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3章 基因的本质 第1节 DNA是 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。 2 一、对遗传物质的早期推测 1.20世纪20年代 蛋白质是遗传物质 2.20世纪30年代 有些科学家认为DNA是遗传物质 DNA和蛋白质的比较： 项目 DNA 蛋白质 组成元素 基本单位 细胞中的含量 是否有多样性 CHONP 主要CHON 氨基酸 很少 脱氧核苷酸 较多 是 是 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 美国微生物学家 艾弗里（1877-1955） 首先通过确凿的实验证据对“蛋白质是遗传物质”这一观点提出挑战的科学家是 格里菲斯---肺炎链球菌的转化实验 艾弗里---肺炎链球菌的转化实验 基础 1、实验材料： 菌体特点 菌落特点 致病性 S型细菌 R型 细菌 无 有 人、小鼠患肺炎，小鼠并发败血症 无荚膜 有荚膜 粗糙 Rough 光滑Smooth 小鼠、R型和 S型肺炎链球菌 荚膜的化学本质是______ 多糖 S型细菌 R型细菌 【菌落】通常是细菌在固体培养基上生长发育，形成的一团肉眼可见的、有一定形态、构造等特征的子细胞的集团 二、肺炎链球菌的转化实验 （一）格里菲思的肺炎链球菌转化实验 2、格里菲斯的肺炎链球菌转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 （一）格里菲思的肺炎链球菌转化实验 活的S型细菌。 R型活细菌无毒，S型活细菌有毒 （1）对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？ （4）第四组小鼠死亡，从小鼠体内并分离出S型活细菌，说明什么？ （2）对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 加热杀死的S型细菌无毒 （3）为什么第四组小鼠会死亡？ 3、思考 二、肺炎链球菌的转化实验 （一）格里菲思的肺炎链球菌转化实验 R + S 活R 死S 小鼠死亡 S 活S 3、思考 二、肺炎链球菌的转化实验 （一）格里菲思的肺炎链球菌转化实验 R 型活细菌 + S 型死细菌 S 型活细菌 转化 某种物质 S 型活细菌 繁殖 1.已经加热致死的S型细菌含有某种促成R型活细菌转化为S型活细菌的转化因子。 格里菲思的实验说明了: 究竟是什么物质呢? 转化因子 2.这种性状的转化是可以遗传的。 弗雷德里克·格里菲斯（Frederick Griffith） 4、转化因子 二、肺炎链球菌的转化实验 （一）格里菲思的肺炎链球菌转化实验 自然条件下的转基因——天然转基因 1.S型细菌能转化成R型细菌吗? 答：可以的，当S型细菌丢失荚膜以后就变成R型，这非常常见，当然这只是“表型变异”，“基因型”并未改变。例如，在人体体内肺炎链球菌可产生荚膜，但是在人工培养传代后，荚膜非常容易丢失，菌落变为R型。为了保障在体外也能使肺炎双球菌产生荚膜，多采用含血清、NaHCO3和CO2的条件下培养。 只要是在临床实验室做过的都知道，细菌在体外产生荚膜是比较困难的，要模拟体内的条件。 “荚膜的形成与环境条件密切相关。一般在动物体内或含有血清或糖的培养基中容易形成荚膜，在普通培养基上或连续传代则易消失。” 2.这种性状的转化是可以遗传的。 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。 03 艾弗里 思考1：在加热致死的S型细菌中含有哪些物质？ 思考2：哪一个才是转化因子呢？那如何才能在这些物质中将它找出来呢？你有何想法？ 4、转化因子 二、肺炎链球菌的转化实验 （一）格里菲思的肺炎链球菌转化实验 究竟是什么物质呢? 10 二、肺炎链球菌的转化实验 （二）艾弗里的肺炎链球菌转化实验 1、格里菲斯的肺炎链球菌转化实验 （1）对照组是？实验组是？ （2）第一组与第二至第四组对照可以得出什么结论？ （3）第一组与五组对照呢？ 第一组是对照组，其余是实验组。 蛋白质、RNA、脂质不是转化因子。 二、肺炎链球菌的转化实验 （二）艾弗里的肺炎链球菌转化实验 2、思考 实验表明：转化因子很可能就是DNA。 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。 (5)第一组、第二至第四组培养基上除了S型菌，还有R型菌，说明什么？ （4）艾弗里的肺炎链球菌转化实验除了说明DNA是遗传物质，还能得出什么结论？ 加热杀死的S型细菌使部分活的R型细菌发生了转化，变成了活的S型细菌。 蛋白质、RNA、脂质不是遗传物质。 二、肺炎链球菌的转化实验 （二）艾弗里的肺炎链球菌转化实验 2、思考 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） 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） （三）科学方法 二、肺炎链球菌的转化实验 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彻底去除细胞中含有的其它物质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。 那么要怎样设计才能让人无可挑剔呢？ 设法把DNA和蛋白质分开，然后单独、直接观察DNA 和蛋白质的作用。 （实验中最关键的设计思路） 1、肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是小鼠细胞的核糖体。 （ ） 2、将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，一段时间后培养基中会有两种菌落。（ ） 3、艾弗里的实验结论是DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，理由是只有DNA才能是R型细菌转化为S型细菌。（ ） 4、加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂，失去活性。（ ） 5、如果把S型细菌的DNA提取出来直接注射小鼠体内，也能从小鼠体 内分离得到S型细菌。（ ） × √ √ × × 6．注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（  ） A．R型肺炎链球菌 B．加热杀死后的R型肺炎链球菌 C．加热杀死后的S型肺炎链球菌 D．加热杀死后的S型肺炎链球菌与R型细菌混合 D 7.肺炎链球菌的转化实验证明了（ ） A. DNA是主要的遗传物质 B.染色体是遗传物质的载体 C.DNA是遗传物质 D. RNA是遗传物质 C 思考：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？ 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。 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。 三、噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体结构模式图 ① 是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 ② 头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。 ③在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌。 ④ 子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。 三、噬菌体侵染细菌的实验 （一）噬菌体侵染细菌 1、噬菌体结构 三、噬菌体侵染细菌的实验 （一）噬菌体侵染细菌 2、噬菌体侵染细菌过程 侵入别的细菌 注入 复制、合成 吸附 组装 释放 吸附 注入 复制、合成 组装 释放 三、噬菌体侵染细菌的实验 （一）噬菌体侵染细菌 2、噬菌体侵染细菌过程 方法：放射性同位素标记法（同位素示踪法）。 思路：将DNA和蛋白质分开，直接地单独地去观察它们各自的作用 1、实验思路和方法 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 思考：如何利用放射性同位素进行标记？（如何区别DNA和蛋白质？） T2噬菌体中60%是蛋白质,40%是DNA。 在T2噬菌体的化学分析中, 对蛋白质和DNA的进一步分析表明: 硫仅存在于蛋白质分子中； 磷几乎都存在于DNA分子中。 （1） 培养带标记的噬菌体 含放射性同位素35S培养基 培养大肠杆菌 大肠杆菌（含35S） T2噬菌体（含35S） 培养噬菌体 含放射性同位素32P培养基 培养大肠杆菌 大肠杆菌（含32P） T2噬菌体（含32P） 培养噬菌体 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 1、实验过程 思考：利用培养基能直接培养噬菌体吗？ 不能，因为病毒寄生于活细胞才能生存。 分别用35S或32P标记的噬菌体与未标记的大肠杆菌混合 经短时间保温后用搅拌器搅拌 离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质 细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性 32P标记的噬菌体 35S标记的噬菌体 上清液放射性很高， 沉淀物放射性很低。 子代噬菌体中无35S 上清液放射性很低， 沉淀物放射性很高。 子代噬菌体中含32P 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 1、实验过程 （2）噬菌体侵染 24 ①短时间保温的目的? ②搅拌的目的？ ③离心的目的？ 保证噬菌体的DNA进入大肠杆菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 上清液：蛋白质外壳 沉淀物：大肠杆菌、子代噬菌体 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 1、实验过程 （2）噬菌体侵染 说明蛋白质外壳留在外面，没有进入到细菌中 35S标记的噬菌体 35S标记噬菌体与未标记大肠杆菌混合 经短时间保温后用搅拌器搅拌 离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质 细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性 沉淀物放射性很低? 子代噬菌体中无35S。 上清液放射性很高 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，随细菌离心到沉淀物中。 说明：T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 1、实验过程 1.为何在35S标记的组，沉淀物中会含有较低的放射性？ 2.为何在32P标记的组，上清液中会含有较低的放射性？ 32P标记的噬菌体 沉淀物放射性很高。 子代噬菌体中含32P 32P标记噬菌体与未标记的大肠杆菌混合 经短时间保温后用搅拌器搅拌 离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质 细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性 上清液放射性很低? 保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌； 保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 说明：T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。 说明DNA是真正的遗传物质 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 1、实验过程 结论：DNA是遗传物质。 （2）细菌裂解释放的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。 2、实验结果 （1）用35S标记的一组实验，放射性同位素主要分布在上清液中；用32P标记的一组实验，放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中。 （说明噬菌体在侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在外面。） （说明DNA是遗传物质。） 能不能说明蛋白质不是遗传物质？ 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 28 （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 3、实验误差原因分析 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。 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。 （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 ③搅拌过于剧烈，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。 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 （1）个体很小，结构简单，易于观察由遗传物质改变导致的结构和功能的变化；繁殖快，细菌20-30min就可以繁殖一代，病毒可在短时间内大量繁殖。 （2）巧妙运用减法原理，最大的困难是如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）。 （3）艾弗里：细胞培养技术、物质的提纯和鉴定技术等； 赫尔希:噬菌体的培养技术、同位素标记法、物质的提取和分离等技术。 启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。 三、噬菌体侵染细菌的实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 4、思考讨论 肺炎链球菌 体内转化实验 肺炎链球菌 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）三个经典实验比较 三、噬菌体侵染细菌的实验 目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。 思考： 只有DNA是遗传物质吗？ 下面这些生物的遗传物质是什么？ 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 新型冠状病毒 四、RNA也可以作为遗传物质 （一）RNA是遗传物质的证明实验 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 得到全新病毒 不能得到病毒 RNA 蛋白质 四、RNA也可以作为遗传物质 33 2、烟草花叶病毒实验拓展--重建实验 TMV 2 RNA 2 蛋白质 2 蛋白质 1+RNA 2 TMV 2 TMV 1 RNA 1 蛋白质 1 蛋白质 2+RNA 1 TMV 1 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA ： （一）RNA是遗传物质的证明实验 四、RNA也可以作为遗传物质 34 （二）不同生物体内遗传物质的区别 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 DNA和RNA DNA 玉米、小麦、人 原核生物 乳酸菌、蓝藻 无细胞结构的生物 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体 RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒 绝大多数生物的遗传物质是 ，只有少数生物的遗传物质是 。所以说DNA是主要的遗传物质。 DNA RNA 四、RNA也可以作为遗传物质 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。请分析子代噬菌体蛋白质外壳的来源。 大肠杆菌裂解后，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）能够准确地自我复制，保证亲子代之间遗传的连续性； （2）能够指导蛋白质合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程； （3）具有储存大量遗传信息的能力，保证生物的的多样性； （4）结构比较稳定等，在特殊情况下又能发生突变，保证物种的稳定性。 DNA或RNA DNA DNA （2）烟草的遗传物质是什么？ DNA 1.（1）动物和人体的遗传物质是什么？ （3）细菌的遗传物质是什么？ （4）一切生物的遗传物质是什么？ （5）病毒的遗传物质是什么？ 核酸（DNA或RNA） 练习 2.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述中，不正确的是(　　) A.DNA是绝大多数生物的遗传物质 B.有些生物的遗传物质是RNA C.在真核生物中，DNA和RNA都是遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质 D.核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质 C 3.下列有关人类对遗传物质探索历程的叙述，错误的是( ) A.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验证明了S型细菌中存在一种转化因子 B.艾弗里及其同事的肺炎双球菌体外转化实验证明DNA是遗传物质 C.赫尔希和蔡斯的实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 D.烟草花叶病毒侵染烟草的实验证明RNA是遗传物质 C 4、下图是T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的部分步骤示意图，下列对此实验的有关叙述，正确的是(　　) A．本实验使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的 B．本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA C．实验中采用搅拌和离心等操作是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性 D．在新形成的噬菌体中没有检测到35S，说明噬菌体的遗传物质是DNA，不是蛋白质 B $$