第1节 2017届DNA是主要的遗传物质(邬志龙)

1、普通高中课程标准实验教科书普通高中课程标准实验教科书 生物必生物必修修1 1 分子与细胞分子与细胞 人民教育出版社人民教育出版社课件制作：万载中学课件制作：万载中学 邬志龙邬志龙 时间：时间：20162016、1 11 1、1111第第1 1节节 DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质问题探讨问题探讨2020世纪中叶，科学家发世纪中叶，科学家发现染色体主要是由现染色体主要是由蛋白蛋白质和质和DNADNA组成的。组成的。染色体在遗传上具有染色体在遗传上具有连连续性和稳定性续性和稳定性。蛋白质和蛋白质和DNADNA这两种物这两种物质中，究竟哪一种是质中，究竟哪一种是遗传物质呢遗传物质呢你认为

2、遗传物质可能具有你认为遗传物质可能具有什么特点？什么特点？1.1.分子结构具有相对的稳定性；分子结构具有相对的稳定性；2.2.能够自我复制，使前后代保持一定的能够自我复制，使前后代保持一定的连续性；连续性；3.3.能够贮存大量的遗传信息；能够贮存大量的遗传信息；4.4.能够指导蛋白质的合成，从而控制新能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状。陈代谢过程和性状。作为遗传物质，必须具备的特点：作为遗传物质，必须具备的特点：1.201.20世纪世纪2020年代年代 大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质氨基酸多种多样的排列顺序，氨基酸多种多样的排

3、列顺序，可能蕴含着遗传信可能蕴含着遗传信息。息。一、对遗传物质的早期推测一、对遗传物质的早期推测蛋白质是由多种氨基酸连蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。接而成的生物大分子。对蛋白质的认识：对蛋白质的认识：观点：观点：理由：理由：2.202.20世纪世纪3030年代年代（1 1）对）对DNADNA的认识：的认识：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；聚合而成的生物大分子；脱氧核苷酸包括脱氧核苷酸包括磷酸磷酸、碱基碱基和和脱氧核糖；脱氧核糖；脱氧核苷酸有脱氧核苷酸有4 4种，每种种，每种脱氧核苷酸有一个特定的脱氧核苷酸有一个特定的碱基。碱基。（2 2）观点：

4、）观点：蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。（3 3）理由：）理由：人们对人们对DNADNA分子的结构没有清晰的了解。分子的结构没有清晰的了解。向蛋白质是遗传物质的观点向蛋白质是遗传物质的观点提出挑战的学者是谁呢？提出挑战的学者是谁呢？ 艾弗里艾弗里格里菲思格里菲思二、肺炎双球菌的转化实验：二、肺炎双球菌的转化实验：（一）格里菲思体内实验（一）格里菲思体内实验【实验材料】【实验材料】种类种类比较项目比较项目型菌型菌型菌型菌有无荚膜有无荚膜菌落特征菌落特征有无毒性有无毒性有有多糖类的荚膜多糖类的荚膜无无多糖类的荚膜多糖类的荚膜表面光滑表面光滑SmoothSmoot

5、h表面粗糙表面粗糙roughrough有有毒性毒性无无毒性毒性有毒性的有毒性的S S型肺炎双球菌、无毒性的型肺炎双球菌、无毒性的R R型型肺炎双球菌、小鼠。肺炎双球菌、小鼠。二、肺炎双球菌的转化实验二、肺炎双球菌的转化实验内内外（一）格里菲思（一）格里菲思肺炎双球菌的体内转化实验：肺炎双球菌的体内转化实验：【实验过程】【实验过程】【实验过程】【实验过程】1 1、各组实验、各组实验小鼠体内小鼠体内S S型细菌、型细菌、R R型细菌的型细菌的生存情况：生存情况：第一组：第一组：第二组：第二组：第四组：第四组：第三组：第三组：无无R R型细菌型细菌有有S S型细菌型细菌无无S S型细菌型细菌有有R

6、R型细菌和型细菌和S S型细菌型细菌S S型细菌的型细菌的DNADNA片段片段( (含控制合成多糖荚膜的基因含控制合成多糖荚膜的基因）整合到了）整合到了R R型细菌的型细菌的DNADNA中，即实现了中，即实现了基因重组基因重组。2.2.第第4 4组实验组实验小鼠体内小鼠体内R R型细菌、型细菌、S S型细菌的数量变化型细菌的数量变化R R型细菌型细菌减少减少R R型细菌型细菌转化转化S S型细菌且型细菌且S S型细菌逐渐型细菌逐渐增多增多R R型细菌逐型细菌逐渐渐增多增多即第即第4 4组实验小鼠体内组实验小鼠体内S S型细菌的遗传物质包括型细菌的遗传物质包括R R型细菌的型细菌的DNADNA片

7、片段和段和S S型细菌的型细菌的DNADNA片段片段【实验结论】【实验结论】已经被加热杀死的已经被加热杀死的S S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质性物质“转化因子转化因子”将将R R型活细菌转化成有型活细菌转化成有毒的毒的S S型型活活细菌。细菌。格里菲思的体内转化实验不能说明格里菲思的体内转化实验不能说明4.转化的条件：转化的条件：3.3.转化的实质：转化的实质：R R型型活活细菌细菌+S+S型细菌的型细菌的DNADNA在在S S型细菌的型细菌的DNADNA控制下控制下, ,利用利用R R型活细菌的原料型活细菌的原料合成合成S S型细菌的型细

8、菌的DNADNA和蛋白质和蛋白质, ,从而形成从而形成S S型细菌型细菌（二）艾弗里的（二）艾弗里的体外体外转化实验：转化实验：【实验材料】【实验材料】有毒性的有毒性的S S型型肺炎双球菌、无毒性的肺炎双球菌、无毒性的R R型型肺炎双球菌肺炎双球菌【设计思路】【设计思路】设法将设法将S S型型细菌的细菌的DNADNA与蛋白质、多糖等物质分开，与蛋白质、多糖等物质分开，直直接地、单独地接地、单独地去观察它们的作用。去观察它们的作用。【实验过程】【实验过程】【实验结论】【实验结论】DNADNA是使是使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，DNADNA是是转化因子。转化因

9、子。蛋白质、多糖等物质不是遗传物质。蛋白质、多糖等物质不是遗传物质。DNADNA酶酶R R型细菌型细菌【实验现象】【实验现象】只有只有DNADNA与与R R型活细菌进行混合，才能使型活细菌进行混合，才能使R R型细菌转化为型细菌转化为S S型细菌。型细菌。各组各组菌落特征怎样？菌落特征怎样？实验组实验组对照组对照组对照组对照组对照组对照组对照组对照组对照组对照组DNADNA纯度不够，是否是纯度不够，是否是0.02%0.02%的蛋白的蛋白质在起遗传作用呢，如何获取单独质在起遗传作用呢，如何获取单独的的DNADNA或者蛋白质进行实验？或者蛋白质进行实验？更具说服力的更具说服力的“噬菌体侵染细菌的实

10、验噬菌体侵染细菌的实验”19521952年赫尔希（年赫尔希（A.HersheyA.Hershey) )和蔡斯（和蔡斯（M.ChaseM.Chase) )噬菌体噬菌体（1）结构：头部和尾部）结构：头部和尾部的外表是由的外表是由 构成，构成，头部内含有头部内含有 。（2）增殖特点：在自身）增殖特点：在自身遗传物质的作用下，利遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，来合成自身的组成成分，进行增殖。进行增殖。（3）与大肠杆菌的关系：）与大肠杆菌的关系：寄生关系寄生关系蛋白质蛋白质DNADNA三、噬菌体侵染细菌的实验三、噬菌体侵染细菌的实验蛋白质的组成元素：蛋白

11、质的组成元素：DNADNA的组成元素：的组成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N、P 应标记应标记3535S S、3232P P 相关信息：相关信息：在在T T2 2噬菌体的化学组成中，噬菌体的化学组成中，60%60%是蛋白质，是蛋白质，40%40%是是DNADNA。且仅蛋白质分子中含有且仅蛋白质分子中含有S S，P P几乎都存在于几乎都存在于DNADNA分子分子中。中。因蛋白质和因蛋白质和DNADNA都含有都含有C C、H H、O O、N,N,所以此实所以此实验不能标记验不能标记C.HC.H、O O、N N【实验材料】【实验材料】T T2 2噬菌体、大肠杆菌噬菌体、大肠杆菌噬菌体：噬菌体：

12、一种一种核酸，核酸，多种多种蛋白质蛋白质设计设计思路思路S S是是T T2 2噬菌体的噬菌体的蛋白质的特征元素蛋白质的特征元素，P P是是T T2 2噬菌噬菌体的体的DNADNA的特征元素的特征元素，用不同的放射性同位素，用不同的放射性同位素分别标记分别标记DNADNA和蛋白质和蛋白质，直接地、单独地去观，直接地、单独地去观察它们的作用。察它们的作用。【T T2 2噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验】第一步：标记细菌第一步：标记细菌第二步：标记噬菌体第二步：标记噬菌体第三步：标记的噬菌体侵染未标记的细菌第三步：标记的噬菌体侵染未标记的细菌第四步：检测放射性第四步：检测放射性实验步骤：实验步骤

13、：【实验方法】【实验方法】放射性同位素标记法放射性同位素标记法1 1、标记噬菌体的方法：、标记噬菌体的方法：v在分别含有放射性同位素在分别含有放射性同位素3232P P和和3535S S的培养基中培养的培养基中培养细菌。细菌。v分别用上述细菌培养分别用上述细菌培养T T2 2噬菌体噬菌体，制备制备含含3232P P的噬菌体的噬菌体和和含含3535S S的的噬菌体。噬菌体。2 2、T T2 2噬菌体侵染大肠杆菌过程：噬菌体侵染大肠杆菌过程：吸附吸附注入注入合成合成组装组装释放释放释放出溶菌酶，破坏细菌的局部，噬菌体释放出溶菌酶，破坏细菌的局部，噬菌体DNADNA进入进入细菌细胞，蛋白质外壳留在外

14、面。细菌细胞，蛋白质外壳留在外面。在在噬菌体噬菌体DNADNA指导下，以指导下，以细菌细胞内细菌细胞内的脱氧核苷酸的脱氧核苷酸为原料合成噬菌体为原料合成噬菌体DNADNA，以，以细菌细胞内细菌细胞内的氨基酸为的氨基酸为原料合成噬菌体蛋白质外壳。原料合成噬菌体蛋白质外壳。一个蛋白质外壳装入一个噬菌体一个蛋白质外壳装入一个噬菌体DNADNA分子，组成一个新的噬菌体。分子，组成一个新的噬菌体。脱氧核苷酸、氨脱氧核苷酸、氨基酸、酶、核糖基酸、酶、核糖体等均由体等均由细菌细菌提提供供用用3535S S标记标记的噬菌体侵染的噬菌体侵染未标记未标记的细菌的细菌离心离心使使吸附在吸附在细菌上的噬菌体外壳细菌上

15、的噬菌体外壳与与细菌细菌分开分开搅拌的目的：搅拌的目的：保温时间限制要严格：保温时间限制要严格：既要保证噬菌体已经完成侵染；又要既要保证噬菌体已经完成侵染；又要保证子代噬菌体未释放。保证子代噬菌体未释放。离心的目的：离心的目的：让上清液中析出重量较轻的让上清液中析出重量较轻的T T2 2噬菌体颗粒，沉噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。淀物中留下被感染的大肠杆菌。为什么为什么细菌内无放射性？细菌内无放射性？因为被因为被3535S S标记的噬菌体蛋白质外壳不进入细菌内，在上清液。标记的噬菌体蛋白质外壳不进入细菌内，在上清液。沉淀物中为什么还具有低的放射性？应该没有才是啊？沉淀物中为什么还具

16、有低的放射性？应该没有才是啊？搅拌离心不充分。搅拌离心不充分。用用3232p p标记的噬菌体侵染未标记的细菌标记的噬菌体侵染未标记的细菌离心离心为什么为什么细菌内有放射性细菌内有放射性高？高？因为被因为被32P标记的标记的噬菌体噬菌体DNA进入细菌内进入细菌内，不在上清液。，不在上清液。上清液中为什么还具有上清液中为什么还具有低的放射性低的放射性？应该没有才是啊？应该没有才是啊？因为被因为被32P标记的标记的噬菌体噬菌体可能还没有完成侵染过程，可能还没有完成侵染过程，或者子代或者子代噬菌体已经释放，经离心到了上清液中显示放射性。噬菌体已经释放，经离心到了上清液中显示放射性。亲代亲代噬菌体噬菌体

17、寄主寄主细胞内细胞内子代子代噬菌体噬菌体3232P P标记标记DNADNA有有3232P P标记标记DNADNADNADNA有有3232P P标记标记3535S S标记蛋白质标记蛋白质 无无3535S S标记蛋白质标记蛋白质 外壳蛋白质外壳蛋白质无无3535S SDNADNA在亲子代之间保持连续性；在亲子代之间保持连续性；DNADNA能指导着蛋白质的合成。能指导着蛋白质的合成。实验结论：实验结论：DNADNA分子是遗传物质分子是遗传物质但不能证明蛋白质不是遗传物质但不能证明蛋白质不是遗传物质【实验结论】【实验结论】特别提醒：特别提醒：1 1、培养含放射性标记的噬菌体、培养含放射性标记的噬菌体不

18、能用培养基直接培养不能用培养基直接培养，因为病毒专营寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培因为病毒专营寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。养噬菌体。2 2、噬菌体侵染细菌的实验、噬菌体侵染细菌的实验证明了证明了DNADNA是遗传物质是遗传物质，但是，但是没有证明蛋白质不是遗传物质没有证明蛋白质不是遗传物质。3 3、因放射性检测时只能检测到部位，不能确定是何种元、因放射性检测时只能检测到部位，不能确定是何种元素的放射性，故素的放射性，故3535S(S(标记蛋白质标记蛋白质) )和和3232P(P(标记标记DNA)DNA)不能同不能同时标记在同一噬菌体上，时标记在同一噬菌体上，应将二者分别

19、标记，即把实验应将二者分别标记，即把实验分成两组。分成两组。4 4、因为、因为P P几乎都存在于几乎都存在于DNADNA中，而中，而S S绝大多数存在于蛋白质绝大多数存在于蛋白质中，所以用中，所以用3232P P标记标记DNADNA，用，用3535S S标记蛋白质；因为标记蛋白质；因为DNADNA和蛋和蛋白质中都含有白质中都含有C C、H H、O O、N N元素，所以此实验不能标记元素，所以此实验不能标记C C、H H、O O、N N元素。元素。四、四、RNARNA也是遗传物质也是遗传物质【实验材料】【实验材料】 烟草花叶病毒和烟草烟草花叶病毒和烟草【实验过程】【实验过程】完整的烟完整的烟草花

20、叶病毒草花叶病毒烟草叶出现病斑烟草叶出现病斑烟草烟草花叶病花叶病毒毒烟草叶出烟草叶出现病斑现病斑烟草叶不烟草叶不出现病斑出现病斑【实验结果分析与结论】【实验结果分析与结论】烟草花叶病毒的烟草花叶病毒的RNARNA能自我复制，控制生物的遗传性能自我复制，控制生物的遗传性状，因此状，因此RNARNA是它的遗传物质。是它的遗传物质。感染烟草感染烟草提取提取蛋白质蛋白质RNARNA感染烟草感染烟草感染烟草感染烟草不同生物体内核酸种类及遗传物质：不同生物体内核酸种类及遗传物质：动物、植物、真菌动物、植物、真菌DNA和和RNA8种种8种种细菌、支原体、衣细菌、支原体、衣原体、放线菌、蓝原体、放线菌、蓝藻藻

21、DNA和和RNA艾滋病病毒、流感艾滋病病毒、流感病毒、病毒、SARSSARS病毒等病毒等DNARNA5种种5种种4种种4种种4种种4种种DNADNADNARNA生物类型生物类型真核生物真核生物原核生物原核生物病病毒毒DNADNA病病毒毒RNARNA病病毒毒生物举例生物举例所含核酸所含核酸的类型的类型碱基碱基种类种类数数核苷核苷酸种酸种类数类数遗传遗传物质物质由于绝大多数生物的遗传物质是由于绝大多数生物的遗传物质是DNADNA，所以说所以说DNADNA是主要的遗传物质。是主要的遗传物质。2016、11、13例例1 1、探索遗传物质的过程是漫长的、探索遗传物质的过程是漫长的, ,直到直到2020世

22、纪世纪初期，人们仍普追认为蛋白质是遣传物质。当时初期，人们仍普追认为蛋白质是遣传物质。当时人们作出判断的理由不包括人们作出判断的理由不包括( )( )A.A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异不同生物的蛋白质在结构上存在差异B.B.蛋白质与生物的性状密切相关蛋白质与生物的性状密切相关C.C.蛋白质比蛋白质比DNADNA具有更高的热稳定性具有更高的热稳定性, ,并且能够自并且能够自我复制我复制D.D.蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存大量蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存大量遗传信息遗传信息蛋白质不具备热稳定性，也不能复制蛋白质不具备热稳定性，也不能复制 其他选项所述的蛋白质的特点，与遗传物质

23、应具备的特征其他选项所述的蛋白质的特点，与遗传物质应具备的特征一致，可作为遗传物质的理由。一致，可作为遗传物质的理由。C例例2 2、关于、关于“噬细体侵染细菌的实验噬细体侵染细菌的实验”的叙述的叙述, ,正确的正确的是是( )( )A.A.分别用含有放射性同位素分别用含有放射性同位素3535S S和放射性同位素和放射性同位素3232P P的的培养基培养噬菌体培养基培养噬菌体B.B.分别用分别用3535S S和和3232P P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养杆菌，进行长时间的保温培养C.C.用用3535S S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在

24、少量标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致放射性可能是搅拌不充分所致D.D.3232P P、3535S S标记的噬菌体侵染实验分别说明标记的噬菌体侵染实验分别说明DNADNA是遗是遗传物质、蛋白质不是遗传物质传物质、蛋白质不是遗传物质C例例3 3、科学家从烟草花叶病毒、科学家从烟草花叶病毒(TMV)(TMV)中分离出中分离出a a、b b两个不同品系，两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4 4组实验组实验( (见下表见下表) )中，中，不可能出现的结果是（不可能出现的结果是（ ）a a型型TMVTMV感染植物感染植物 b b型型TMVTMV感染植物感染植物 组合病毒组合病毒(a(a型型TMVTMV的蛋白质的蛋白质+b+b型型TMVTMV的的RNA) RNA) 感染植物感染植物 组合病毒组合病毒(b(b型型TMVTMV的蛋白质的蛋白质+a+a型型TMVTMV的的RNA) RNA) 感染植物感染植物 a a型型 b b型型 实验实验编号编号实验结果实验结果 实验过程实验过程 病斑病斑类型类型 病斑中分离出病斑中分离出的病毒类型的病毒类型 a a型型 a a型型 b