DNA是主要的遗传物质 高一下学期生物人教版必修2

孟德尔1866年提出“遗传因子”，并总结遗传规律约翰逊1909年把“遗传因子”命名为基因萨顿1903年提出基因在染色体上的假说摩尔根1909年实验证明基因位于染色体上弗莱明等1879年德国生物学家弗莱明经过实验发现染色体。主要组成成分是DNA和蛋白质DNA?蛋白质魏斯曼等1890年减数分裂的研究：为找到基因提供了最正确的线索人教版必修二《遗传与进化》第三章基因的本质第一节DNA

是主要的

遗传物质

噬菌体大肠杆菌S型细菌R型细菌烟草花叶学习目标生命观念理解DNA是主要的遗传物质，认识生命的共性及差异。科学思维感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。科学探究分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论。社会责任认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。

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？2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？问题探讨提示：遗传物质应能够储存大量的遗传信息；可以准确地复制，并传递给下一代；结构比较稳定等。提示：将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。染色体染色质DNA蛋白质染色体、蛋白质和DNA示意图问题探讨氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。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。本可以意识到DNA的重要性20世纪20代20世纪30年代没发现其他大分子有类似的结构特点。蛋白质是生物体的遗传物质对DNA结构没有清晰认识。

蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位

对遗传物质的早期推测首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的科学家有哪些？AlfredHersheyMathaChase蔡斯OswaldTheodoreAveryFrederickGriffith格里菲思艾弗里赫尔希他们做了什么实验？对遗传物质的早期推测1.格里菲思——肺炎链球菌的体内转化实验2.艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验（1）科学家：格里菲斯【英】（2）实验材料：肺炎链球菌、小鼠项目S型细菌R型细菌菌落菌体有无毒性表面光滑

表面粗糙

可致病，使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡无多糖类的荚膜【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验1.1格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验不死亡死亡不死亡死亡注射R型活细菌注射S型活细菌注射加热致死的S型细菌将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射说明加热致死的S型细菌无毒说明S型细菌有毒说明R型细菌无毒说明R型细菌转化成了S型细菌【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验（3）实验过程和现象组别实验过程实验结果1R型活细菌小鼠不死亡2S型活细菌小鼠死亡3S型死菌小鼠不死亡4R型活细菌+S型死菌小鼠死亡思考(1)格里菲思实验自变量是什么?因变量是什么？自变量：给小鼠注射的细菌种类及是否有活性；因变量：小鼠是否能存活及体内是否有活的S菌。(2)该实验遵循了什么原则？对照原则、单一变量原则（3）1.2组实验对照，说明了什么？R型细菌无致病性，无毒。S型细菌有致病性，能使小鼠死亡。（4）2.3组的实验，说明了什么？加热杀死的S型细菌无致病性。【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验组别实验过程实验结果1R型活细菌小鼠不死亡2S型活细菌小鼠死亡3S型死菌小鼠不死亡4R型活细菌+S型死菌小鼠死亡(5)第4组中的小鼠为什么死亡了？由于体内有活的S型细菌的作用(6)第4组活的S型细菌如何出现？活的R型细菌转变成了活的S型细菌。(7)什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。活R死S活S活性物质【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验格里菲思推论：已经加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化成为S型活细菌的活性物质------转化因子格里菲思肺炎链球菌体内转化实验【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验那么转化因子到底是什么？你认为找出转化因子的关键思路是什么？多糖脂类蛋白质RNADNA加热杀死的S型细菌注意：格里菲斯的体内转化实验

证明DNA是遗传物质将DNA与蛋白质等其他物质分开，单独、直接地观察它们的作用。不能多糖

脂类

蛋白质

RNA

DNA加热杀死的S型细菌实验思路：把S型细菌的各种物质分开，单独、直接地观察它们的作用。“酶解法”，将物质一个个排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子去除【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验1.2艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验

实验过程：破碎加热杀死的S型细菌，设法去除绝大部分的糖类、蛋白质和脂质，获得S型细菌的细胞提取液细胞提取液中含有转化因子，而转化因子很可能是DNA。

实验结论：【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质结

论注意：1.艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质。2.被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数。【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验1.2艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。①常温放置H2O2溶液②90℃加热③加2滴FeCl3溶液④加2滴H2O2酶【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验体内转化与体外转化实验的关系1.区别项目体内转化实验体外转化实验科学家格里菲思艾弗里及其同事细菌培养小鼠体内体外培养基实验构思用加热致死的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在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化观察指标_____________________________实验结论_________________________________________________小鼠是否死亡培养基中菌落类型已经加热致死的S型细菌体内有转化因子转化因子是DNA2.联系①体内转化实验是体外转化实验的

，体外转化实验则是前者的延伸。②实验设计都遵循

和

原则。基础对照原则单一变量S型菌荚膜控制荚膜形成的X基因加热杀死被破坏的S型菌X基因吸附在R型菌表面X基因进入R型菌重组R型菌转化成S型菌

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。R型细菌转化为S型细菌的本质：基因重组拓展延伸艾弗里等人不仅揭开“格里菲思之谜”，并且在世界上第一次用实验结果确切地证明遗传基因就在DNA上，具有划时代的意义。艾弗里的实验不被人接受主要有以下几方面的原因：1受技术手段限制，提取的DNA纯度不高。2当时科学界深信蛋白质是遗传物质。而艾弗里的实验中含有微量的蛋白质，因此，很多科学家不接受艾弗里的实验结论。“有的人获得诺贝尔奖，是为自己增辉，有的人获奖却是为诺贝尔奖增辉。艾弗里没有获得诺贝尔奖，是诺贝尔奖的遗憾，不是艾弗里的遗憾。”艾弗里拓展延伸有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢?

1952年，美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验。

阿尔弗雷德·赫尔希（AlfredHershey）和助手玛莎·蔡斯（女）（MarthaChase）的这项研究分享1969年诺贝尔生理学或医学奖。赫尔希和蔡斯【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验01/科学家02/实验材料T2噬菌体T2噬菌体的模式图DNA蛋白质头部尾部生活方式1专门寄生于_________内的病毒。

大肠杆菌噬菌体的成分2蛋白质外壳DNAC、H、O、N、SC、H、O、N、P【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验高一A12班黄铎朱栋洋叶陈炜高一A8班熊晓楠龚莉柯蒙高一A5班成玉欣阮世淼谢小缘高一B1班叶晨康宇航陶良超【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验03/噬菌体的繁殖过程视频/噬菌体侵染大肠杆菌实验吸附1蛋白质外壳留在外面DNA进入细菌细胞中注入2合成3组装4释放5【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验增殖需要的条件内容模板________的DNA合成噬菌体DNA原料__________提供的4种脱氧核苷酸合成T2噬菌体蛋白质原料_________________场所T2噬菌体大肠杆菌大肠杆菌的氨基酸【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验03/噬菌体的繁殖过程大肠杆菌的核糖体04/实验思路将______与蛋白质等分开，______、______去观察它们各自的作用。DNA

单独地直接地05/实验方法_______________________，用____标记噬菌体蛋白质，____标记噬菌体的DNA。放射性同位素标记法35S

32P

35S标记的噬菌体32P标记的噬菌体蛋白质：主要组成元素C、H、O、N、SDNA:主要组成元素C、H、O、N、P相关信息在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DNA分子中。【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验(1)标记细菌大肠杆菌+含35S的培养基大肠杆菌+含32P的培养基含35S的大肠杆菌含32P的大肠杆菌(2)标记噬菌体噬菌体+含35S的大肠杆菌噬菌体+含32P的大肠杆菌含35S的噬菌体含32P的噬菌体DNA是主要的遗传物质06/实验过程【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验标记T2噬菌体感染感染未标记的T2噬菌体在含35S的培养基中培养过的大肠杆菌在含32P的培养基中培养过的大肠杆菌得到得到蛋白质被35S标记的噬菌体DNA被32P标记的噬菌体在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质用标记的噬菌体侵染未标记的细菌噬菌体被35S标记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离心后搅拌后离心35S标记的噬菌体与细菌混合35S标记的噬菌体(3)35S标记的噬菌体侵染细菌：06/实验过程【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验噬菌体颗粒离心搅拌使吸附在大肠杆菌外的噬菌体与细菌分离让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌大肠杆菌（含子代噬菌体）搅拌和离心的目的上清液：蛋白质外壳

沉淀物：大肠杆菌、子代噬菌体【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质用标记的噬菌体侵染未标记的细菌噬菌体被35S标记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离心后搅拌后离心35S标记的噬菌体与细菌混合35S标记的噬菌体(3)

35S标记的噬菌体侵染细菌：实验表明噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，没有进入到细菌中。06/实验过程【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验(3)

32P标记的噬菌体侵染细菌：在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质用标记的噬菌体侵染未标记的细菌噬菌体被32P标记在新形成的噬菌体中检测到32P细菌裂解沉淀物的放射性很高上清液的放射性很低离心后搅拌后离心32P标记的噬菌体与细菌混合32P标记的噬菌体实验表明噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌中。06/实验过程【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验35S32P大肠杆菌35S大肠杆菌32P高低低高06/实验过程【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验35S标记的实验32P标记的实验标记部位放射性情况上清液沉淀物有无放射性原因蛋白质很高DNA很低蛋白质未进入细菌中DNA进入细菌中很高很低子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。P45、4607/实验分析【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验08/实验结论35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因是什么？09/实验误差分析【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验原因：搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。上清液沉淀物理论上搅拌不充分上清液沉淀物实际上32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因是什么？09/实验误差分析【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验原因：（1）保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；

（2）保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。

上清液沉淀物理论上保温时间短上清液沉淀物实际上保温时间长上清液沉淀物实际上思考：1.本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用32P和35S进行标记？

P是噬菌体DNA特有的元素，S是噬菌体蛋白质特有的元素，用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用。【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验2.能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？提示：不能用14C和3H标记噬菌体，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质。

不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，离心后上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。3.35S标记的实验发现沉淀物中也有放射性，可能是什么原因造成的？提示：搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。4.32P标记的实验发现上清液中也有放射性，可能是什么原因造成的？提示：保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；

保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验肺炎链球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验相同点对照原则实验思路不同点处理方式检测结果的方式实验结论酶解法同位素标记法相互对照设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究各自的作用。证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质肺炎链球菌体外转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较观察菌落的类型检测放射性的位置2.从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？提示：艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。

思考·讨论P461.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？提示：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。繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验3.艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？提示：艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。思考·讨论P46【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验

目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。流感病毒SARS病毒烟草花叶病毒新型冠状病毒思考：

只有DNA是遗传物质吗?下面这些生物的遗传物质是什么？RNA蛋白质

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。左：正常烟叶右：病叶【重点突破三】RNA是遗传物质的实验证据如果让你设计证明RNA也是遗传物质，你会怎么做？结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质蛋白质RNA分别侵染健康烟草植株得到全新病毒不能得到病毒：RNA蛋白质患病不患病【重点突破三】RNA是遗传物质的实验证据细胞生物绝大多数生物的遗传物质是DNA。具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。遗传物质是DNADNA是主要的遗传物质生物含有DNA和RNA病

毒含有DNA或RNA真核生物原核生物DNA病毒RNA病毒遗传物质是RNA常见的DNA病毒：噬菌体、天花病