3.1 DNA是主要的遗传物质-2024-2025学年高一生物同步备课优选课件（人教版2019必修2）

第三章 基因的本质 第一节 DNA是主要的遗传物质 1 1866年 孟德尔发现遗传定律 遗传物质是蛋白质还是DNA? 2 1891年 科学家描述减数分裂全过程 3 1903年 萨顿假说：基因和染色体存在平行关系 5 20世纪中叶 染色体主要由蛋白质和DNA组成 1909年 4 摩尔根证明： 基因在染色体上 重走遗传物质的探索之路 (1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。 (2)控制生物体的性状和新陈代谢过程。 (3)能储存大量的遗传信息。 (4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可 遗传变异。 你认为遗传物质可能具有什么特点？ 问题探讨 一.对遗传物质的早期推测 由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，人们认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 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。 没发现其他大分子有类似的结构特点 蛋白质是生物体的遗传物质。 20世纪30年代 一.对遗传物质的早期推测 Frederick Griffith Oswald Theodore Avery Alfred Hershey Matha Chase 艾弗里 赫尔希 蔡斯 格里菲思 “我们表示怀疑！” 大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质 二.肺炎链球菌的转化实验 1928年 时间 人物 格里菲思 多糖荚膜 菌落 致病性 R型菌 S型菌 肺炎链球菌 选材 无 有 表面粗糙Rough 表面光滑Smooth 无 有 荚膜是某些细菌细胞壁外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后，容易被吞噬细胞吞噬并消灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生存和繁殖。（P43相关信息） 二.肺炎链球菌的转化实验 不死亡 死亡 不死亡 注射R型活细菌+加热致死的S型菌 注射加热致死的S型细菌 注射S型活细菌 注射R型活细菌 死亡 第一组 第二组 第三组 第四组 分离出S型活细菌 分离出S型活细菌 实验过程 二.肺炎链球菌的转化实验 R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 加热杀死的 S型菌 ①. 第四组小鼠为什么会死亡？ ②.第四组小鼠体内分离出的S型细菌从哪里来？ 由于体内有活的S型细菌的作用 S型细菌 起死回生？ 二.肺炎链球菌的转化实验 （1) 实验结论： 注意： 该实验不能证明DNA是遗传物质。 加热杀死S型菌 R型活菌 S型活菌 转化 已经加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质 ——“转化因子” 活性物质 总结 二.肺炎链球菌的转化实验 加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟转化因子是什么？ 多糖 加热杀死 的S型细菌 脂类 蛋白质 RNA DNA 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 含R型细菌的培养基 分别加入 R型细菌？ S型细菌？ 观察菌落产生情况 加法原理 含R型细菌的培养基 提取液 全部加入 加入酶除去特定物质 R型细菌？ S型细菌？ 观察菌落产生情况 减法原理 因当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。 二.肺炎链球菌的转化实验 二.肺炎链球菌的转化实验 减法原理 加法原理 含义：与常态比较，人为增加某种影响因 素的称为“加法原理”。 举例：“比较过氧化氢在不同条件下的 分解” 含义：与常态比较，人为去除某种影响因 素的称为“减法原理”。 举例：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验” 每个实验组特异性去除了一种物质， 从而鉴定出DNA是遗传物质。 对照组 实验组 实验组 实验组 对照组 实验组 实验组 科学方法P46 二.肺炎链球菌的转化实验 　　艾弗里及同事将加热致死的S型菌破碎后，设法除去绝大部分蛋白质、糖类、和脂质，制成细胞提取物。 第一组 R型细菌 S型细菌 有R型细菌的培养基 S型细菌的细胞提取物 + 混合 第二至第四组 R型细菌 S型细菌 有R型细菌的培养基 S型细菌的细胞提取物 + 混合 蛋白酶(或RNA酶、酯酶) 第五组 只长R型细菌 有R型细菌的培养基 S型细菌的细胞提取物 + 混合 DNA酶 剩下：DNA、RNA、少量蛋白质、糖类、脂质等 二.肺炎链球菌的转化实验 （1）实验结论： DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 （2）转化原理和实质： ①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，培养基中R型菌的菌落占多数。 转化的原理和实质 转化原理 转化实质 加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活；DNA在加热过程中，双链解开，当缓慢冷却后，其结构可恢复。 总结 S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。 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 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 实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。 对点练1 下列关于艾弗里肺炎链球菌的转化实验的叙述，错误的是( ) 。 C A.该实验是在格里菲思实验的基础上进行的 B.该实验过程中需要进行细菌的培养 C.该实验运用了酶解法和同位素标记法 D.实验过程中，可通过观察菌落的特征来判断是否发生了转化 例1 在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。下列实验设计中 采用了“加法原理”的是( ) 。 C A.“验证 是植物生活的必需元素”实验中，完全培养液作为对照，实验组是缺 培养液 B.“验证光是光合作用的条件”实验中，对照组在光下进行实验，实验组作遮光处理 C.格里菲思将 型活细菌和加热致死的 型细菌混合后注射到小鼠体内，观察小鼠是 否存活 D.在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，几个实验组分别添加蛋白酶、酯酶或 酶等 二.肺炎链球菌的转化实验 实际上，艾弗里实验中无法真正去除蛋白质，纯度最高时仍存在0.02%蛋白质和DNA混在一起，因此有人对实验结论表示怀疑。 有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质完全分开，单独去观察它们的作用呢？ ①格里菲斯-肺炎链球菌转化实验（体内转化实验） ②艾弗里-肺炎链球菌转化实验（体外转化实验） 已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型细菌的活性物质——转化因子 DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质 三.噬菌体侵染细菌的实验 1952年 时间 人物 赫尔希和蔡斯 实验材料 T2噬菌体 结构组成：头部和尾部都是由蛋白质构成，头部含有DNA。 增殖特点：T2噬菌体侵染大肠杆菌后，会利用大肠杆菌体内的物质合成自身组成成分，进行大量增殖，增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量噬菌体。 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 尾部 头部 DNA 蛋白质 同位素标记法 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？ 放射性分别标记DNA和蛋白质 选择什么元素进行放射性标记 同位素标记法 32P标记的噬菌体 35S标记的噬菌体 主要组成元素 C、H、O、N、P 主要组成元素 C、H、O、N、S 三.噬菌体侵染细菌的实验 2 实验方法: 3 噬菌体侵染细菌过程（赫尔希和蔡斯） 思考：能否用含35S、32P的培养基分别直接培养噬菌体的蛋白质和DNA？ 若不能，请写出培养的过程？ + 培养 培养 35S标记的 _______ 32P标记的 _______ T2噬菌体 T2噬菌体 T2噬 菌 体 + 培养 含32P的 _________ 大肠杆菌 含32P的细菌培养基 大肠杆菌 含35S的 _________ 大肠杆菌 含35S的细菌培养基 + 培养 大肠杆菌 甲组 乙组 三.噬菌体侵染细菌的实验 3 噬菌体侵染细菌过程（赫尔希和蔡斯） 三.噬菌体侵染细菌的实验 35S标记的噬菌体 用35S标记的噬菌体与普通大肠杆菌混合 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 上清液放射性很高 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S 实验结果分析 搅拌的目的 离心的目的 上清液放射性很高说明什么 沉淀物放射性很低说明什么 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 使噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌分层 说明T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌 搅拌不充分 不能证明蛋白质不是遗传物质。 (1)甲组 32P标记的噬菌体 子代噬菌体中含32P 用32P标记的噬菌体与普通大肠杆菌混合 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 沉淀物放射性很高 实验结果分析 沉淀物放射性很高 上清液放射性很低 说明T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。 培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌； 培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 说明DNA是真正的遗传物质 (2)乙组 3 噬菌体侵染细菌过程（赫尔希和蔡斯） 三.噬菌体侵染细菌的实验 (2)实验过程中，两次涉及大肠杆菌，这两次涉及的大肠杆菌有什么区别？ 　第一次是有标记的大肠杆菌，第二次是未被标记的大肠杆菌。 (1)本实验采用的对照方法是什么？ 　对比实验(相互对照)。 (4)尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处，你能否具体指出关键之处？ 　最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。 延伸思考 (3)能否用3H、14C标记噬菌体？ 不能，因为C、H是DNA和蛋白质的共有元素，无法确认被标记的是何种物质。 4 两个经典实验的比较 艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验 处理方式 对照原则 实验结论 设计思路 直接分离 同位素标记法 S型细菌的分离物质分别与 R型细菌混合培养相互对照 分别标记噬菌体DNA和蛋白质 的两组实验相互对照 设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究各自不同的遗传功能 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 证明DNA是遗传物质，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内） 三.噬菌体侵染细菌的实验 3.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含少量放射性与过程 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RNA是遗传物质 √ 4.用不同标记的噬菌体侵染不同标记的细菌，经短时间的保温培养、充分搅拌和离心处理后，下列预期的实验结果中，错误的是 A.用含3H标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放 射性 B.用未标记的噬菌体侵染14C标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性 C.用含32P标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，上清液和沉淀物中可能均有 放射性 D.用含35S标记的噬菌体侵染32P标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性 √ 四.烟草花叶病毒感染实验 背景知识 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。 自主探究： 根据以上科学家的实验思路，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？ 1、 烟草花叶病毒侵染烟草的实验 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 结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。 RNA 四.烟草花叶病毒感染实验 2、烟草花叶病毒（TMV）重建实验 四.烟草花叶病毒感染实验 蛋白质1 TMV2 RNA2 蛋白质2 蛋白质1+RNA2 TMV2 TMV1 RNA1 蛋白质2+RNA1 TMV1 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA 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、新型冠状病毒 DNA和RNA DNA RNA DNA RNA DNA 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。 DNA RNA DNA 五.DNA是主要的遗传物质 注意： 对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质 对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字 例5 （2023·南通校考）下图表示科研人员探究“烟草花叶病毒 遗传物质”的实验 过程，由此可以判断( ) 。 A A.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和 B. 的蛋白质不能进入烟草细胞中 C.侵入烟草细胞的 与烟草的蛋白质组装成新的病毒 D. 是 的主要遗传物质 对点练5 （2023·延安期末）下列关于遗传物质的叙述，正确的是( ) 。 B A.烟草花叶病毒的遗传物质是 B.细胞生物的遗传物质一定是 C.原核生物的遗传物质有些是 D.新型冠状病毒的遗传物质是 或 一.对遗传物质的早期推测 关于遗传物质的争论持续了很长时间，最终在一些确凿的、有说服力的实验论证下，事实证明：DNA是主要的遗传物质。 Frederick Griffith Oswald Theodore Avery Alfred Hershey Matha Chase 艾弗里 赫尔希 蔡斯 格里菲思 “我们表示怀疑！” 大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质 $$