3.1 DNA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 1 2 3 4 6 提出“遗传因子”，并总结遗传规律 孟德尔 把“遗传因子”命名为基因 约翰逊 提出基因在染色体上的假说 萨 顿 实验证明基因位于染色体上 摩尔根 科学家发现：染色体的主要组成成分是 DNA和蛋白质 5 DNA ? 蛋白质 20世纪中叶 遗传物质的探索 考点一 肺炎链球菌转化实验 20世纪20年代 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息 当时没有发现其他生物大分子有类似的结构特点 蛋白质可以直接“控制”生物的性状和代谢。 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子 对DNA结构没有清晰认识 蛋白质是遗传物质 20世纪30年代 蛋白质是遗传物质的观点占主导地位 一. 对遗传物质的早期推测 二. 肺炎链球菌类型 　　　 结构特点 菌落特点 毒性有无 S型 ___________ _______ _____ R型 ___________ _______ ___ 有多糖类荚膜 无多糖类荚膜 表面光滑 表面粗糙 有 无 多糖类荚膜的作用： 使S型菌抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内存活并繁殖。 三. 格里菲思的体内转化实验 1.注射R型活细菌，小鼠_______ 2.注射S型活细菌，小鼠____，分离出S型活菌。 3.注射加热致死后的S型细菌，小鼠______。 4.注射R型活细菌+加热致死后的S型细菌，小鼠： 存活 死亡 存活 死亡；并分离出S型活细菌。 实验1、2对比说明：___________________________________ R型细菌无致病性，S型细菌有致病性 转化因子是什么？ 实验2、3、4对比说明：________________________________ R型活细菌能转化为S型活细菌 结论： 加热致死的S型细菌中含有某种转化因子， 能将R型活细菌转化为S型活细菌 四. 艾弗里的体外转化实验 1.实验思路: 设法逐步去除S型细菌的各组分后分别与R型活细菌混合培养，观察是否有S型活细菌出现。 2.实验过程: R型 S型 R型 R型 S型 R型 S型 R型 S型 ① ② ③ ④ ⑤ 2.分析: (1)实验___是对照组， __________是实验组 ① ②③④⑤ (2)实验①②、①③、①④分别说明______________ _______________________ 蛋白质、RNA、脂质不是转化因子 (3)实验①⑤说明__________________ DNA是转化因子 3.结论: _______是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。 DNA 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； 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； ③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。 ④肺炎链球菌转化实质：S型细菌的DNA整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组 科学方法：自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。 如：“探究过氧化氢在不同条件下的分解”实验。 减法原理：与常态相比，人为去除某种影响因素。 艾弗里的实验利用了控制自变量的_______原理。 即利用不同的酶，每一组实验特异性的去除一种物质，从而观察这种物质对转化的影响。 减法 1.格里菲思第四组实验中，小鼠体内 <m></m> 型细菌、 <m></m> 型细菌含量的变化情况 如图所示，则： （1） <m></m> 段 <m></m> 型细菌数量减少的主要原因是什么？ 小鼠体内形成大量的抗R型细菌的抗体， 致使R型细菌数量减少。 （3） <m></m> 段 <m></m> 型细菌数量增多的原因是什么？ （2）后期出现的大量 <m></m> 型细菌是怎么来的？ 是由R型细菌转化成的S型细菌繁殖而来的 b之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖。 11 【易错易混辨析】 判断下列叙述的正误，并将错误的说法更正 (1)格里菲思的体内转化实验证明了DNA是遗传物质( ) (2)体内转化实验就是S型细菌的DNA可使小鼠致死( ) (3)将加热杀死的S型菌与R型活菌混合后注射给小鼠，从死亡小 鼠体内只能分离出S型菌( ) (4)肺炎链球菌转化的实质是S型细菌使R型细菌发生了基因突 变( ) (5)肺炎链球菌体外转化实验最关键的设计思路是将DNA和蛋白 质分开，分别观察其遗传作用( ) (6)艾弗里的体外转化实验采用了物质提纯、鉴定与细菌体外培 养等技术( ) × √ × × × √ 1.[2021全国卷乙]在格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，无毒性的 <m></m> 型 活细菌与被加热杀死的 <m></m> 型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离 出了有毒性的 <m></m> 型活细菌。某同学根据上述实验，结合现有生物学知识所 做的下列推测中，不合理的是( ) A.与 <m></m> 型菌相比， <m></m> 型菌的毒性可能与荚膜多糖有关 B. <m></m> 型菌的DNA能够进入 <m></m> 型菌细胞指导蛋白质的合成 C.加热杀死 <m></m> 型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响 D.将 <m></m> 型菌的DNA经DNA酶处理后与 <m></m> 型菌混合，可以得到 <m></m> 型菌 D 13 2.[2019浙江4月]为研究 <m></m> 型肺炎链球菌转化为 <m></m> 型肺炎链球菌的转化物质 是DNA还是蛋白质，进行了肺炎链球菌体外转化实验，基本过程如图： 叙述正确的是( ) C A.甲组培养皿中只有 <m></m> 型菌落，推测加热 不会破坏转化物质的活性 B.乙组培养皿中有 <m></m> 型及 <m></m> 型菌落，推测 转化物质是蛋白质 C.丙组培养皿中只有 <m></m> 型菌落，推测转化 物质是DNA D.该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传 物质 是DNA 14 考点二 噬菌体侵染细菌的实验 一. 实验材料及实验方法 T2噬菌体和大肠杆菌 1.实验材料：T2噬菌体 _____，组成元素：______________ _______，组成元素：_________________ DNA C、H、O、N、P 蛋白质 C、H、O、N、S等 2.生活方式：_______________ 寄生在大肠杆菌中 3.T2噬菌体侵染细菌(增殖)的过程： 吸附 注入 合成 组装 释放 增殖需要的条件 内容 模板 的DNA 合成T2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 大肠杆菌的核糖体 4.T2噬菌体的增殖（自我复制） 所需的条件： 18 5.研究T2噬菌体遗传物质的实验思路（与艾弗里的实验一致）： 设法将DNA与蛋白质分离开来，直接地、单独地观察它们所起的作用。 6.实验方法：___________________ 放射性同位素标记法 标记T2噬菌体______ 35S: DNA 32P : 标记T2噬菌体______ 蛋白质 如何标记T2噬菌体？ 标记宿主细胞⟶ 宿主细胞培养病毒 二. 实验过程： ⒈.标记T2噬菌体 ①分别在含有放射性同位素32P 和35S的培养基中培养大肠杆菌 ②再分别用含32P、35S的两类细菌培养T2噬菌体 32P标记的噬菌体、35S标记的噬菌体 2.标记的噬菌体侵染大肠杆菌 用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 噬菌体被 35S标记 检测新形成噬菌体的放射性 细菌裂解 检测沉淀物的 放射性 检测上清液的 放射性 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 检测放射性（3点） 2.标记的噬菌体侵染大肠杆菌 甲组 ①搅拌： ②离心： 使吸附的噬菌体与大肠杆菌分开 上清液：_______________________________ 沉淀物：________________________________ 噬菌体蛋白质外壳、噬菌体 大肠杆菌、注入的噬菌体DNA 35S标记的实验 32P标记的实验 放射性情况 上清液 沉淀物 子代噬菌体 ___检测到35S ___检测到32P 很高 很低 很低 很高 不能 能 三、预期结果及结论： 1．实验分析 (1)T2噬菌体侵染细菌时， 进入细菌的细胞中，而 仍留在细胞外。 (2)子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的 遗传的。 2．实验结论： 才是噬菌体的遗传物质。 DNA 蛋白质外壳 DNA DNA 混合 保温 搅拌 上清液 沉淀物 讨论1.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？ （1）个体小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒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。 （2）繁殖快。 证明DNA是遗传物质的实验 讨论2.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？ 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。 最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质。 思考 1.(1)14C、18O、3H能否标记蛋白质和DNA？ (2)噬菌体侵染实验中能用上述元素代替35S和32P进行标记么？ 不能，由于蛋白质和DNA都含有C、H、O，若用14C、18O、3H进行标记，无法确认被标记的是何种物质。 能 35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一个噬菌体上。 [2020浙江1月]某研究小组用放射性同位素 <m></m> 、 <m></m> 分别标记T2噬菌体， 然后将大肠杆菌和被标记的噬菌体置于培养液中培养，如图所示。一段时间 后，分别进行搅拌、离心，并检测沉淀物和悬浮液中的放射性。下列分析 错误的是( ) C A.甲组的悬浮液含极少量 <m></m> 标记的噬菌体 DNA，但不产生含 <m></m> 的子代噬菌体 B.甲组被感染的细菌内含有 <m></m> 标记的噬菌体 DNA，也可产生不含 <m></m> 的子代噬菌体 C.乙组的悬浮液含极少量 <m></m> 标记的噬菌体 蛋白质，也可产生含 <m></m> 的子代噬菌体 D.乙组被感染的细菌内不含 <m></m> 标记的噬菌体 蛋白质，也不产生含 <m></m> 的子代噬菌体 26 四、难点突破 1.噬菌体侵染细菌的实验中上清液和沉淀物放射性分析 亲代噬菌体 上清液(主要是噬菌体外壳) 沉淀物(主要是被侵染的大肠杆菌) 细菌裂解释放出的子代噬菌体有无放射性 35S-蛋白质 32P-DNA 放射性高 放射性低 没有检测到35S 放射性低 放射性高 检测到32P (1)35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，为什么沉淀中出现了放射性? 由于搅拌不充分,有少量的含35S的噬菌体外壳吸附在大肠杆菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 搅拌不充分 理论上 上清液 沉淀物 其中一个 大肠杆菌 实际上 35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性: 若32P标记的一组搅拌不充分，上清液和沉淀物的放射性有何变化？ 无变化 (2)32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，为什么上清液中出现了放射性? ①保温时间过短，部分噬菌体DNA还未“注入”大肠杆菌 ②保温时间过长，部分子代噬菌体已经被“释放”出来 若35S标记的一组保温时间 过长或过短时，上清液和 沉淀物的放射性有何变化？ 无变化 2.“二看法”判断 子代噬菌体标记情况 例.某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于T2噬菌体侵染细菌实验，进行了如下实验： ①用32P标记的T2噬菌体侵染未标记的细菌； ②用未标记的T2噬菌体侵染35S标记的细菌； ③用15N标记的T2噬菌体侵染未标记的细菌。 一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是[ ] A．沉淀、上清液、沉淀和上清液 B．沉淀、沉淀、沉淀和上清液 C．沉淀、上清液、沉淀 D．上清液、上清液、沉淀和上清液 B 肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵 染细菌实验 实验者 思 路 分离方式 结 论 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。 酶解法: 分别加入到R型菌中 同位素标记法： 标记DNA和蛋白质 DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质 格里菲思 艾弗里 赫尔希和蔡斯 加热杀死的S型菌体内有“转化因子” 三个经典实验对比： 考点三 生物的遗传物质 烟草花 叶病毒 提 取 蛋白质 RNA RNA+RNA酶 感染 烟草 感染 烟草 感染 烟草 烟草叶不出现病斑 烟草叶________ ________________ 一.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验 1.实验过程及现象 出现病斑 烟草叶不出现病斑 2.实验结论： 是烟草花叶病毒的遗传物质， 不是烟草花叶病毒的遗传物质。 RNA 蛋白质 实验结论：RNA也是遗传物质 烟草花叶病毒 <m></m> 车前草病毒 <m></m> HRV的RNA TMV的蛋白质外壳 TMV的RNA HRV的蛋白质外壳 SARS病毒 艾滋病病毒 少数病毒的遗传物质是RNA COVID--19 流感病毒 埃博拉病毒 细胞生物含有DNA和RNA 病毒含有 DNA或RNA DNA病毒 RNA病毒 遗传物质 是DNA 遗传物质 是RNA 绝大多数生物的遗传物质是DNA DNA是主要的遗传物质 提醒：具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。 二、DNA是主要的遗传物质 生物类型 病毒 原核生物 真核生物 体内核酸种类 ____________ ___________ DNA和RNA 体内碱基种类 __种 种 种 体内核苷酸种类 种 种 种 遗传物质 ___________ ______ ______ 实例 T2噬菌体、 烟草花叶病毒 乳酸菌、蓝藻 玉米、小麦、人 DNA或RNA DNA和RNA 4 5 5 4 8 8 DNA或RNA DNA DNA 总结归纳：不同生物的遗传物质 请总结：探索“遗传物质”的思路和方法，并完成填空： (1)探究思路：______________________________________ (2)三种方法 设法将物质分开，单独看其作用 减法 同位素标记技术 特定碱基 T U 特有元素 酶解法 [全国卷Ⅰ，10分]根据遗传物质化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。 假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出（1）实验思路，（2）预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组） （1）甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。（2）若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。 40 S型肺炎双球菌有荚膜,菌落光滑,可致病,对青霉素敏感。在多代培养的S型菌中分离出了两种突变型:R型,无荚膜,菌落粗糙,不致病;抗青霉素的S型(记为PenrS型)。现用PenrS型菌和R型菌进行下列实验,对其结果的分析最合理的是(　 　) A.甲组中部分小鼠患败血症,注射青霉素治疗后均可康复 B.乙组中可观察到两种菌落,加青霉素后仍有两种菌落继续生长 C.丙组培养基中含有青霉素,所以生长的菌落是PenrS型菌 D.丁组中因为DNA被水解而无转化因子,所以无菌落生长 D 构建知识网络 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 D 练习与应用（P47） A 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。 释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。 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。 ①能够精确的自我复制；②能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程；③具有储存遗传信息的能力；④结构比较稳定，等等。 二、拓展应用 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。 肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个特点：能够精确的自我复制；能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程，具有储存遗传信息的能力，结构比较稳定，等等。 练习与应用（P47） $$