3.1.2 DNA是主要的遗传物质 第一课时课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

3.1 DNA是主要的遗传物质 （第一课时）物质 本节内容 典型习题 格里菲斯肺炎链球菌的转化实验 艾佛里肺炎链球菌的转化实验 对遗传物质的早期推测 第1节 DNA是主要的遗传物质 一、学习目标 二、重难点 1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。 2.说明DNA是主要的遗传物质。 3.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。 4.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程， 认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。 1.肺炎链球菌转化实验的原理和过程。 2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 前情回顾：名人榜 孟德尔 1866年提出“遗传因子”，并总结遗传规律 约翰逊 1909年把“遗传因子”命名为基因 萨 顿 1903年提出基因在染色体上的假说 摩尔根 1909年实验证明基因位于染色体上 弗莱明等 1879年德国生物学家弗莱明经过实验发现染色体。主要组成成分是 DNA和蛋白质 DNA ? 蛋白质 魏斯曼等 1890年减数分裂的研究：为找到基因提供了最正确的线索 蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。 2.组成蛋白质的氨基酸有多少种？ 3.蛋白质结构多样性的原因？ 21种 氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链的空间结构不同 知识回顾 1.蛋白质的基本单位？及其结构简式？ 氨基酸 4 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 但由于对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。 知识回顾 5 一、对遗传物质的早期推测 ①氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。 1.20世纪20年代 ②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。 ①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。 2.20世纪30年代 ②意识到DNA的重要性，但对DNA结构没有清晰认识。 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 6 问题探讨 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。 1.你认为遗传物质可能具有什么特点？ 遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，能够指导蛋白质的合成，从而控制性状，结构比较稳定等等。 2.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。 7 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 艾弗里确定转化因子的实验 DNA是遗传物质的证据 8 证据1：(格里菲思)肺炎链球菌（体内）转化实验 9 类型 R型细菌 S型细菌 菌体 无多糖类荚膜 有多糖类荚膜 菌落 粗糙（rough） 光滑（smooth） 毒性 不致病 可致病，使人和小鼠患肺 炎，小鼠并发败血症死亡 1. 实验材料： 小鼠和两种肺炎链球菌 多糖类 的荚膜 证据1：(格里菲思)肺炎链球菌（体内）转化实验 10 【拓展】：菌落、荚膜 菌落：是由单个细菌在适宜固体培养基表面生长繁殖到一定程度，形成的肉眼可见的子细胞种群。 荚膜：某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质，主要成分是多糖。 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，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 11 格里菲思的体内转化实验过程 注射加热杀死的S型菌+R型活细菌 分离出的细菌大部分是R型菌 对照原则、单一变量原则 12 3.对比第一、二组的实验现象，这说明了什么？ 【思考】： 1.分析实验的自变量？ 注入的肺炎链球菌的类型和死活 2.分析实验的实验组和对照组？ 第一至三组为对照组，第四组为实验组 R型活细菌使小鼠不死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。 4.对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 加热致死的S型细菌使小鼠不死亡。 13 从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以判断：已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子” 。 R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 【提醒】发生转化的只是少部分R型细菌。 转化后的S型细菌后代还是S， 说明转化后可以稳定遗传。 （实验结论） 注意：转化后的S型细菌后代还是S,说明转化后可以稳定遗传。 14 格里菲思第四组实验中，小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示，则： ①ab段R型细菌数量减少的原因是： ②bc段R型细菌数量增多的原因是： ③后期出现的大量S型细菌的来源: 小鼠进行免疫反应致使R型细菌数量减少。 R型细菌转化为S型细菌后，S型细菌增殖使小鼠患病，降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖。 R型细菌转化成的S型细菌繁殖而来。 转化后的S型细菌可稳定遗传。 格里菲思的体内转化实验 15 1.将S型肺炎链球菌的DNA与R型肺炎链球菌混合，注射入小鼠体内，两种细菌的含量变化过程如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．图中开始R型肺炎链球菌数量下降 是因为R型细菌正在转化成S型细菌 B．S型肺炎链球菌的出现说明了 DNA是“转化因子” C．由R型细菌转化而来的S型细菌的后代仍是R型细菌 D．图中后期出现的大量S型细菌是由R型细菌直接转化而来的 对应训练1 B 解析：图中开始R型细菌数量下降主要是因为小鼠的免疫系统正在清除R型细菌，A错误； 由R型细菌转化而来的S型细菌的后代为S型细菌，C错误； 图中后期出现的大量S型细菌，是由R型细菌转化产生的S型细菌进行繁殖后得到的，D错误。 [答案]B 加热杀死S型菌的实质: 【拓展】： （1）蛋白质： ①加热使氢键断裂，形成单链，降温后恢复双链和活性； 完全失活不可逆 ②DNA的热稳定性高 （2）DNA： 18 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 【思考】：在杀死的S型细菌中含有哪些物质？关键思路？ 但究竟哪一个才是转化因子呢？ 【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。 19 证据2：(艾弗里)肺炎链球菌体外转化实验 20 有R型细菌的培养液 加热杀死的S型细菌的细胞 提取液 + S型细菌 R型细菌 有R型细菌的培养液 加热杀死的S型细菌的细胞 提取液 + S型细菌 R型细菌 混合 混合 有R型细菌的培养液 加热杀死的S型细菌的细胞 提取液 + 混合 只长R型细菌 DNA酶 蛋白酶（或RNA酶、酯酶） 结论 DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质，蛋白质不是遗传物质。 一、艾弗里及同事的体外转化实验过程 涉及细菌培养技术、物质提纯和鉴定技术等 21 二. 实验过程归纳： 1.分析实验的自变量？ 向培养基中加入的S型菌的成分不同 2.分析实验的实验组和对照组？ 第一至四组为对照组,第五组为实验组 22 3.分析实验的方法? 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； 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； 【注意】： 酶解法、细菌体外培养 4.如何区分R型和S型菌? 根据菌落的形态 23 该实验的设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？控制自变量方法？ 遵循单一变量原则和对照原则。 其巧妙之处在于：运用“减法原理”。 最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等） 【思考】： 在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“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”。 与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。 科学方法 我们之前学过的哪个实验运用了加法原理？ 24 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的实质： S型细菌 荚膜 控制荚膜形成的X基因 加热 杀死 被破坏的S型细菌 X基因吸附在R型细菌表面 X基因进入R型细菌 重组 R型细菌转化成S型细菌 DNA具有热稳定性。加热使蛋白质变性失去活性，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。 三、艾弗里及同事的体外转化实验拓展 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 25   格里菲思体内转化实验 艾弗里及同事体外转化实验 培养场所 巧妙构思 实验结论 小鼠体内 培养基 将R型与加热杀死的S型注入小鼠体内作为对照来说明确实发生转化 将物质分离提纯后， 直接、单独的观察各物质的作用 存在某种转化因子让R→S DNA才是使R型菌 产生稳定遗传变化的物质 四、肺炎链球菌的转化实验小结 26 四、肺炎链球菌体内和体外转化实验的联系 1.体内转化实验是体外转化实验的基础， 仅说明S型细菌体内有“转化因子”； 体外转化实验则是前者的延伸， 进一步证明了“转化因子”是DNA。 2.所用的材料相同：都巧妙选用R型和S型两种肺炎链球菌。 3.实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。 27 1．如图表示某生物兴趣小组做的肺炎链球菌的转化实验，下列相关叙述错误的是(　　)   A．DNA酶的作用是水解S型细菌的DNA B．结果1中S型肺炎链球菌占绝大多数 C．该实验证明DNA是遗传物质 D．结果2中全部为R型肺炎链球菌 B 解析：DNA酶的作用是水解S型细菌中的DNA，使其失去转化活性，A正确；结果1中只有少数R型细菌转化为S型细菌，S型肺炎链球菌占少数，B错误；该实验证明DNA是遗传物质，C正确；S型细菌DNA被水解而失去作用，导致R型细菌无法转化为S型细菌，因此结果2中全部为R型肺炎链球菌，D正确。 2.某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，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+DNA酶→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（     ） A.存活，存活，死亡，死亡 B.存活，死亡，存活，死亡 C.存活，死亡，死亡，存活 D.存活，死亡，存活，存活 D A、S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠 B、R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠 C、R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠 D、S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠 29 [解析] ①S型菌的DNA+DNA酶，由于DNA酶水解S型细菌的DNA,转化因子失活，R型菌无致病性，注射入小鼠体内，小鼠存活； ②R型菌的DNA+DNA酶，R型DNA被水解，不起作用，最后加入的是有毒的S型细菌有致病性，注射入小鼠体内导致小鼠死亡； ③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却，R型活菌已在高温加热时死亡,没有R活菌,只有S型菌的DNA也不可能转化出S型活菌,注射入小鼠后，小鼠存活； ④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却，S型细菌和DNA酶经高温加热后死亡,仍含有有活性的S型细菌DNA,但最后加入R型细菌的DNA,S型细菌DNA不能转化R型细菌的DNA得到S型细菌,故小鼠存活 [答案]D 3.下图是肺炎链球菌的体内和体外转化实验中 R 型细菌 和 S型细菌的数量变化曲线。 下列有关说法错误的是(　 ) A.体内转化实验中，小鼠体内的S型活细菌含有R 型细菌的遗传物质 B.高温不能改变 DNA的结构， 所以加热致死的S型细菌能将R型细菌转变成S型细菌 C.①可表示体内转化实验中R型细菌(曲线乙) 和S型细菌(曲线甲)的数量变化曲线 D.②可表示体外转化实验中R型细菌(曲线甲) 和S型细菌(曲线乙)的数量变化曲线 B 高温能使DNA变性，能改变其结构，但温度降低到合适的温度时，DNA能复性 31 [解析] 体内转化实验中，加热致死的S型细菌的DNA能将R型细菌转化为S型细菌，小鼠体内的S型活细菌含有R型细菌的遗传物质，A正确； 高温能使DNA变性，能改变其结构，但温度降低到合适的温度时，DNA能复性，因此，加热致死的S型细菌能将R型细菌转变成S型细菌，B错误； ①中曲线乙先下降而后上升，表现为小鼠对细菌的抵抗过程，因此为体内转化实验，其中R型细菌为曲线乙，S型细菌为曲线甲，C正确； ②中显示两种细菌的数量变化均上升，表示体外转化实验，其中R型细菌为曲线甲，S型细菌为曲线乙，因为S型细菌是由R型细菌转化而来的，D正确。 [答案]B 拓展：对S型细菌和R型细菌转化的理解 (1)转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，从而使R型细菌转化为S型细菌。 (2)一般情况下，转化率很低，形成的S型细菌很少，转化后形成的S型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的S型细菌，说明S型细菌的DNA是遗传物质。 课时作业 巩固提升 $$