3.1 核酸是遗传物质 课件-2023-2024学年高一下学期生物浙科版（2019）必修2

科学探索的脚步：解读生命的秘密 1866年，孟德尔提出遗传因子的分离定律和自由组合定律。 （1909年，丹麦约翰逊提出“基因”代替“遗传因子”） 1891年，德国亨金描述了形成精子和卵细胞的减数分裂全过程 1902年，美国萨顿提出了一个假说：染色体是基因的载体。 1910年，美国摩尔根的果蝇实验证实遗传的染色体学说 ——基因在染色体上 那么基因到底是什么物质？DNA和蛋白质在生物性状遗传的过程中各自发挥了什么作用？它们又是如何发挥作用的呢？ 宁波第二中学 生物组 胡海明 2009.4.9 染色体的化学组成 染色体 DNA 蛋白质 RNA（少） 组蛋白 非组蛋白 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。 你认为遗传物质应该具有什么特点？ 1.具有多样性，能够储存大量的遗传信息。 2.具有相对的稳定性，能够稳定存在。 小资料 由于当时对蛋白质结构的分析和了解比较深入，氨基酸的不同排列顺序将产生不同的蛋白质；而对DNA分子结构还没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 第三章 遗传的分子基础 第一节 核酸是遗传物质的证据 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 DNA是遗传物质的直接证据——肺炎链球菌转化实验 实验材料：肺炎链球菌 任务1.阅读课本，列表比较光滑型和粗糙型两种肺炎链球菌菌株 S型菌与R型菌的比较 S型菌 R型菌 菌落 . . 菌体 多糖类的荚膜 无多糖类荚膜 毒性 毒性,是人类肺炎和 小鼠败血症的病原体 无毒 光滑 粗糙 有 有 荚膜本身无害，但有荚膜的可抵挡吞噬细胞的吞噬。有利于在宿主细胞内繁殖，所以说有毒 4 格里菲斯的活体肺炎链球菌转化实验的过程及现象 思考： 为什么第四组实验中小鼠会死亡？说出你的想法。 致死小鼠的血液中分离出活的S型菌，你认为可以说明什么？ 需要继续探究的问题是什么？ 结论：在加热杀死的S型菌中，一定有一种物质能把某些R型菌转化为S型菌。这种物质就是“转化因子”。 DNA是遗传物质的直接证据——肺炎链球菌转化实验 结论一：S型的活细菌对小鼠有毒，而R型的活细菌无毒。 结论二：加热杀死的S型细菌对小鼠无毒害作用。小鼠体内的R型活细菌在加热杀死的S型细菌的作用下可以转化为S型活细菌。 不过如果把从混合培养，发现只有少数的发生了转化 说明转化效率不高。 这种转化转化因子可以使R型菌发生稳定的变异。这意味着这种转化因子极可能是遗传物质。不过可惜的是格里菲斯到这里就为止了 ，也没有去找出这种转化因子是什么？ 不过我还是好奇 第四组里面 R型菌多还是S菌多，因为R会被破坏掉 可能是随时间变化的曲线 5 讨论：设想我们就处于那个年代，我们如何证明“转化因子”到底是S型细菌的何种物质呢？请说出你的思路。 关键思路：把S型菌中各种化合物分开，单独观察各自的作用 S型细菌的DNA掺入到R型细菌中，能够引起稳定的遗传变异。 现象： 结论： 艾弗里的离体细菌转化实验的过程及现象 DNA就是“转化因子”，是肺炎链球菌的遗传物质。 [特别说明] DNA不仅可以引起细菌的转化,而且纯度越高,转化效率就越高。 DNA是遗传物质的直接证据——肺炎链球菌转化实验 不过由于当时DNA的提纯技术不够。再加上当时遗传物质是蛋白质的思想根深蒂固。他们认为可能的得到的DNA里面夹杂了少许没有检测出来的蛋白质。所以仍然表示怀疑， 但是DNA水解酶的这组实验其实也从反面证明了DNA是遗传物质。主要是这太颠覆他们的认知了。所以还需要更有力的实验证据。 7 艾弗里的离体转化实验表明：DNA是使R型细菌产生稳定性遗传变化的物质，DNA就是转化因子，是遗传物质。 格里菲斯的活体转化实验表明：加热杀死的S型细菌中含有转化因子，能将R型细菌转化为S型细菌 [典例2] 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： ①R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠 ②S型菌的DNA+DNA酶→加入R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个实验中小鼠的情况依次是（ ） A．存活、存活、存活、死亡 B．死亡、存活、死亡、死亡 C．死亡、死亡、存活、存活 D．存活、死亡、存活、死亡 B 9 [拓展延伸] 关于活体肺炎链球菌转化实验的几点说明 (1)能证明转化因子可耐受高温。 加热后,转化因子仍具有转化能力,可以证明转化因子可耐受高温,但由于未进行物质分离研究,因此不能确定转化因子的具体类型。 (2)并非所有的R型菌都能被转化。 由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响,所以转化过程中并不是所有的R型菌都能被转化成S型菌,只是小部分R型菌被转化成S型菌。 (3)不能简单认为S型菌的DNA使小鼠死亡 S型菌与R型菌混合培养时,S型菌的DNA进入R型菌体内。结果在S型菌DNA的控制下,利用R型菌体内的化学成分合成了S型菌的DNA和蛋白质,从而组装成了具有毒性的S型菌。 【实验背景】 噬菌体侵染细菌实验分析 前期研究表明：噬菌体侵染大肠杆菌时并不是完全进入大肠杆菌的。 进入大肠杆菌的到底是DNA还是蛋白质？ 任务2、阅读资料，找出答案 1.噬菌体作为实验材料有什么特点？ 3. 噬菌体侵染细菌的实验结果怎样？根据结果能得出什么结论？ 噬菌体侵染细菌实验分析 生活方式：寄生 结构成分： 病毒不能用普通培养基培养，因为缺乏宿主细胞。 噬菌体侵染细菌实验你理解了吗？有什么疑惑？ 噬菌体侵染细菌实验分析 噬菌体侵染细菌实验 35s 了蛋白质外壳 第一组 第二组 32P 了DNA 标记 标记 侵染 搅拌 离心 标记 检测 为什么选择35S和32P这两种元素分别对蛋白质和DNA标记？ 用14C和18O同位素标记可行吗？ 如何让噬菌体蛋白质中的S和DNA中的P被标记？ 噬菌体侵染细菌实验分析 实验过程 噬菌体侵染细菌实验过程中搅拌的目的是什么？ 离心的目的是什么？ 噬菌体侵染细菌实验 实验结果及实验结论： 35s 了蛋白质外壳 35S主要在悬浮液中 第一组 搅拌：细菌外噬菌体与细菌分离； 离心：悬浮液中析出重量较轻的噬菌体蛋白质外壳 第二组 32P 了DNA 32P主要在沉淀物中 噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌细胞，蛋白质外壳没有进去。 标记 标记 新的噬菌体中又检测到32P 噬菌体侵染细菌实验分析 侵染 搅拌 离心 标记 检测 实验结论： 噬菌体的遗传物质是DNA 噬菌体侵染细菌实验 实验结果及实验结论： 35s 了蛋白质外壳 35S主要在悬浮液中 第一组 搅拌：细菌外噬菌体与细菌分离； 离心：悬浮液中析出重量较轻的噬菌体蛋白质外壳 第二组 32P 了DNA 32P主要在沉淀物中 噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌细胞，蛋白质外壳没有进去。 标记 标记 新的噬菌体中又检测到32P 噬菌体侵染细菌实验分析 侵染 搅拌 离心 标记 检测 实验结论： 噬菌体的遗传物质是DNA 细菌DNA 细菌细胞壁 噬菌体外壳 噬菌体DNA ①吸附 ②注入DNA ③合成子代噬菌体DNA和蛋白质 ④装配 ⑤裂解，释放子代噬菌体 噬菌体侵染细菌过程 噬菌体将DNA注入细菌体内后，发生哪些生理过程？ 原料来自于谁 17 请根据已掌握知识完成下列表格内容。 组别 亲代噬菌体 原宿主大肠杆菌 侵染后的大肠杆菌内 子代噬菌体 第一组 用35S标记 蛋白质 第二组 用32P标记 DNA 无32P标记DNA 无35S标记蛋白质 无35S标记蛋白质 有32P标记DNA 有32P标记DNA 无35S标记蛋白质 35s标记了蛋白质外壳 32P标记了DNA 新的噬菌体中又检测到32P 35S主要在悬浮液中 32P主要在沉淀物中 18 3、8、4 噬菌体侵染细菌实验 由于搅拌不充分，部分35S的噬菌体蛋白质外壳仍旧吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中放射性偏高。 ①用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中放射性偏高是什么原因： 误差分析 35S标记噬菌体侵染大肠杆菌 19 ②用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中放射性偏高是什么原因： 培养时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液放射性偏高。 培养时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后裂解，释放子代，经离心后分布于上清液，也会使上清液的放射性含量偏高。 误差分析 32P标记噬菌体侵染大肠杆菌 噬菌体侵染细菌实验 B 如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后,让其侵染未被标记的细菌,在产生的子代噬菌体的组成成分中,能够找到的同位素为 (　)A.可在外壳中找到3H、15N和35S B.可在DNA中找到3H、15N和32PC.可在外壳中找到15N、35S D.可在DNA中找到15N、32P、35S 21 3、8、4 HIV病毒 新冠病毒 烟草花叶病毒 思考：所有生物的遗传物质都是DNA吗？ 对于这些不含有DNA，只含有RNA的病毒而言，它们的遗传物质是什么？ 22 四. 烟草花叶病毒感染和重建实验 实验材料 蛋白质亚单位 RNA 病毒的透射电镜照片 病毒的透射电镜照片 有些病毒的遗传物质是RNA——烟草花叶病毒感染与重建 RNA 蛋白质 得到全新病毒 不能得到病毒 RNA酶 RNA水解产物 不能得到病毒 烟草花叶病毒感染实验 有些病毒的遗传物质是RNA——烟草花叶病毒感染与重建 结果：TMV的RNA具有感染效力，蛋白质不具备。 24 烟草花叶病毒重建实验 结论：烟草花叶病毒（TMV）的遗传物质是RNA TMV B RNA B 蛋白质 B 蛋白质 A+RNA B TMV B TMV A RNA A 蛋白质 A 蛋白质 B+RNA A TMV A 有些病毒的遗传物质是RNA——烟草花叶病毒感染与重建 格里菲斯的活体转化实验 艾弗里的离体转化实验 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 RNA是TMV的遗传物质 DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据表明 更多实验证据表明 DNA是主要的遗传物质 支持 原核生物 真核生物 细胞生物 DNA病毒 以DNA为遗传物质的生物 以RNA为遗传物质的生物 RNA病毒 ②所有细胞生物的遗传物质都是DNA （ ） ①肺炎双球菌的遗传物质主要是DNA （ ） ③只有病毒才有可能遗传物质是RNA （ ） ④人口腔上皮细胞的遗传物质只存在于细胞核 （ ） 判断右边四句话的对错 ⑤烟草的遗传物质可被RNA酶水解 （ ） 27 $$