1、3.1 DNA是主要的遗传物质 一、对遗传物质的早期推测孟德尔通过豌豆实验证明生物的孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由性状由遗传因子遗传因子（基因）（基因）控制控制摩尔根摩尔根通过果蝇通过果蝇实验证实验证明明基因位于染色体上基因位于染色体上科学家发现：染色科学家发现：染色体体的的主要组成成分主要组成成分是是蛋白质和蛋白质和DNADNA究竟蛋白质和究竟蛋白质和DNADNA，哪个才是生物的遗传物质？，哪个才是生物的遗传物质？是蛋白质！是蛋白质！是是DNADNA 一、对遗传物质的早期推测2020世纪世纪3030年代：年代：DNADNA是由许多脱氧核苷酸是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。聚合而成
2、的生物大分子。但由于对但由于对DNADNA分子的结构没有清晰的了解，人们认为分子的结构没有清晰的了解，人们认为蛋白质是蛋白质是遗传物质遗传物质的观点仍占主导地位。的观点仍占主导地位。2020世纪世纪2020年代：年代：蛋白质是由多种氨基酸蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。连接而成的大分子。一、对遗传物质的早期推测格里菲思艾弗里艾弗里的肺炎链球菌艾弗里的肺炎链球菌体外体外转化实验转化实验格里菲斯的肺炎链球菌格里菲斯的肺炎链球菌体内体内转化实验转化实验 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验1.1.实验材料：实验材料：两种肺炎链球菌两种肺炎链球菌 类型类型R R型型肺炎双球菌肺炎双球菌S S型型
3、肺炎双球菌肺炎双球菌菌体菌体无荚膜无荚膜有荚膜有荚膜菌落菌落粗糙粗糙光滑光滑毒性毒性不致病不致病可致病，使人和小鼠患肺可致病，使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡炎，小鼠并发败血症死亡菌落菌落 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验2.2.实验实验过程过程：第二组注射注射R R型型活活细菌细菌小鼠小鼠不死亡不死亡第一组小鼠小鼠死亡死亡，分离出分离出S S型型活活细菌细菌注射注射S S型型活活细菌细菌小鼠小鼠不死亡不死亡第三组注射注射加热致死加热致死的的S S型细菌型细菌小鼠小鼠死亡死亡，分离出分离出S S型型活活细菌细菌第四组R R型型活活细菌细菌+加热致死加热致死S S型型细菌细菌1 1、2
4、2组对照，说明组对照，说明R R型细菌无毒性，型细菌无毒性，S S型细菌有毒性型细菌有毒性2 2、3 3组对照，说明加热致死的组对照，说明加热致死的S S型细菌失去毒性型细菌失去毒性3 3、4 4组对照，说明组对照，说明R R型细菌转化成型细菌转化成S S型细菌型细菌 结论：结论：已经已经加热致死的加热致死的S S型细菌型细菌，含有某种促使，含有某种促使R R型活细菌转化为型活细菌转化为S S型活型活细菌的活性物质细菌的活性物质 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验格里菲斯格里菲斯 R R 型活细菌型活细菌 S S 型活细菌型活细菌转化转化某种物质某种物质S S 型活细菌型活细菌繁殖繁殖究竟是
5、什么物质呢究竟是什么物质呢?转化因子转化因子 S S 型死菌型死菌多糖多糖脂质脂质 蛋白质蛋白质RNA DNARNA DNA多糖多糖蛋白质蛋白质RNARNADNADNA脂质脂质S S型细菌型细菌关键思路：把关键思路：把S S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。它们的作用。03体体外外转转化化艾弗里艾弗里思考思考1 1：在杀死的：在杀死的S S型细菌中含有哪些物质？型细菌中含有哪些物质？思考思考2 2：如何确定如何确定哪一个才是转化因子呢？哪一个才是转化因子呢？三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验1.1.实验实验过程过程：有有R R型型细菌的
6、细菌的培养基培养基S S型细菌型细菌的细胞的细胞提取物提取物第一组第一组+S S型细菌型细菌R R型细菌型细菌有有R R型型细菌的细菌的培养液培养液S S型细菌型细菌的细胞的细胞提取液提取液第二至第四组第二至第四组+S S型细菌型细菌R R型细菌型细菌混合混合混合混合有有R R型型细菌的细菌的培养液培养液S S型细菌型细菌的细胞的细胞提取液提取液第五组第五组+混合混合只长只长R R型细菌型细菌D DNANA酶酶蛋白酶（或蛋白酶（或RNARNA酶、酯酶）酶、酯酶）讨论讨论1 1：第一组实验有什么作用？：第一组实验有什么作用？实验结论实验结论：DNADNA才是使才是使R R型细菌产生稳定遗传型细菌
7、产生稳定遗传变化的物质变化的物质转化因子。转化因子。该实验的设计遵循哪些原理？在实际操作过程中最大的困难是该实验的设计遵循哪些原理？在实际操作过程中最大的困难是什么？什么？其巧妙之处是什么？其巧妙之处是什么？其巧妙之处在于：运用其巧妙之处在于：运用“减法原理减法原理”，即在每个实验组人为去，即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。除某个影响因素后，观察实验结果的变化。遵循遵循单一变量原则和对照原则单一变量原则和对照原则。最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）脂质、蛋白质等）应用场景：应用场景
8、：对照实验对照实验加法原理：加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。与常态比较，人为增加某种影响因素。（e.g.e.g.比较过氧化氢在不同条件下的分解实验）比较过氧化氢在不同条件下的分解实验）减法减法原理原理：与与常态比较，人为去除某种常态比较，人为去除某种影响因素影响因素。（e.g.e.g.艾弗里艾弗里的肺炎链球菌转化的肺炎链球菌转化实验实验）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”有没有比细菌更简单的实验材料及更有说服力的实验呢？有没有比细菌更简单的实验材料及更有说服力的实验呢？19521952年，年，赫尔希和蔡斯赫尔希和蔡斯以以T2T2噬菌体噬菌体为实
9、验为实验材料，利用材料，利用放射性同位素标记放射性同位素标记的新技术，的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。完成了另一个更具有说服力的实验。虽然艾弗里虽然艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的的DNADNA，纯度最高时也还有纯度最高时也还有0.02%0.02%的蛋白质的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。另外，当时疑。另外，当时科学界普遍认为蛋白质是遗传物质。科学界普遍认为蛋白质是遗传物质。1.1.实验者：实验者：赫尔希和蔡斯赫尔希和蔡斯2 2 实验材料：实验材料：T2T2噬菌体噬菌
10、体尾部头部DNA蛋白质赫尔希赫尔希蔡斯蔡斯 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验T T2 2噬菌体是一种专门寄噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒生在大肠杆菌体内的病毒,它的头部和尾部的外壳都是它的头部和尾部的外壳都是由由蛋白质蛋白质构成的，头部含有构成的，头部含有DNADNA。DNA蛋白质蛋白质头部头部尾部尾部噬菌体侵染过程噬菌体侵染过程 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验吸附吸附注入注入合成合成组装组装释放释放3.T23.T2噬菌体侵染细菌的过程噬菌体侵染细菌的过程 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察其作用？(放射性放射性)同位素
11、标记同位素标记4.4.实验实验方法：方法：尾部头部DNA蛋白质(C、H、O、N、P )(C、H、O、N、S )（35S标记）（32P标记）四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验5.5.实验实验过程过程思考：如何让噬菌体带上标记呢？含3535S S的细菌培养基的细菌培养基 大肠杆菌大肠杆菌培养含3535S S的细菌的细菌噬菌体噬菌体培养3535S S标记的标记的噬菌体噬菌体含3232P P的细菌培养基的细菌培养基 大肠杆菌大肠杆菌培养含3232P P的细菌的细菌 噬菌体噬菌体培养3232P P标记的标记的噬菌体噬菌体离心离心含35S或32P培养基含35S或32P细菌噬菌体侵染含35S或32P细菌3232P
12、 P标记标记3535S S标记标记或 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验5.5.实验实验过程：过程：标记的噬菌体标记的噬菌体3535S S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搅拌后离心离心上清液的上清液的放射性放射性很高很高沉淀物的沉淀物的放射性放射性很低很低在新形成的噬菌体在新形成的噬菌体中中没有检测到没有检测到3535S S 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搅拌后离心离心上清液的上清液的放射性放射性很低很低沉淀物的沉淀物的放射性放射性很高很高标记的噬菌体标记的噬菌体3232P P在新形成的噬菌体在新形成的噬菌体中
13、中检测到检测到3232P P5 5 实验实验过程：过程：四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验3535S S标记的实验标记的实验3232P P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有无放射性原因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6.6.实验实验结果：结果：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNADNA遗传的，遗传的，因此，因此，DNADNA才是真正的遗传物质。才是真正的遗传物质。7.7.实验实验结论：结论：【问题探讨】1.用含35
14、S 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？可能是由于还有少量的含可能是由于还有少量的含3535S S 的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上，未从的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上，未从中分离出来。中分离出来。搅拌不充分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？【问题探讨】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？可能是由于少量含可能是由于少量含3
15、2 P 32 P 的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上或含有或含有32 P 32 P 的子代噬菌体已经从大肠杆菌中释放出来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，培养（保温）时间过短，培养（保温）时间过长，培养（保温）时间过长，保温时间长保温时间长理论上理论上上清液上清液沉淀物沉淀物若该大肠杆菌若该大肠杆菌有一个噬菌体有一个噬菌体侵入侵入实际上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实际上保温时间短保温时间短 3232P P标记的一组，为什么上清液中出标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？现了放射性？【问题探讨】3.3.能否在含放
16、射性同位素的培养基中标记噬菌体？能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？不能，不能，噬菌体只能寄生在活细胞噬菌体只能寄生在活细胞中，不能在培养基上存活。中，不能在培养基上存活。离心离心含含3535S S或或3232P P培养基培养基含含3535S S或或3232P P细菌细菌噬菌体侵染含噬菌体侵染含3535S S或或3232P P细菌细菌3232P P标记标记3535S S标记标记或或【问题探讨】4.4.实验实验能否用能否用3232P P和和3535S S同时标记噬菌体？同时标记噬菌体？不能，因为不能，因为放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定是哪种放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定
17、是哪种元素的放射性元素的放射性；若用若用3232P P和和3535S S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。【问题探讨】4.4.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？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：提示：细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点：（1 1）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）个体很小，结构简单，细
18、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。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 2）繁殖快，细菌）繁殖快，细菌 2030 min 2030 min 就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。【问题探讨】5.5.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？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最关键的实验设
19、计思路是设法把DNADNA与蛋白质分开，单独地、直接地与蛋白质分开，单独地、直接地去观察去观察DNADNA或蛋白质的作用。或蛋白质的作用。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 五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验 烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMVTMV)是由是由RNARNA和蛋白质和蛋白质组成的，在感染烟草时，组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。会出现致病斑。五、烟草花叶
20、病毒侵染烟草叶片实验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RNARNA也是遗传物质也是遗传物质2.2.实验实验结论：结论：1.1.实验实验过程：过程：五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验1.1.实验实验过程：过程：RNARNA也是遗传物质也是遗传物质2.2.实验实验结论：结论：SARS病毒艾滋病病毒少数病毒的遗传物质是少数病毒的遗传物质是RNARNA新型冠状病毒流感病毒埃博拉病毒 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）
