3.1DNA是主要的遗传物质（课件）-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

3.1DNA 是主要的遗传物质 遗 传 物 质 的 探 索 孟德尔通过豌 豆实验证明生 物的性状由遗 传因子控 制 科学家发现：染 色体主要组成成 分蛋白质和DNA。 摩尔根通过果蝇 实验证明基因位 于染色体上 染色体在遗 传上的连续 性和稳定性 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。在这两种给物 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。 · 你认为遗传物质可能具有什么特点? ◆能够储存大量遗传信息； ◆能够准确复制自己，传给下一代； ◆可以控制生物的性状； ◆ 结构比较稳定。 蛋白质 ·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 染色体 氨基酸的多种多样的排列顺序 可能蕴含着遗传信息 对遗传物质的早期推测 磷酸 脱氧核糖 — —蛋白质是遗传物质 20世纪30年代后 -DNA 才是遗传物质 20世纪20年代 含氮碱基 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 DNA是遗传物质的证据 赫尔希 蔡斯 格里菲思 艾弗里 肺炎链球菌能引起人的肺炎和 呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大 的杀伤力，使小鼠患肺炎，并发败 血症死亡。 无荚膜 (无致病性) R型 菌落粗糙 Rough 肺炎链球菌的转化实验 Smooth (有致病性) S型 菌落光滑 肺炎链球菌 有荚膜 (主要为多糖) 肺炎链球菌的转化实验——体内转化实验 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验 S型 活细菌 小鼠死亡 (第二组) R 型活细菌+加热 杀死的S型细菌 小鼠不死亡 (第一 组) 小鼠不死亡 (第三组) 加热杀死的 S型细菌 小鼠死亡 (第四组) R型 活细菌 S型 活细菌 S型 活细菌 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” 加热杀死S型菌 R 型活菌 转化→ S型活菌 格里菲斯———肺炎链球菌体内转化实验 格里菲斯推断： 在杀死的S型细菌中含有哪些物质? 加热杀死的S型细菌 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA · 你会如何设计实验进一步探究? 实 验 思 路 ：设法把S 型细菌的各种物质分开，单独、直接地观察它们的作用。 肺炎链球菌的转化实验——体外转化实验 加入蛋白酶(或RNA 酶、酯酶) R型细菌 S型细菌 R型细菌 S型细菌的 细胞提取物 S型细菌的 细胞提取物 含有R 型细 菌的培养基 含有R型细 菌的培养基 第 二 至 第 四 组 十 混合 十 混合 S型细菌 肺炎链球菌的转化实验——体外转化实验 加DNA酶 a.加DNA 酶的作用是什么? 去除S型细菌的细胞提取 物中的DNA b.加DNA 酶后只长R 型菌说明 什么问题? 说明细胞提取物中的转化 因子很可能就是DNA。 含有R型细 菌的培养基 R型细菌 S型细菌的 细胞提取物 十 混合 第 五组 艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理 化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似， 于是得出结论： DNA 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 肺炎链球菌的转化实验——体外转化实验 艾弗里证明DNA 是遗传物质的实验 关闭 00:00 02:05 >转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA 片段整合到R型细菌 的DNA 中，使受体细胞获得了新的遗传信息。 S型细菌 英膜 入 整合 形 转化成 细菌表面 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 细菌 细菌 型 型 S R R 型 因 吸 在 基 附 X S型细菌 被破坏的 成的X基因 控制英膜 R型细菌 X基因进 杀死 加热 科学方法 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 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。 (eg. 比较过氧化氢在不同条件下的分解实验) H₂O₂溶 液 ①常温放置 ②90℃加热 ③加2滴 FeCl3溶液 ④加2滴 H₂O2酶 应用场景：对照实验 减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。 (eg. 艾弗里的肺炎链球菌转化实验) S 型细胞提取物 去掉蛋白质 (含DNA、RNA、 蛋白质等) 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 科学方法 去掉RNA 去掉DNA 例1.某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验 ①S型菌的DNA+DNA 酶→加入R型菌→注射入小鼠 ②R型菌的DNA+DNA 酶→加入S型菌→注射入小鼠 ③R 型菌+DNA 酶→高温加热后冷却→加入S型菌→注射入小鼠 ④S型菌+DNA 酶→高温加热后冷却→加入R型菌→注射入小鼠 以上4个实验中小鼠存活的情况依次是 ( D ) A .存活、存活、存活、死亡 B. 存活、死亡、死亡、存活 C. 死亡、死亡、存活、存活 D. 存活、死亡、死亡、死亡 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? 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。 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 技术，完成了另一个有说 服力的实验。 头部 DNA 蛋白质 尾部 Long tail fibres T2 噬菌体是一种专门寄生 在大肠杆菌体内的病毒。 T2 噬菌体侵染细菌实验 2D T2 噬菌体 plate 3D Base 哪一种物质 进入了大肠 杆菌体内? 组成元素 蛋白质： DNA: DNA 和蛋白质 不能直接看到， 怎么办? C 、H 、O 、N 、S C 、H 、O 、N 、P 放射性分别 标记DNA 和蛋白质 相关信息 选择什么元 素进行放射 性标记? 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。 35S 标记蛋白质 32P标记DNA T2 噬菌体侵染细菌实验 实验方法：放射性同位素标记 1.如何单独获得只有35S或32P标记的T₂噬菌体? 2.如何将噬菌体中的蛋白质标记上35S和DNA标记上32P? 可不可以直接将 T2噬菌体放在培养基中培养? 不可以，因为T2噬菌体营寄生生活，无法独立生存。 故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。 T2 噬菌体侵染细菌实验 35S标记的 噬菌体 32P标记的 噬菌体 大肠杆菌+含35S的培养基→含35S的大肠杆菌 大肠杆菌+含32P 的培养基→含32P的大肠杆菌 第二步：标记T2 噬菌体 噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的噬菌体 噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32 P的噬菌体 第三步：已 标 记噬菌体侵染未标记的大肠杆菌 第一步：标记大肠杆菌 实验过程： 35S标记的噬菌体侵染细菌 上清液放射性很高 沉淀物放射性很低 35S标记的 噬菌体 实验结果 上清液放射性很高，沉淀物放射性很低 原因分析 蛋白质外壳没有进入大肠杆菌 用35S标记的噬菌体经短时间保温后 离心检测上清液和 与大肠杆菌混合 用搅拌器搅拌 沉淀物中的放射性物质 离心：使亲子代噬菌 体分离获得含有子代 噬菌体的大肠杆菌 搅拌：使吸附在 细菌上的噬菌体 颗粒与细菌分离 32P标记的噬菌体侵染细菌 32P标记的 噬菌体 上清液放射性很低 沉淀物放射性很高 明党 上清液放射性很低 ，沉淀物放射性很高 T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌 用32P标记的噬菌体经短时间保温后 离心检测上清液和 与大肠杆菌混合 用搅拌器搅拌 沉淀物中的放射性物质 实验结果 原因分析 第一组 实验 35S标记 蛋白质 放射性同位素主要 分布在上清液中。 第二组 实验 32P标记 DNA 放射性同位素主要 分布在沉淀物中。 小组讨论：下列实验结果能否直接证明DNA 是遗传物质?为什么? 正的遗传物质。 吸附 噬菌体借尾丝吸 附在细菌表面 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 合成 利用细菌的化学成 分、酶系统和核糖 体合成出噬菌体的 DNA、 蛋白质 组装 新合成的DNA、 蛋白质组装成 很多噬菌体 释放 细菌解体，释 放出噬菌体 注入 把DNA 注入 到细菌细胞 误差分析 35S标记的实验 32P标记的实验 标记部位 蛋白质 DNA 放射性情况 上清液 很高 很低 沉淀物 很低 很高 有无放射性原因 蛋白质未进入细菌中 DNA进入细菌中 ● 35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性? ● 32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性? 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。 ①35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性? 理论上 实际上 上清液 沉淀物 其中一个 大肠杆菌 搅拌不充分 ②32P标记的一组，为什么 上清液中出现了放射性? 理论上 上清液 沉淀物 部分噬菌体 未侵染 大肠杆菌 部分噬菌体 释放出来 实际上 实际上 释放 艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验 处理方式 直接分离 同位素标记法 对照原则 S型细菌的分离物质分别与 R型细菌混合培养相互对照 分别标记噬菌体DNA和蛋白质 的两组实验相互对照 实验结论 DNA是遗传物质 DNA是遗传物质 设计思路 设法将DNA与其他物质分开， 单独地直接研究各自不同的遗传功能 两个经典实验的比较 不能得到病毒 RNA 分别侵染健康烟草植株 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? 不患病 蛋白质 RNA 患病 得到病毒 遗传物质的现代发现 结 论 ：RNA 是烟草花叶病毒的遗传物质 蛋白质 遗传物质的现代发现 RNA可作为 某些病毒的 遗传物质 艾滋病病毒(HIV) 埃博拉病毒 SARS病毒 流感病毒 COVID--19 ②极少数生物没有DNA, 只 有RNA一种核酸，则RNA是遗传物质， 如烟草花叶病毒、艾滋病病毒HIV、大多数流感病毒等 就整个生物界来说，绝大多数生物是以DNA 作为遗传物质的， 所以DNA 是主要的遗传物质；但对某些生物体来说，遗传物质 只能是DNA或RNA。 凡是有DNA的生物 凡是细胞结构的生物 DNA是主要的遗传物质 ①绝大多数生物以DNA为遗传物质 生物类型 核酸种类 遗传物质 实例 有细胞 结构的 生物 真核生物 D N A 和 RNA DNA 玉米、人 原核生物 乳酸菌、蓝藻 无细胞 结构的 生物 DNA病毒 DNA DNA 噬菌体 RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒 > 生物的核酸和遗传物质 $$