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

DNA是主要的遗传物质 1891年 1866年 1910年 1903年 孟德尔发现遗传定律 科学家描述减数分裂全过程 萨顿假说：基因在染色体上 摩尔根证明基因在染色体上 20世纪中叶 染色体主要由蛋白质和DNA组成 遗传物质是蛋白质还是DNA? 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？ 讨论： 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。 问题探讨 一、对遗传物质的早期推测 ◇蛋白质具一定的热稳定性。 一、对遗传物质的早期推测 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。 蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。 一、对遗传物质的早期推测 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 DNA是遗传物质的证据： 肺炎链球菌 噬菌体 二、肺炎链球菌转化实验 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 ①实验材料： R型、S型肺炎链球菌和小鼠 项目 S型细菌（Smooth） R型细菌（Rough） 菌落 菌体 有无毒性 表面光滑 表面粗糙 多糖类的荚膜 无多糖荚膜 荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层多糖胶状物质。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。 有 无 二、肺炎链球菌转化实验 ②实验过程： 小鼠不死亡 小鼠死亡， 体内分离出S型活细菌 小鼠死亡， 体内分离出S型活细菌 小鼠不死亡 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 第一组 第二组 第三组 第四组 二、肺炎链球菌转化实验 思考： （1）对比第一、二组的实验现象，说明了什么？ （2）对比第二、三组的实验现象，说明了什么？ （3） 第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型细菌从哪里来？ R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。 加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。 R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 增殖 加热杀死的 S型菌 格里菲思推论：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化成为S型活细菌的活性物质--转化因子。 二、肺炎链球菌转化实验 ②实验过程： 小鼠不死亡 小鼠死亡， 体内分离出S型活细菌 小鼠死亡， 体内分离出S型活细菌 小鼠不死亡 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 第一组 第二组 第三组 第四组 对照组 实验组 二、肺炎链球菌转化实验 哪种物质是转化因子？ 加热杀死的S型细菌 多糖 DNA 蛋白质 脂类 RNA ？ 二、肺炎链球菌转化实验 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 ①实验设计思路： 破碎加热杀死的S型细菌，设法去除绝大部分的糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物 （再经过不同处理，单独地、直接地观察它们的作用） 自变量控制的原理：加法原理和减法原理（p46） 与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“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”。 二、肺炎链球菌转化实验 2.艾弗里的肺炎链球菌的体外转化实验 ②实验过程： 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 （蛋白酶或RNA酶或酯酶） S型细菌 R型细菌 第2-4组 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 DNA酶 只长R型细菌 第5组 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 + 混合 S型细菌 R型细菌 第1组 减法原理 二、肺炎链球菌转化实验 思考： （1）第1组在实验中起什么作用？能确定转化因子是哪种物质吗？ （2）在第2-4组中有一组加蛋白酶后R型菌还是被转化说明什么问题？ （3）第5组中加DNA酶后只长R型菌说明什么问题？？ 对照作用； 不能确定转化因子是什么物质。 说明转化因子不是蛋白质。 说明细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA。 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 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： 延伸与拓展 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？ S型菌 荚膜 与荚膜形成有关的基因 加热 杀死 被破坏的S型菌 DNA片段吸附在R型菌表面 DNA片段进入R型菌 重组 R型菌转化成S型菌 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌。 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 1.实验材料： T2噬菌体和大肠杆菌 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 2.噬菌体侵染细菌的过程： 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 噬菌体侵染大肠杆菌过程 侵入别的细菌 合成 组装 释放 吸附 注入 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 3.研究方法： 放射性同位素标记技术 哪一种物质进入了大肠杆菌体内？ DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？ 放射性元素分别标记DNA和蛋白质 选择什么元素进行放射性标记 尾部 头部 DNA 蛋白质 (C、H、O、N、P) (C、H、O、N、S) 资料：在T2噬菌体的化学组分中，60%是蛋白质，40%是DNA。对蛋白质和DNA的进一步分析表明：S仅存在于蛋白质分子中，P几乎都存在于DNA分子中。 35S 32P 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 4.噬菌体侵染细菌实验： 如何单独获得只有35S或32P标记的T2噬菌体？ 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 含有35S的培养基培养大肠杆菌 含有35S的大肠杆菌 培养未被标记的噬菌体 32P标记的T2噬菌体培养过程同理。 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 4.噬菌体侵染细菌实验： 分别用35S或32P标记噬菌体与大肠杆菌混合 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、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 标记的噬菌体 侵染大肠杆菌 短时间保温后搅拌 短时保温：让噬菌体充分侵染大肠杆菌 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，子代噬菌体已经释放。 搅拌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离心 离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 思考： （1）35S标记的实验组发现沉淀物中也很高的放射性，可能是什么原因造成的？ （2）32P标记的实验发现上清液中也很高的放射性，可能是什么原因造成的？ 搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。 保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌； 保温时间过长，子代噬菌体已经释放。 三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验 5.实验现象及结论： 35S标记的实验 32P标记的实验 标记部位 放射性情况 上清液 沉淀物 子代噬菌体 有无放射性原因 蛋白质 很高 DNA 很低 蛋白质未进入大肠杆菌 DNA进入大肠杆菌 很高 很低 有放射性 无放射性 结论：子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。 即DNA是噬菌体的遗传物质。 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们的功能。 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，蛋白质不是。 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 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？ 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？ ①个体小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，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，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质（减法原理），然后观察在无这种物质的情况下，实验结果的变化。 最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等） 思考·讨论 3.艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？ 这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？ 艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。 赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。 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。 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。 思考·讨论 四、RNA是遗传物质的实验证据 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。 四、RNA是遗传物质的实验证据 烟草花叶病毒侵染烟草实验： 病毒重组实验： 结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 其它常见RNA病毒： 新冠病毒 SARS病毒 艾滋病病毒 埃博拉病毒 流感病毒 四、RNA是遗传物质的实验证据 30 五、DNA是主要的遗传物质 绝大多数生物的遗传物质是_____，只有极少数生物的遗传物质是_____。因此，_____是主要的遗传物质。 生物类型 所含核酸 遗传物质 举例 细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌 原核生物 细菌、蓝细菌 非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体 RNA病毒 艾滋病病毒、流感病毒 DNA和RNA DNA RNA DNA RNA DNA DNA RNA DNA 某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验，进行了以下4个实验： ①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠 ②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠 ③R型菌→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠 ④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠 以上4个实验中小鼠存活的情况依次是： ①___________; ②___________; ③___________; ④___________; 存活　 死亡 存活　 存活　 小试牛刀 在肺炎双球菌的转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是(　　) A．3和4 B．1、3和4 C．2、3和4 D．1、2、3和4 D 小试牛刀 (多选)某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，过程如图所示。下列有关分析不正确的是(　　) A．理论上，b和c中不应具有放射性 B．实验中b含有放射性与过程①中培养时间过长或过短有关 C．实验中c含有放射性与过程④中搅拌不充分有关 D．该实验证明了DNA是遗传物质 BC 小试牛刀 科学家用含15N的培养基培养大肠杆菌，再用该大肠杆菌培养T2噬菌体，待大肠杆菌解体后，15N（ ） A．不出现在子代噬菌体中 B．仅发现于子代噬菌体的DNA中 C．发现于子代噬菌体的外壳和DNA中 D．仅发现于子代噬菌体的外壳中 C 小试牛刀 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 小试牛刀 肺炎链球菌的转化实验是探究生物遗传物质的经典实验，如图表示体内转化实验和体外转化实验中R型细菌和S型细菌的数量变化曲线。下列叙述错误的是（     ） A．图①中的乙和图②中的甲表示两实验中 R 型细菌的数量变化 B．图①中乙曲线对应的细菌数量先下降后上升与小鼠免疫力的改变相关 C．图②的变化曲线是 R 型细菌培养液与加入蛋白酶的 S型细菌提取物混合后培养的结果 D．图②中两种细菌达到一定数量后不再增加与培养基中营养物质的量有关 C 小试牛刀 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 D 一、概念检测 A 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 练习与应用 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。 实验表明噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌外面。因此，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。 练习与应用 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 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$