3.1 DNA是主要的遗传物质-2课时-【精讲课堂】2024-2025学年高一生物同步教学实用课件（人教版2019必修2）

第1节 DNA是主要的遗传物质 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 问题探讨 蛋白质和DNA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。如果你是当时的一位科学家，你会支持哪种观点呢？ 思考1：遗传物质可能具有什么特点？ 思考2：证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？ 遗传物质应能够储存大量的遗传信息；可以准确地复制，并传递给下一代；结构比较稳定等 如：将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现 注意：学生互动1 任务一：了解科学家对遗传物质的早期推测 ①20世纪20年代 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。 认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 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。 ②20世纪30年代 资料链接：肺炎链球菌 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 菌体 毒性 表面光滑 Smooth 表面粗糙 rough 小鼠不致死 可使小鼠致死 多糖类的荚膜 任务二：肺炎链球菌的转化实验 ③1928年，格里菲斯的肺炎链球菌的体内转化实验 肺炎链球菌、小鼠 第一组 不死亡 第二组 死亡 第三组 不死亡 第四组 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 任务二：肺炎链球菌的转化实验 ③1928年，格里菲斯的研究 1.对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？ R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。 2.对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。 思考： 注意：学生互动2 任务二：肺炎链球菌的转化实验 ③1928年，格里菲斯的研究 思考： 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？ 4. 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？ 转化的性状可以遗传 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 S 活R 死S 小鼠死亡 S 活S S中的转化因子 转化因子究竟是什么物质？ 注意：学生互动3 任务二：肺炎链球菌的转化实验 在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 但究竟哪一个才是转化因子呢？ 思考：假如你是艾弗里该如何设计实验来进一步探究？请说出你的实验思路。 多糖类的荚膜 注意：学生互动4 任务二：肺炎链球菌的转化实验 ④20世纪40年代，艾弗里的肺炎链球菌的体外转化实验 实验思路：用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后，观察能否将R型细菌转化。 活动：阅读教材p44艾弗里的实验内容，将下列表格补充完整。 注： 从注射的物质看,该探究实验所依据的生物学原理是酶具有专一性 从实验现象预测和相关判断看,该实验依据的生物学原理是基因控制生物的性状。 任务二：肺炎链球菌的转化实验 ④20世纪40年代，艾弗里的研究 思考： 1.第1组实验的结果说明了什么？ S型细菌的细胞提取物（蛋白质、脂质和RNA、DNA）中含有促使R型细菌转化为S型细菌的物质-转化因子。 2.第2至4组的实验的结果和第1组实验结果比较说明了什么？ S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。 3.第5组的实验结果和第1组实验结果比较说明了什么？ DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使其丧失转化功能。 任务二：肺炎链球菌的转化实验 ④20世纪40年代，艾弗里的研究 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 结 论 注意： ①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； 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； ③蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。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。 遵循单一变量原则和对照原则。 科学方法 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”。 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 例如：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。 例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。 实验思路方法 R S 活R 死S提取物 S 活S S中的转化因子 R 活R R 活R S 活S S 活S S 死S 无菌落 R 活R 肺炎链球菌的转化实验 格里菲斯的体内转化实验表明：加热杀死的S型细菌中含有转化因子，能将R型细菌转化为S型细菌。 艾弗里的体外转化实验表明：DNA是使R型细菌产生稳定性遗传变化的物质基础，DNA就是转化因子。 艾弗里的相关研究足以配得上诺奖，然而并未获得诺奖。 当然，以今天的评判尺度来看，这不是艾弗里的遗憾，而是诺奖的遗憾！ 有些人获得诺奖，为其增辉；而有些人获得诺奖，为诺奖增辉! × [辨正误] (1)格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验直接证明了DNA是“转化因子”。( ) 提示：艾弗里的实验证明了DNA是“转化因子”。 (2)加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内，从死去的小鼠尸体中提取到的细菌全部是S型活细菌。( ) 提示：此实验中，从小鼠尸体中提取到的肺炎链球菌包括R型活细菌和S型活细菌。 × (3)艾弗里的实验证明S型肺炎链球菌的DNA可以使小鼠死亡。( ) 提示：艾弗里的实验证明S型肺炎链球菌的DNA可以使R型细菌转化为S型细菌。 (4)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。( ) 提示：格里菲思未证明DNA是遗传物质。 × × 【 学以致用 】 D 1.(2024·广东惠州二中月考)格里菲思以小鼠和肺炎链球菌为实验材料，进行了肺炎链球菌的转化实验。下列叙述正确的是(　　) A.R型细菌感染小鼠后，可在小鼠体内繁殖，会使小鼠患病 B.S型细菌的染色体上存在控制荚膜形成的基因 C.给小鼠注射S型细菌的DNA后，可从小鼠体内分离出S型活细菌 D.在小鼠体内能完成R型细菌转化的前提是存在R型活细菌和S型细菌的DNA C 2.(2024·河北石家庄高一调研)将含有R型细菌的培养液放入试管甲，将加热致死的S型细菌破碎后得到的细胞提取物放入试管乙，并在试管乙中加入一定量的RNA酶；将试管甲、乙中的液体混合后放入试管丙。下列关于该实验的分析，正确的是(　　) A.试管丙中全部为S型细菌 B.如果将酶换成蛋白酶，则实验结果不同 C.如果将酶换为DNA酶，与之前的实验对照可说明肺炎链球菌的遗传物质就是DNA D.该实验利用了加法原理，因变量是有无S型细菌产生 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 ⑤1952年，赫尔希、蔡斯的研究 赫尔希 蔡斯 利用放射性同位素标记技术 是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒； 头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。（化学组成中，60%是蛋白质，40%DNA） DNA 蛋白质 大肠杆菌 思考1：噬菌体是如何侵染大肠杆菌的？ 假设1：噬菌体的蛋白质外壳进入细菌，DNA未进入 假设2：噬菌体的DNA进入细菌，蛋白质外壳未进入 假设3：噬菌体的DNA和蛋白质外壳都进入了细菌 思考2：如何才能知道噬菌体的DNA和蛋白质外壳有没有进入细菌？ 放射性同位素示踪法 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 思考3：能不能用3H、14C标记噬菌体？ DNA：C、H、O、N、P 蛋白质：C、H、O、N、S 32P 35S 思考4：如何标记噬菌体？ 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 ①先标记细菌：在含有放射性同位素32P的培养基中培养细菌。 ②再标记噬菌体:用上述细菌培养噬菌体，制备含32P的噬菌体。 资料链接：T2噬菌体（细菌病毒） 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，进行大量增殖。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。 噬菌体增殖的过程 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 第一组实验：用35S标记的噬菌体（跟踪噬菌体的_____）侵染普通的大肠杆菌，保温一段时间，搅拌，离心，检测沉淀物（大肠杆菌）和上清液（病毒颗粒）的放射性。 第二组实验：用32P标记的噬菌体（跟踪噬菌体的_________）侵染普通的大肠杆菌，保温一段时间，搅拌，离心，检测沉淀物（大肠杆菌）和上清液(病毒颗粒)的放射性。 DNA 蛋白质 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 ⑤1952年，赫尔希、蔡斯的研究 活动：阅读教材p45的实验 内容，分析实验过程，理清 实验步骤。 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 1.赫尔希等人选用病毒作为实验材料，以病毒作为实验材料具有哪些优点？ 病毒结构简单,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，病毒短时间内可大量繁殖。 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 ⑤1952年，赫尔希、蔡斯的研究 思考： 2.本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用32P和35S进行标记？ 组成元素 蛋白质: C、H、O、N、S DNA： C、H、O、N、P 32P 35S P是噬菌体DNA特有的元素，S是噬菌体蛋白质特有的元素，用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用。 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 ⑤1952年，赫尔希、蔡斯的研究 思考： 3.能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？ 不能用14C和3H标记噬菌体，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质。 不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，离心后上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 ⑤1952年，赫尔希、蔡斯的研究 利用放射性同位素标记技术 35S 32P 大肠杆菌 35S 大肠杆菌 32P 高 低 低 高 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 注意事项： (1)用标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，需要______保温，然后搅拌、离心。 (2)搅拌的目的是_________________________________。 (3)离心的目的是________________________________________________ _____________________________。 短时间 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌 实验结果及分析 (1)放射性同位素在试管中的分布情况表明：噬菌体侵染细菌时，_____进入细菌的细胞中，而____________仍留在细胞外。 (2)子代噬菌体的标记情况表明：子代噬菌体的各种性状，是通过___________遗传的。 6.实验结论：_______才是噬菌体的遗传物质。 DNA 蛋白质外壳 亲代的DNA DNA 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 ⑤1952年，赫尔希、蔡斯的研究 4.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？ 5．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？ 第一组实验，离心后上清液放射性很高，沉淀物（细菌）放射性很低，说明噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌。 第二组实验，离心后，上清液放射性很低，沉淀物（细菌）反射性很高，说明噬菌体的DNA进入了大肠杆菌。 两组实验相互对照说明噬菌体浸染细菌时，DNA进入到细菌中，而蛋白质外壳仍留在外面。 进一步观察发现：细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。 赫尔希和蔡斯的实验表明：噬菌体侵染细菌时， 进入到细菌的细胞中，而 仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过 遗传的。 才是真正的遗传物质。 DNA 蛋白质外壳 亲代的DNA DNA 任务三：噬菌体侵染细菌的实验 任务四：RNA是遗传物质的实验证据 ⑥烟草花叶病毒侵染烟草的实验 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。 任务四：RNA是遗传物质的实验证据 ⑥烟草花叶病毒侵染烟草的实验 观察烟草花叶病毒侵染烟草的实验，思考该实验，可以得出什么结论？ 感染 烟草 感染 烟草 出现病斑 不出现病斑 实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA 蛋白质 RNA 分 离 烟草花叶病毒（RNA和蛋白质） 总结 生物类型 核酸种类 遗传物质 实例 有细胞结构的生物 真核生物 DNA和RNA DNA 动物、植物、真菌 原核生物 蓝藻、乳酸菌等 无细胞结构的生物 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体 RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒 新冠病毒 HIV SARS 绝大多数生物的遗传物质是 ，只有少数生物的遗传物质是 。所以说DNA是主要的遗传物质。 DNA RNA 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？ 证明DNA 是遗传物质的实验 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？ (1)个体很小，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 20~30 min 就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 从控制自变量的角度，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)。 艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。 赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。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。 请总结：探索“遗传物质”的思路和方法，并完成填空： (1)探究思路：探究哪种物质是遗传物质——______________________________ ________________________________________________。 运用减法原理设法除去某种物质， 观察实现转化现象或设法将物质分开，单独看其作用 (2)三种方法 减法 同位 素标 记技 术 特定碱基 T U 特有元素 × √ [辨正误] (1)1952年，赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体，证明T2噬菌体的遗传物质是DNA。( ) (2)用含35S的噬菌体侵染细菌，离心后，可在沉淀物中发现大量的放射性物质。( ) 提示：用含35S的噬菌体侵染细菌离心后，沉淀物中的放射性很低。 (3)T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解。( ) 提示：T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内。 × (4)为获得放射性标记的T2噬菌体，可分别用含35S和32P的人工培养基培养噬菌体。( ) 提示：病毒没有细胞结构，不能独立代谢，必须用活细胞培养，因此不能用人工培养基直接培养噬菌体。 (5)细菌和病毒作为实验材料，具有个体小、结构简单、繁殖快的特点。( ) × √ × √ [辨正误] (1)DNA是所有生物的遗传物质。( ) 提示：某些病毒如HIV、流感病毒的遗传物质是RNA。 (2)酵母菌的遗传物质主要是DNA。( ) 提示：酵母菌的遗传物质是DNA。 (3)病毒的遗传物质是DNA或RNA。( ) (4)原核生物的遗传物质是RNA。( ) 提示：原核生物的遗传物质是DNA。 (5)细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA。( ) 提示：细胞核和细胞质内的遗传物质都是DNA。 × × × 【 学以致用 】 C 3.(2024·河北邢台期末)赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染大肠杆菌实验是生物学史上的一个重要实验。下列关于该实验的叙述，正确的是(　　) A.需用32P和35S对同一噬菌体进行标记 B.标记蛋白质和DNA时，可用含35S和32P的合成培养基分别培养噬菌体 C.离心之前需对培养液进行充分搅拌 D.该实验的结果说明DNA是主要的遗传物质 4.(2024·辽宁师大附中月考)如表为T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验设计方案，下列叙述正确的是(　　) 组别 大肠杆菌材料 T2噬菌体材料 结果检测 甲 35S标记的大肠杆菌 未被标记的T2噬菌体 培养一段时间后，搅拌、离心，检测子代T2噬菌体的放射性 乙 未被标记的大肠杆菌 32P标记的T2噬菌体 D A.甲组的子代T2噬菌体部分含放射性 B.乙组的子代T2噬菌体全部含放射性 C.该实验能证明只有DNA才是T2噬菌体的遗传物质 D.乙组含放射性的子代T2噬菌体个数与培养时间无关 【 学以致用 】 D 5.(2024·江西九江期中)下列关于生物的遗传物质的叙述，错误的是(　　) A.豌豆细胞内既有DNA，又有RNA，但是DNA是豌豆的遗传物质 B.真核细胞中的遗传物质是DNA，原核细胞中的遗传物质也是DNA C.T2噬菌体的遗传物质是DNA，烟草花叶病毒的遗传物质是RNA D.酵母菌的遗传物质经水解后产生的核苷酸种类多于4种 解析：酵母菌的遗传物质是DNA，DNA经水解后产生的核苷酸有4种，D错误。 ①实验采用了自变量控制中的“加法原理”　②第一、第二组说明S型细菌的蛋白质不是转化因子　③加入DNA酶后细胞提取物失去转化活性　④该实验说明DNA是生物主要的遗传物质 A.①② B.③④ C.①④ D.②③ 解析：①实验的不同组中加入不同的酶是为了特异性地去除某种物质，采用的是自变量控制中的“减法原理”，①错误； ②第二组中加入蛋白酶后，培养基中仍出现S型细菌，与第一组对照，能说明S型细菌的蛋白质不是转化因子，②正确； ③第五组加入DNA酶后，R型细菌不能转化为S型细菌，即细胞提取物失去转化活性，③正确； ④该实验不能说明DNA是生物主要的遗传物质，只能说明DNA是遗传物质，④错误。 B 2.(2024·山东日照期中)某人在培养基上利用肺炎链球菌做了系列实验，实验结果如图所示。下列说法错误的是(　　) A.该实验能够证明加热致死的S型细菌 体内有某种物质仍然具有生理活性 B.该实验证明了S型细菌体内的DNA是 遗传物质 C.此实验的设计遵循了对照原则和单一 变量原则 D.第1、3、4组进行对照可说明S型细菌体内有某种物质能使R型细菌转化成S型细菌 解析：该实验证明加热致死的S型细菌体内有某种物质仍然具有生理活性，能将R型细菌转化为S型细菌，但没有证明S型细菌体内的这种物质是DNA，A正确，B错误。 A 3.(2024·山东潍坊期中)在“噬菌体侵染细菌的实验”中，如果对35S标记噬菌体的一组(甲组)不进行搅拌、32P标记噬菌体的一组(乙组)保温时间过长，其结果是(　　) A.甲组沉淀物中也会出现较强放射性，乙组上清液中也会出现较强放射性 B.甲组上清液中也会出现较强放射性，乙组上清液中也会出现较强放射性 C.甲组沉淀物中也会出现较强放射性，乙组沉淀物中也会出现较强放射性 D.甲组上清液中也会出现较强放射性，乙组沉淀物中也会出现较强放射性 解析：35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，用35S标记的噬菌体侵染细菌，外壳吸附在大肠杆菌表面，如果不进行搅拌，外壳很难与大肠杆菌分离，导致甲组的沉淀物中出现较强的放射性；32P标记的是噬菌体的DNA， 用32P标记的噬菌体侵染细菌，若保温时间过长，会导致细菌裂解，释放出子代噬菌体，所以乙组的上清液中出现较强的放射性。 B 4.(2024·江苏南京高一调研)如图表示科研人员探究“烟草花叶病毒(TMV)遗传物质”的实验过程。据图推断，下列说法错误的是(　　) A.本实验中水和苯酚的作用是使病毒 的蛋白质和RNA分离 B.该实验设计思路和肺炎链球菌的体 外转化实验完全相同 C.该实验证明TMV的遗传物质是RNA D.本实验中接种RNA组和接种蛋白质组互为对照 解析：该实验的设计思路是将RNA和蛋白质分离，再分别验证其作用；肺炎链球菌的体外转化实验是设法去除大部分糖类、脂质和蛋白质，制成细胞提取物，分别加入蛋白酶、RNA酶、酯酶或DNA酶对细胞提取物进行处理，再进行转化实验，探究细胞提取物内某种成分的转化活性，B错误。 练习与应用 D A 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。 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 本节内容 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $$