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

生物学必修二 遗传与进化 第3章基因的本质 3.1 DNA是主要的遗传物质 问题探讨 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? 染色体、蛋白质和DNA示意图 —.作为遗传物质所必须具备的特点 1、在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地自我复制，使得前后代具有一定的连续性； 2、能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢的过程； 3、具有储存大量遗传信息的潜在能力； 4、结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能 遗传给后代。 思考：遗传物质为什么要具备这些条件?蛋白质满足其中的哪些条件?蛋白质 作为遗传物质具有哪些不足? 蛋白质：组成蛋白质的氨基酸有21种。由于氨基酸的种类和数量不同，排列顺序不同， 可以组成无数种蛋白质，这一点符合上述的第三个特点。蛋白质(特别是酶)能够控 制生物体的性状和代谢，这一点符合第二个特点。但是蛋白质不能进行自我复制，而 且它在染色体中的含量往往是不固定的，分子结构也不稳定；它也不能遗传给后代， 所以蛋白质不可能是遗传物质。 核酸：科学研究已经充分证明，核酸具备上述4个特点，所以核酸才是生物体的遗传物 质。核酸又分为脱氧核糖核酸(DNA) 和核糖核酸(RNA)。 绝大多数生物体的遗传 物质是DNA, 有些病毒的遗传物质是RNA。 二.对遗传物质的早期推测 1、20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质：当时人们已经认 识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的顺序 排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到，氨基酸多种多样的排列顺序， 可能蕴含着遗传信息。当时对于其他生物大分子的研究，还没有发现与此类似的结构 特点。 P 0 腺嘌呤(A) P 0 胸腺嘧啶(T ) P 0 鸟嘌呤(G) P 0 胞嘧啶(C) 脱氧 脱氧 脱氧 脱氧 核糖 核糖 核糖 核糖 腺嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 、20但纪50年代，以为重口质定遗传初质的观点仍口土导地位 ·此的入们已以识到 DNA 是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、 碱基和脱氧核糖。组成DNA 的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认 识本可以使人们意识到DNA 的重要性，但是，由于对DNA 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。 肺炎链球菌 荚膜 致病性 菌落表面 S型 有 有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡 光滑 R型 无 无致病性 粗糙 三.肺炎链球菌的转化实验 1、格里菲斯：体内转化实验 艾弗里：体外转化实验 2、肺炎链球菌 给小鼠注射 存活情况 小鼠尸体中分离的菌种 推测 R型活菌 不死亡 加热杀死的S型死菌，含有某 种促使R型或细菌转化为S型 或细菌的活性物质——转化 因子。 S型活菌 死亡 S型活细菌 S型死菌 不死亡 R型活菌+加热杀死的 S型死菌 有S型活细菌，其后代仍 死亡 为S型细菌 转化的实质：转化是指游离DNA 分子被细菌摄取，并得以表达的基因转移过程，转化 的实质是基因重组。加热杀死的S型细菌遗留下了完整细菌DNA 的各个片段，其中包 括控制荚膜形成的基因，即S基因。这一片段进入R型细菌的基因组中，使之也能合成 荚膜，抵抗免疫系统中吞噬细胞的吞噬，转化为有毒的S型细菌。 思考：转化因子是什么?你会如何进行进一步的实验来探究? 三.肺炎链球菌的转化实验 3、体内转化实验 组别 向有R型活菌的培养基中加入 实验结果 转化活性 1 S型细菌的细胞提取物 (去除了绝大部分糖类、 蛋白质和脂质) 空白对照 R型+S型 有 2 蛋白酶 R型+S型 有 3 酯酶 R型+S型 有 4 RNA酶 R型+S型 有 5 D N A 酶 R型 无 实验结论：转化因子是DNA,DNA 是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 实验类型和原理：利用“减法原理”进行对照实验，人为去除某个影响因素后，观察 实验结果的变化。 实验影响：证明了DNA 是肺炎双球菌的遗传物质。但是由于S型细菌细胞提取物中的 蛋白质不能完全去除(最低仍有0.02%),有部分科学家怀疑艾弗里的实验结论。 三.肺炎链球菌的转化实验 4、体外转化实验 在对照实验中，控制自变量可以采用“加法 原理”或“减法原理”。与常态比较，人为增加某 种影响因素的称为“加法原理”。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、 滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。 与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减 法原理”。例如，在艾弗里的肺炎链球菌转化实验 中，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“减法原理”。 科学方法 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 思考：能用氮元素标记吗? 了 解 ：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。 头部 DNA 蛋白质 2、T₂ 噬菌体：一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒 3、病毒的分类 尾部 按照遗传物质分：RNA 病毒、DNA 病毒 按照宿主细胞分：植物病毒、动物病毒、噬菌体 四.噬菌体侵染细菌的实验 1、实验方法：同位素标记法。将DNA用32P标记，蛋白质用35S标记，通过观察 放射性物质的分布情况，分析噬菌体DNA 和蛋白质在侵染细菌过程中的作田 四.噬菌体侵染细菌的实验 4、T₂ 噬菌体的培养和放射性标记 培 养 ：细菌可以直接用培养基培养，病毒必须寄生在活细胞内才能进行代谢和繁 殖，因此必须用活的宿主细胞培养。 放射性标记： ①制备含32P的营养物质的培养基→培养大肠杆菌→得到被32P 标记的大肠杆菌→ 用32P 标记的大肠杆菌培养噬菌体→得到被32P 标记的T₂ 噬菌体 ②制备含35S的营养物质的培养基→培养大肠杆菌→得到被35S标记的大肠杆菌→ 用35S 标记的大肠杆菌培养噬菌体→得到被35S标记的T₂ 噬菌体 思 考 ：根据T₂ 噬菌体的结构，32P 和35S 分别标记了T₂ 噬菌体的什么结构? 上清液的 放射性很高 搅拌后离心 离心后 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 沉淀物的 放射性很低 细菌裂解 在新形成的噬 菌体中没有检 测到³s 35S标记的噬菌 体与细菌混合 用标记的噬菌体侵 染未标记的细菌 35S标记的 噬菌体 噬菌体被3s 标记 四.噬菌体侵染细菌的实验 上清液的 放射性很低 沉淀物的 放射性很高 细菌裂解 搅拌后离心 32P标记的 噬菌体 离心后 测到³²p 检 部 中 的 体 成 菌 形 噬 新 分 在 合 菌 混 噬 菌 的 体与细 32P标记 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 四.噬菌体侵染细菌的实验 用标记的噬菌体侵 染未标记的细菌 噬菌体被²P标记 四.噬菌体侵染细菌的实验 5、实验过程 实验过程：用32P 和35S标记两种T₂ 噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，经过短时 间保温后，搅拌、离心，检查上清液和沉淀的放射性。 短时间保温：有利于噬菌体侵染大肠杆菌，但来不及释放 搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离 心 ：使上清液中析出重量较轻的T₂ 噬菌体，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌 6、实验现象 35S标记时，上清液放射性很高，沉淀物放射性很低，子代噬菌体没有检测到35S 32P标记时，上清液放射性很低，沉淀物放射性很高，子代噬菌体检测到32P 7、实验结论：噬菌体侵染细菌时，DNA 进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留 在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA 遗传的。DNA 才 是噬菌体的遗传物质。 四.噬菌体侵染细菌的实验 8、思考 35S标记时，为何沉淀中有少量的放射性? 32P标记时，为何上清液中有少量的放射性? 保温时间的长短、搅拌不彻底对实验结果各有什么影响? 9、病毒的复制增殖：吸附→注入→合成→装配→释放 五 .DNA 是主要的遗传物质 1、少数病毒的遗传物质是RNA 证据：从烟草花叶病毒中提取的蛋白质，不能使烟草感染 病毒，但是，从这些病毒中提取的RNA, 却能使烟草感染 病毒。 2、RNA 病毒 实例：烟草花叶病毒、新冠病毒、HIV、流感病毒 3、DNA 是主要的遗传物质：因为绝大多数生物的遗传物 质是DNA, 所以说DNA是主要的遗传物质。 以DNA作遗传物质的生物：所有的细胞生物(真核生物， 原核生物) ,DNA 病毒 以RNA 作遗传物质的生物：RNA 病毒 注意：一种生物只有一种遗传物质，例如人体内虽然同时 含DNA和RNA, 但人的遗传物质就是DNA。 RNA 100 nm 蛋白质外壳 ▲图3-7 烟草花叶病毒的示意 图(左)和电镜照片(右) 动物 真核 植物 真菌 原核 DNA病毒 细胞生物 病毒 RNA 病毒：遗传物质为RNA 遗传物质 为DNA 生物 1. 加热杀死的S 型细菌和R 型活细菌混合注射到小鼠体 内，从小鼠尸体中提取到的细菌全部是S 型细菌。 2.格里菲思认为加热杀死的S 型细菌的 DNA 是转化因 子。 3.肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明 DNA 是主要的遗传物质。 4.艾弗里证明用DNA 酶分解后的S 型活细菌的DNA 不 能使R 型细菌发生转化。 5. 豌豆细胞内既有DNA, 也有RNA, 但是 DNA 是豌豆 的主要的遗传物质。 1. 噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶。 2. 噬菌体能在宿主菌内以二分裂方式增殖，使该细菌裂解。 3. 烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质是RNA。 4. 在噬菌体侵染细菌的实验中，分别用35S和32P标记的噬菌体 侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养。5.20世 纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质是因为蛋白质比 DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制。 选项 放射性 S元素 P元素 A 全部无 全部32S 全部31p B 全部有 全部35S 多数32P,少数31p C 少数有 全部32S 少数32P,多数31p D 全部有 全部35S 少数32P,多数31P KH₂32PO₄ 连续培养 一段时间后 家禽体细胞1 (NH₄)₂35SO₄ 连续培养 一段时间后 家禽体细胞2 变式题1 有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽 的一些过程，设计实验如图，一段时间后，检测子代H5N1病毒 的放射性及S 、P元素，下表对结果的预测中，最可能发生的是 H5N1病毒 连续培养 一段时间后 连续培养 一段时间后 ? 一、概念检测 1. 枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型 能合成组氨酸。将从这种菌中提取的某种物质， 加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌， 结果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种 物质可能是 () A. 多 肽 B. 多 糖 C. 组氨酸 D.DNA 2. 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验 表明 () A.DNA 是遗传物质 B. 遗传物质包括蛋白质和DNA C. 病毒中有DNA, 但没有蛋白质 D. 细菌中有DNA, 但没有蛋白质 二、拓展应用 1.T2 噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体 的DNA进入细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳 留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量噬 菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。请 分析子代噬菌体的蛋白质外壳的来源。 2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵 染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的 特点。 $$