DNA是主要的遗传物质-高一-生物学-课件

第三章第1节

DNA是主要的遗传物质本节课聚集：1.科学家如何证明DNA是遗传物质？2.为什么说DNA是主要的遗传物质？海林市雪乡中学蒋曌泽DNA染色体染色质蛋白质染色体、蛋白质和DNA示意图

20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。讨论1、你认为遗传物质可能具有什么特点？

①能贮存大量的③具有一定的，但在特殊情况下又能发生突变②可以，并能传递给后代遗传信息复制稳定性一、对遗传物质的早期推测1.20世纪20年代遗传物质：理由：①蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。②氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含有遗传信息。蛋白质2.20世纪30年代认识到：理由：DNA①由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。②脱氧核苷酸有四种，化学组成有磷酸、碱基和脱氧核糖。遗憾：对DNA分子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；一、对遗传物质的早期推测向蛋白质是遗传物质的观点提出挑战的学者是谁呢？艾弗里赫尔希格里菲思我们表示怀疑！遗传物质是DNA还是蛋白质呢？实验设计思路是？把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地观察它们的作用二、DNA是遗传物质探究历程肺炎链球菌的转化实验T2噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希、蔡斯）体内转化实验（格里菲思）体外转化实验（艾弗里）二、DNA是遗传物质探究历程1、肺炎链球菌的转化实验（1）肺炎链球菌二、DNA是遗传物质探究历程1、肺炎链球菌的转化实验类型R型肺炎链球菌S型肺炎链球菌菌体无荚膜有荚膜菌落粗糙光滑毒性不致病可致病，使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡（1）肺炎链球菌荚膜的化学本质是多糖二、DNA是遗传物质探究历程1、肺炎链球菌的转化实验（2）格里菲思肺炎链球菌的体内转化实验（1928年）小鼠、两种肺炎链球菌（R型、S型）

实验材料实验过程二、DNA是遗传物质探究历程1、肺炎链球菌的转化实验（2）格里菲思肺炎链球菌的体内转化实验（1928年）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实验初步说明：加热杀死的S型细菌中含有“转化因子”，转化因子能将活的R型细菌转化成S型细菌。3)为什么无毒性的R型活细菌可以转化成有毒性的S型活细菌呢？

无毒性的R型活细菌在与被杀死的S型细菌混合后，转化成了有毒性的S型活细菌。被杀死的S型细菌中必然存在促进转化的活性物质——转化因子。2)第④组实验鼠为什么会死？

实验结果分析：1)这种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知识扩充：加热致死原理：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，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度降至55℃时，DNA双链又可以重新恢复，但是蛋白质活性不能恢复了。由此可以判断：已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子”

。R型菌S型菌

转化因子S型菌

后代“谁在转化实验中起作用”，“转化因子究竟是什么物质”？注意：该实验不能证明DNA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？但究竟哪一个才是转化因子呢？关键思路：把S型细菌的蛋白质、其他物质和DNA分开，单独、直接地观察它们的作用。二、DNA是遗传物质探究历程1、肺炎链球菌的转化实验

但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子.自变量控制中的“加法原则”和“减法原则”应用场景：对照实验加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。（例如：在比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液或滴加肝脏研磨液的处理。）减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。

（例如：在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组特异性地去除一种物质）

科学方法二、DNA是遗传物质探究历程1、肺炎链球菌的转化实验艾弗里的肺炎链球菌（体外）转化实验实验材料培养基R型活细菌、S型细菌的细胞提取物、蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶

首先，艾弗里和他的同事将加热致死的S型细菌破碎；设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。实验过程有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+S型细菌R型细菌有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+S型细菌R型细菌混合混合有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+混合只长R型细菌DNA酶蛋白酶实验表明：细胞提取物中有转化因子，转化因子很可能是DNA实验过程（或RNA酶、酯酶）第一组第二，三，四组第五组然后艾弗里等人进一步分析细胞提取物的理化性质，发现这些特性与DNA的极为相似。实验现象结合理化性质分析得出结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质

体内转化实验体外转化实验实验者培养细菌巧妙构思实验结论两实验的联系（4）比较体内转化实验和体外转化实验格里菲思艾弗里及其同事在小鼠体内体外培养基将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化观察利用酶解法去除某物质后，细胞提取物是否还具有转化效应S型细菌体内有“转化因子”S型细菌的DNA是遗传物质或“转化因子”是DNA(1)所用材料相同(2)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(3)两实验都遵循对照原则、单一变量原则对照组蛋白酶S型菌的细胞提取物RNA酶酯酶DNA酶分别与R型活菌混合培养R+SR+SR+SR+SRR艾弗里实验过程归纳每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了自变量控制中的“减法原理”1.格里菲思用肺炎链球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，关于实验的结论错误的是（）A、说明了肺炎链球菌的遗传物质是DNAB、说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌C、说明了R型或细菌不具有致病性，S型活细菌具有致病性D、说明了加热致死的S型细菌不具有致病性A①在体内转化实验中，使小鼠致死的是S型细菌，不是S型细菌的DNA。②在体内转化实验中，只有少数的R型细菌转化为S型细菌，并非全部的R型细菌都发生转化。③艾弗里的实验证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质，而格里菲思的实验没有证明DNA是遗传物质。

（5）有关肺炎链球菌转化实验的3点提醒S型细菌荚膜控制荚膜形成的X基因加热杀死被破坏的S型细菌X基因吸附在R型细菌表面X基因进入R型细菌重组R型细菌转化成S型细菌注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌R型细菌转化为S型细菌的本质：基因重组

艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中无法真正提取出的纯DNA来进一步验证遗传物质就是DNA，因此，仍有人对实验结论表示怀疑

那么，有没有比细菌更为简单的实验材料，还能够把蛋白质和DNA彻底分开？二、DNA是遗传物质探究历程实验中最关键的设计思路二、DNA是遗传物质探究历程2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）实验材料实验方法①是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒②头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。T2噬菌体（DNA病毒）放射性同位素标记法C、H、O、N、PC、H、O、N、S（标记32P）（标记35S）元素元素思考：分别选择何种元素标记噬菌体的蛋白质和DNA？二、DNA是遗传物质探究历程2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）

思路：把蛋白质和DNA区分开，直接地、单独地观察DNA和蛋白质的作用思考：如何单独获得只有35S或32P标记的噬菌体？35S标记的噬菌体32P标记的噬菌体2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）标记噬菌体方法：

在分别含有放射性同位素32P和35S的培养基中培养细菌

分别用上述细菌培养T2噬菌体，制备含32P的噬菌体和含35S的噬菌体①先培养细菌②再培养噬菌体直接用含有放射性同位素的培养基来培养噬菌体。×2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）制备含有放射性标记噬菌体过程示意图离心含35S培养基含35S细菌噬菌体侵染含35S细菌含35S噬菌体含32P培养基含32P细菌噬菌体侵染含32P细菌含32P噬菌体2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）T2噬菌体侵染细菌的过程T2噬菌体侵染细菌的过程吸附组装释放注意：T2噬菌体只提供遗传物质(DNA)作为模板，脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大肠杆菌提供。注入合成2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）在新形成的噬菌体中没有检测到35S细菌裂解沉淀物的放射性很低上清液的放射性很高检测搅拌后离心35S标记的噬菌体与细菌混合35S标记的噬菌体用标记的噬菌体侵染未标记的细菌混合：搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。离心:2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）实验过程在新形成的部分噬菌体中检测到32P细菌裂解沉淀物的放射性很高上清液的放射性很低检测搅拌后离心32P标记的噬菌体与细菌混合32P标记的噬菌体

结论：噬菌体侵染细菌时，DNA进入宿主细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外，DNA才是噬菌体的遗传物质。2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）实验过程【问题1】实验过程中搅拌的目的是什么？离心的目的是什么？【问题2】离心后上清液与沉淀物各有什么成分？①上清液：噬菌体的蛋白质外壳;②沉淀物：大肠杆菌①搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离;②离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管中的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。被32P标记的噬菌体与细菌混合2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）亲代噬菌体上清液(主要是噬菌体外壳)沉淀物(主要是被侵染的大肠杆菌)细菌裂解释放出的子代噬菌体有无放射性35S-蛋白质32P-DNA放射性高放射性低没有检测到35S放射性低放射性高检测到32P2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）实验结果实验结论：DNA是噬菌体的遗传物质。1.用35S噬菌体侵染细菌，沉淀物放射性偏高的原因：2.用32P噬菌体侵染细菌，上清液放射性偏高的原因：①保温时间过短，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。②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液。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。噬菌体侵染细菌实验误差分析下列关于噬菌体侵染细菌实验的相关叙述中，不正确的是(

)A．用35S标记的噬菌体进行实验时，若沉淀物的放射性较大，可能是搅拌不充分所致B．用32P标记的噬菌体进行实验时，若上清液的放射性较大，可能是保温时间过长所致C．噬菌体侵染细菌实验之所以更有说服力，是因为其蛋白质和DNA完全分开D．为获得含35S和32P的噬菌体，可分别用含35S和32P的培养基培养未标记的噬菌体D

艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？

①个体小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，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。②繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。思考与讨论肺炎双球菌体内转化实验肺炎链球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验实验者思路分离方式结论以及各实验的关系设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。酶解法同位素标记法更有力地说明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质格里菲思艾弗里赫尔希和蔡斯加热杀死的S型菌体内有“转化因子”,是体外转化实验的基础。三个经典实验对比三、DNA是主要遗传物质探究历程肺炎链球菌的转化实验T2噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希、蔡斯）体内转化实验（格里菲思）体外转化实验（艾弗里）能否说明DNA是自然界所有生物的遗传物质？即DNA是唯一的遗传物质吗？流感病毒SARS病毒烟草花叶病毒下面这些生物的遗传物质是什么？三、DNA是主要遗传物质探究历程

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。三、DNA是主要遗传物质探究历程RNA是遗传物质的实验证据感染烟草感染烟草出现病斑不出现病斑

实验结论：烟草花叶病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA蛋白质RNA分离

烟草花叶病毒（RNA和蛋白质）三、DNA是主要遗传物质探究历程烟草花叶病毒侵染实验少数病毒的遗传物质是RNA①SARS病毒②流感病毒③艾滋病病毒④COVID--19⑤埃博拉病毒生物类型所含核酸遗传物质举例细胞生物酵母菌、玉米、人非细胞生