1、第三章第三章 基因的本质基因的本质第第1 1节节 DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质人教版人教版必修二必修二（第一课时（第一课时）11866年孟德尔发现遗传定律遗传物质是蛋白质还是DNA?21891年科学家描述减数分裂全过程31903年萨顿假说：基因和染色体存在平行关系520世纪中叶染色体主要由蛋白质和DNA组成1909年4摩尔根证明：基因在染色体上回顾：科学家的足迹染色体染色体DNADNA蛋白质蛋白质讨论1.你认为作为遗传物质需要具备哪些条件？3.结构比较稳定遗传物质的特点：1.能够储存大量的遗传信息2.可以准确地复制，并传递给下一代那么在DNA和蛋白质究竟哪一种物质是遗传物质？染
2、色体DNA蛋白质 1.20世纪20年代 蛋白质是遗传物质 氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息 2.20世纪30年代后 DNA才是遗传物质基本单位：脱氧核糖核苷酸是DNA是蛋白质！一、对遗传物质早期的推测“我们表示怀疑！”艾弗里赫尔希格里菲思蔡斯 首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的是谁？他做了什么实验？一、对遗传物质早期的推测肺炎链球菌的转化实验1噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯）2烟草花叶病毒的侵染实验31.1格里菲思的肺炎链球菌体的体内转化实验1.2艾弗里的肺炎链球菌体的体外转化实验二、肺炎链球菌的转化实验实验材料：肺炎链球菌项目S型细菌R型细菌菌落菌体有无毒性表面光滑表面粗糙
3、 可致病，使人患肺炎或小鼠患败血症死亡无毒有荚膜荚膜的化学本质是多糖无荚膜何为菌落？第一组不死亡说明R型细菌无毒第二组死亡从小鼠体内分离出S型活细菌说明S型活细菌有毒第三组不死亡说明加热致死的S型细菌无毒第四组死亡从小鼠体内分离出S型活细菌说明R型细菌转化成了S型细菌注射R型活细菌注射S型活细菌注射加热致死的S型细菌将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射(一)格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验对照原则、单一变量原则这种转化产生的S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，又说明了什么？转化因子 后代(一一)格里菲思格里菲思的肺炎链球菌的肺炎链球菌体内转化体内转化实验实验活性物质实验结论已经加热杀死
4、的 S 型细菌中，可能含有某种物质使 R 型细菌转化为 S 型细菌的物质，该物质被称为转化因子。(一)格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验1.将下列各种细菌注射到小鼠体内，能使小鼠死亡的是将下列各种细菌注射到小鼠体内，能使小鼠死亡的是()R型活细菌型活细菌 S型活细菌型活细菌 加热杀死后的加热杀死后的R型细菌型细菌 加热杀死后的加热杀死后的S型细菌型细菌 R型活细菌型活细菌+加热杀死后的加热杀死后的S型细菌型细菌 S型活细菌型活细菌+加热杀死后的加热杀死后的R型细菌型细菌 A.B.C.D.D多糖脂质 蛋白质RNA DNA多糖蛋白质RNADNA脂质S型细菌关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、
5、直接的观察它们的作用。03思考1：在杀死的S型细菌中含有哪些物质？思考2：哪一个才是转化因子呢？那如何才能在这些物质中将它找出来呢？你有何想法？艾弗里多糖蛋白质RNADNA脂质S型细菌多糖脂质、蛋白质RNA、DNA等 由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此可用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。含R型细菌的培养基分别加入R型细菌？S型细菌？观察菌落产生情况加法原理思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。多糖蛋白质RNADNA脂质S型细菌多糖脂质、蛋白质RNA、DNA等R型细菌？S型细菌？观察菌落产生情况减法原理含R型细菌的培养基提取液
6、全部加入加入酶除去特定物质蛋白酶去除蛋白质RNA酶去除RNADNA酶去除DNA酯酶去除脂质如何去除细菌各组分？酶解法：将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。S型细菌的细胞提取物（含DNA、RNA、蛋白质等）去掉蛋白质去掉RNA去掉DNA 加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。常温放置H2O2溶液90加热加2滴FeCl3溶液加2滴H2O2酶自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”P46(二)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验实验过程:S S型细型细菌的菌的细胞细胞提取提取物物有有R R型细型细菌的菌的培养培养基基+混合混合R R型细
7、菌型细菌S S型细菌型细菌第一组第一组蛋白酶（或蛋白酶（或RNARNA酶、酯酶）酶、酯酶）+混合混合S S型型细菌细菌的细的细胞提胞提取物取物有有R R型细型细菌的菌的培养培养基基R R型细菌型细菌S S型细菌型细菌第二至四组第二至四组+混合混合DNADNA酶酶S S型型细菌细菌的细的细胞提胞提取物取物有有R R型细型细菌的菌的培养培养基基只长只长R R型细菌型细菌第五组第五组(二)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验讨论1：加热致死的S型细菌细胞提取物可能有哪些成分？蛋白质、RNA、脂质、DNA。(二)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验讨论2：第一组实验有什么作用？作空白对照，不能讨论3：第二到第五组
8、实验中加入的酶有什么作用？破坏细胞提取物中相应的蛋白质、RNA、脂质和DNA。S型细菌的细胞提取物有R型细菌的培养基+混合R型细菌S型细菌第一组蛋白酶（或RNA酶、酯酶）+混合S型细菌的细胞提取物有R型细菌的培养基R型细菌S型细菌第二至四组+混合DNA酶S型细菌的细胞提取物有R型细菌的培养基只长R型细菌第五组(二)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验讨论4：第二到第四组加相关酶后R型菌还是被转化说明什么问题？说明蛋白质、RNA、脂质不是转化因子讨论5：第五组加相关酶后R型菌不能被转化说明什么问题？说明细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA。S型细菌的细胞提取物有R型细菌的培养基+混合R型细菌S型细菌
9、第一组蛋白酶（或RNA酶、酯酶）+混合S型细菌的细胞提取物有R型细菌的培养基R型细菌S型细菌第二至四组+混合DNA酶S型细菌的细胞提取物有R型细菌的培养基只长R型细菌第五组组别处理步骤结果一S型细菌的细胞提取物，不做处理加入R型活细菌的培养基中，混合后培养R+S二S型细菌的细胞提取物+蛋白质酶R+S三S型细菌的细胞提取物+RNA酶R+S四S型细菌的细胞提取物+酯酶R+S五S型细菌的细胞提取物+DNA酶R(二)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验实验目的：实验材料：自变量：因变量：方法：找到转化因子是什么？培养基、R型活细菌、S型细菌的细胞提取物、各种酶是否加入酶及酶的种类培养基中是否有活的S菌。酶解
10、法讨论：活性物质实验结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质（转化因子）蛋白质不是转化因子。(二)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验拓展：R型链球菌转化为S型链球菌的理解转化的原理和实质转化原理转化实质 加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活；空间结构发生改变，不可逆。DNA在加热过程中，双链解开，当缓慢冷却后，其结构可恢复。S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。S S型菌型菌荚膜荚膜控制荚膜形控制荚膜形成的成的X X基因基因加热加热杀死杀死被破坏的被破坏的S S型菌型菌X X基因吸附在基因吸附在R R型菌型菌表面表面X X基因进基因进入入R R型菌型菌重组重组R
11、R型菌转型菌转化成化成S S型菌型菌注注：只是：只是少数少数R R型细菌转化为型细菌转化为S S型细菌型细菌2.被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数。注意：1.艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质；3.S型细菌的DNA不能使小鼠致死。4.艾弗里的实验证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质，而格里菲思的实验没有证明DNA是遗传物质。项目、人物 体内转化实验 体外转化实验培养细菌 实验对照巧妙构思实验结论 联系两种肺炎链球菌转化实验的比较在小鼠 进行在 培养基进行R型细菌与S型细菌的致病性对照
12、S型细菌各组成成分的作用进行对照S型细菌体内有某种 。这种转化因子是 。“转化因子”DNA 实验是 实验的基础，实验更为准确 两实验都遵循 原则体内转化体外转化体外转化对照原则、单一变量体内体外用加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化每个实验组用酶解法特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质格里菲思艾弗里1.加热致死的加热致死的S型细菌和型细菌和R型细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸型细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体中提取到的细菌全部是体中提取到的细菌全部是S型活细菌型活细菌()2.艾弗里的实验证明艾弗里的
13、实验证明S型肺炎链球菌的型肺炎链球菌的DNA可以使小鼠死亡（可以使小鼠死亡（）3.格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质是遗传物质 （）4.肺炎双球菌转化实验中，使肺炎双球菌转化实验中，使R型细菌转化为型细菌转化为S型细菌的转化因子型细菌的转化因子是是()A荚膜多糖荚膜多糖 B蛋白质蛋白质 CR型细菌的型细菌的DNA DS型细菌的型细菌的DNAD7.如图表示某生物兴趣小组做的肺炎链球菌的转化实验，下列相关叙述错误的是()BA.DNA酶的作用是水解S型细菌的DNA B.结果1中S型肺炎链球菌占绝大多数C.该实验证明DNA是遗传物质D.结果2中全部
14、为R型肺炎链球菌 1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。思考：有没有更好的材料、更好的方法将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？赫尔希 蔡斯他们因此获得了诺贝尔奖！尽管艾弗里的实验完全能够证明DNA是遗传物质，但是，由于当时人们深受蛋白质是遗传物质的影响，并没有接受艾弗里的实验结论。三、噬菌体侵染细菌的实验头头部部尾尾部部DNADNA蛋白质蛋白质 成分:头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部含有DNA 一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，仅能在大肠杆菌内繁殖。繁殖时，仅将遗传物质导入大肠杆菌，其他物质保留在体外。1.实验
15、者：赫尔希和蔡斯2.实验材料：T2噬菌体讨 论讨 论1、艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？个体小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。吸附吸附注入注入合成合成组装组装释放释放3.T2 噬菌体侵入细菌的过程：吸附 注入 合成 组装 释放注入的是遗传物质 DNA，蛋白质外壳留在外面三、噬菌体侵染细菌的实验T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量
16、繁殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。专门寄生于_内的病毒。大肠杆菌DNA蛋白质外壳C、H、O、N、SC、H、O、N、P(2)噬菌体的成分：(3)噬菌体的复制与增殖增殖需要的条件内容模板_的DNA合成噬菌体DNA原料_提供的4种脱氧核苷酸合成T2噬菌体蛋白质原料_场所大肠杆菌的核糖体T2噬菌体大肠杆菌大肠杆菌的氨基酸噬菌体的结构(1)生活方式：1、实验材料：三、噬菌体侵染细菌的实验三、噬菌体侵染细菌的实验4.实验方法：放射性同位素标记法思路：分别标记噬菌体的外壳和DNA，看到底是谁起到了作用，谁就是遗传物质。蛋白质的组成元素：DNA 的组成元素：C、H、O、N、SC
17、、H、O、N、P（直接单独观察各自的作用）思考：思考：用用1414C C和和1818O O等标记行吗？等标记行吗？三、噬菌体侵染细菌的实验5、实验过程：思考：该如何让噬菌体带上标记呢？不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体。思考：能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体三、噬菌体侵染细菌的实验先标记大肠杆菌再标记T2噬菌体如何标记噬菌体？含有含有3535S S的培养基的培养基+大大肠杆菌肠杆菌含含3535S S的大肠杆菌的大肠杆菌噬菌体侵染含含3535S S的噬菌体的噬菌体含有含有3232P P的培养基的培养基+大肠杆菌大肠杆菌含含3232P P的
18、大肠杆菌的大肠杆菌噬菌体侵染含含3232P P的噬菌体的噬菌体先标记大肠杆菌再标记T2噬菌体三、噬菌体侵染细菌的实验标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌搅拌离心并检测放射性检测子代噬菌体的放射性短时间保温无放射性标记的细菌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。噬菌体侵染细菌搅拌、离心观察放射性分布三、噬菌体侵染细菌的实验5.实验过程：三、噬菌体侵染细菌的实验三、噬菌体侵染细菌的实验5.5.实验过程实验过程标记细菌标记噬菌体噬菌体侵染细菌（短时间保温）搅拌离心观察放射性的分布为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。使吸附在细菌上的噬菌
19、体颗粒与细菌分离让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。沉淀物的放射性很上清液的放射性很 高低35S蛋白质外壳未进入宿主细胞 35S标记的噬菌体侵染细菌：细菌裂解在新形成的噬菌体中没有检测到35S沉淀物的放射性很上清液的放射性很低高32PDNA进入了宿主细胞内 32P标记的噬菌体侵染细菌：细菌裂解在新形成的噬菌体中没有检测到35S6.实验结果分析及结论标记部位35S标记的蛋白质32P标记的DNA放射性情况上清液很高很低沉淀物很低很高子代噬菌体没有检测到35S检测到32P实验结论：DNA是T2噬菌体的遗传物质。1、两组实验大肠杆菌内放射性的分布情况说明：亲代噬
20、菌体的DNA传递给了子代噬菌体，蛋白质则没有。蛋白质外壳未进入大肠杆菌中，DNA进入到细菌中。2、子代噬菌体有标记的DNA，却没有标记的蛋白质。说明：三、噬菌体侵染细菌的实验该实验证明了DNA是真正的遗传物质。但未能证明蛋白质不是遗传物质，因为T2噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，因此蛋白质的作用不能被证明。35S标记的实验标记的实验32P标记的实验标记的实验标记部位标记部位放射性情况放射性情况上清液上清液沉淀物沉淀物子代有无放射性原因子代有无放射性原因蛋白质蛋白质很高很高DNADNA很低很低蛋白质未进入细菌中蛋白质未进入细菌中DNADNA进入细菌中进入细菌中很高很高很低很低7.对于一些现象
21、的分析35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因？由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。搅拌不充分理论上上清液沉淀物其中一个大肠杆菌实际上三、噬菌体侵染细菌的实验35S标记的实验标记的实验32P标记的实验标记的实验标记部位标记部位放射性情况放射性情况上清液上清液沉淀物沉淀物子代有无放射性原因子代有无放射性原因蛋白质蛋白质很高很高DNADNA很低很低蛋白质未进入细菌中蛋白质未进入细菌中DNADNA进入细菌中进入细菌中很高很高很低很低7.对于一些现象的分析32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因理论上上清液沉淀物该大肠杆菌有噬菌体侵入保温时间短实际上
22、未来得及侵染保温时间长部分释放出来释放保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性保温时间过长，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，也会使上清液中出现放射性。三、噬菌体侵染细菌的实验三个经典实验对比肺炎链球菌肺炎链球菌体内体内转化实验转化实验肺炎链球菌肺炎链球菌体外体外转化实验转化实验噬菌体侵噬菌体侵染细菌实验染细菌实验实验者实验者思思 路路分离方式分离方式结结 论论设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是。酶解法:分别加入到R型菌中放射性同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质
23、证明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质格里菲思艾弗里及其同事赫尔希和蔡斯加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”1、T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解 ()X2、未获得带有放射性标记的 T2噬菌体，可分别用带有35S和32P的如果培养基培养 ()3、细菌和病毒作为实验材料，具有个体小、结构简单、繁殖快的优点()X只有DNA是遗传物质吗？下面这些生物的遗传物质是什么？流感病毒SARS病毒烟草花叶病毒新型冠状病毒有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA；如烟草花叶病毒、2019-nCoV、HIV病毒、SARS病毒、流感病毒等。烟草花叶病毒TMV是由RNA蛋白质组成的，在感染烟草时，会出
24、现致病斑。RNA蛋白质外壳四、烟草花叶病毒感染烟草的实验RNARNA蛋白质蛋白质分离分离蛋白质蛋白质RNARNA侵染侵染侵染侵染结果结果结果结果得到全新病毒不能得到病毒不患病患病实验结论：烟草花叶病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA。四、烟草花叶病毒感染烟草的实验细 胞生 物非细胞生物病毒原核生物真核生物DNA病毒RNA病毒遗传物质是DNA遗传物质是RNA绝大多数生物的遗传物质是DNADNA是主要的遗传物质提醒：就整个生物界来说，绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的，所以DNA是主要的遗传物质；但对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字。结论(1)(1)肺炎链球菌活体
25、细菌转化实验中，肺炎链球菌活体细菌转化实验中，R R型细菌转化为型细菌转化为S S型细菌是基因突变的型细菌是基因突变的结果。结果。()(2)(2)艾弗里的实验证明艾弗里的实验证明S S型肺炎链球菌的型肺炎链球菌的DNADNA具有致病性。具有致病性。()(3)T2(3)T2噬菌体可侵染肺炎链球菌，导致其裂解。噬菌体可侵染肺炎链球菌，导致其裂解。()(4)T2(4)T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中，噬菌体侵染大肠杆菌实验中，3232P P标记组为实验组，标记组为实验组，3535S S标记组为对照标记组为对照组。组。()(5)(5)豌豆的遗传物质主要是豌豆的遗传物质主要是DNADNA。()(6)(6)生物细胞核内的遗传物质为生物细胞核内的遗传物质为DNADNA，细胞质内的遗传物质为，细胞质内的遗传物质为RNARNA。()()格里菲思的体内转化实验艾弗里的体外转化实验转化因子是什么加热杀死的S型细菌中含有转化因子肺炎链球菌的转化实验T2噬菌体侵染大肠杆菌实验DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质RNA是TMV的遗传物质DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质RNA是RNA病毒的遗传物质更多实验证据更多实验证据DNA是主要的遗传物质小结
