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第3 章 基因的本质
第1 节 DNA 是主要的遗传物质
[必备知识]
1．肺炎链球菌有两类：R 型细菌无荚膜、菌落表面粗糙、无毒。S 型细菌有荚膜、菌落表面光滑、有
毒，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。(P43)
2．在T2 噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分
子中含有硫，磷几乎都存在于DNA 分子中。(P45“相关信息”)
3．赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术，设计并完成了噬菌体侵染细菌的实验，因噬菌体只有
头部的 DNA 进入大肠杆菌中，而蛋白质外壳留在外面，因而更具说服力。(P45)
4．实验误差分析：(1)用32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因是保温时间过短或
过长。(2)用35S 标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因是搅拌不充分，有少量含35S 的噬菌
体外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
5．搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是让上清液中析出重量较轻的
T2
噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。(P45)
6．因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA 是主要的遗传物质；原核生物(如细菌)的遗传
物质是 DNA
，真核生物的遗传物质是 DNA
，病毒的遗传物质是 DNA
或
RNA
。(P46)
7．在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。与常态比较，人为增加某种
影响因素的称为“加法原理”。与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。(P46“科学方
法”)
[重要图解]
1．艾弗里证明DNA 是遗传物质的实验示意图
1
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肺炎链球菌的转化实验
(1)体内转化实验：1928 年由英国微生物学家格里菲思等人进行。结论：在S 型细菌中存在转化因子可
以使R 型活细菌转化为S 型活细菌。
(2)体外转化实验：20 世纪40 年代由美国微生物学家艾弗里等人进行。结论：DNA
才是使
R 型细菌产
生稳定遗传变化的物质。(P43～44)
2．噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图
赫尔希和蔡斯的实验过程：(1)在分别含有放射性同位素35S 和放射性同位素32P 的培养基中培养大肠
杆菌；(2)再用上述大肠杆菌培养T2 噬菌体，得到蛋白质含有35S 标记或 DNA 含有32P 标记的噬菌体；(3)
然后，用35S 或32P 标记的T2 噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、
离心；(4)离心后，检查上清液和沉淀物中的放射性物质。(P45)
[易错提醒]
错点1：误认为“加热使DNA 和蛋白质、多糖类荚膜等都失去活性”
精析：加热并没有使DNA 完全失去活性：加热杀死S 型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是内部的
DNA 在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。
错点2：误认“为肺炎链球菌转化的实质是发生的基因突变”
精析：肺炎链球菌转化的实质是基因重组而非基因突变：肺炎链球菌转化实验中S 型细菌的DNA 片段整
合到R 型细菌的DNA 中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。
错点3：误认为“加热杀死的S 型细菌可使所有R 型细菌实现转化”
精析：并非所有的R 型细菌都转化为S 型细菌，事实上转化的效率很低，并且转化受DNA 的纯度、两种
细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响，因此只有少部分R 型细菌被转化为S 型细菌。
错点4：混淆S 型菌DNA 和S 型菌
2
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精析：肺炎链球菌体内转化实验不能简单地说成有毒性的S 型细菌的DNA 可使小鼠致死，而是具有毒性
的S 型细菌可使小鼠致死。
错点5：误认为“格里菲思实验证明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA”
精析：格里菲思实验仅能证明S 型细菌中含有某种“转化因子”，但并未具体证明转化因子是何种物质，
也没有证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA。
错点6：误认为“可用含放射性同位素的培养基直接培养噬菌体而获得标记的噬菌体”
精析：实验中获得含放射性同位素标记的噬菌体时不能用培养基直接培养，因为病毒营专性寄生生活，所
以应先培养（标记）细菌，再用细菌培养噬菌体。
错点7：误认为“可用含放射性同位素标记是对现一个噬菌体的标记”
精析：35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一个噬菌体上，因为放射性检测时，只能检测
到放射性存在部位，不能确定是何种元素的放射性。
错点8：混淆噬菌体侵染细菌实验的2 个关键环节——“保温”与“搅拌”
精析：“保温”时间要合适——保温时间过短或过长会使32P 组的上清液中出现放射性。原因是部分噬菌
体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。“搅拌”要充分——如果搅拌不充分，35S 组部分噬菌体与大肠
杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，这样造成沉淀物中出现放射性。
错点9：不明确噬菌体的增殖过程及条件而出错
精析：
增殖需要的条件
内容
模板
噬菌体的DNA
合成T2 噬菌体DNA 原料
大肠杆菌提供的4 种脱氧核苷酸
合成T2 噬菌
体蛋白质
原料
大肠杆菌的氨基酸
场所
大肠杆菌的核糖体
需要的酶
解旋酶、DNA 聚合酶等
错点10：误认为“原核生物或真核生物细胞质中的遗传物质为RNA 或认为某一生物遗传物质“主要是
DNA””精析：常见的错误说法：“××(具体某种生物)的遗传物质主要是DNA”“××(具体的某种生物)的主要
遗传物质是DNA”等。对于具体的生物而言，其遗传物质是确定的，要么是DNA，要么是RNA，只能是
其中的一种。具体来说，真核生物(包括细胞质、细胞核中)和原核生物的遗传物质一定是DNA。病毒的遗
传物质是DNA 或RNA。
错点11:肺炎双球菌转化实验的三个误区
精析：(1)转化的实质是基因重组而非基因突变
肺炎双球菌转化是将S 型细菌的DNA 片段整合到R 型细菌的DNA 中，使受体细胞获得了新的遗传信息，
即发生了基因重组。
(2)并非所有的R 型细菌都被转化
由于转化受到DNA 的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，因此转化过程中并不是
所有的R 型细菌都被转化成S 型细菌，只是少部分R 型细菌被转化成S 型细菌。
(3)加热导致DNA 变性后可复性
加热杀死S 型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA 在加热结束后随温度的降低又逐渐
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恢复活性。
错点12:噬菌体侵染细菌实验的三次涉及大肠杆菌
精析：(1)三次涉及大肠杆菌
第2 节 DNA 的结构
[必备知识]
1．DNA 是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(P50)
2．DNA 中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。(P50)
3．DNA 分子中脱氧核苷酸
( 或碱基
) 的排列顺序
代表了遗传信息。
[重要图解]
DNA 的结构模式图(P50)
（1）
依次写出图中①～⑩的名称：①胞嘧啶、②腺嘌呤、
③鸟嘌呤、④胸腺嘧啶、⑤脱氧核糖、⑥磷酸、⑦脱氧核苷酸、⑧碱基、⑨氢键、⑩一条脱氧核苷酸链的
片段。相邻的碱基在DNA 分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接。
（2）DNA 分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，即A 和 T 配对(氢键有 2 个)，G 和 C 配对(氢键
有 3 个)。碱基之间的这种一一对应
的关系，叫作碱基互补配对原则。双链DNA 中A(腺嘌呤)的量总是和T(胸腺嘧啶)的量相等，C(胞嘧啶)的
量总是和G(鸟嘌呤)的量相等。热稳定性高的DNA 分子中 G≡C 碱基对较多。
（3）DNA 初步水解产物是4 种脱氧核苷酸
，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和
4 种含氮碱基
。
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（4）脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作l'-C,与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。DNA 的一条单链具有两个末端，
每一个末端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5'-端，另一端有一个羟基（一
0H
）
,称作3'-端。DNA 的
两条单链走向相反，若从双链的上至下，下图中甲链是从5'-
端到
3'-
端
，乙链是从3'-
端到
5'-
端
。
[易错提醒]
错点1：误认为“DNA 分子中“嘌呤一定等于嘧啶””
精析：在教材“DNA 分子双螺旋结构的主要特点”中提出了碱基互补配对原则。根据碱基互补配对原则双
链DNA 中嘌呤等于嘧啶，但在双链DNA 的一条链中嘌呤不一定等于嘧啶，单链DNA 分子中嘌呤也不一
定等于嘧啶。
错点2：不能根据双链DNA 碱基间数量关系判断DNA 是单链还是双链
精析：在双链DNA 中，嘌呤之和等于嘧啶之和，即A+G=C+T[(A+G)/(C+T)=1]。根据上述公式，可鉴定
DNA 是单链还是双链。在一个DNA 分子中，如果（A+G)/(C+T)≠1，且A≠T、C≠G，那么该DNA 为单链;
如果(A+G)/(C+T)=1，且A=T、C=G,说明该DNA 为双链。也可由上述公式推出下列关系：DNA 双链中,两
个不互补的碱基之和相等,并为碱基总数的1/2,即(A+G)=(T+C)=(A+C)=(T+G)=1/2×碱基总数。非互补碱基和
之比等于1,即(A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)=1。
错点3：忽略了双链DNA 碱基间的氢键数量及单链DNA 的方向性
精析：配对的碱基，A 与T 之间形成2 个氢键，G 与C 之间形成3 个氢键，C—G 对占比例越大，DNA 结
构越稳定。DNA 单链的方向是从5'端到3'端的，因此，双链DNA 中两条链为反向的。
错点4:误认为DNA 分子都是双链结构或认为DNA 分子中嘌呤一定等于嘧啶或认为嘌呤＝嘧啶时一定为双
链DNA 分子
精析：DNA 分子一般为“双螺旋结构”，但也有些DNA 分子呈“单链”结构，在此类DNA 分子中嘌呤
与嘧啶可能相等也可能不相等。由此可见，双链DNA 分子中嘌呤“A＋G”固然等于“T＋C”或(A＋C)/(T＋
G)＝1，但存在该等量或比例关系时，未必一定是双链DNA 分子。
第3 节 DNA 的复制
[必备知识]
1．1958 年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了
一个巧妙的实验，证明了DNA 的半保留复制。(P53)
2．与DNA 复制有关的碱基计算
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(1)一个DNA 连续复制n 次后，DNA 分子总数为：2 n 。
(2)第n 代的DNA 分子中，含原DNA 母链的有2 个，占 1/2
n － 1 。
(3)若某DNA 分子中含碱基T 为a，①则连续复制n 次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a (2
n －
1)；②第n 次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a ×2
n － 1 。
3.真核生物DNA 的复制
(1)概念：以亲代
DNA
为模板合成子代
DNA
的过程
。
(2)复制方式：半保留复制。
(3)复制条件：①模板；②原料；③能量；④酶。
(4)复制特点：①边解旋边复制；②半保留复制。
(5)复制意义：保持了遗传信息的连续性。
(6)精确复制的原因：DNA
独特的双螺旋结构
为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了复
制能够准确地进行。
[重要图解]
DNA 复制的示意图：(P55～56)
（1）解旋：复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶(图中序号①)将DNA 双螺旋的两
条链解开，这个过程叫做解旋，既下图中序号②对应过程。
（2）复制：DNA
聚合酶
(图中序号③)等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的
4 种脱氧核苷酸
(图
中序号④)为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。
（3）延伸及重新螺旋：随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断地延伸。同时，每条新链与
其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
（4）结果：复制结束后，一个DNA 分子就形成了两个完全相同的DNA 分子。图中⑤⑥⑦⑧序号处对应
碳原子的序号依次是：3’
、
5’
、
5’
、
3’
。新复制出的两个子代DNA 分子，通过细胞分裂分配到子细胞中去。
[易错提醒]
错点1：误认为“DNA 复制只发生于细胞核中”
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精析：细胞生物中凡存在DNA 分子的场所均可进行DNA 分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体、
线粒体、原核细胞的拟核及质粒。
需特别注意的是DNA 病毒虽有DNA 分子，但其不能独立完成DNA 分子的复制——病毒的DNA 复制必须
借助寄主细胞完成，在其DNA 复制时，病毒只提供“模板链”，其他一切条件(包括场所、原料、酶、能
量)均由寄主细胞提供。
错点2：混淆DNA 复制、“剪切”与“水解”中的五种酶
精析：①DNA 聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接成“链”；
②DNA 连接酶：将多个复制起点所复制出的“DNA 片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键，即连接“片
段”；③限制性内切酶：用于切断DNA 双链中主链上的“3,5磷酸二酯键”；④DNA 水解酶：用于将
DNA 分子水解为脱氧核苷酸；⑤解旋酶：用于将DNA 双螺旋的两条链解开。
错点3：混淆DNA 分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件
精析：DNA 分子中碱基对之间氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP 供能，也可加热断裂(体外)；而氢
键是自动形成的，不需要酶和能量。
错点4：混淆DNA 分子复制过程中相关计算的规律
精析：若将双链被15N 标记的DNA 转移到含14N 的培养基中培养,复制n(n≥1)次,其结果如下:
(1)DNA 分子数分析:
子代DNA 分子数
2n
含15N 的DNA 分子数
2
含14N 的DNA 分子数
2n
只含14N 的DNA 分子数2n-2
(2)脱氧核苷酸链数分析:
子代DNA 中脱氧核苷酸链数2n+1
含15N 的脱氧核苷酸链数
2
含14N 的脱氧核苷酸链数
2n+1-2
(3)消耗的脱氧核苷酸数。
①若一亲代DNA 含有某种脱氧核苷酸m 个,则经过n 次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n-1)个。
②若进行第n 次复制,则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为[m×(2n-1)-m×(2n-1-1)]=m×2n-1个。
错点5：混淆稳定同位素和放射性同位素
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精析：在噬菌体浸染细菌实验中，利用的是放射性同位素标记技术，用32P 或35S 分别标记噬菌体DNA、蛋
白质，实验最后检测的是上清液和沉淀物中的放射性。而在证明DNA 半保留的实验中，科学家以大肠杆
菌为实验材料，运用同位素标记技术。15N 和14N 是N 元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质
量不同，因上经，实验中，将提取的DNA 进行离心，记录离心后试管中DNA 的位置来判断DNA 类型。
第4 节 基因通常是有遗传效应的DNA 片段
[必备知识]
1．人类基因组计划测定的是 24
条染色体(22 条常染色体＋X＋Y)上DNA 的碱基序列。(P57“思考·讨
论”)
2．一个DNA 分子上有许多个基因，每一个基因都是特定的DNA 片段，有着特定的遗传效应。(P58)
3．DNA 上分布着许多个基因，基因通常是有遗传效应的
DNA
片段
。(P59)
4．有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。对这类病毒而言，
基因就是有遗传效应的 RNA 片段。(P59)
[易错提醒]
错点1;误认为染色体是基因的唯一载体
精析:(1)真核细胞中的线粒体和叶绿体也是基因的载体。
(2)原核细胞无染色体，拟核中的DNA 分子和质粒DNA 均是裸露的。
错点2:不明确遗传效应指的是什么?
精析：遗传效应是指基因能够转录成mRNA，进而翻译成蛋白质，能够控制一定的性状。
错点3：混淆基因、DNA 与染色体的关系
精析：下图表示基因、DNA 与染色关系，图示是针对真核细胞来说的。即，针对遗传物质为DNA 的生物
而言，基因是指“有遗传效应的DNA 片段”，但同时要注意，就RNA 病毒而言，其基因为“有遗传效应
的RNA 片段”。另外，应注意，并非所有DNA 片段都是基因，基因不是连续分布在DNA 上的，而是由
碱基序列将不同的基因分隔开的。
错点4：混淆DNA 分子的多样性和特异性
精析：DNA 分子的多样性是由于碱基排列顺序的千变万化导致的，换个方式理解，即不同DNA 分子，其
中的碱基排列顺序不同；而DNA 的特异性是指每个DNA 分子有其特定的碱基排列顺序，是针对单个
DNA 分子而言的。因此，我们不能说某一个DNA 分子即有多样性又有特异性。（“必修二”P59“教材正
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文”）
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