1、第第3章章基因的本质基因的本质噬菌体结构简图核酸DNA外壳蛋白质第一节DNA是主要的遗传物质Whichonedoyouwant?本节聚焦科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？为什么说DNA是主要的遗传物质？你对科学发现的过程和方法有哪些领悟?1909年：摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于染色体上。19世纪中期：孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由遗传因子控制。1903年：萨顿通过对蝗虫细胞观察得出假说：基因位于染色体上。20世纪中期：科学家发现：染色体主要组成成分：DNA和蛋白质。遗传物质的探究历程问题探讨20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种物质，究竟哪一种是遗传物质
2、呢？这个问题曾引起生物界激烈的讨论你认为遗传物质可能具有什么特点？P P42421.储存大量的遗传信息2.可以准确地复制，并传递给下一代3.结构比较稳定等氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。人们认识到 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。2 0 世 纪 2 0 代20世纪30年代没发现其他大分子有类似的结构特点。蛋白质是生物体的遗传物质对DNA结构没有清晰认识。蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 一、对遗传物质的早期推测“我们表示怀疑！我们表示怀疑！”艾弗里艾弗里赫尔希赫尔希格里菲思格里菲思蔡斯蔡斯首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的是谁？他做了什么实验？证明证明DNADN
3、A是遗传物质的实验是遗传物质的实验格里菲思体内转化实验艾弗里的体外转化实验格里菲思格里菲思艾弗里艾弗里赫尔希赫尔希蔡斯蔡斯肺炎链球菌的转化实验噬菌体侵染细菌的实验类型R型细菌S型细菌菌体无多糖类荚膜有多糖类荚膜菌落粗糙（rough）光滑（smooth）毒性不致病可致病，使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡1.实验材料：小鼠和两种肺炎链球菌 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验菌落两种肺炎链球菌的菌落第二组注射R型活细菌小鼠不死亡第一组小鼠死亡，分离出S型活细菌注射S型活细菌小鼠不死亡第三组注射加热致死的S型细菌小鼠死亡，分离出S型活细菌第四组R型活细菌+加热致死S型细菌1、2组对照，说明R型细
4、菌无毒性，S型细菌有毒性3组说明，加热可以杀死S型细菌，使其失去毒性二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 第四组实验导致小鼠死亡是活的S型细菌的作用，并从体内分离出S型活菌。为什么将R型活细菌和加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，会如何出现活的S型细菌？二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 已经被加热杀死的已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使型细菌，含有某种促使R型型活细菌转化为有毒性的活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质型活细菌的活性物质“转化因子转化因子”。（教材（教材P43）实验结论：实验结论：【合作探究】思考：如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是哪一种物质
5、，你该如何设计这个实验？必须必须将蛋白质、其将蛋白质、其他物质与他物质与DNADNA分开，单分开，单独、直接地观察它们独、直接地观察它们的作用的作用 但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶酶解法，将物质一个个的排除，解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转转化因子化因子，这就是实验设计的，这就是实验设计的“减法原理减法原理”（课本（课本P P4646）多糖脂质 蛋白质RNA DNAS型细菌多糖蛋白质RNADNA脂质运用“减法原理”，即在每个实验组人为去除某个影
6、响因素后，观察实验结果的变化。如：在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。如：与常态比较，人为增加某种影响因素。减法原理:在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验1.实验过程：对照原则、单一变量原则讨论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。1.实验过程：讨论2：第一组实验有什么作用？作空白对照二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验讨论2：第二到第五组实验中加入的酶有什么作用
7、？破坏细胞提取物中相应的蛋白质、RNA、脂质和DNA。DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质（转化因子）。实验结论：1.实验过程：二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验被转化的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；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；蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。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被破坏的的S S
8、型菌型菌X X基因吸附在基因吸附在R R型菌表面型菌表面X X基因进基因进入入R R型菌型菌重组重组R R型菌转化型菌转化成成S S型菌型菌基因重组S型细菌荚膜控制荚膜形成的X基因加热杀死被破坏的S型细菌X基因吸附在R型细菌表面X基因进入R型细菌重组R型细菌转化成S型细菌只是少数R型细菌转化为S型细菌R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？破坏了谁？保留了谁？二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验Oswald Theodore Avery有的人获得诺贝尔奖，是为自己增辉，有的人获奖却是为诺贝尔奖增辉。艾弗里没有获得诺贝尔奖，是诺贝尔奖的遗憾，不是艾弗里的遗憾。艾弗里等人的实验不仅揭开了“格里菲思之谜”
9、，并且在世界上第一次用实验结果确切地证明遗传基因就在DNA上。从格里菲斯发现转化现象，到艾弗里发现转化与DNA密切相关，中间过去了十六年。二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验不过，对 DNA 作用的怀疑主要还是来自于“DNA无法承担携带复杂的遗传信息的任务”这一根深蒂固的认识。不幸的是，当时生物化学界的权威列文由于受到计量精度的限制，误以为 4 种碱基含量都是一样的，提出了 4 种核苷酸组合成一个单元，然后这些单元聚合形成 DNA 的“四核苷酸假说”，这样的DNA 就与糖原一样，是 同 一 结 构 高 度 重 复 的 多 聚 体(ATCGATCG的高度重复)，很难想象它能承载复
10、杂的遗传信息1.实验者：赫尔希和蔡斯2.实验材料：T2噬菌体四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验尾部头部DNA蛋白质赫尔希赫尔希（A.D.HersheyA.D.Hershey）蔡斯蔡斯（M.C.ChaseM.C.Chase）T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,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,进行大量的繁殖.噬菌体侵染细菌过程2.T2噬菌噬菌体体侵染大肠杆菌的过程侵染大肠杆菌的过程吸附吸附注入注入DNADNA复制复制和蛋白和蛋白质合成质合成组装组装 释放释放四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验思考：如何将噬菌体的DNA和蛋白质分开分别观
11、察其作用？(放射性)同位素标记尾部头部DNA蛋白质(C、H、O、N、P )(C、H、O、N、S )四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验3.实验方法（35S标记）（32P标记）DNA35S32P蛋白质蛋白质思考：可以直接标记噬菌体吗？不不可以，噬菌体是可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养病毒，无法单独在培养基上存活。基上存活。四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验3.实验过程1.先标记大肠杆菌大肠杆大肠杆菌菌+含含35S的的培养基培养基含含35S的的大肠杆大肠杆菌菌大肠杆大肠杆菌菌+含含32P的的培养基培养基含含32P的的大肠杆大肠杆菌菌2.再标记T2噬菌体T2噬菌体噬菌体+含含35S的大肠杆的大肠杆菌菌含含35S
12、的的T2噬菌体噬菌体T2噬菌体噬菌体+含含32P的大肠杆的大肠杆菌菌含含32P的的T2噬菌体噬菌体四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验3.实验过程离心含35S培养基含35S细菌噬菌体侵染含35S细菌含35S噬菌体含32P培养基含32P细菌噬菌体侵染含32P细菌含32P噬菌体离心四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验1.实验方法：放射性同位素标记法。（分别标记蛋白质和DNA）2.实验过程：32P35S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四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验标记的噬菌体标记的噬菌体35S离心后离心后标记的噬菌体标记的噬菌体与细菌混合与细菌混合搅拌后离心搅拌后离心上清液的放射
13、性上清液的放射性很高很高沉淀物的放射性沉淀物的放射性很低很低在新形成的噬菌体在新形成的噬菌体中没有检测到中没有检测到35S四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验离心后离心后标记的噬菌体标记的噬菌体与细菌混合与细菌混合搅拌后离心搅拌后离心上清液的放射性上清液的放射性很低很低沉淀物的放射性沉淀物的放射性很高很高标记的噬菌体标记的噬菌体32P在新形成的噬菌体在新形成的噬菌体中检测到中检测到32P四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验35S标记的实验32P标记的实验标记部位放射性情况上清液沉淀物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
14、高很高很低很低子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。4.实验结果四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验5.实验结论1、用含35S 的噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌后，经搅拌、离心后，上清液中的放射性很高，而沉淀物为什么仍然有很低的放射性？2、用含 32 P 的噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌后，经搅拌、离心后，沉淀物中的放射性很高，而为什么上清液仍然有很低的放射性？可能是由于还有少量的含35S 的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上，未从中分离出来。可能是由于少量含32 P 的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上或含有32 P 的子代噬菌体已经从大肠杆菌中释放出来培养（保温）时间过短，培
15、养（保温）时间过长，搅拌不充分搅拌不充分搅拌不充分理论上理论上上清液上清液沉淀物沉淀物其中一个其中一个大肠杆菌大肠杆菌实际上实际上35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？保温时间长保温时间长理论上上清液上清液沉淀物沉淀物若该大肠杆菌有若该大肠杆菌有一个噬菌体侵入一个噬菌体侵入实际上部分释部分释放出来放出来释放释放未来及未来及侵染侵染实际上保温时间短保温时间短32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？3.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？提示：细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点：（1）个体很小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构
16、，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。（2）繁殖快，细菌 2030 min 就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。4、虽然艾弗里与赫尔希等人的实验方法不同，但是实验的设计思路却有共同之处。思考一下，他们最关键的实验设计思路是什么？最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。5艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质
17、的提取和分离技术等。科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验（赫尔希和蔡斯）噬菌体侵染大肠杆菌的实验（加热致死的S型细菌含有某种促使R型活细菌的活性物质转化因子）艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明DNA是遗传物质（转化因子）能证明蛋白质不是遗传物质证明DNA是遗传物质不能证明蛋白质不是遗传物质DNA是唯一的遗传物质吗？以下生物的遗传物质是什么呢？流感病毒SARS病毒烟草花叶病毒新型冠状病毒烟草花叶病毒不含烟草花叶病毒不含DNADNA，只有，只有RNARNA和蛋白质，如何确定其和蛋白质，如何确定其
18、遗传物质是什么？遗传物质是什么？烟草花叶病毒的遗传物质是烟草花叶病毒的遗传物质是RNA思路思路:烟草花叶病毒的烟草花叶病毒的RNARNA和蛋白质区分开，直接地、单独和蛋白质区分开，直接地、单独地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质仅仅RNARNA能使烟草产生原样病斑能使烟草产生原样病斑仅蛋白质能使烟草产生原样病斑仅蛋白质能使烟草产生原样病斑RNARNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑和蛋白质都能使烟草产生原样病斑若出现结果则仅若出现结果则仅RNARNA是遗传物质；是遗传物质；若出现结果则仅蛋白质是遗传物质；若出现结果则仅蛋白质是遗传物质；若出
19、现结果则若出现结果则RNARNA和蛋白质都是遗传物质和蛋白质都是遗传物质预测结果：预测结果：（现象）（现象）提出问题：提出问题：作出假设：作出假设：设计实验：设计实验：得出结论：得出结论：RNARNA是其遗传物质是其遗传物质分别侵染健康烟草植株患病不患病得到全新病毒不能得到病毒 ：四、烟草五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验1.实验过程RNA也是遗传物质2.实验结论五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验1.实验过程RNA也是遗传物质2.实验结论COVID-19SARS病毒艾滋病病毒少数病毒的遗传物质是RNA流感病毒埃博拉病毒 在自然界，所有的动物、植物以及细菌、蓝细菌等在自然界，所有的动物、植物以及细菌
20、、蓝细菌等具细胞结构具细胞结构的生物均含有的生物均含有DNA，其遗传物质都是，其遗传物质都是DNA。病毒没有细胞结构，通。病毒没有细胞结构，通常由核酸与蛋白质外壳构成。依据病毒体内核酸的种类，可将病毒常由核酸与蛋白质外壳构成。依据病毒体内核酸的种类，可将病毒分为分为DNA病毒和病毒和RNA病毒。大多数病毒是病毒。大多数病毒是DNA病毒，如病毒，如T2噬菌体；噬菌体；少数病毒不含有少数病毒不含有DNA，而含有，而含有RNA，如烟草花叶病毒、流感病毒和，如烟草花叶病毒、流感病毒和艾滋病病毒（艾滋病病毒（HIV)。结论：结论：DNA是主要的遗传物质，极少数病毒的遗传物是是主要的遗传物质，极少数病毒的
21、遗传物是RNA。六、DNA是主要的遗传物质真核生物真核生物原核生物原核生物DNADNA病毒病毒RNARNA病毒病毒绝大多数生物的遗传物质是DNA具有细胞结构生物具有细胞结构生物不具细胞结构：病毒不具细胞结构：病毒DNADNARNA（大多数病毒，如T2噬菌体）（烟草花叶病毒，流感病毒和艾滋病病毒）六、DNA是主要的遗传物质1.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。请分析子代噬菌体的蛋白质外壳的来源。噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大
22、肠杆菌外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。作为遗传物质至少要具备以下几个特点：能够精确的自我复制；能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程，具有储存遗传信息的能力，结构比较稳定，等等。遗传物质DNA是主要遗传物质的证据RNA是遗传物质的证据肺炎链球菌的转化实验（格里菲思）肺炎链球菌的转化实验（艾弗里）噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希、蔡斯）烟草花叶病毒侵染烟草的实验DNA是主要的遗传物质的新冠肺炎和疫苗课程小结【案例介
23、绍】根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。确定新型冠状病毒是DNA病毒还是RNA病毒。拓展应用请利用放射性同位素标记的方法，设计实验：孟德尔约翰逊萨顿摩尔根格里菲思艾弗里赫尔希蔡斯沃森克里克提出“遗传因子”，并发现遗传定律。将“遗传因子”改为“基因”。提出基因在染色体上的假说。肺炎双球菌转化实验证明DNA是遗传物质。果蝇杂交实验，证明基因在染色体上。噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是真正的遗传物质。期待中习题巩固习题巩固1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中 提取的
24、某种物质，加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌，结 果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是（）A.多肽 B.多糖 C.组氨酸 D.DNA D2.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明（）A.DNA是遗传物质C.病毒中有DNA，但没有蛋白质AB.遗传物质包括蛋白质和DNAD.细菌中有DNA，但没有蛋白质习题巩固习题巩固3.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量 噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。试分析子代噬菌体 的蛋白质外壳的来源。实验实验表明，噬菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠杆菌表明，噬
25、菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬利用亲代噬菌体的遗传信息，菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质来合成蛋白质外壳的。外壳的。习题巩固习题巩固4.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌休侵染细菌的实验。分析DNA作为遗传物质所具备的特点。肺炎肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：证明，
26、作为遗传物质至少要具备以下几个条件：能够精能够精确地复制自己确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的能力具有贮存遗传信息的能力；结构比较结构比较稳定等稳定等。习题巩固习题巩固5.下列关于生物遗传物质的叙述中，正确的是()A细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA B所有生物的遗传物质都是DNA C具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是RNA D生物的遗传物质是DNA或RNA，具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA D习题巩固习题巩固6.下列关于遗传物质的说法，错误的是()真核生
27、物的遗传物质是DNA 原核生物的遗传物质是RNA 细胞核的遗传物质是DNA 细胞质的遗传物质是RNA HIV病毒的遗传物质是DNA或RNA A B C DC DNA DNA或或RNARNADNADNADNADNA（2）烟草的遗传物质是什么？DNADNA1.（1）动物和人体的遗传物质是什么？（3）细菌的遗传物质是什么？（4）一切生物的遗传物质是什么？（5）病毒的遗传物质是什么？核酸（核酸（DNADNA或或RNARNA）即时练习：即时练习：2.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述中，不正确的是()A.DNA是绝大多数生物的遗传物质 B.有些生物的遗传物质是RNA C.在真核生物中，DNA和RNA都是遗
28、传物质，其中DNA是主要的遗传物质 D.核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质C C3.下列有关人类对遗传物质探索历程的叙述，错误的是()A.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验证明了S型细菌中存在一种转化因子B.艾弗里及其同事的肺炎双球菌体外转化实验证明DNA是遗传物质C.赫尔希和蔡斯的实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质D.烟草花叶病毒侵染烟草的实验证明RNA是遗传物质C4、下图是T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的部分步骤示意图，下列对此实验的有关叙述，正确的是()A本实验使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的B本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNAC实验中采用搅拌和离心等操作是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性D在新形成的噬菌体中没有检测到35S，说明噬菌体的遗传物质是DNA，不是蛋白质B下课休息！
