T2噬菌体侵染细菌实验的相关试题分类解析

安徽 陆 修

T2噬菌体侵染细菌实验的相关试题分类解析

安徽 陆 修

生物学是一门以实验为基础的自然科学，很多的规律和结论都是通过实验得出的，比如遗传物质的发现就是通过如下几个实验来完成的，1928年英国科学家格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验，1944年美国科学家艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验，1952年赫尔希和蔡斯用T2噬菌体侵染细菌的实验，还有后来的烟草花叶病毒的感染和重建实验，最终证明DNA是主要的遗传物质，少部分生物的遗传物质是RNA。由于这几个实验比较经典，所以高考题中对该知识的考查还是比较多的，但这几个实验的设计思路、操作过程和实验结论还是比较难理解的，所以学生在处理这些题目时感觉有一定难度的，尤其是T2噬菌体侵染细菌的这个实验，笔者对考查该实验的有关试题进行了分类分析，希望对学生的复习有些帮助：

一、对实验设计思路的考查

【例1】对噬菌体侵染细菌实验的叙述中，不正确的是（ ）

A. 本实验选用噬菌体作为实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA

B. 设计思路是设法将DNA和蛋白质区分开，单独、直接地研究它们在遗传中的作用

C. 为确认何种物质注入细菌体内，用32P和35S分别标记噬菌体的 DNA和蛋白质

D. 实验之所以有说服力，是因为将噬菌体的蛋白质与DNA直接分开以后再侵染细菌

【解析】该实验的思路：T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，只含有蛋白质和DNA这两种物质，S是蛋白质的特有元素，DNA分子中含有P，而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去路，故A项、B项、C项均正确；该实验只是用35S和32P分别对噬菌体的蛋白质和DNA标记，巧妙地将两者间接分离，而不是将两者直接分离后再侵染，故D项错误。

【答案】D

二、对噬菌体标记过程的考查

【例2】关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是（ ）

A. 用含有放射性同位素35S和32P的培养基培养噬菌体

B. 用含有放射性同位素35S和32P的培养基培养大肠杆菌

C. 用未标记的噬菌体侵染含有放射性同位素35S和32P的大肠杆菌

D. 用放射性同位素35S或32P标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌

【解析】对噬菌体标记过程：由于病毒必须寄生在活体细胞中才能扩增，因此无法将T2噬菌体直接放在培养基中培养。赫尔希和蔡斯首先用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的两种培养基分别培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，得到蛋白质被35S标记或DNA被32P标记的噬菌体。然后再用35S或32P标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，直接单独去观察噬菌体的蛋白质和DNA的作用。

【答案】D

三、对噬菌体侵染细菌后放射性存在位置及误差的考查

【例3】关于“赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是 （ ）

A. 搅拌离心后，含32P的放射性同位素主要分布在上清液中

B. 用32P标记噬菌体的侵染实验中，上清液中存在放射性是培养时间过短所致

C. 用32P标记噬菌体的侵染实验中，上清液中存在放射性是培养时间过长所致

D. 用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在放射性可能是搅拌不充分所致

【解析】噬菌体侵染细菌后放射性存在位置。理论上，用35S标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌后，上清液具有很高的放射性，下层沉淀物中应该不含放射性。用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌后，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性。而实际上，实验的最终结果显示：用35S标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌后，在离心的下层沉淀物中，具有一定的放射性，而上清液中的放射性强度比理论值略低。用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌后，在离心的上层清液中，具有一定的放射性，而下层沉淀物中的放射性强度比理论值略低，故A项错误。为什么会出现这种误差呢？分析如下：①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是由于搅拌不充分，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是：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，使上清液出现放射性。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。因此用32P标记的噬菌体侵染实验中，要严格控制好从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离的时间，时间过短未充分侵染；时间过长，则侵染进入大肠杆菌细胞内的噬菌体增殖产生的子代噬菌体释放出来了，都会使实验误差增大，故严格控制好时间是减小此实验误差的关键因素之一。可见B项、C项错误，D项正确。

【答案】D

四、对实验结论的考查

【例4】关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是（ ）

A.32P标记的噬菌体侵染实验说明DNA是遗传物质

B.35S标记的噬菌体侵染实验说明蛋白质不是遗传物质

C. 该实验能证明DNA能指导蛋白质的合成

D. 该实验证明DNA是主要遗传物质，蛋白质不是遗传物质

【解析】该实验可得到结论有：在此实验中，通过35S标记的噬菌体侵染和32P标记的噬菌体侵染这两个实验相互对照，说明了只有DNA进入了大肠杆菌，而蛋白质外壳没有进入大肠杆菌。因此子代噬菌体是在亲代T2噬菌体的DNA的控制下合成的，从而能够说明DNA是遗传物质而蛋白质不是。由于子代噬菌体是在亲代T2噬菌体的DNA的控制下合成的，而子代是有蛋白质外壳的，所以该实验能证明DNA能指导蛋白质的合成，故C项正确。如果只做这两个实验中的一组实验而不做另一组，就无法知道35S标记的实验结果是放射性主要存在于上清液中，32P标记的实验结果是放射性主要存在于沉淀物中这两个事实。因此就不能作出在侵染过程DNA与蛋白质的作用是不同的这一判断，也就得不到DNA是遗传物质而蛋白质不是遗传物质的结论了。因此是这两个实验共同说明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，并不是32P标记的噬菌体侵染实验单独说明DNA是遗传物质，35S标记的噬菌体侵染实验单独说明蛋白质不是遗传物质，故A项、B项错误。该实验证明DNA是遗传物质，而不能证明DNA是主要遗传物质，故D项错误。

【答案】C

五、对噬菌体增殖过程的考查

【例5】某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时，用放射性同位素标记某个噬菌体和细菌的有关结构或物质（如表所示）。产生的n个子代噬菌体与亲代噬菌体的形状、大小完全一样。

（1）子代噬菌体的DNA应含有表中的_______和_______元素，各占________个和________个。

（2）子代噬菌体中，只含32P的有_______个；只含31P的有_______个；同时含有32P、31P的有_______个。

（3）子代噬菌体的蛋白质分子中都没有________元素，由此说明_________________________；子代噬菌体蛋白质都含有_______元素，这是因为_____________________________________________________。

【解析】T2噬菌体侵染特点及过程：T2噬菌体侵染大肠杆菌时，蛋白质外壳未进入细菌体内而是遗传物质DNA进入细菌体内，然后在自身遗传物质DNA的作用下，利用大肠杆菌体内的氨基酸和脱氧核苷酸来合成自身的蛋白质和DNA，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出来大量的子代噬菌体。

由于细菌细胞中核苷酸含31P，而噬菌体DNA中含32P，细菌氨基酸含35S，噬菌体蛋白质含32S，合成子代噬菌体所需的原料均来自寄主细胞，由于DNA复制方式为半保留，因此，每个噬菌体侵染细菌所形成的子代噬菌体的DNA中，只有2个含亲代噬菌体的DNA模板链，即一条链为32P、另一条链为31P，而其他的DNA双链均为31P，蛋白质外壳全是由细菌提供的氨基酸合成的，即全是35S。

【答案】（1）31P32P n 2（或32P31P 2 n） （2）0 n-2 2 （3）32S 噬菌体侵染细菌时，蛋白质没有进入细菌内35S 子代噬菌体的蛋白质外壳是以细菌内35S标记的氨基酸为原料合成的

【进一步思考】如果题目给的元素不是P和S而是其他C、H、O、N呢？

①若用C、H、O、N等标记噬菌体而宿主细胞未被标记，则只在部分子代噬菌体的核酸中有C、H、O、N标记元素。因为蛋白质不进入宿主细胞，而DNA是半保留复制，在亲子代之间有连续性。

②若用C、H、O、N等标记宿主细胞而噬菌体未被标记，则在子代噬菌体的核酸和蛋白质外壳中均可找到标记元素，因为子代噬菌体的蛋白质和DNA是利用宿主细胞中的氨基酸和脱氧核苷酸合成的。

【例6】某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，进行了以下4个实验：①用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌；②用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌；③用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌；④用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌。以上4个实验，保温一段时间后搅拌离心，在此过程中细菌并未裂解。检测到放射性的主要部分是 （ ）

A. 沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液、沉淀物和上清液

B. 沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液、沉淀物

C. 沉淀物、上清液、沉淀物、沉淀物和上清液

D. 上清液、上清液、沉淀物和上清液、上清液

【解析】噬菌体侵染细菌时，噬菌体只把DNA注入细菌体内，蛋白质外壳未进入细菌体内，搅拌离心后，细菌在沉淀物中，噬菌体DNA主要在沉淀物中，蛋白质外壳主要在上清液中。①中噬菌体的DNA有放射性，蛋白质没有，所以放射性在沉淀中，②中噬菌体无放射性，细菌有放射性，而子代噬菌体还没有释放，所以放射性在沉淀中，③中噬菌体的DNA和蛋白质均含有放射性，所以在沉淀和上清液中，④中噬菌体无放射性，细菌有放射性，而子代噬菌体还没有释放，所以放射性在沉淀中。

【答案】B

【例7】以含（15NH4）235SO4、KH231PO4的培养基培养大肠杆菌，再向大肠杆菌培养液中接种以32P标记的T2噬菌体（S元素为32S，N元素为14N），一段时间后，检测子代噬菌体中的S、P、N元素，下表中对结果的预测，可能发生的是 （ ）

【解析】噬菌体亲子代个体与细菌之间的同位素标记关系

解题时一定要看清标记对象是噬菌体还是细菌，标记元素是蛋白质特有的S，还是DNA特有的P，还是两者共有C、H、O、N。

【答案】D

（作者单位：安徽省滁州市第二中学）