3.1DNA是主要的遗传物质课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

第3章　基因的本质 第1节　DNA是主要的遗传物质 1.阐述格里菲思、艾弗里肺炎链球菌转化实验的过程。 2.阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程。 3.举例说明证明遗传物质的实验思路。 4.说明DNA分子是主要的遗传物质。 5.有些病毒的基因位于RNA上。 1.生命观念：理解DNA是主要的遗传物质，认知生命的共性及差异。 2.科学思维：感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。 课标要求 素养要求 2 20世纪中叶，科学家发现染色体主要由DNA和蛋白质组成的。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界激烈的讨论。 Q1：你认为遗传物质可能具有什么特点？ Q2：如何证明某一种物质是遗传物质呢？有什么可行方法？ 将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代性状。 对遗传物质的早期推测 20世纪20年代，大多数科学家认为 是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到DNA也是生物大分子，组成它的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到 的重要性，但是认为 是遗传物质的观点仍占主导地位。 首先对这一观点提出挑战的科学家是 ，这位科学家选择的实验材料是 ，他的实验又是在 的实验基础上进行的。 蛋白质 DNA 蛋白质 艾弗里 肺炎链球菌 问题探讨 格里菲思 5 肺炎链球菌的体内/外转化实验： 1.肺炎链球菌的类型 项目 S型细菌 R型细菌 菌体 菌落 有无致病性 表面光滑 表面粗糙 有 无 肺炎链球菌的体内转化实验： 荚膜 7 2.格里菲思的体内转化实验 转化因子 (2)结论：加热致死的S型细菌中，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质—_________ (1)实验过程及结果 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活菌。 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活菌。 8 思考讨论1：从第四组实验的小鼠尸体中分离出有致病性的S型活细菌（其后代也是有致病性的S型细菌），可以推测出什么呢？ 答： 无致病性的R型活细菌＋被加热杀死的S细菌混合后，转化为有致病性的S活细菌 已经加热致死的S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）已知在80～100 ℃温度范围内，蛋白质将失去活性，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55 ℃左右时，DNA的结构会恢复，但蛋白质却不能恢复。由此我们可以推断：在格里菲思的实验中，加热杀死的S型细菌中的“转化因子”应该是哪种物质？ DNA 格里菲思将加热致死的S型细菌与R型活细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，并从死亡小鼠体内分离到了活的S型细菌，研究表明，小鼠体内的两种细菌含量变化如图所示： (1)S型活细菌是怎样产生的？ 加热致死的S型细菌中的“转化因子”,促使部分R型细菌转化为S型活细菌。 (2)S型细菌是有毒性的，据此推测曲线bc段上升的原因是什么？ 有毒的S型细菌在小鼠体内增殖，导致小鼠的免疫力降低，从而使R型细菌、S型细菌数量都增加。 关键的实验设计思路是什么？ S型细菌的化学组分图 多糖 脂质 蛋白质 …… DNA RNA 多糖 脂质 蛋白质 DNA RNA…… 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。 哪一个才是转化因子呢？ 肺炎链球菌的体外转化实验： 将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大部分的糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取液。 (2)结论： 才是“转化因子”，是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质；该实验还能说明 等都不是遗传物质。 DNA 蛋白质、RNA、脂质 思考讨论2： 1）通过什么方法能够将蛋白质、DNA等物质分开？ 直接将S型细菌的各种物质分离（难度较大） 将备选物质一个一个地排除，通过观察剩余提取物地转化活性来寻找转化因子 2）实验设计的“减法原理” √ 有关肺炎双球菌转化的两个易错点 1.转化的遗传学基础是基因重组。肺炎双球菌转化实验是指S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的基因组中，使受体细胞获得了新的遗传信息。 2.如果把S型细菌的DNA提取出来，直接注射到小鼠体内，能否从小鼠体内分离得到S型细菌？ 直接注射会导致DNA被小鼠体内的DNA酶分解，无法分离得到S型细菌。 有关肺炎双球菌转化的注意事项 1.艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，也证明了蛋白质等不是遗传物质。 2.在格里菲斯的体内转化实验中，使小鼠致死的是S型细菌，不是S型细菌的DNA（S型活细菌才有毒性） 3.被转化的R型细菌只是少数，在培养后既有R菌又有S菌的培养基中，R菌依然是占大多数。 研究表明，小鼠体内的两种细菌含量变化如图所示： ab段:将加热致死的S型细菌与R型细菌混合后注射到小鼠体内，ab时间段内，小鼠体内还没形成大量的R型细菌的抗体，故该时间段内R型细菌数量增多。 bc段: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。 cd段:c点对应的时间点之前，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，导致R型细菌大量繁殖，所以cd段R型细菌数量增多。 艾弗里实验里提取的DNA，纯度最高时还有约0.02%的蛋白质，显然，科学探究需要更加强力有的实验来揭示真相？ T2噬菌体侵染大肠杆菌实验： 噬菌体的结构 组成元素：CHONP 组成元素：CHONS T2噬菌体（是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒) T2噬菌体的结构分头部和尾部，其外壳由蛋白质组成，头部含DNA。 同位素示踪法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。 同位素示踪所利用的放射性同位素及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。 放射性同位素示踪原理 为什么选用32P或35S分别标记噬菌体？ 能否用14C和18O标记噬菌体，为什么？ T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA，仅蛋白质中含有S，P几乎都存在于DNA中。 选用32P或35S分别标记噬菌体，就可间接地把DNA和蛋白质分开，单独观察各自的生理作用 不能，因为DNA和蛋白质都含C和O； 吸附 注入 合成 组装 释放 模板：噬菌体 原料：大肠杆菌提供四种脱氧核苷酸和氨基酸 场所：大肠杆菌 T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分进行大量繁殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。 注意：噬菌体不是整个进入大肠杆菌体内的。 实验过程及结果 大肠杆菌 大肠杆菌 噬菌体 噬菌体 (1)首先获得分别用32P或35S标记的T2噬菌体 第一步：先标记大肠杆菌 第二步：再标记噬菌体 该种病毒能在基本培养基上培养吗？为什么？ 不能，因为病毒营寄生生活，必须寄生在活细胞内 28 思考：1.搅拌和离心的目的分别是什么？ 搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离心：让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌 2．用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，为什么沉淀物中也有少量的放射性？ 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面，离心时随大肠杆菌到沉淀物中。 3．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，为什么上清液中也出现少量的放射性？ (1)保温时间过短，部分32P标记的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， 32P标记的噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代， 32P标记的子代噬菌体经离心后分布于上清液中。 实验结果分析： （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 遗传的。 （3）子代噬菌体的DNA复制的原料来自 、蛋白 质合成的原料来自 、蛋白质合成的场所来自 ，只有 来自亲代噬菌体。 实验结论： （1） 才是T2噬菌体的遗传物质。 （2）该实验还能说明DNA能够 ； DNA能够指 导 的合成 ；但不能得出 不是遗传物质的结论。 DNA 蛋白质外壳 亲代的DNA DNA 自我复制 蛋白质 蛋白质 大肠杆菌 大肠杆菌 大肠杆菌 模板DNA 32 DNA是主要的遗传物质 理解：为什么是主要？也就是说有的生物遗传物质不是DNA？ 那是什么？ RNA型病毒： 烟草花叶病毒（TMV）、车前草病毒（HRV）、SARS病毒、艾滋病病毒（HIV）、禽流感病毒等。 不同生物的遗传物质 项目 细胞生物 非细胞生物 真核生物 原核生物 DNA病毒 RNA病毒 含有核酸 的种类 遗传物质 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA DNA DNA DNA RNA 36 说出下列病毒的遗传物质： ①HIV ② SARS病毒 ③禽流感病毒 ④埃博拉病毒 ⑤T2噬菌体 ⑥天花病毒 ⑦乙肝病毒 ⑧烟草花叶病毒（TMV） ⑨新冠状病毒 RNA RNA RNA RNA DNA DNA DNA RNA RNA 时间 科学家 实验材料 实验方法 实验思路 实验结论 1928 格里菲斯 小鼠 用两种不同类型的肺炎双球菌感染小鼠 用R型和S型肺炎双球菌分别感染小鼠。接着又用杀死的S型菌和活R型菌+死S型菌感染小鼠。 体内存在转化因子，使型活细菌转化为S型有毒细菌 1944 艾弗里 S型菌 分离提纯S型菌中的DNA、蛋白质、多糖 分离提纯S型菌中的DNA、蛋白质、多糖，分别加入R型菌培养基。看看哪个物质可以使R型菌发生转化 DNA才是使R型菌产生稳定遗传的物质 1952 赫尔希、蔡斯 噬菌体 同位素标记法 同位素标记法分别标记噬菌体的DNA和蛋白质。离心后分别检测沉淀物的放射性 DNA才是真正的遗传物质 1957年 格勒、施拉姆 烟草花叶病毒 提取烟草花叶病毒的蛋白质、RNA，分别侵染烟草花叶 提取烟草花叶病毒的蛋白质、RNA，分别侵染烟草花叶。观察哪种物质可以使烟草花叶染病。 在只含有RNA 的生物中，RNA是遗传物质。 绝大多数生物遗传物质是DNA ，DNA是主要的遗传物质。 课堂小结 $$