1、第三章基因的本质本节本节掌握掌握实验探索：实验探索：DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质科学方法：自变量控制中的科学方法：自变量控制中的“加法原理加法原理”和和“减法原理减法原理”生命观念：理解生命观念：理解DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质肺炎链球菌肺炎链球菌体内体内转化实验转化实验肺炎肺炎链链球菌球菌体外体外转化实验转化实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验烟草花叶病毒的转化实验烟草花叶病毒的转化实验实验探究过程实验探究过程（格里菲斯）（格里菲斯）（艾弗里）（艾弗里）（赫尔希和蔡斯）（赫尔希和蔡斯）一、对遗传物质的早期推测一、对遗传物质的早期推测（实验背景）（实验背景）多数科学
2、家认为是生物体的遗传物质。多数科学家认为是生物体的遗传物质。1 1、2020世纪世纪2020年代年代对对DNADNA的认识：的认识：生物大分子：由许多生物大分子：由许多脱氧（核糖）核苷酸脱氧（核糖）核苷酸聚合而成。聚合而成。脱氧核苷酸脱氧核苷酸的组成的组成：磷酸、碱基（磷酸、碱基（4 4种）和脱氧核糖种）和脱氧核糖2 2、2020世纪世纪3030年代年代蛋白质蛋白质虽然人们意识到虽然人们意识到DNADNA的重要性。但是，的重要性。但是，由于对由于对DNADNA结构结构还没有清晰的了解，还没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位主导地位DNADNA蛋白
3、质蛋白质实验：肺炎链球菌转化实验实验：肺炎链球菌转化实验（体内与体外实验体内与体外实验）1.1.实验材料实验材料:小鼠和肺炎链球菌小鼠和肺炎链球菌R型菌型菌S型菌型菌实验一实验一.肺炎链球菌肺炎链球菌体内转化体内转化实验实验(格里菲思格里菲思)2.2.关于两种肺炎链球菌关于两种肺炎链球菌:没有多糖类荚膜，没有多糖类荚膜，菌落表面粗糙菌落表面粗糙（roughrough）有多糖类荚膜，有多糖类荚膜，菌落表面光滑菌落表面光滑(smooth)(smooth)无致病性无致病性有致病性有致病性，可，可引起人和小鼠患引起人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡肺炎，小鼠并发败血症死亡3.3.实验过程实验过程注射注
4、射R R型型活细菌活细菌注射注射S S型型活细菌活细菌注射加热注射加热致死的致死的S S型细菌型细菌R R型活细菌型活细菌加热致死加热致死的的S S型细菌型细菌小鼠不死亡小鼠不死亡小鼠死亡分离小鼠死亡分离出出S S型活细菌型活细菌小鼠不死亡小鼠不死亡小鼠死亡分离小鼠死亡分离出出S S型活细菌型活细菌根据实验现象，思考：根据实验现象，思考：第一组和第二组实验现象对比，说明了什么？第一组和第二组实验现象对比，说明了什么？R R型活细菌无致病性；型活细菌无致病性；S S型活细菌有致病性型活细菌有致病性，使小鼠死亡，使小鼠死亡第二组和第三组实验现象对比，说明了什么？第二组和第三组实验现象对比，说明了什
5、么？加热致死的加热致死的S S型细菌无致病性，不会使小鼠死亡型细菌无致病性，不会使小鼠死亡第四组小鼠为什么会死亡？第四组小鼠为什么会死亡？由于小鼠体内有活的由于小鼠体内有活的S S型细菌型细菌第四组小鼠体内的第四组小鼠体内的S S型活细菌如何出现的？型活细菌如何出现的？已经加热已经加热致致死的死的S型细菌型细菌，含有，含有某种某种促使促使R型型活活细菌细菌转转化为化为S型型活活细菌细菌的活性物质的活性物质转化因子转化因子(实验推论实验推论)实验设计寻找转化因子：实验设计寻找转化因子：在杀死的在杀死的S型细菌中含有哪些物质？型细菌中含有哪些物质？糖类脂质蛋白质糖类脂质蛋白质RNADNARNADN
6、A加热杀死的加热杀死的S S型细菌型细菌但究竟哪一种物质是转化因子呢？但究竟哪一种物质是转化因子呢？在设计实验，寻找转化因子过程中在设计实验，寻找转化因子过程中最最关键关键的的设计思路设计思路是什么？是什么？1.1.关键思路：关键思路：实验二实验二.肺炎链球菌的肺炎链球菌的体外转化体外转化实验（艾弗里）实验（艾弗里）2.2.实验材料：肺炎链球菌实验材料：肺炎链球菌3 3.实验流程：实验流程：去除大部分物质，制去除大部分物质，制成成细胞提取物细胞提取物每组每组去除去除提取物中不提取物中不同成分同成分观察每组是否发生转化观察每组是否发生转化实验结论：实验结论：1.DNA1.DNA才是使才是使R R
7、型细菌产生稳定遗传变化的物质，即型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNADNA是转化因子即遗传物质是转化因子即遗传物质2.2.蛋白质等其他物质不是遗传物质。蛋白质等其他物质不是遗传物质。被加热杀死的被加热杀死的S S型细菌为什么没有了致病性，是什么发型细菌为什么没有了致病性，是什么发生了变性？生了变性？DNADNA有没有变性，它有什么特点？有没有变性，它有什么特点？蛋白质和蛋白质和DNADNA对高温的耐受力是不同的。加热使蛋白对高温的耐受力是不同的。加热使蛋白质变性失活，而质变性失活，而DNADNA只是解开双链，温度降低时，只是解开双链，温度降低时，DNADNA结构可恢复。结构可恢复。转化的实质
8、：转化的实质：表示表示荚膜基因荚膜基因加热后加热后R R型细菌型细菌S S型细菌型细菌转化为转化为S S型细菌型细菌转化时，只有少数转化时，只有少数R型菌型菌转化转化为为S型菌。型菌。基因重组基因重组转化：是指某一受体细菌转化：是指某一受体细菌（如（如R型菌）型菌）直接吸收来自另直接吸收来自另一供体细菌一供体细菌（如（如S型菌）型菌）的一些的一些含有特定基因的含有特定基因的DNA片段片段，从而获得供体细菌相应遗传性状的现象。从而获得供体细菌相应遗传性状的现象。科学方法科学方法自变量控制中的自变量控制中的“加法原理加法原理”和和“减法原理减法原理”加法原理：加法原理：与常态相比，人为与常态相比，
9、人为增加增加某种影响因素某种影响因素减法原理：减法原理：与常态相比，人为与常态相比，人为去除去除某种影响因素某种影响因素你能举出其他加法原理和减法原理你能举出其他加法原理和减法原理的例子吗？的例子吗？即时巩固即时巩固1 1在肺炎在肺炎链链球菌的转化实验中，向培养有球菌的转化实验中，向培养有R R型细菌的型细菌的1 1、2 2、3 3、4 4四支试管中依次加入从四支试管中依次加入从S S型活细菌中提取的型活细菌中提取的DNADNA、DNADNA和和DNADNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有试管内仍然有R R型细菌的是型细菌的是()()
10、A A3 3和和4 4B B1 1、3 3和和4 4C C2 2、3 3和和4 4D D1 1、2 2、3 3和和4 4D说出作为遗传物质必需具备的条件:能控制生物体的性状、能引起可遗传的变异、在亲子代之间具有连续性等。格里菲斯和艾弗里的肺炎双球菌转化实验能证明DNA满足这些条件吗?肺炎双球菌的转化实验虽然能证实DNA是导致R型细菌转化为S型细菌的因子（证明了DNA能控制肺炎双球菌荚膜的形成），但并不能证明DNA在亲子代之间具有连续性。某种物质在亲代之间具有连续性，是该物质能作为遗传物质的必要条件。如何证明DNA在亲子代之间具有连续性呢?实验三实验三.噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验资
11、料1:T2噬菌体是专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部含有一个DNA分子。侵染细菌后，它会利用细菌的核糖体、氨基酸和能量生产系统等来实现自身的生长和繁殖。T2噬菌体的化学成分中60%是蛋白质，40%是DNA。研究表明，S元素仅存在于蛋白质外壳，P元素几乎都存在于DNA。资料2:T2噬菌体侵染大肠杆菌时，先将自身的遗传物质注入大肠杆菌细胞(但是当时科学家无法确定进入大肠杆菌细胞内的是噬菌体的蛋白质外壳还是DNA)，然后在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌细胞内的营养物质合成自身的组成成分，然后组装成新的噬菌体。当噬菌体数量增殖到一定的时候，会裂解大肠杆菌细胞释放
12、出子代噬菌体。资料3：放射性同位素探测仪能探测到放射性的存在、位置以及强度，但是无法辨别放射性是由哪种成分发射出来的。【提出假设】【提出假设】T T2 2噬菌体侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌噬菌体侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌细胞内的究竟是什么细胞内的究竟是什么?你认为有几种可能的情况你认为有几种可能的情况?【设计实验验证】【设计实验验证】根据以上三点假设，请你与同桌讨论并尝试写出实验设计思路，来验证你的假设。如何对噬菌体内的蛋白质和DNA进行“追踪”，观察其去向?选择哪种放射性元素标记噬菌体的蛋白质和DNA?能否将一个噬菌体的两种物质同时标记?为什么?如何用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌
13、体的DNA和蛋白质?大约多长时间后进行放射性检测?用什么方法将大肠杆菌与游离的噬菌体进行分离，以便分别检测其放射性?【演绎推理，推测预期结果】如何通过放射性出现的位置(预期结果)推测蛋白质与 DNA 是否进入细菌细胞(预期结论)思考并讨论:离心后，沉淀物和上清液中的成分分别是什么?放射性如果出现在沉淀物中意味着什么?出现在上清液中又意味着什么?【演绎推理，推测预期结果】细菌比噬菌体重，离心后细菌出现在沉淀物中，而噬菌体出现在上清液中。如果侵染过程中噬菌体的某种物质进入细菌细胞，则离心后该物质会随细菌出现在沉淀物中，未进入细菌细胞的游离噬菌体则出现在上清液中。T2噬菌体侵染大肠杆菌实验放射性可能
14、出现的位置推测 仅蛋白质仅蛋白质 仅仅DNADNA 蛋白质和蛋白质和DNADNA【实验结果与结论】赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验35S标记的实验32P标记的实验放射性情况上清液沉淀物很高很低很低很高想一想，这一结果说明了什么？噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。子代噬菌体子代噬菌体第一组第一组35S标记蛋白质标记蛋白质第二组第二组32P标记标记DNA有有32P标记的标记的DNA无无35S标记的外壳标记的外壳蛋白质蛋白质进一步研究发现：进一步研究发现：这一结果又说明什么？这一结果又说明什么？子代噬菌体的各种性子代噬菌体的各种性状，是通过亲代状，是通过亲代DNA遗
15、传的。遗传的。实验结论：实验结论：DNADNA才是噬菌体的遗传物质才是噬菌体的遗传物质实验误差分析：实验误差分析：上清液上清液“放射性很高放射性很高”沉淀物沉淀物“放射性很高放射性很高”可是沉淀物也有放射性可是沉淀物也有放射性可是上清液也有放射性可是上清液也有放射性搅拌离心不充分搅拌离心不充分保温时间过长或过短保温时间过长或过短（释放出来的、未侵染的噬菌体）（释放出来的、未侵染的噬菌体）(噬菌体蛋白质外壳噬菌体蛋白质外壳)35S标记的实验32P标记的实验放射性情况上清液沉淀物很高很低很低很高设计思路设计思路实验技术实验技术:放射性同位素标记技术和离心技术等放射性同位素标记技术和离心技术等把把D
16、NADNA和蛋白质区分开，单独地、直接地观和蛋白质区分开，单独地、直接地观察它们的作用。察它们的作用。保温目的：保温目的：搅拌目的：搅拌目的：离心目的：离心目的：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。保证酶的活性。使吸附在细菌外的使吸附在细菌外的噬菌体噬菌体与与细菌细菌分离分离让让上清液中上清液中析出重量较轻的析出重量较轻的噬菌体噬菌体，而，而离离心管的心管的沉淀物沉淀物中中留下被感染的留下被感染的大肠杆菌大肠杆菌。【课堂小结】【课堂小结】即时巩固即时巩固用用15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的
17、子代噬菌体的组成结构中，能够找到的放射产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的放射性元素是（性元素是（）A.可在外壳中找到可在外壳中找到15N、35SB.可在可在DNA中找到中找到15N、32P、C.可在外壳中找到可在外壳中找到15ND.可在可在DNA中找到中找到15N、32P、35SB实验名称实验名称艾弗里体外转化实验艾弗里体外转化实验噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验实验思路实验思路设法将设法将DNADNA与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自不同的作用与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自不同的作用设计原则设计原则处理方式处理方式实验结论实验结论比较艾弗里体外转化实验和噬菌体侵染细
18、菌实验比较艾弗里体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验思考：这两个实验思考：这两个实验能否能否证明证明“DNA“DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质”？对照原则和单一变量原则对照原则和单一变量原则减法原理：减法原理：每个实验组每个实验组去除一种物质，再与去除一种物质，再与R R型活细菌混合培养型活细菌混合培养同位素标记法：同位素标记法：分别标记分别标记DNADNA和蛋白质的特征元素（和蛋白质的特征元素（3232P P和和3535S S）DNADNA是遗传物质，蛋是遗传物质，蛋白质不是遗传物质白质不是遗传物质DNADNA是遗传物质，不能证明是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质蛋白质不是遗传物质流感
19、病毒流感病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒下面这些生物的遗传物质是什么？下面这些生物的遗传物质是什么？新型冠状病毒新型冠状病毒背景知识：背景知识：烟草花叶病烟草花叶病毒毒TMVTMV是由是由RNARNA和蛋白和蛋白质质组成的，在感染烟草组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。时，会出现致病斑。蛋白质蛋白质RNARNA分分离离感染感染烟草烟草感染感染烟草烟草实验实验结果结果出现病斑出现病斑不出现病斑不出现病斑实验实验结果结果细胞生物细胞生物原核生物原核生物真核生物真核生物遗传物质是遗传物质是DNADNA非细胞生物非细胞生物遗传物质是遗传物质是RNARNA只含只含DNADNA的病毒的病毒只含只含RNARNA的的病毒病毒生生物物3 3、由于、由于大多数生物大多数生物的遗传物质是的遗传物质是DNADNA，所以说，所以说。2 2、在、在只含只含RNARNA的少数病毒的少数病毒（烟草花叶病毒、（烟草花叶病毒、HIVHIV、SARSSARS、流感、禽流感）中，流感、禽流感）中，RNARNA才作为遗传物质。才作为遗传物质。1 1、凡是、凡是具有细胞结构的生物具有细胞结构的生物，既有，既有DNADNA，又有，又有RNARNA，遗传遗传物质就是物质就是DNADNA。
