DNA是主要的遗传物质【教材精讲精研】 高一下学期生物人教版（2019）必修2

生物学必修二

遗传与进化第3章基因的本质3.1DNA是主要的遗传物质一.作为遗传物质所必须具备的特点1、在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地自我复制，使得前后代具有一定的连续性；

2、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的过程；

3、具有储存大量遗传信息的潜在能力；

4、结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。思考：遗传物质为什么要具备这些条件？蛋白质满足其中的哪些条件？蛋白质作为遗传物质具有哪些不足？蛋白质：组成蛋白质的氨基酸有21种。由于氨基酸的种类和数量不同，排列顺序不同，可以组成无数种蛋白质，这一点符合上述的第三个特点。蛋白质（特别是酶）能够控制生物体的性状和代谢，这一点符合第二个特点。但是蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的，分子结构也不稳定；它也不能遗传给后代，所以蛋白质不可能是遗传物质。核酸：科学研究已经充分证明，核酸具备上述4个特点，所以核酸才是生物体的遗传物质。核酸又分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。绝大多数生物体的遗传物质是DNA，有些病毒的遗传物质是RNA。二.对遗传物质的早期推测1、20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质：当时人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。当时对于其他生物大分子的研究，还没有发现与此类似的结构特点。2、20世纪30年代，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位：此时人们已认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖。组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是，由于对DNA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。三.肺炎链球菌的转化实验1、格里菲斯：体内转化实验艾弗里：体外转化实验2、肺炎链球菌肺炎链球菌荚膜致病性菌落表面S型有有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡光滑R型无无致病性粗糙三.肺炎链球菌的转化实验3、体内转化实验转化的实质：转化是指游离DNA分子被细菌摄取，并得以表达的基因转移过程，转化的实质是基因重组。加热杀死的S型细菌遗留下了完整细菌DNA的各个片段，其中包括控制荚膜形成的基因，即S基因。这一片段进入R型细菌的基因组中，使之也能合成荚膜，抵抗免疫系统中吞噬细胞的吞噬，转化为有毒的S型细菌。思考：转化因子是什么？你会如何进行进一步的实验来探究？给小鼠注射存活情况小鼠尸体中分离的菌种推测R型活菌不死亡S型活菌死亡S型活细菌S型死菌不死亡R型活菌+加热杀死的S型死菌死亡有S型活细菌，其后代仍为S型细菌加热杀死的S型死菌，含有某种促使R型或细菌转化为S型或细菌的活性物质——转化因子。三.肺炎链球菌的转化实验4、体外转化实验实验结论：转化因子是DNA，DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。实验类型和原理：利用“减法原理”进行对照实验，人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。实验影响：证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质。但是由于S型细菌细胞提取物中的蛋白质不能完全去除（最低仍有0.02%），有部分科学家怀疑艾弗里的实验结论。组别向有R型活菌的培养基中加入实验结果转化活性1S型细菌的细胞提取物（去除了绝大部分糖类、蛋白质和脂质）空白对照R型+S型有2蛋白酶R型+S型有3酯酶R型+S型有4RNA酶R型+S型有5DNA酶R型无四.噬菌体侵染细菌的实验1、实验方法：同位素标记法。将DNA用32P标记，蛋白质用35S标记，通过观察放射性物质的分布情况，分析噬菌体DNA和蛋白质在侵染细菌过程中的作用。思考：能用氮元素标记吗？了解：在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。2、T2噬菌体：一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒3、病毒的分类按照遗传物质分：RNA病毒、DNA病毒按照宿主细胞分：植物病毒、动物病毒、噬菌体四.噬菌体侵染细菌的实验4、T2噬菌体的培养和放射性标记培养：细菌可以直接用培养基培养，病毒必须寄生在活细胞内才能进行代谢和繁殖，因此必须用活的宿主细胞培养。放射性标记：①制备含32P的营养物质的培养基→培养大肠杆菌→得到被32P标记的大肠杆菌→用32P标记的大肠杆菌培养噬菌体→得到被32P标记的T2噬菌体②制备含35S的营养物质的培养基→培养大肠杆菌→得到被35S标记的大肠杆菌→用35S标记的大肠杆菌培养噬菌体→得到被35S标记的T2噬菌体思考：根据T2噬菌体的结构，32P和35S分别标记了T2噬菌体的什么结构？四.噬菌体侵染细菌的实验四.噬菌体侵染细菌的实验四.噬菌体侵染细菌的实验5、实验过程实验过程：用32P和35S标记两种T2噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，经过短时间保温后，搅拌、离心，检查上清液和沉淀的放射性。短时间保温：有利于噬菌体侵染大肠杆菌，但来不及释放搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离离心：使上清液中析出重量较轻的T2噬菌体，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌6、实验现象35S标记时，上清液放射性很高，沉淀物放射性很低，子代噬菌体没有检测到35S32P标记时，上清液放射性很低，沉淀物放射性很高，子代噬菌体检测到32P7、实验结论：噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质。四.噬菌体侵染细菌的实验8、思考35S标记时，为何沉淀中有少量的放射性？32P标记时，为何上清液中有少量的放射性？保温时间的长短、搅拌不彻底对实验结果各有什么影响？9、病毒的复制增殖：吸附→注入→合成→装配→释放五.DNA是主要的遗传物质1、少数病毒的遗传物质是RNA证据：从烟草花叶病毒中提取的蛋白质，不能使烟草感染病毒，但是，从这些病毒中提取的RNA，却能使烟草感染病毒。2、RNA病毒实例：烟草花叶病毒、新冠病毒、HIV、流感病毒3、DNA是主要的遗传物质：因