1、第第1 1节节 DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质第3章 基因的本质问题探讨问题探讨20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？你认为遗传物质可能具有什么特点？你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？染色体、蛋白质和DNA储存大量的遗传信息储存大量的遗传信息准确复制并传递给下一代准确复制并传递给下一代结构稳定结构稳定将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现对遗传物质的早期推测对遗传物质的早期推测20世纪20年代人们的认识蛋白质是由多种 连接而成的生物大分子。各种
2、氨基酸按照不同的 排列,形成不同的蛋白质氨基酸多种多样的排列顺序,可能蕴含着 。结论：是遗传物质。氨基酸氨基酸遗传信息遗传信息蛋白质蛋白质顺序顺序20世纪30年代人们的认识DNA是由许多 聚合而成的生物大分子脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和 。组成DNA分子的脱氧核苷酸有 种,每一种有一个 。由于对DNA分子的结构没有清晰的了解,认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核脱氧核糖糖4 4特定的碱基特定的碱基磷酸磷酸磷酸含氮碱基含氮碱基脱氧脱氧核糖核糖肺炎链球菌的转化实验肺炎链球菌的转化实验通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的首先是美国微生物学家艾弗里我
3、的实验是在英国微生物学家格里菲斯的实验基础上进行的格里菲斯19281928年格里菲思以小鼠实验材料，研究肺炎链球菌的致病年格里菲思以小鼠实验材料，研究肺炎链球菌的致病情况（情况（体内转化体内转化）肺炎链球菌的类型S型细菌：菌体有 的荚膜，在培养基上形成的菌落表面 ，有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖 多糖类多糖类光滑光滑R型细菌：菌体没有多糖类荚膜，在培养基上形成的菌落表面 ，不会使人或小鼠患病，无致病性。粗糙粗糙无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细
4、胞吞噬并杀灭。S型细菌 R型细菌链链肺炎链球菌的转化实验示意图说明R型细菌无毒性说明S型细菌有毒性说明加热杀死的S型细菌已失活实验结果：实验结果：第四组实验的小鼠尸体分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。推断：推断：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质 。转化因子转化因子格里菲斯这种转化因子究竟是什么物质呢？艾弗里20世纪40年代，艾弗里和他的同事将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。加热致死的S型细菌破碎绝大部分糖类、蛋白质和脂质细胞提取物艾弗里证明DNA是遗传物质的实验示意图（体外转化）具有
5、转化活性具有转化活性失去转化活性失去转化活性实验表明：细胞提取物中含有前文所述的转化因子，而转化因子很可能就是 。DNA艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNADNA的极为相似艾弗里提出了不同于当时大多数科学家观点的结论：DNADNA才是使才是使R R型细菌产生稳定遗传变化的物质型细菌产生稳定遗传变化的物质噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验1952年美国遗传学家 和他的助手 以 为实验材料，利用 技术完成了另一个有说服力的实验。赫尔希赫尔希蔡斯蔡斯T2T2噬菌体噬菌体放射性同位素标记放射性同位素标记T2噬菌体的模式图T2噬菌体是一种专门专门寄生在 体内的 ,它的
6、头部和尾部的外壳都是由 构成的，头部含有 。大肠杆菌大肠杆菌病毒病毒蛋白质蛋白质DNADNAT2噬菌体的化学组成中60%是蛋白质，40%是DNA。仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。C H O N PC H O N ST2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在 遗传物质的作用下，利用 体内的物质来合成 的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌 ，释放出大量噬菌体。自身自身大肠杆菌大肠杆菌裂解裂解自身自身吸附吸附用尾部的末端吸附在细菌表面注入注入向细菌内注入DNA，蛋白质外壳留在外面合成合成以细菌体内的脱氧核苷酸为原料合成噬菌体DNA，以细菌细胞内的氨基酸为原料合成噬菌体
7、的蛋白质外壳组装组装 蛋白质外壳和DNA分子组装成一个新的噬菌体释放释放细菌细胞破裂，释放出几个至几十个子代噬菌体噬菌体噬菌体侵染细菌的实验步骤侵染细菌的实验步骤（1）培养带放射性同位素的噬菌体含放射性同位素35S的培养基大肠杆菌大肠杆菌含放射性同位素35S的大肠杆菌T2T2噬菌体噬菌体蛋白质含35S标记的T2噬菌体含放射性同位素32P的培养基大肠杆菌含放射性同位素32P的大肠杆菌T2噬菌体DNA含32P标记的T2噬菌体35S标记的噬菌体35P标记的噬菌体噬菌体分别被35S或32P标记（2）噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图35S标记的噬菌体与细菌混合35P标记的噬菌体与细菌混合用标记的噬菌体侵染
8、未标记的细菌未标记的细菌短时间的保温：使噬菌体的使噬菌体的DNADNA注入大肠杆菌注入大肠杆菌35S标记的噬菌体35P标记的噬菌体噬菌体分别被35S或32P标记35S标记的噬菌体与细菌混合35P标记的噬菌体与细菌混合用标记的噬菌体侵染未标记的细菌未标记的细菌搅拌后离心搅拌后离心搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离分离（2）噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图 35S标记的噬菌体35P标记的噬菌体噬菌体分别被35S或32P标记35S标记的噬菌体与细菌混合35P标记的噬菌体与细菌混合用标记的噬菌体侵染未标记的细菌未标记的细菌搅拌后离心搅拌后离心（2）噬菌体侵染大肠杆菌
9、的实验示意图离心的目的：让上清液中析出质量较轻让上清液中析出质量较轻的的T2T2噬菌体颗粒，而离心噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌的大肠杆菌离心后在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质离心后 离心后，检查上清液和沉淀物中 的放射性物质离心后用35S标记的一组侵染实验，放射性同位素主要分布在 中；上清液上清液离心后在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质离心后 离心后用32P标记的一组侵染实验，放射性同位素主要分布在 中。离心管的沉淀物离心管的沉淀物离心后离心后进一步观察发现：在细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到到32P标记
10、的 ，但却不能检测到35S标记的蛋白质。DNA赫尔希和蔡斯的实验表明：噬菌体侵染细菌时，进入到细菌的细胞中，而 外壳仍留在细胞外。因此子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的 遗传的。才是真正的遗传物质。DNA蛋白质蛋白质DNADNA思考思考 讨论讨论证明证明DNADNA是遗传物质的实验是遗传物质的实验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？个体很小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结个体很小，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
11、的变化。致的结构和功能的变化。繁殖快，细菌繁殖快，细菌2030min2030min就可繁殖一代，病毒短时间内可大就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。量繁殖。思考思考 讨论讨论证明证明DNADNA是遗传物质的实验是遗传物质的实验2.从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中结果会有什么变化。最大的困难是，如何
12、彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）思考思考 讨论讨论证明证明DNADNA是遗传物质的实验是遗传物质的实验3.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。赫尔希采用的主要有噬菌体的培养技术、纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等噬菌体噬菌体侵染细菌实验的误差分
13、析侵染细菌实验的误差分析(1)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀物中有少量放射性的原因:由于搅拌不充分由于搅拌不充分,有少量含有少量含3535S S的噬菌体蛋白质外壳的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面吸附在细菌表面,离心时随细菌到沉淀物中离心时随细菌到沉淀物中,使沉淀物中出使沉淀物中出现少量的放射性。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:保温时间过短保温时间过短,部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内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经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性使上清液出现放射性;保温时间过长保温时间过长,噬菌体
14、在大肠杆菌内增殖后释放子代噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代,经经离心后分布于上清液离心后分布于上清液,也会使上清液的放射性含量升高也会使上清液的放射性含量升高。只有DNA是遗传物质吗？研究表明，遗传物质除DNA外，还有 。有些病毒不含有DNA，只含蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒 RNA烟草花叶病毒的示意图和电镜照片在某些病毒中，RNA是遗传物质。如HIV、禽流感病毒、流感病毒具有细胞结构的生物体内，既有DNA，又有RNA，但只有只有DNADNA是其遗传物质是其遗传物质T2噬菌体的遗传物质是DNAT2T2噬噬菌菌体体细细菌菌植植物物动动物物因为绝大多数生物的遗传物质是 ,所以说DNA是 的遗传物
15、质。DNADNA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”在对照实验中，控制 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称为“加法原理”自变量自变量对照组对照组加温加温滴加滴加FeClFeCl3 3溶液溶液滴加肝脏研滴加肝脏研磨液溶液磨液溶液比较过氧化氢在不同条件下的分解与常态比较，人为去除某种影响因素称为“减法原理”艾弗里的肺炎链球菌转化实验练习与应用练习与应用一、概念检测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
16、的枯草杆菌。这种物质可能是A.多肽 B.多糖 C.组氨酸 D.DNA2.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 B.遗传物质包括蛋白质和DNA C.病毒中有DNA，但没有蛋白质 D.细菌中有DNA，但没有蛋白质二、拓展应用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。大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳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能够准确地自我复制能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程具有储存遗传信息的能力结构比较稳定
