辨思維盲點(diǎn) 析遺傳物質(zhì)

陜西

高考對(duì)“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”這一知識(shí)點(diǎn)的考查主要包括經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的拓展，旨在考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析及應(yīng)用，以及對(duì)科學(xué)思維和科學(xué)探究等學(xué)科核心素養(yǎng)的考查，該知識(shí)點(diǎn)在近年高考中出現(xiàn)頻率較高。因此在高考復(fù)習(xí)中教師不僅需要關(guān)注經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)分析，還要關(guān)注學(xué)生思維盲點(diǎn)，做到有的放矢。

易錯(cuò)點(diǎn)1：肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)本質(zhì)理解不到位

肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)包括格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等均有較大差異，教師在復(fù)習(xí)中可通過(guò)比較兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的異同（見(jiàn)下表），從而讓學(xué)生從細(xì)節(jié)方面理解該知識(shí)點(diǎn)。

兩種肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)比較表

【例1】圖1 是某同學(xué)進(jìn)一步探究“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，甲組培養(yǎng)基接種正常R 型菌；乙組培養(yǎng)基接種正常S 型菌；丙組培養(yǎng)基接種加熱殺死的S 型菌；丁組培養(yǎng)基接種加熱殺死的S 型菌和正常的R 型菌的混合液。下列有關(guān)敘述不正確的是 （ ）

圖1

A.該實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組包括甲組、乙組和丙組

B.該實(shí)驗(yàn)與煙草花葉病毒實(shí)驗(yàn)共同證明了DNA 是主要的遺傳物質(zhì)

C.丁組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以說(shuō)明R 型菌轉(zhuǎn)化為S 型菌的效率較低

D.轉(zhuǎn)化形成的S 型菌和野生型S 型菌的遺傳信息不同

【參考答案】B

【錯(cuò)因分析】①誤認(rèn)為一組實(shí)驗(yàn)僅具有一個(gè)對(duì)照組，但特殊情況下一組實(shí)驗(yàn)可能有多個(gè)對(duì)照組（如本題），或沒(méi)有對(duì)照組（如對(duì)比實(shí)驗(yàn)）；②錯(cuò)誤地理解為肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化效率為100%；③由于思維定式，誤認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)為艾弗里的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。

【思路剖析】甲組、乙組、丙組分別與丁組相互對(duì)照，依次可以證明R 型菌單獨(dú)培養(yǎng)，僅能形成R 型菌菌落；S 型菌單獨(dú)培養(yǎng)，僅能形成S 型菌菌落；加熱殺死的S 型菌單獨(dú)培養(yǎng)，不能形成菌落；綜合分析三組對(duì)照實(shí)驗(yàn)可知，加熱殺死的S 型菌和正常的R 型菌混合后形成了S 型菌，分析可知這種結(jié)果的產(chǎn)生是由于S 型菌的某種“轉(zhuǎn)化因子”使正常的R 型菌轉(zhuǎn)化成S 型菌，A 項(xiàng)正確；該實(shí)驗(yàn)僅能證明S 型菌具有轉(zhuǎn)化因子，不能證明DNA 是遺傳物質(zhì)，B 項(xiàng)錯(cuò)誤；正常的R 型菌從環(huán)境吸收外源DNA 的能力有限，不會(huì)達(dá)到100%，所以丁組中有R 型菌也有S 型菌，C 項(xiàng)正確；轉(zhuǎn)化形成的S 型菌具有R 型菌的遺傳信息，所以與野生型S 型菌的遺傳信息不同，D 項(xiàng)正確。

【易錯(cuò)點(diǎn)睛】①轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是基因重組而非基因突變：肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)是指S 型細(xì)菌的DNA 片段整合到R 型細(xì)菌的DNA 中，使受體細(xì)胞獲得了新的遺傳信息，即發(fā)生了基因重組；②并非所有的R 型細(xì)菌都被轉(zhuǎn)化：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)等因素的影響，轉(zhuǎn)化過(guò)程中并不是所有的R 型細(xì)菌都被轉(zhuǎn)化成S 型細(xì)菌，而只是小部分R 型細(xì)菌被轉(zhuǎn)化成S 型細(xì)菌；③加熱并不會(huì)使DNA 完全失去活性：加熱殺死S 型細(xì)菌的過(guò)程中，其蛋白質(zhì)變性失活，DNA 在加熱的過(guò)程中，雙螺旋解開(kāi)，氫鍵斷裂，但隨溫度緩慢下降，DNA 的結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)；④體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)不能簡(jiǎn)單地說(shuō)成S 型細(xì)菌的DNA 可使小鼠致死：S 型細(xì)菌與R 型細(xì)菌混合培養(yǎng)時(shí)，S 型細(xì)菌的DNA 進(jìn)入R 型細(xì)菌體內(nèi)，結(jié)果在S 型細(xì)菌DNA 的控制下，R 型細(xì)菌體內(nèi)合成了S 型細(xì)菌的DNA 和蛋白質(zhì)，從而組裝成了具有毒性的S 型細(xì)菌。

易錯(cuò)點(diǎn)2：噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)過(guò)程理解偏差

噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的考查側(cè)重于噬菌體的標(biāo)記、侵染實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，利用概念模型有利于學(xué)生綜合理解（如圖2 表示噬菌體標(biāo)記過(guò)程，如圖3 表示噬菌體標(biāo)記情況及判定）。

圖2

圖3

【例2】（2019 年，江蘇卷，第3 題）赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNA 是遺傳物質(zhì)，下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的敘述正確的是 （ ）

A.實(shí)驗(yàn)中可用15N 代替32P 標(biāo)記DNA

B.噬菌體外殼蛋白是大腸桿菌編碼的

C.噬菌體DNA 的合成原料來(lái)自大腸桿菌

D.實(shí)驗(yàn)證明了大腸桿菌的遺傳物質(zhì)是DNA

【參考答案】C

【錯(cuò)因分析】①標(biāo)記元素選擇理解不清：35S 和32P 分別標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA；②標(biāo)記實(shí)驗(yàn)中噬菌體的DNA 和大腸桿菌的DNA 用途混淆。

【思路剖析】N 是蛋白質(zhì)和DNA 共有的元素，若用15N 代替32P 標(biāo)記噬菌體的DNA，則其蛋白質(zhì)也會(huì)被標(biāo)記，不能區(qū)分噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA，A 項(xiàng)錯(cuò)誤；噬菌體的蛋白質(zhì)外殼是以噬菌體的DNA 為模板，利用大腸桿菌體內(nèi)的原料編碼合成的，B 項(xiàng)錯(cuò)誤；子代噬菌體DNA 合成的模板來(lái)自于親代噬菌體自身的DNA，而合成的原料來(lái)自于大腸桿菌，C 項(xiàng)正確；該實(shí)驗(yàn)證明了噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA，D 項(xiàng)錯(cuò)誤。

【易錯(cuò)點(diǎn)睛】①欲標(biāo)記噬菌體，應(yīng)先標(biāo)記細(xì)菌，再用噬菌體侵染被標(biāo)記的細(xì)菌，因?yàn)槭删w是沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒，所以只能在宿主細(xì)胞中繁殖后代，在培養(yǎng)基中培養(yǎng)的噬菌體是不能繁殖后代的；②35S（標(biāo)記蛋白質(zhì)）和32P（標(biāo)記DNA）不能同時(shí)標(biāo)記在同一噬菌體上，因?yàn)榉派湫詸z測(cè)時(shí)只能檢測(cè)到放射性的存在部位，而不能確定是何種元素的放射性；③肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路基本相同（前者采用直接分離法；后者采用放射性同位素標(biāo)記法），都設(shè)法把DNA 和蛋白質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)地觀察它們的作用，都證明了DNA 是遺傳物質(zhì)，但都不能證明DNA 是主要的遺傳物質(zhì)；④用32P 標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌，上清液中有少量放射性的原因：第一、保溫時(shí)間過(guò)短，部分噬菌體沒(méi)有侵染到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)離心后分布于上清液中，使上清液出現(xiàn)放射性；第二、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放子代，經(jīng)離心后分布于上清液中，也會(huì)使上清液的放射性含量升高；⑤用35S 標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：由于攪拌不充分，有少量帶有35S 噬菌體的蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心到沉淀物中，使沉淀物中出現(xiàn)少量的放射性。

易錯(cuò)點(diǎn)3：不能準(zhǔn)確判斷生物的遺傳物質(zhì)

對(duì)于生物體遺傳物質(zhì)類(lèi)型的判定，教師在備考中需提醒學(xué)生關(guān)注“遺傳物質(zhì)”和“主要的遺傳物質(zhì)”“細(xì)胞生物”和“非細(xì)胞生物”“具體某種生物”和“生物界”等概念表述的差異，同時(shí)還需要關(guān)注不同“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”和“病毒重組實(shí)驗(yàn)”中實(shí)驗(yàn)分組剖析等細(xì)節(jié)問(wèn)題。

【例3】（2018 年，浙江卷，第23 題改編）下列關(guān)于“核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是 （ ）

A.真核生物和原核生物的遺傳物質(zhì)是DNA，病毒的遺傳物質(zhì)是RNA

B.“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”都證明了DNA 是主要的遺傳物質(zhì)

C.肺炎雙球菌離體細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，S 型菌的DNA使R 型菌轉(zhuǎn)化為S 型菌，說(shuō)明DNA 是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)

D.煙草花葉病毒感染和重建實(shí)驗(yàn)中，用TMV A 的RNA 和TMV B 的蛋白質(zhì)重建的病毒感染煙草葉片細(xì)胞后，可檢測(cè)到A 型病毒，說(shuō)明RNA 是TMV A 的遺傳物質(zhì)

【參考答案】D

【錯(cuò)因分析】錯(cuò)誤地理解為在一個(gè)生物體內(nèi)或一個(gè)細(xì)胞內(nèi)具有DNA 和RNA 兩種核酸時(shí)，DNA 是主要的遺傳物質(zhì)。

【思路剖析】真核生物和原核生物的遺傳物質(zhì)是DNA，DNA 病毒的遺傳物質(zhì)是DNA，RNA 病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，A 項(xiàng)錯(cuò)誤；“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”都證明了DNA 是遺傳物質(zhì)，但不能證明DNA 是主要的遺傳物質(zhì)，B 項(xiàng)錯(cuò)誤；肺炎雙球菌離體細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，S 型菌的DNA 使R 型菌轉(zhuǎn)化為S 型菌，只能說(shuō)明DNA 是遺傳物質(zhì)，C 項(xiàng)錯(cuò)誤；煙草花葉病毒感染和重建實(shí)驗(yàn)中，用TMV A 的RNA 和TMV B 的蛋白質(zhì)重建的病毒感染煙草葉片細(xì)胞后，可檢測(cè)到A 型病毒，說(shuō)明RNA 是TMV A 的遺傳物質(zhì)，D 項(xiàng)正確。

【易錯(cuò)點(diǎn)睛】①一種生物的遺傳物質(zhì)只能是一種，即DNA 或RNA，不可能以DNA 和RNA 同時(shí)作為遺傳物質(zhì)：具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物（原核生物和真核生物）既含有DNA又含有RNA，但DNA才是其遺傳物質(zhì)；病毒沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只有一種核酸，DNA 病毒的遺傳物質(zhì)是DNA，RNA 病毒的遺傳物質(zhì)是RNA ；朊病毒（如瘋牛病病毒）僅含有蛋白質(zhì)，這種生物的遺傳機(jī)制尚待研究；②DNA 是主要的遺傳物質(zhì)：DNA 是主要的遺傳物質(zhì)是針對(duì)整個(gè)生物界而言，而非對(duì)某種生物或某生物個(gè)體而言；生物界絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有極少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是RNA，因而DNA 是主要的遺傳物質(zhì)。

在備考復(fù)習(xí)中，教師要在注重基礎(chǔ)知識(shí)建模和鞏固的基礎(chǔ)上，挖掘?qū)W生思維盲點(diǎn)，以學(xué)生視角審視知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，有針對(duì)性、有目的性地訓(xùn)練學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性，在復(fù)習(xí)中必然會(huì)取得事半功倍的效果。