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

第1节 DNA是主要的遗传物质 第3章 基因的本质 2024/10/22 2024/10/22 1、学生通过自主学习和讨论，能说出肺炎链球菌体内和体外转化实验的方法、过程及结论；体验探究生物遗传物质的实验思路。【科学探究】 2、学生通过比较肺炎链球菌体内和体外转化实验的方法、过程及结论，归纳概括自变量控制的“加法原理”和“减法原理”。 3、通过学生自主分析噬菌体侵染大肠杆菌实验，掌握其方法、原理、过程及结论，归纳概括如何运用同位素标记法标记噬菌体。【科学探究】 4、通过学生探究学习，能阐述DNA是主要的遗传物质的原因，并举例说明有些病毒的遗传物质是RNA。【科学探究】 5、通过学生学习，理解DNA是主要遗传物质的结论。 学习目标： 温故知新 1、核酸包括 和 ，中文名称依次是 和 。 2、核酸的基本组成单位是 ，在你的细胞中有 种。 3、生物体的遗传物质是 ，你的遗传物质是 。 你的遗传物质是什么呢？怎样证明呢？ 1909年：摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于染色体上。 19世纪中期：孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由遗传因子控制。 1903年：萨顿通过对蝗虫细胞观察得出假说 ：基因位于染色体上。 20世纪中期：科学家发现：染色体主要组成成分：DNA和蛋白质。 基因的追寻记 P42问题探讨 20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种物质，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物界激烈的争论，你认为遗传物质可能具有什么特点？ ①储存大量的遗传信息 ②可以准确地复制，并传递给下一代 ③结构比较稳定等 ——蛋白质是遗传物质 氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息。 ——DNA也可能是遗传物质 基本单位： 脱氧核苷酸 一、对遗传物质的早期推测 是蛋白质！ 是DNA 1. 20世纪20年代 2. 20世纪30年代后 艾弗里 赫尔希 格里菲思 蔡斯 任务一：快速阅读教材P43-44，完成下列问题： 1、首先，向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的科学家有哪些？ 2、这些科学家做了什么实验？ 1928年格里菲斯---肺炎链球菌的转化实验 （体内转化实验） 1944年艾弗里---肺炎链球菌的转化实验 （体外转化实验） 基础 二、肺炎链球菌的转化实验 任务二：1、该实验的科学家是谁？2、他选择了什么生物作为实验材料？ 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 （一）肺炎链球菌体内转化实验 3、阅读教材P43后，请在课堂练习本上独立完成右边表格的填写。填写好的同学完成问题4. 4、肺炎链球菌有无荚膜，对小鼠的致病性就不一样，荚膜是什么？有什么作用？【A、B层】 败血症 败血症（septicemia），是指细菌进入血液循环，并在其中生长繁殖、产生毒素而引起的全身性严重感染。临床表现为发热、严重毒血症状、皮疹瘀点、肝脾肿大和白细胞数增高等。分革兰阳性球菌败血症、革兰阴性杆菌败血症和脓毒败血症。以抗生素治疗为主，辅以其他治疗方法。预防措施为避免皮肤粘膜受损，防止细菌感染。 知识拓展 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S型细菌有毒 说明R型细菌无毒 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验 R型细菌无致病性，S型细菌有致病性，能使小鼠死亡。 （1）对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？ （2）对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 加热杀死的S型细菌不能使小鼠死亡。 任务三：针对上述实验，思考完成以下问题。 （3）为什么四组小鼠会死亡并分离出S型活细菌？ R + S 活R 热死S 小鼠死亡 S 分离出活S 热死S中的转化因子的作用是？ R型细菌无致病性，S型细菌有致病性，能使小鼠死亡。 （1）对比第一、第二组的实验现象，说明了什么 （2）对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 加热杀死的S型细菌不能使小鼠死亡。 任务三：针对上述实验，思考完成以上问题。 （3）为什么四组小鼠会死亡并分离出S型活细菌？ 追问：有人认为，加热杀死的S型细菌的蛋白质不可能是“转化因子”，其理论依据是什么？ 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 对照原则、单一变量原则 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验 对点训练 在肺炎双链菌的转化实验中，将R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠死亡，则此过程中小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是下图哪个选项(　　) R 型活细菌 + S 型死菌 S 型活细菌 转化 某种物质 S 型活细菌 繁殖 格里菲思的实验说明了: 究竟是什么物质呢? 转化因子 格里菲斯 （Griffith） ①加热杀死的S型细菌含有某种促成R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。 ②这种性状的转化是可以遗传的。 格里菲思体内转化实验结论 RNA 脂质 多糖 1.你认为S型细菌的组分中，哪一种物质更可能是“转化因子”？ 2.如果你是科学家，你如何设计实验来验证你的猜想，关键思路是什么？ 关键思路： S型细菌组分图 任务四：合作探究 单独、直接地观察各组分的作用。 DNA 蛋白质 1 2 3 (二)肺炎链球菌的体外转化实验(视频) 首先明确S型细菌的粗提取液具有转化能力 然后通过一定的方法逐步去除粗提取液中的某种成分。 如果去除某种成分后丧失转化能力，则去除的成分是转化必需成分 如果去除某种成分后仍保持转化能力，则去除的成分是转化非必需成分 酶解法 任务五：阅读教材P44后，找出艾弗里单独观察单一组分作用的实验思路。 思、议、展 (二)肺炎链球菌的体外转化实验视频 第一组 有R型细菌的培养基 S型细菌的细胞提取物 + 第二至四组 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 + 混合 混合 第五组 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 + 混合 DNA酶 蛋白酶（或RNA酶、酯酶） S型细菌 R型细菌 S型细菌 R型细菌 只长R型细菌 实验结论 （1）DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 （2）蛋白质等其他物质不是遗传物质。 肺炎链球菌体外转化实验过程 对照原则、单一变量原则 实验结论：肺炎链球菌的遗传物质是DNA，蛋白质不是遗传物质。 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 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。 易错点辨析 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； 3.仅有S型细菌的DNA时，不能使小鼠致死。 探究：从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？ 思路是：在每个实验组中特异性的去除了一种物质，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。 最大困难是如何彻底去除细胞中含有的某种物质。 格里菲斯（体内）和艾弗里（体外）肺炎链球菌转化实验用了什么科学方法？ 自变量控制中的“加法原理” 和“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”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，利用了“加法原理”； 与常态相比，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，这利用了“减法原理”。 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 在小鼠体内 体外培养基 实验对照 R型细菌与S型细菌的致病性对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照 巧妙构思 用加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化 每个实验组用酶解法特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质 实验结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 联系 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 肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 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 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 知识拓展 对点训练 12．如图1为某研究者探究生物遗传物质的实验图解，请据图回答问题： (1)该实验是某研究者所做的______________________实验的部分图解。(2)在对R型细菌进行培养之前，必须首先进行的工作是 。(3)图1所示实验的作用为__________________。(4)为验证上面的假设，他们又设计如图2的实验：实验中加入DNA酶的目的是_______，他们观察到的实验现象是 。 答案　(1)肺炎链球菌体外转化 (2)分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶以及DNA酶处理S型细菌的细胞提取物以便单独、直接地研究它们的作用 (3)作为对照组 (4)分解S型细菌细胞提取物中的DNA　培养基中只长R型细菌 对点训练 1.肺炎双链菌的转化实验中R型细菌转化为S型细菌的转化因子是： A. 蛋白质 B. 多糖 C. S型菌的DNA D. R型菌的DNA 2.肺炎双链菌转化实验中，在S型DNA和R型活细菌混合的培养皿中，最后会出现哪种菌群？ A．S型和R型活细菌 B．R型活细菌 C．R型死细菌和S型活细菌 D．S型活细菌 3.格里菲思提出的“转化因子”，后来被艾弗里证实了它的化学成分，它是： A.DNA B.蛋白质 C.多糖 D.脂质 4.下列关于肺炎双链菌体外转化实验的叙述，错误的是( ) A.需对S型细菌中的物质进行分离、提纯和鉴定 B.R型细菌转化为S型细菌的实质是发生了基因重组 C.S型细菌的DNA使部分R型细菌转化为S型细菌 D.该实验的思路是将DNA和蛋白质分开，单独只观察DNA的作用 5.下列关于肺炎链球菌转化实验的说法中，不正确的是(　　) A．S型细菌是众多肺炎链球菌菌株中唯一能引起肺炎或败血症的类型 B．S型细菌的毒性与菌体外脂类荚膜有关 C．活体转化实验，从患病致死的小鼠血液中分离出了活的S型菌 D．离体转化实验，可证明S型菌的DNA掺入到R型菌中，能引起稳定的遗传变异 6．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，此实验结果(　　) A．证明了DNA是遗传物质 B．证明了RNA是遗传物质 C．证明了蛋白质是遗传物质 D．没有具体证明哪一种物质是遗传物质 7.下列关于“转化实验”的叙述，正确的是(　　) A．活体转化实验中，R型菌转化成的S型菌不能稳定遗传 B．活体转化实验中，S型菌的荚膜物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌 C．离体转化实验中，蛋白质也能使部分R型菌转化成S型菌且可实现稳定遗传 D.离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌 8.为研究R型肺炎链球菌转化为S型的转化因子是DNA还是蛋白质，进行了如图所示的转化实验。对本实验作出的分析，不正确的是(　　) A．本实验通过酶解去除单一成分进行研究 B．甲、乙组培养基中只有S型菌落出现 C．蛋白酶处理结果显示提取物仍有转化活性 D．本实验结果表明DNA使R型菌发生转化 格里菲思实验 艾弗里的实验 质疑：DNA是遗传物质。 有没有比细菌更为简单的实验材料，只有蛋白质和DNA，并能够把蛋白质和DNA彻底分开？ 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新技术，完成了另一个更具有说服力的实验.他们因此获得了诺贝尔奖！ 三、噬菌体侵染细菌的实验 任务一：先完成1-3问题，完成的同学请继续完成4-6的三个问题。 1、赫尔希和蔡斯选什么为实验材料进行试验？所选实验材料具有哪些优点？ 2、该实验利用什么技术来完成实验？ 3、T2噬菌体有哪些结构？其化学组成怎样？生活方式是什么？T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程怎样？ 4、分别选用什么放射性元素标记了蛋白质和DNA？原因是什么？ 5、能否用含32P、35S的培养基培养标记噬菌体？如果不能，该如何标记噬菌体？ 6、被32P 或35S 标记的噬菌体再侵染什么样的大肠杆菌？ 吸附 注入 合成 组装 释放 噬菌体借尾丝吸附在细菌表面 把DNA注入到细菌细胞 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 新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体 细菌解体，释放出噬菌体 噬菌体侵染过程 1、噬菌体侵染大肠杆菌的过程 （1） 分别培养放射性同位素标记的噬菌体方法 2、实验过程 含放射性同位素35S 培养大肠杆菌 大肠杆菌35S T2噬菌体35S 培养噬菌体 含放射性同位素32P 培养大肠杆菌 大肠杆菌32P T2噬菌体32P 培养噬菌体 追问：搅拌的目的是什么？如果搅拌不充分会造成什么结果？离心的目的是什么？如果是噬菌体的DNA进入了大肠杆菌，那离心后上清液与沉淀物的放射性分布情况是怎样的？ 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 （2） 35S标记的噬菌体侵染细菌方法 2、实验过程 （3） 35P标记的噬菌体侵染细菌方法 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 35P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 2、实验过程 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 上清液 沉淀物 子代噬菌体 结论 放射性高 放射性低 无放射性 放射性高 放射性低 有放射性 ◇蛋白质没有进入细菌细胞 ◇DNA进入到细菌的细胞中 ◇DNA才是噬菌体的遗传物质 追问1：该实验能不能直接证明蛋白质不是遗传物质？为什么？ 3、噬菌体侵染细菌实验的检测结果： 追问2：35S标记的噬菌体实验结果为什么沉淀物中会有放射性？32P标记的噬菌体为什么上清液中会有放射性？ 4、实验误差原因分析 （1）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因： 由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 （2）用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因： ①保温时间过短，有一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。 流感病毒 SARS病毒 只有DNA是遗传物质吗？ 烟草花叶病毒 后来的研究证明，遗传物质除DNA外，还有RNA。有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒。 问题2： 如果你是科学家，如何设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？写出实验思路。 背景资料：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。 实验思路：设法将TMV的RNA和蛋白质分离制成混合物。用“减法原理”的方法分别看RNA和蛋白质的感染结果。 问题1：所有的生物的遗传物质都是DNA吗？ 拓展问题：若论证新冠病毒的遗传物质是DNA还是RNA呢？请写出实验设计思路。 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 患病 不患病 得到病毒 不能得到病毒 ： RNA 蛋白质 拓展问题：若论证新冠病毒的遗传物质是DNA还是RNA呢？请写出实验设计思路。 对点训练 DNA ，RNA DNA DNA 2、真菌的遗传物质是什么？ DNA 1、动植物和人体的遗传物质是什么？ 3、细菌的遗传物质是什么？ 6、一切生物的遗传物质是什么？ 4、噬菌体和烟草花叶病毒的遗传物质依次是什么？ 核 酸 5、病毒的遗传物质如何表示？ DNA或RNA 总结归纳：DNA是主要的遗传物质 细 胞 生 物 非 细 胞 生 物 小结 细胞结构生物 原核生物 真核生物 遗传物质是DNA 非细胞结构生物 遗传物质是RNA 含DNA的病毒： 含RNA的病毒： 生物 4.由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 5.肺炎双球菌体外转化实验和可以证明DNA是遗传物质，RNA不是遗传物质；而噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质。 3.在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。 2.凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物质是DNA。 1.一切生物的遗传物质是核酸。 6．如图是某实验小组重复赫尔希和蔡斯“噬菌体侵染细菌实验”的部分实验过程图解，请据图回答下列问题： (1)选择噬菌体作为实验材料，是因为它的结构简单，且化学成分上只含有___________。(2)获得被32P标记的噬菌体的具体方法是______________________；实验中，进行搅拌的目的是__________________________________。(3)按正常实验步骤进行时，试管的上清液中检测到的放射性(32P)很低，若在上清液中检测到的放射性(32P)很高，其原因可能是 。(4)据此实验该小组得出DNA是遗传物质的结论，但有人认为上述操作还不足以得出此结论，请根据所学知识补充相应实验内容： 。 答案　(1)蛋白质和DNA (2)先将大肠杆菌在含32P的培养基上培养，再用噬菌体去侵染32P标记的大肠杆菌　使吸附在细菌上的噬菌体(外壳)与细菌分离 (3)保温时间过长或者过短 (4)增设一组对照实验，用35S标记的噬菌体重复上述过程，最后检测放射性的分布位置 $$