第五讲遗传物质的探索历程

1、第五讲遗传物质的探索历程2018高考考纲及热点预测人类对遗传物质的探索过程【考纲要求】1、肺炎双球菌的转化实验设计思路及所体现的对照原则2、噬菌体侵染细菌的实验设计思路、结论【热点预测】 探索遗传物质过程中的经典实验仍是重点，主要以实验分析题形式出现。1866年，孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状由 遗传因子控制。1910年，摩尔根通过果蝇实验证明了基因位于染色体上。科学家发现：染色体主要组成成分 蛋白质和DNADNA染色体在遗传上的连续性和稳定性? 蛋白质背景了解：历史的步伐一、遗传物质必须具备的特点1、具有存储巨大数量信息的可能2、在生长和繁殖过程中能精确的自我复制3、能指导蛋白质的合成从

2、而控制生物的性 状和新陈代谢4、分子结构相对相对稳定问题：两种不同的推测如何求证呢？考点一 遗传物质早期认识二、DNA是遗传物质的证据1间接证据(早期推测)A:蛋白质是遗传物质(20世纪20年代)各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的 。氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着 。 蛋白质遗传信息结论： 是遗传物质。蛋白质稳定DNA蛋白质DNADNA连续B:DNA是遗传物质【典例1】探索遗传物质的过程是漫长的，直到20世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括 A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异 B.蛋白质与生物的性状密切相关 C.蛋白质比DNA具有更高的热稳定

3、性，并且 能够自我复制 D.蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存 大量遗传信息C1、实验材料：两种肺炎双球菌 多糖类荚膜R型菌菌落:粗糙 无荚膜，无毒S型菌菌落:光滑(Smooth) 有荚膜有毒，可致死一、肺炎双球菌的转化实验(Rough)考点二 探索遗传物质经典实验（1）将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。（2）将有毒性S型活细菌注射到小鼠体内，患败血症死亡。（3）将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。（4）将无毒性R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合 后注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。？2、实验过程及结果： “转化因子”是什么？3、实验结论： 已经被加热杀死的S型细菌中，

4、必然含有某种促成这一转化的活性物质转化因子 问题思考： 在证明DNA还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？ 必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA加热杀死的S型细菌在杀死的S型细菌中含有哪些物质？寻找转化因子： 但究竟哪一个才是转化因子呢？ 1、 实验过程： 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA DNA+DNA酶 分别与R型活细菌混合培养 R R R R R S R S型活细菌 R S 多数少数DNA艾弗里的体外转化实验 1944年2、实验结果： 只有加入DNA才转化；DNA越纯，转化越

5、有效；用DNA酶处理DNA，不再转化。转化因子是DNA。DNA才是遗传物质。而蛋白质等其他物质不是遗传物质。（纠正了一个生物界的错误的普遍共识）3、实验结论: 1、艾弗里的体外转化实验有何妙处？思考： 2、这个实验结论足以让所有科学家信服吗？把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地观察DNA的作用；设计对照实验，用DNA酶处理，观察DNA的作用。肺炎双球菌转化实验的评价1、遵循了严格的对照原则和单一变量原则2、科学的思路：发现问题提出假设设计实验验证得出结论体内转化实验体外转化实验探究实验的基本步骤格里菲思，体内转化实验艾弗里，体外转化实验 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

6、出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。有没有比细菌更为简单的实验材料？ 1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验.二、噬菌体侵染细菌（大肠杆菌）实验考点二 探索遗传物质经典实验1、实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌T2噬菌体中60%是蛋白质,40%是DNA.T2 噬菌体的特点 是一种专门寄生在大肠杆菌体内的DNA病毒 头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。 噬菌体大肠杆菌噬菌体侵染细菌的动态过程：侵入别

7、的细菌合成组装释放吸附侵入合成组装释放吸附动画 首先，噬菌体的尾端吸附在细菌的表面侵入 然后， 噬菌体通过尾轴把DNA全部注进细菌体内，而蛋白质外壳则留在细菌体外，不起作用。 噬菌体的 DNA 在细菌体内，使细胞本身的 DNA 解体，同时利用细菌的化学成分合成噬菌体自身的 DNA和蛋白质， 这些新合成的 DNA 和蛋白质外壳组装出很多个与亲代一模一样的子代噬菌体。 最后，这些噬菌体由于细菌的解体而被释放出来，再去侵染其他的细菌。 T2噬菌体模式图选择噬菌体优点：结构简单。侵入细菌后，蛋白质外壳与DNA分离，在自身遗传物质的作用下，以细菌内的物质为原料进行增殖的病毒。DNA（主要元素是C、H、O

8、、N、P）蛋白质（主要元素是C、H、O、N、S）思考：为什么要用35S和32P标记？ 用14C和18O等标记行吗？2、实验设计思路： 用同位素标记亲代噬菌体的蛋白质和DNA，分别去感染无任何标记的宿主，观察子代噬菌体的放射性，分析哪种物质能在亲子代之间遗传。3、实验过程：（1）标记宿主细菌：分别用35S和32P培养基培养大肠杆菌，获得分别含有35S和32P的大肠杆菌。（2）标记噬菌体：分别用35S和32P的大肠杆菌培养噬菌体，获得分别含有35S和32P的亲代噬菌体。细菌+含35S的培养基细菌+含32P的培养基含35S的细菌含32P的细菌（3）侵染细菌：用含35S的噬菌体大肠杆菌混合培养用含32

9、P的噬菌体大肠杆菌混合培养（4）搅拌、离心噬菌体+含35S的细菌噬菌体+含32P的细菌含35S的噬菌体含32P的噬菌体上清液放射性低用含32P的噬菌体大肠杆菌混合培养沉淀物放射性高用含35S的噬菌体大肠杆菌混合培养上清液放射性高沉淀物放射性低沉淀物（大肠杆菌）中含有大量的子代噬菌体个体。（5）实验结论：DNA才是遗传物质分离不完全(噬菌体蛋白质外壳)释放出来的、未侵染的噬菌体1、为什么35S标记组，沉淀物也有放射性？32P标记组上清液也存在放射性？讨论：2、赫尔希和蔡斯实验能说明蛋白质是遗传物质吗？实验步骤标记细菌标记噬菌体噬菌体侵染细菌（短时间保温）搅拌离心观察放射性的分布“短时间”：保证子

10、代噬菌体的DNA和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成阶段，子代噬菌体还没有组装好，或虽已经组装但并未使细菌发生裂解 “保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。 搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。 内部DNA不存在了的噬菌体外壳【典例2】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题： 上清液和沉淀物中的成分分别是 和 ，原因是：。 进入细菌体内的是噬菌体的 ,依据是： 。 该实验能否证明DNA是遗传物质？能否证明蛋白质不是物质？噬菌体外壳细菌两者密度不同DNA放射性32P只存在于沉淀物中只能证

11、明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质外壳未进入细菌。C【典例3】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题： T2噬菌体复制所需原料来自 ，子代T2噬菌体蛋白质外壳合成场所是 。大肠杆菌大肠杆菌的核糖体【典例4】 噬菌体侵染细菌实验不能证明（）DNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性、稳定性DNA分子结构的相对稳定性DNA能指导蛋白质的合成DNA能产生可遗传变异DNA是遗传物质DNA是主要的遗传物质A B C D返回DNA是遗传物质1928年 格里菲思 体内转化实验1944年 艾弗里体外转化实验1952年 赫尔希、蔡斯噬菌体侵染细菌实验经典实验DNA是唯一的遗传物质吗？流感病毒

12、SARS病毒烟草花叶病毒下面这些生物的遗传物质是什么？敢于质疑 如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？背景知识：烟草花叶病毒TMV是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。知识拓展烟草花叶病毒不含DNA，只有RNA和蛋白质，其遗传物质是什么？烟草花叶病毒的遗传物质是RNA思路:烟草花叶病毒的RNA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仅RNA能使烟草产生原样病斑仅蛋白质能使烟草产生原样病斑RNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑若出现结果则仅RNA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RNA和蛋白质都是遗传

13、物质预测结果：（现象）提出问题：作出假设：设计实验：探究烟草花叶病毒的遗传物质？得出结论：实验探究蛋白质RNA分离感染烟草感染烟草实验结果出现病斑不出现病斑实验结果结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质分离分离重组重组感染新的病毒产生哪种病毒？ RNA病毒的遗传物质是RNA烟草花叶病毒重建实验细胞结构生物原核生物真核生物遗传物质是DNA非细胞结构生物遗传物质是RNA只含DNA的病毒：只含RNA的病毒：生物总结4、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。但肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质。3、在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、S

14、ARS、流感、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。2、凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物质是DNA1、一切生物的遗传物质是核酸DNA是生物界的主要遗传物质 格里菲斯、艾佛里、赫尔希和蔡斯等探索、假设、证明，所以：4、噬菌体侵染细菌的实验中，在细菌内合成子代噬菌体蛋白质外壳DNA可以指导蛋白质的合成。 1、肺炎双球菌转化实验中，对S菌加热处理，DNA仍具有生物活性DNA分子结构具有相对稳定性。2、肺炎双球菌转化实验中，R型细菌可以转化生成S型细菌DNA可以发生可遗传的变异。3、噬菌体侵染细菌的实验中，DNA在亲代与子代噬菌体中具有连续性DNA可以发生复制，由亲代传递给子代。能产

15、生可遗传变异具有相对稳定的结构能自我复制,使亲子代具有一定的连续性能指导蛋白质合成，控制生物的性状能贮存大量的遗传信息作为遗传物质所必须具备的特点:S型细菌体内的DNA热稳定性较高，把DNA溶液加热至沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链又可部分地得以重聚，恢复其双螺旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致DNA变性。当与R型细菌混合培养时，S型细菌DNA进入R型细菌体内，这叫DNA的转化。1.肺炎双球菌的转化实验教材拓展延伸2噬菌体侵染细菌的实验(1)用放射性元素无法直接标记无自主代谢能力的噬菌体，只有用相关元素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，才能使其增殖，子代被

16、标记。(2)噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：吸附注入合成装配释放。(3)从组成化合物的元素可知，S只存在于某些蛋白质中，P主要分布于DNA(核酸)中，故可用其同位素标记两种成分。教材拓展延伸(4)虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法不同(前者为直接分离培养法，后者为放射性同位素示踪法)，但思路基本一致且都遵循了对照原则。(5)两个实验的结论都是DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。2噬菌体侵染细菌的实验教材拓展延伸3、实验过程中排除干扰因素的常用方法将各种物质分开来分别实验。用同位素进行示踪(如在噬菌体侵染细菌的实验中用32P和35S分别标记DNA和蛋白质)。利用酶的专一性除去某些干扰物质(如在肺炎双球菌的转化实验中选用DNA酶降解DNA作对照实验)。教材拓展延伸选择题 1、关于病毒的遗传物质的叙述正确的是A. 核糖核酸B. 脱氧核糖核酸或核糖核酸C. 脱氧核糖核酸D. 脱氧核糖核酸和核糖核酸B 2.生物的遗传物质是：( ) A.DNA B.RNA C.核酸 D. 蛋白质C3注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（ ） AR型肺炎双球菌 B加热杀死后的R型肺炎双球菌 C加热杀死后的S型肺炎双球菌 D加热杀死后的S型肺炎双球菌与R型细菌混合D4、用噬菌体去侵染内含有32P的细菌，在细菌解体后，含32P的