因子;艾弗里:证 DNA 是转化因子(遗传物质);赫尔希-蔡斯:证 DNA 是遗传物质(更直接、说服力更强);TMV 重建:证 RNA 是遗传物质;综合:DNA 是主要的遗传物质。
⚠ 陷阱:把"DNA 是主要的遗传物质"这一综合结论安到单个实验头上;或说噬菌体实验证明了"蛋白质不是遗传物质"要谨慎——它是通过"蛋白未进入"间接说明。
选一个实验,读出它的自变量、因变量、对照设置与能得到的结论。
① 格里菲斯只证"存在转化因子",没证明是 DNA;确定是 DNA 的是艾弗里。
② 艾弗里的精髓是"分开单独加"——各成分必须分离提纯后单独实验,加 DNA 酶组是关键佐证。
③ 噬菌体只能分别标 DNA 或蛋白,不能用同一元素同时标一个、也不能同管混标两种;³²P 标 DNA、³⁵S 标蛋白,C/H/O/N 是共有元素不能用来区分。
④ ³²P → 沉淀,³⁵S → 上清液,方向千万别记反(DNA 进细菌沉底,蛋白外壳留外面)。
⑤ 蛋白质外壳不进入细菌,所以 ³⁵S 组子代噬菌体不含放射性;³²P 组子代因半保留复制少数含 ³²P。
⑥ 加热杀死的 S 菌:蛋白质变性失活,但 DNA 未被破坏、仍有转化活性——这是格里菲斯④组能转化的原因。
⑦ DNA 结构:碱基在内、磷酸-脱氧核糖骨架在外,两链反向平行,A=T(2 氢键)、G≡C(3 氢键)。
⑧ "DNA 是主要的遗传物质"是综合结论,不能安到某个单一实验上;含 RNA 无 DNA 的病毒(如 TMV、HIV)以 RNA 为遗传物质。
▸ 三个实验的"证据链递进":格里菲斯(有转化因子)→ 艾弗里(转化因子=DNA,但被质疑提纯不纯)→ 赫尔希-蔡斯(同位素直接追踪,把 DNA 与蛋白彻底空间分开)。说服力逐级增强,考题常问"为什么后者更有说服力"。
▸ 噬菌体实验的两处"异常放射性"来源要会解释:③⁵S 组沉淀出现放射性 = 搅拌不充分(外壳没脱离);③²P 组上清液出现放射性 = 保温时间过长(部分细菌裂解释放子代)或时间过短(部分噬菌体未吸附)。
▸ 子代放射性的定量思维:³²P 组,亲代 DNA 双链均含 ³²P,子代 DNA 半保留复制、原料无放射性 → 含 ³²P 的子代 DNA 分子最多只有 2 个(占比随复制轮数增多而下降);³⁵S 组子代一律不含放射性。
▸ "谁是遗传物质"的判定通法:把生物的核酸与蛋白质分开,分别看哪种能决定子代性状/引起转化/被复制传递——这套"分离+追踪"的实验设计思想,是探究题的万能模板(如探究某新病毒遗传物质是 DNA 还是 RNA:用 DNA 酶 / RNA 酶分别处理)。
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