DNA是主要的遗传物质课件-高一下学期生物人教版必修

第3章

基因的本质第1节

DNA是主要的遗传物质本节聚焦1.科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？2.为什么说DNA是主要的遗传物质？3.通过对科学家揭示DNA是遗传物质过程的分析，你对科学发现的过程和方法有哪些领悟？11866年孟德尔发现遗传定律21891年科学家描述减数分裂全过程31903年萨顿假说：基因和染色体存在平行关系520世纪中叶染色体主要由蛋白质和DNA组成1909年4摩尔根证明：基因在染色体上回顾：科学家的足迹遗传物质是蛋白质还是DNA?氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息20世纪20年代没发现其他大分子有类似的结构特点一、对遗传物质的早期推测人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子20世纪30年代对DNA结构没有清晰认识认为蛋白质是生物体的遗传物质蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位相关经典实验01.肺炎链球菌的转化实验02.噬菌体侵染细菌的实验03.烟草花叶病毒的感染和重建实验实验材料：肺炎链球菌

类型

菌落表面特点

菌体表面特点致病性S型细菌R型细菌二、肺炎链球菌转化实验有致病性能使人患肺炎，使小鼠患肺炎并发败血症无致病性光滑Smooth粗糙Rough注入活的S型细菌注入活的R型细菌注入加热杀死的S型细菌注入加热杀死的S型细菌＋活的R型细菌小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌小鼠不死亡小鼠不死亡1、实验过程二、肺炎链球菌转化实验——格里菲思的体内转化实验2、实验分析：第1、2组对照，说明

R型细菌__________，S型细菌_________。第2、3组说明，加热可以杀死S型细菌，使其_____________。无毒性有毒性失去毒性二、肺炎链球菌转化实验——格里菲思的体内转化实验2、实验分析：第4组小鼠为什么会死亡？_________________________________第4组小鼠体内分离出的S型细菌从何而来？由于体内有活的S型细菌的作用起死回生？改头换面？R型活菌+S型死菌S型活菌转化S型活菌后代这种转化产生的S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，又说明了什么？转化的性状可以遗传（即遗传物质使其发生转化）二、肺炎链球菌转化实验——格里菲思的体内转化实验你能从该实验中学习到哪些实验方法？实验要控制单一变量和设置对照组。二、肺炎链球菌转化实验——格里菲思的体内转化实验3、实验结论：R型活菌+S型死菌S型活菌转化S型活菌后代加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质。

转化因子R型活菌S型活菌转化因子S型活菌后代二、肺炎链球菌转化实验要确定“转化因子”是什么，关键思路是什么？关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。含R型细菌的培养基分别加入R型细菌？S型细菌？观察菌落产生情况加法原理含R型细菌的培养基提取液全部加入R型细菌？S型细菌？观察菌落产生情况分别加入酶除去特定物质减法原理由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。【科学方法】P46加法原理减法原理含义：与常态比较，人为增加某种影响因

素的称为“加法原理”。举例：“比较过氧化氢在不同条件下的

分解”实验组对照组实验组实验组

含义：与常态比较，人为去除某种影响因

素的称为“减法原理”。

举例：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”每个实验组特异性去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。对照组实验组实验组在对照实验中，控制自变量二、肺炎链球菌转化实验——艾弗里的体外转化实验1、实验过程（1）制备S型细菌的细胞提取物S型细菌死亡的S型细菌加热致死S型细菌的细胞提取物破碎，除去绝大部分糖类、蛋白质、脂质等二、肺炎链球菌转化实验——艾弗里的体外转化实验1、实验过程（2）分组实验2、实验分析：①

第一组实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。二、肺炎链球菌转化实验——艾弗里的体外转化实验1、实验过程（2）分组实验2、实验分析：②实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？分别除去S型细菌细胞提取物中的蛋白质、RNA和酯类物质，以明确这些物质是不是转化因子。二、肺炎链球菌转化实验——艾弗里的体外转化实验1、实验过程（2）分组实验2、实验分析：③第一至四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？S型细菌中的转化因子使部分R型细菌发生转化。S型细菌中的蛋白质、RNA、脂质等物质均不是转化因子。二、肺炎链球菌转化实验——艾弗里的体外转化实验1、实验过程（2）分组实验2、实验分析：④第五组，为什么培养皿中只有R型细菌？DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使其丧失转化功能。DNA是转化因子。二、肺炎链球菌转化实验——艾弗里的体外转化实验1、实验过程（2）分组实验2、实验分析：⑤该实验的自变量和因变量是什么？自变量：是否加入酶及酶的种类；

因变量：培养基中是否有活的S菌。

空白对照对照原则、单一变量原则——艾弗里的体外转化实验二、肺炎链球菌转化实验鉴定分析表明：转化因子是DNA3、实验结论：加热杀死的S型细菌中DNA是转化因子。即

DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。（同时证明了蛋白质等不是遗传物质）二、肺炎链球菌转化实验为什么格里菲斯第4组实验中加热杀死的S菌的DNA还具有转化能力？转化的实质是什么？蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的：在80-100℃的温度范围内，蛋白质变性失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。转化的实质是：发生基因重组二、肺炎链球菌转化实验对肺炎链球菌体内转化实验中细菌数量变化曲线的解读在肺炎链球菌体内转化实验中，将加热致死的S型细菌与R型活细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠体内S型活细菌、R型活细菌数量的变化情况如图所示：(1)R型活细菌数量的变化①ab段：②bc段：③cd段：(2)S型活细菌数量的变化小鼠体内还没有形成大量的抗R型活细菌的抗体，故该时间段内R型活细菌数量增多；小鼠体内形成大量的抗R型活细菌的抗体，致使R型活细菌数量减少；c点对应时间点之前，已有少量R型活细菌转化为S型活细菌，S型活细菌能降低小鼠的免疫力，使小鼠对R型活细菌的杀伤力减弱，导致R型活细菌大量繁殖，所以cd段R型活细菌数量增多。少量R型活细菌获得了S型细菌的DNA，并转化为S型活细菌，S型活细菌有多糖类荚膜的保护，能在小鼠体内增殖，且随着小鼠免疫力的降低，小鼠对S型活细菌的杀伤力减弱，S型活细菌增殖加快、数目增加。3．(等级考)下列关于肺炎链球菌转化实验的叙述，正确的是(

)A．在转化实验中R型细菌全部转化为S型细菌B．格里菲思的转化实验直接证明了DNA是遗传物质C．艾弗里的转化实验证明了DNA是主要的遗传物质D．艾弗里的转化实验利用了自变量控制的减法原理答案：D项目格里菲思体内转化实验艾弗里体外转化实验培养细菌

体内培养

体外培养巧妙构思用加热杀死的

和

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组用

特异性地去除S型细菌细胞提取物中的一种物质，然后培养R型活菌，看能否发生转化观察指标实验结论已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种促使R型活菌转化为S型活菌的活性物质——“

”

是S型细菌的遗传物质蛋白质等其他物质不是遗传物质联系①所用材料相同，都是

；②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有

，体外转化实验进一步说明

；③实验设计都遵循

原则小鼠培养基转化因子DNA某种“转化因子”“转化因子”是DNAR型和S型肺炎双球菌对照原则、单一变量S型细菌R型酶解法小鼠是否死亡及体内是否有活的S菌培养基中菌落类型二、肺炎链球菌转化实验时间：1952年科学家：赫尔希和蔡斯三、噬菌体侵染细菌实验1、实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌赫尔希

蔡斯

大肠杆菌尾部头部DNA蛋白质

T2噬菌体要证明T2噬菌体的遗传物质究竟是DNA还是蛋白质，实验中最关键的设计思路是什么？T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，其结构简单，无细胞结构，只有核酸（DNA）和蛋白质外壳。设法将T2噬菌体蛋白质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用。2、实验方法：放射性同位素标记法三、噬菌体侵染细菌实验尾部头部DNA蛋白质

T2噬菌体C、H、O、N、PC、H、O、N、S32P35S(只能检测到细胞是否有放射性，无法检测来自具体来自哪种元素)同时标记一组噬菌体还是分组标记?35S标记的噬菌体32P标记的噬菌体该如何标记噬菌体？用含32P、35S的培养基直接培养标记噬菌体？噬菌体是病毒，只能寄生在活细胞内，不能利用培养基直接培养病毒。所以应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。噬菌体侵染大肠杆菌过程：

吸附-注入-合成-组装-释放三、噬菌体侵染细菌实验吸附注入合成组装释放噬菌体尾部吸附在大肠杆菌表面把遗传物质注入到细菌细胞利用大肠杆菌的脱氧核苷酸合成出噬菌体的DNA、利用大肠杆菌的氨基酸合成蛋白质新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体细菌解体，释放出噬菌体三、噬菌体侵染细菌实验噬菌体增殖过程：三、噬菌体侵染细菌实验Q1.归纳实验步骤Q2.保温目的？

搅拌目的？

离心目的？Q3.离心后的上清液中是什么？

沉淀中是什么？Q4.放射性如何分布？子代噬菌体能否检测到放射性？阅读教材P45，思考讨论：三、噬菌体侵染细菌的实验标记噬菌体标记噬菌体侵染未标记细菌（短时间保温）搅拌离心观察放射性的分布三、噬菌体侵染细菌实验2、实验过程：如何标记噬菌体？（1）获得标记的T2噬菌体的过程含35S的_________培养含32P的_________+大肠杆菌含32P的培养基培养含35S的培养基+大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌35S标记的___________+培养培养32P标记的____________T2噬菌体得到得到T2噬菌体T2噬菌体第1步第2步保温目的：搅拌目的：离心目的：让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的较重的大肠杆菌。为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性，使噬菌体完成侵染过程。使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离三、噬菌体侵染细菌实验2、实验过程：（短时间保温）三、噬菌体侵染细菌实验2、实验过程：上清液的放射性很高沉淀物的放射性很低沉淀物的放射性很高上清液的放射性很低说明噬菌体在侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在外面。3、结果分析：三、噬菌体侵染细菌实验2、实验过程：细菌裂解上清液的放射性很高沉淀物的放射性很低沉淀物的放射性很高上清液的放射性很低在新形成的噬菌体中没有检测到35S在新形成的部分噬菌体中检测到32P细菌裂解说明在亲代噬菌体和子代噬菌体之间传递的物质是DNA。3、结果分析：三、噬菌体侵染细菌实验4、实验结论：在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，即DNA是遗传物质。【1953年，赫尔希-蔡斯的实验与DNA双螺旋结构模型同时在冷泉港的学术会议上展示，自此，科学家才普遍接受了DNA是遗传物质。】赫尔希

蔡斯他们因此获得了诺贝尔奖！直接证明：DNA是遗传物质间接证明：①DNA能自我复制（能遗传）

②DNA能指导蛋白质的合成2．(合格考)某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，进行了如下实验：①用32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌；②用未标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌；③用3H标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是(

)A．沉淀物、上清液、沉淀物和上清液B．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液C．沉淀物、上清液、沉淀物D．上清液、上清液、沉淀物和上清液答案：B【误差分析1】用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有少量放射性的原因：三、噬菌体侵染细菌实验搅拌不充分理论上上清液沉淀物其中一个大肠杆菌实际上原因分析：

由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，

随细菌离心到沉淀物中。

【误差分析2】用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含少量放射性的原因:三、噬菌体侵染细菌实验保温时间

长部分噬菌体未侵染大肠杆菌部分细菌裂解，噬菌体释放出来实际上理论上上清液沉淀物释放实际上保温时间

短原因分析：①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。②保温时间过长，部分大肠杆菌裂解，子代噬菌体释放，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。4．(等级考)下列有关噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是(

)A．将噬菌体接种在含有32P的培养基中可获得32P标记的噬菌体B．与被标记的噬菌体混合的细菌也要用放射性同位素标记C．实验一中，培养时间过短会影响上清液中放射性物质的含量D．实验二中，培养时间过长会影响上清液中放射性物质的含量答案：D6．用32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，侵染一段时间后搅拌、离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中放射性32P约占初始标记噬菌体放射性的30%。在实验时间内，被侵染细菌的存活率接近100%。下列相关叙述不正确的是(

)A．离心后大肠杆菌主要分布在沉淀物中B．沉淀物的放射性主要来自噬菌体的DNAC．上清液具有放射性的原因是保温时间过长D．噬菌体遗传特性的传递过程中起作用的是DNA答案：C3．在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述中，正确的是(

)A．氨基酸原料和酶来自细菌B．氨基酸原料和酶来自噬菌体C．氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体D．氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌答案：A烟草花叶病毒的示意图(右上)和电镜照片(左)RNA蛋白质外壳所有生物的遗传物质都是DNA吗？有些病毒不含DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒。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？思路一：成分分离对照

提取RNA蛋白质外壳RNA蛋白质提取分离感染感染患病不患病四、生物的遗传物质——烟草花叶病毒感染实验实验结论：

烟草花叶病毒的遗传物质是RNATMV2RNA2蛋白质2蛋白质1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白质1蛋白质2+RNA1TMV1：思路二：病毒重组法四、生物的遗传物质实验结论：

烟草花叶病毒的遗传物质是RNA——烟草花叶病毒重组实验格里菲斯的体内转化实验艾弗里的体外转化实验“转化因子”是什么加热杀死的S型细菌中含有“转化因子”肺炎链球菌的转化实验T2噬菌体侵染大肠杆菌实验DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质DNA是细胞结构的生物和

DNA病毒的遗传物质更多实验证据RNA是TMV的遗传物质RNA是RNA病毒的遗传物质更多实验证据DNA是主要的遗传物质提示：具体某种或某一类生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。为什么说“DNA是主要的遗传物质”？不同生物的遗传物质生物类型核酸种类遗传物质代表生物有细胞结构的生物无细胞结构的生物真核生物原核生物DNA和RNADNA和RNADNADNA细菌，放线菌，蓝细菌等高