3.1 DNA是主要的遗传物质（第1课时）课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

孟德尔 通过豌豆杂交实验，揭示了遗传规律，提出遗传因子概念。 约翰逊 通过观察蝗虫细胞减数分裂提出假说：基因（遗传因子）位于染色体上。 萨 顿 命名“遗传因子”为基因。 摩尔根 通过果蝇杂交实验证明：基因在染色体上。 1 第3章 基因的本质 自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么？摩尔根在他的《基因论》一书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”这个假设能成立吗？ 2 第1节 DNA是主要的遗传物质 第1课时 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 目标 01 02 03 阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。 说明DNA是主要的遗传物质。 说明自变量控制中的“加法原理”和 “减法原理”。 教学目标 4 1、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。 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： 问题探讨 你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些? 例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等等。科学家为了证明也做了很多实验，今天我们就跟随科学家的步伐一起进行学习。 5 1、20世纪20年代 遗传物质： 理由： ①蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。 ②氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。 蛋白质 2、20世纪30年代 认识到： 理由： DNA的重要性 ①DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 ②脱氧核苷酸有四种，化学组成有磷酸、碱基和脱氧核糖。 遗憾：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； 一、对遗传物质的早期推测 1928年，格里菲斯——肺炎链球菌的转化实验 （体内转化实验） 20世纪40年代，艾弗里——肺炎链球菌的转化实验 （体外转化实验） 基础 艾弗里 （O.Avery） 格里菲思 （F.Griffith） 通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的，首先是美国微生物学家艾弗里，而艾弗里的实验又是在英国微生物学家格里菲斯的实验基础上进行的。 通过确凿证据向遗传物质是蛋白质提出挑战的首先是美国微生物学家艾弗里，而他的实验又是在英国微生物学家格里菲斯实验的基础上进行的。 7 1.实验材料： 肺炎链球菌、小鼠 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 菌体 有无致病性 表面光滑 表面粗糙 有致病性，使人和小鼠患肺 炎，小鼠并发败血症死亡 无致病性 多糖类的荚膜 (一)格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 有多糖类荚膜 没有多糖类荚膜 菌落是由细菌在固体培养基中形成的肉眼可见的细胞群落。 S型肺炎链球菌有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑。R型肺炎链球菌缺乏多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙。 R型细菌感染人或动物时，容易被吞噬细胞吞噬并杀死，因此R型细菌不具有致病性。S型细菌的荚膜可以抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生活并繁殖，因此具有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发白血症死亡。 8 相关信息 荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 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 第一组 2.实验过程： (一)格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 说明加热致死的S型细菌无致病性 说明S型细菌有致病性 说明R型细菌 无致病性 说明R型细菌转化成了S型细菌 注射R型活细菌 小鼠不死亡 第二组 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 注射S型活细菌 第三组 小鼠不死亡 注射加热致死的S型细菌 第四组 R型活细菌+ 加热致死S型细菌混合注射 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 10 (一)格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 R 型活细菌 + S 型死细菌 S 型活细菌 转化 活性物质 S 型活细菌 繁殖 格里菲思的推断: 究竟是什么物质呢? 转化因子 弗雷德里克·格里菲斯（Frederick Griffith） ①已经加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌 转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。 3.实验结论： 二、肺炎链球菌的转化实验 小鼠死亡 ②这种性状的转化是可以遗传的。 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。 RNA 脂质 多糖 1.S型肺炎链球菌内有DNA、RNA、蛋白质、多糖、脂质等化学成分， 到底哪种成分是转化因子呢？ 关键思路： S型细菌组分图 必须将DNA与蛋白质等其他物质分开，单独、直接地观察它们的作用,才能确定究竟谁是遗传物质。 二、肺炎链球菌的转化实验 2.在证明DNA或蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中，最关键的 设计思路是什么？ 12 DNA 蛋白质 二、肺炎链球菌的转化实验 1 2 3 4 (二)艾弗里的肺炎链球菌的体外转化实验 1.实验思路： 首先明确S型细菌的细胞提取物具有转化能力 然后通过一定的方法（酶解法）逐步去除细胞提取物中的某种成分。 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的成分。 二、肺炎链球菌的转化实验 5 将加热致死的S型细菌破碎后去除绝大部分 糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物； 如果去除某种成分后细胞提取物仍保持转化能力，则去除的成分是转化非必需的成分。 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 对照原则、单一变量原则 2.实验过程： (对照组) (实验组) (实验组) DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质； 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； 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； 3.S型细菌的DNA不能使小鼠致死。 证明了转化因子是S型细菌的DNA (二)艾弗里的肺炎链球菌的体外转化实验 2.实验过程： 二、肺炎链球菌的转化实验 3.实验结论： 既DNA是遗传物质。 (对照组) (实验组) 　　在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”； 2、与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”； 1、与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”； 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 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”。 例如，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 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 知识拓展 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 18 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 ，体外转化实验是体内转化实验的 。 ③两实验都遵循 。 肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 基础 延伸 对照原则、单一变量原则 肺炎链球菌 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 20 $$