3.1 DNA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

DNA是主要的遗传物质 肺炎链球菌的转化实验 01 02 噬菌体侵染细菌的实验 03 04 生物体内的遗传物质分析 习题检测 目录 CONTENTS 第一部分 肺炎链球菌的转化实验 “遗传物质”群聊 我发现生物的性状是由遗传因子控制！我还发现了它们遗传的规律 1866年 楼上的大神说的很对 ，我准备把遗传因子改名叫基因，这样感觉顺多了。 孟德尔 约翰逊 “遗传物质”群聊 我发现孟德尔的遗传定律和减数分裂的过程冥冥之中似乎有某种联系！ 1903年 萨顿 我知道了，基因在染色体上！！！但是我证明不了 萨顿 摩尔根 我觉得孟德尔和萨顿的理论都是瞎扯。我不信，还是看我的吧 1908年 “遗传物质”群聊 1910年 两位大神说得对！ 我发现了一只可爱的白眼果蝇，用它证明了两位大神的观点！！ 摩尔根 染色体主要组成成分DNA和蛋白质。 科学家甲 哪种是遗传物质我不知道 科学家甲 对遗传物质的早期推测 是由多种氨基酸连接而成，排列顺序多样，可能蕴含遗传信息 20世纪20年代 20世纪30年代 认识到 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子 对DNA结构没有清晰的了解 蛋白质 蛋白质是遗传物质 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的科学家有哪些？ 艾弗里 赫尔希 格里菲思 蔡斯 “我们表示怀疑！” 遗传物质的特点 1、能够准确地自我复制，使得前后代具有一定的连续性。 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。 3、能储存大量遗传信息，保证生物的多样性。 4、结构稳定，保证物种的稳定性。 DNA是遗传物质的证据 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 向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的科学家们： 格里菲思 艾弗里 赫尔希 蔡斯 肺炎链球菌的转化实验 03 1928年格里菲斯---肺炎链球菌的转化实验 （体内转化实验） 1944年艾弗里---肺炎链球菌的转化实验 （体外转化实验） 基础 肺炎链球菌类型 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 菌体 有无毒性 表面光滑 表面粗糙 有 无 多糖类的荚膜 荚膜是什么？有什么作用？ 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纽胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 S型细菌具有多糖类荚膜，可以抵御吞噬细胞的吞噬，不能被宿主的正常防御机制所清除，因而导致宿主感染。 R型细菌没有多糖类荚膜，感染细胞后容易被吞噬并杀灭。 13 格里菲思的体内转化实验 注射加热杀死的S型菌+R型活细菌 说明R型菌无毒性 说明S型菌有毒性 说明加热杀死的S型菌失去毒性 分离出的细菌大部分是R型菌 实验结果分析： ①对比第一、二组的实验现象，这说明了什么？ S型活细菌会使小鼠死亡。 体内有活的S型细菌。 ②第四组小鼠为什么会死亡呢？ 活的R型细菌转变成了活的S型细菌。 ③第四组活的S型细菌如何出现？ ④什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？ 加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。 ⑤这种转化产生的S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，又说明了什么？ 已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为 的活性物质—“ ” 。 转化的性状可以遗传（即遗传物质） S型活细菌 转化因子 牢记：但没有证明DNA是遗传物质 R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 加热杀死的 S型菌 实验结论： 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 ？ 关键思路： 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。 格里菲思的体内转化实验 肺炎链球菌转化实验 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。 含R型细菌的培养基 分别加入 R型细菌？ S型细菌？ 加法原理 肺炎链球菌转化实验 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 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？ 因此可用酶解法，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。 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” 实验组 对照组 实验组 实验组 减法原理 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 艾弗里的体外转化实验 艾弗里 1 2 3 4 首先明确S型细菌的粗提取液具有转化能力 然后通过一定的方法逐步去除粗提取液中的某种成分。 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成分 如果去除某种成分后仍保持转化能力，则去除的成分是转化非必需成分 组别 S型细菌细胞提取物的处理方法 实验结果 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组 不作处理 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶 加入有R型活细菌的培养基中 S型细菌细胞提取物 R型细菌 R型细菌 S型细菌 实验过程： 1.自变量： 因变量： 是否加入酶及酶的种类 培养基中是否有活的S菌 2.哪组是对照组？哪组是实验组？ 第一组为空白对照组。 第二至五组为实验组。 3.该实验的设计遵循哪些原则? 单一变量原则 对照原则 4.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? 说明转化因子不是蛋白质。 5.第5组中加DNA酶后只长R型菌说明什么问题? 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，而蛋白质不是 6.实验结论是什么? 蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。 1、在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开； 2、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。 为什么格里菲斯第4组实验中加热杀死的S菌的DNA还具有转化能力？ 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 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 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一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质 肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 项目 体内转化实验 体外转化实验 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基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸 ③两实验都遵循对照原则、单一变量原则 肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 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。 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？ 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 第二部分 噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体侵染细菌实验 1、科学家： 赫尔希 蔡斯 1952年 噬菌体 利用放射性同位素标记技术，另一个有说服力的实验 是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 01 02 03 04 尾部 头部 DNA 蛋白质 （二）实验材料： T2噬菌体 （1）优点： 头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。 在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌 子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。 T2噬菌体增殖过程（视频） （三）科学方法： 放射性同位素标记法 DNA和蛋白质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 （C、H、O、N、S） ——用32P标记 ——用35S标记 尾部 头部 DNA 蛋白质 （C、H、O、N、P） （四）实验过程： T2噬菌体侵染大肠杆菌实验过程（视频） 怎样标记噬菌体呢？能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？ 不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体。 第一步：培养带标记的噬菌体： + 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 + 培养 培养 35S标记的 32P标记的 T2噬 菌 体 甲组 乙组 T2噬菌体 T2噬菌体 标记细菌 标记 噬菌体 标记噬菌体侵染未标记细菌 （短时间保温） 搅拌 离心 观察放射性的分布 “短时间”：促使噬菌体充分侵染细菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体 搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 上清液 沉淀物 轻：T2噬菌体颗粒 重：被感染的大肠杆菌 第二步：标记的噬菌体侵染细菌： “保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性 带标记的T2噬菌体去侵染什么样的大肠杆菌呢？ 39 （五）实验结果： 上清液 沉淀物 子代噬菌体 放射性很高 无放射性 放射性很低 35S（蛋白质）标记的噬菌体 35S标记的蛋白质没有进入到大肠杆菌内 蛋白质不参与噬菌体的遗传 上清液 沉淀物 子代噬菌体 放射性很高 放射性很低 部分有放射性 32P（DNA）标记的噬菌体 （五）实验结果： 32P标记的DNA进入到大肠杆菌内 DNA是噬菌体的遗传物质 （五）实验结果： 实验结论：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的, 因此_______是T2噬菌体遗传物质。 DNA 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 上清液 沉淀物 子代噬菌体 结论 放射性高 无放射性 无放射性 放射性高 放射性低 有放射性 ◇蛋白质没有进入细菌细胞 ◇DNA进入到细菌的细胞中 ◇DNA才是噬菌体的遗传物质 误差分析 搅拌不充分 理论上 上清液(35S标记的蛋白质外壳） 沉淀物 无放射性 其中一个 大肠杆菌 实际上 35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因 搅拌不充分，仍有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面 沉淀物 少量放射性 误差分析 保温时间长 理论上 上清液 沉淀物(32P标记的DNA） 部分释放出来 未来得及侵染 实际上 释放 实际上 保温时间短 32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因 b. 保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖，后子代噬菌体释放出来； a. 保温时间过短，部分噬菌体DNA还未侵染到细菌细胞内； “二看法”判断子代噬菌体标记情况 三个经典实验比较 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” 习题巩固 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？ 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。 繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 习题巩固 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？ 艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。 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）。 习题巩固 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。 第三部分 生物体内的遗传物质分析 思考： 只有DNA是遗传物质吗？下面这些生物的遗传物质是什？ 流感病毒 COVID--19 （HIV） SARS病毒 RNA是遗传物质的证明实验 RNA 蛋白质 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 结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是。 DNA是主要的遗传物质 1.绝大多数生物以DNA为遗传物质 凡是有DNA的生物 凡是细胞结构的生物 2.极少数生物没有DNA，只有RNA一种核酸，则RNA是遗传物质， 如烟草花叶病毒、艾滋病病毒HIV、大多数流感病毒等 就整个生物界来说，绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的，所以DNA是主要的遗传物质；但对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA。 不同生物的遗传物质 真核生物、原核生物及病毒的核酸类型 项目 核酸 遗传物质 类型 核苷酸种类 碱基 种类 类型 核苷酸种类 碱基 种类 细胞 生物 真核细胞 DNA和RNA ____ ___ DNA 4 4 原核生物 DNA和RNA 8 5 _____ ___ ___ 非细胞生物 (病毒) DNA病毒 DNA 4 4 _____ ___ ___ RNA病毒 RNA ___ ___ RNA 4 4 8 5 DNA 4 4 DNA 4 4 4 4 绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少数生物的遗传物质是RNA。所以说DNA是主要的遗传物质。 不同生物的遗传物质 病毒 按宿主 按核酸种类 动物病毒 植物病毒 细菌病毒 DNA病毒 RNA病毒 如天花病毒，肝炎病毒 如烟草花叶病毒 如噬菌体 天花病毒、噬菌体、乙肝病毒 SARS病毒、流感病毒、新冠病毒、 烟草花叶病毒、HIV、埃博拉病毒 格里菲思的 体内转化实验 艾弗里及同事的 体外转化实验 转化因子是什么 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质 RNA是TMV的遗传物质 DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 第四部分 习题检测 习题巩固 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 习题巩固 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 A 习题巩固 3. 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。 试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的外面。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。 习题巩固 4.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌休侵染细菌的实验。 分析DNA作为遗传物质所具备的特点。 肺炎双球菌转化实验和噬菌体感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条件： ①能够精确地复制自己； ②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢； ③具有贮存遗传信息的能力； ④结构比较稳定等。 谢谢观看 THANKS Lavf58.29.100 $$