1、第三章第三章 基因的本质基因的本质第一节第一节 DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质学习目标：学习目标：1.1.说出肺炎双球菌体内、体外转化实验的说出肺炎双球菌体内、体外转化实验的过程和结论。过程和结论。2.2.说出肺炎双球菌体外转化实验的设计思说出肺炎双球菌体外转化实验的设计思路。路。3.3.分辨自变量控制中的分辨自变量控制中的“加法原理加法原理”和和“减法原理减法原理”。科学家发现：科学家发现：染色体主要组染色体主要组成成分：成成分：。摩尔根通过果摩尔根通过果蝇实验证明：蝇实验证明：基因位于基因位于 上上。孟德尔通过孟德尔通过豌豆实验证豌豆实验证明了生物的明了生物的性状是由性状是由
2、 控制。控制。染色体染色体蛋白质和蛋白质和DNADNA遗传因子遗传因子DNA蛋白质蛋白质？蛋白质的基本单位蛋白质的基本单位氨基酸氨基酸DNADNA的基本单位的基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧脱氧核糖核糖P P含氮碱基含氮碱基AGCT腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶20 0世纪世纪2020年代：年代：认为认为蛋白质蛋白质是生物体的遗传物质是生物体的遗传物质2020世纪世纪3030年代：年代：一、对遗传物质的早期推测一、对遗传物质的早期推测认识到认识到DNADNA的组成的组成艾弗里艾弗里赫尔希赫尔希格里菲思格里菲思 向蛋白质是遗传物质的观点提出挑战向蛋白质是遗传物质的观点提出
3、挑战的的学者学者是谁呢？是谁呢？穿越时间：穿越时间：19281928年年穿越地点：穿越地点：英国格里菲斯实验室英国格里菲斯实验室时光旅行机时光旅行机二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验小鼠小鼠肺炎链球菌肺炎链球菌1.1.实验材料实验材料 （格里菲斯）（格里菲斯）二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验1.1.实验材料实验材料菌落表菌落表面面多糖类多糖类荚膜荚膜是否有是否有毒性毒性是否致病是否致病R型型S型型 R R型型(Rough)S S型型（Smooth）否否人鼠人鼠患肺炎患肺炎，小小鼠鼠败血症死亡败血症死亡粗糙粗糙光滑光滑无无有有无无有有 （格里菲斯）（
4、格里菲斯）二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验 （格里菲斯）（格里菲斯）（2 2）将）将有毒性有毒性S S型活细菌型活细菌注射到小鼠体内，注射到小鼠体内，患败血症死亡。患败血症死亡。（1 1）将）将无毒性的无毒性的R R型活细菌型活细菌注射到小鼠体内，注射到小鼠体内，不死亡不死亡。二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验2.2.实验过程实验过程 （格里菲斯）（格里菲斯）（3 3）将）将加热杀死后的加热杀死后的S S型细菌型细菌注射到小鼠体内，注射到小鼠体内，不死亡。不死亡。（4 4）将）将无毒性无毒性R R型活细菌与加热杀死后的型活细菌与加热杀死后的S S型
5、细菌混合型细菌混合后注射到小鼠体内，后注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡小鼠患败血症死亡。二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验 （格里菲斯）（格里菲斯）（4 4）将无毒的）将无毒的R R型活菌与加热杀死后的型活菌与加热杀死后的S S型菌混合后，注型菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，并射到小鼠体内，小鼠死亡，并分离出分离出S S型活菌型活菌。R活菌 S活菌+S死细菌转化（有毒有荚膜）（有毒有荚膜）二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验 （格里菲斯）（格里菲斯）二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验从格里菲斯实验中你能学到哪些实验从格里菲斯实
6、验中你能学到哪些实验方法？能得出什么结论？方法？能得出什么结论？（格里菲斯）（格里菲斯）二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验3.实验方法：实验方法：对照原则、单一变量原则。对照原则、单一变量原则。自变量：注射的菌种类型自变量：注射的菌种类型因变量：小鼠的存活情况因变量：小鼠的存活情况无关变量：小鼠的生理状况、菌种注无关变量：小鼠的生理状况、菌种注 射计量等射计量等 （格里菲斯）（格里菲斯）已经加热致死的已经加热致死的S S型细菌中，含型细菌中，含有某种促使有某种促使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转化因子转化因子4.4.实验结论实
7、验结论二、肺炎链球菌的二、肺炎链球菌的体内体内转化实验转化实验 （格里菲斯）（格里菲斯）穿越时间：穿越时间：19411941年年穿越地点：穿越地点：美国纽约洛克菲勒医学研究所美国纽约洛克菲勒医学研究所时光旅行机时光旅行机三、肺炎链球菌的三、肺炎链球菌的体外体外转化实验（转化实验（艾弗里和他的同事艾弗里和他的同事）艾艾弗弗里里及同及同事事将加热致死的将加热致死的S S型菌破碎后，设法型菌破碎后，设法除除去去绝大部分绝大部分糖类、蛋白质和脂质糖类、蛋白质和脂质，制成，制成细胞提取物细胞提取物（直接分离法）（直接分离法）。加热致死加热致死的的S S型细菌型细菌糖类脂类蛋白质DNADNARNARNA进
8、一步验证“转化因子”S S型型细细菌菌三、肺炎链球菌的三、肺炎链球菌的体外体外转化实验（转化实验（艾弗里和他的同事艾弗里和他的同事）第一组第一组R R型细菌型细菌S S型细菌型细菌有有R R型细菌型细菌的培养基的培养基S S型细菌的型细菌的细胞提取物细胞提取物+混合混合现象：现象：培养基上有培养基上有R型、型、S型两种细菌型两种细菌分析：分析：去除去除绝大多数蛋绝大多数蛋白质、糖类和脂质后，白质、糖类和脂质后，细胞提取物细胞提取物仍然具有转仍然具有转化活性化活性。第二至第四组第二至第四组R R型细菌型细菌S S型细菌型细菌有有R R型型细菌细菌的培养基的培养基S S型细菌的细型细菌的细胞提取物
9、胞提取物+混合混合蛋白酶蛋白酶(或或RNARNA酶、酯酶酶、酯酶)三、肺炎链球菌的三、肺炎链球菌的体外体外转化实验（转化实验（艾弗里和他的同事艾弗里和他的同事）现象：现象：培养基上有培养基上有R型、型、S型两种细菌型两种细菌分析：分析：分别用分别用蛋白酶、蛋白酶、RNA酶、酯酶处理酶、酯酶处理后，后，细胞提取物细胞提取物仍然具有转仍然具有转化活性。化活性。第五组第五组只长只长R R型细菌型细菌有有R R型型细菌细菌的培养基的培养基S S型细菌的细型细菌的细胞提取物胞提取物+混合混合DNADNA酶酶三、肺炎链球菌的三、肺炎链球菌的体外体外转化实验（转化实验（艾弗里和他的同事艾弗里和他的同事）现象
10、：现象：培养基上只有培养基上只有R型型分析：分析：用用DNA酶酶处理后，处理后，细胞提取物细胞提取物失去转化活性失去转化活性三、肺炎链球菌的三、肺炎链球菌的体外体外转化实验（转化实验（艾弗里和他的同事艾弗里和他的同事）1.1.实验过程实验过程2.2.实验结论：实验结论：DNADNA是使是使R R型细菌产生稳定遗传型细菌产生稳定遗传变化的物质变化的物质实验同时说明：实验同时说明：蛋白质等物质不是遗传物质蛋白质等物质不是遗传物质三、肺炎链球菌的三、肺炎链球菌的体外体外转化实验（转化实验（艾弗里和他的同事艾弗里和他的同事）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”应用场
11、景：对照实验应用场景：对照实验加法原理：与常态比较，加法原理：与常态比较，人为增加人为增加某种影响因素。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，常态比较，人为去除人为去除某种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）三、肺炎链球菌的三、肺炎链球菌的体外体外转化实验（转化实验（艾弗里和他的同事艾弗里和他的同事）1.在对照实验中在对照实验中,控制自变量可以采用控制自变量可以采用“加法原理加法原理”或或“减法原理减法原理”。下列实验中。下列实验中,采用
12、采用“加法原理加法原理”的是的是()A.验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解B.验证验证Mg是植物的必需元素是植物的必需元素C.验证光是光合作用的条件验证光是光合作用的条件D.艾弗里的肺炎链球菌的转化实验艾弗里的肺炎链球菌的转化实验A:验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解,应进行有应进行有过氧化氢酶的对照实验过氧化氢酶的对照实验,采用了采用了“加法原理加法原理”。B、C：验证验证Mg是植物的必需元素、光是光合作用是植物的必需元素、光是光合作用的条件的条件,应在应在常态条件下常态条件下,除去除去Mg元素、光照条件元素、光照条件,采用了采用了
13、“减法原理减法原理”。D：艾弗里的肺炎双球菌转化实验，每种实验特地艾弗里的肺炎双球菌转化实验，每种实验特地的去除一种物质，采用了的去除一种物质，采用了“减法原理减法原理”。A 课堂练习课堂练习 课堂练习课堂练习2 2、将下列各种细菌注射到小鼠体内，能使小鼠死亡的将下列各种细菌注射到小鼠体内，能使小鼠死亡的是是（）R R型活细菌型活细菌 S S型活细菌型活细菌 加热杀死后的加热杀死后的R R型细菌型细菌 加热杀死后的加热杀死后的S S型细菌型细菌 R R型活细菌型活细菌+加热杀死后的加热杀死后的S S型细菌型细菌 S S型活细菌型活细菌+加热杀死后的加热杀死后的R R型细菌型细菌 A A、B B
14、、C C、D D、D D小结小结DNA是是主要遗主要遗传物质传物质肺炎双球菌体肺炎双球菌体内转化实验内转化实验肺炎双球菌体肺炎双球菌体外转化实验外转化实验加热致死的加热致死的S S型细菌型细菌存在转化因子存在转化因子DNADNA是遗传物质，是遗传物质，蛋白质等物质不是。蛋白质等物质不是。结论结论结论结论穿越时间：穿越时间：19521952年年 穿越地点：穿越地点：美国纽约赫尔希实验室美国纽约赫尔希实验室时光旅行机时光旅行机四、噬菌体侵染细菌的实验四、噬菌体侵染细菌的实验大肠杆菌大肠杆菌 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯 2.噬菌体侵染细菌过程噬菌体侵染细菌过程吸附吸附注入注入合成合成组装组装释放释放噬
15、菌体借尾丝吸附在细菌表面噬菌体借尾丝吸附在细菌表面把把DNA注入到细菌细胞注入到细菌细胞利用利用细菌的化学成分和酶系统细菌的化学成分和酶系统合成出噬菌合成出噬菌体的体的DNA、蛋白质、蛋白质新合成的新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体、蛋白质组装成很多噬菌体细菌解体，释放出噬菌体细菌解体，释放出噬菌体四、噬菌体侵染细菌的实验四、噬菌体侵染细菌的实验 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯 3、实验设计思路：、实验设计思路：把蛋白质和把蛋白质和DNADNA区分开区分开，直接地、单独地观，直接地、单独地观察察DNADNA和蛋白质的作用和蛋白质的作用4 4、实验方法：、实验方法：放射性同位素标记法放射性同位素标
16、记法四、噬菌体侵染细菌的实验四、噬菌体侵染细菌的实验 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯 5 5、实验过程：、实验过程：(1)(1)标记细菌标记细菌细菌细菌+含含3535S S的培养基的培养基细菌细菌+含含3232P P的培养基的培养基含含3535S S的的细菌细菌含含3232P P的的细菌细菌(2)(2)标记噬菌体标记噬菌体噬菌体噬菌体+含含3535S S的的细菌细菌噬菌体噬菌体+含含3232P P的的细菌细菌含含3535S S的噬菌体的噬菌体含含3232P P的噬菌体的噬菌体(3)(3)噬菌体侵染细菌噬菌体侵染细菌 含含3535S S的噬菌体的噬菌体+细菌细菌 含含3232P P的噬菌体的噬菌体+细
17、菌细菌四、噬菌体侵染细菌的实验四、噬菌体侵染细菌的实验 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯 (4)(4)保温，搅拌、离心培养液保温，搅拌、离心培养液上清液上清液沉淀物沉淀物(5)(5)检测放射性（原宿主细检测放射性（原宿主细菌和子代噬菌体）菌和子代噬菌体）被被3535S S标记标记的噬菌体的噬菌体被被3232P P标记标记的噬菌体的噬菌体被被3535S S标记的标记的噬菌体与细噬菌体与细菌混合菌混合被被3232P P标记的标记的噬菌体与细噬菌体与细菌混合菌混合搅拌离心搅拌离心放射性放射性很高很高放射性放射性很低很低放射性放射性很低很低放射性放射性很高很高搅拌离心搅拌离心四、噬菌体侵染细菌的实验四、噬菌体
18、侵染细菌的实验 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯 结论：结论：DNADNA是遗传物质是遗传物质6.噬菌体侵染细菌实验的噬菌体侵染细菌实验的检测结果分析检测结果分析：上清液：上清液：沉淀物：沉淀物：噬菌体外壳噬菌体外壳细菌细菌(被注入的被注入的DNA)（1）35S标记蛋白质外壳时，为什么上清标记蛋白质外壳时，为什么上清“放射性很高放射性很高”，而沉淀也而沉淀也“出现放射性出现放射性”？搅拌不充分搅拌不充分(噬菌体蛋白质外壳还吸附在大肠杆菌表面噬菌体蛋白质外壳还吸附在大肠杆菌表面)四、噬菌体侵染细菌的实验四、噬菌体侵染细菌的实验 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯 上清液：上清液：沉淀物：沉淀物：噬菌体外壳噬菌体外
19、壳细菌细菌(被注入的被注入的DNA)（2）32P标记头部标记头部DNA时，为什么沉淀时，为什么沉淀“放射性很高放射性很高”，而上清液也而上清液也“出现放射性出现放射性”？离心前，保温时间过长或过短。离心前，保温时间过长或过短。(过长：细菌裂解，放射性子代噬菌体释放到上清中；过长：细菌裂解，放射性子代噬菌体释放到上清中；过短：部分噬菌体未侵染到大肠杆菌。过短：部分噬菌体未侵染到大肠杆菌。四、噬菌体侵染细菌的实验四、噬菌体侵染细菌的实验 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯 （3）艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实）艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料验材料,以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点以
20、细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点?优点：优点：A、个体很小个体很小,结构简单结构简单,细菌是单细胞生物细菌是单细胞生物,病毒无细胞结构病毒无细胞结构,只有核酸和蛋白质外壳。易于观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。察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。B、繁殖快繁殖快,细菌细菌2030min就可繁殖一代就可繁殖一代,病毒短病毒短时间内可大量繁殖。时间内可大量繁殖。（4）艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手）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段来实现他们的实验设计?艾弗里艾弗里采用的主要技术手段有采用的主要技术手段有细菌的培养技
21、术细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定物质的提纯和鉴定技术等。技术等。赫尔希采用的主要技术手段有赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术噬菌体的培养技术、同位素标记法同位素标记法,以及以及物质的提取和分离物质的提取和分离技术等。技术等。地球上的生物多种多样，地球上的生物多种多样，是所有的生物的遗传物质都是所有的生物的遗传物质都是是DNADNA吗？吗？RNA蛋白质蛋白质感染感染不感染不感染结论：结论：RNARNA也是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。也是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。五、烟草花叶病毒感染烟叶实验五、烟草花叶病毒感染烟叶实验具有细具有细胞结构胞结构的生物的生物真核生物的遗传物质真核生物的
22、遗传物质原核生物的遗传物质原核生物的遗传物质DNA 多数病毒的遗传物质是多数病毒的遗传物质是DNA少数病毒少数病毒的遗传物质是的遗传物质是RNA绝大多数绝大多数生物的遗生物的遗传物质是传物质是DNADNA六、六、DNADNA是是主要主要的遗传物质的遗传物质(针对全部生物而言）针对全部生物而言）HIV病毒、病毒、SARS病毒、病毒、流感病毒、烟草花叶病毒等流感病毒、烟草花叶病毒等T4噬菌体，天花病毒噬菌体，天花病毒小结小结1肺炎双球菌体内转化实验肺炎双球菌体内转化实验结论：结论：2.肺炎双球菌体外转化实验肺炎双球菌体外转化实验结论：结论：3.噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验结论：结论：一
23、、一、DNA是遗传物质的实验证据是遗传物质的实验证据 二、二、DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质遗传物质遗传物质_DNARNA(大多数生物大多数生物)(RNA病毒病毒)S型死菌内含有型死菌内含有“转化因子转化因子”DNA是遗传物质是遗传物质DNA是遗传物质。是遗传物质。肺炎链球菌的转化实验（总结）肺炎链球菌的转化实验（总结）项目体内转化实验体外转化实验培养细菌在小鼠体内体内体外培养基体外培养基实验对照R型细菌与S型细菌的毒性对照S型细菌各组成成分的作用进行对照巧妙构思用加热杀死的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
24、组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质实验结论S型细菌体内有“转化因子转化因子”S型细菌的DNADNA是遗传物质是遗传物质联系所用材料相同体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸两实验都遵循对照原则、单一变量对照原则、单一变量原则问题探讨问题探讨一、遗传物质可能具有什么特点？一、遗传物质可能具有什么特点？1.1.遗传物质分子结构必须遗传物质分子结构必须稳定稳定2.2.要能要能贮存大量的遗传信息贮存大量的遗传信息3.3.可以准确地可以准确地复制复制4.4.能够产生能够产生可遗传的变异可遗传的变异二、证明某一种物质是遗传物质的可行方二、证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？法有哪些？同位素标记法、分离提纯法、病毒同位素标记法、分离提纯法、病毒重组法重组法 等。等。
