3.1.1 DNA是主要的遗传物质(第1课时）

第1节 DNA是主要的遗传物质（第1课时） 第3章　基因的本质 生物不仅受到非生物因素影响，还受到生物因素影响 1891年 1866年 1909年 1903年 孟德尔发现遗传定律 科学家描述减数分裂全过程 萨顿假说：基因和染色体存在平行关系 摩尔根证明基因在染色体上 20世纪中叶 染色体主要由蛋白质和DNA组成 遗传物质是 蛋白质？ DNA ? 【科学史时间轴】 ★能自我复制(前后代保持一定的连续性) 遗传物质：亲代与子代之间能够传递遗传信息的物质 ★具有多样性(能储存大量的遗传信息) ★能够指导蛋白质的合成,从而控制生物性状和代谢过程 ★分子结构比较稳定，但也能引起可遗传的变异 问题探讨 20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种物质，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 你认为遗传物质可能具有什么特点？ P42 1.储存大量的遗传信息 2.可以准确地复制，并传递给下一代 3.结构比较稳定等 蛋白质 DNA 问题探讨 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。科学家为了证明也做了很多实验，今天我们就跟随科学家的步伐一起进行学习。 3 20世纪30年代： DNA是由4种脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。4种脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏遗传信息。 20世纪20年代： 蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。21种氨基酸排列顺序蕴藏遗传信息。 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 蛋白质 基本单位：常见的21种氨基酸 核酸 基本单位：4种脱氧核苷酸 一、对遗传物质的早期推测 蛋白质容易发生空间结构的改变，不太稳定 蛋白质不能进行自我复制 DNA是酸性 4 1.科 学 家： 格 里 菲 思【英】 2.实验材料： 肺炎链球菌、小鼠 比较 菌体特点 菌落特点 毒性 S型 细菌 R型 细菌 无毒 有毒 人和小鼠患肺炎 小鼠并发败血症死亡 无荚膜 有荚膜 光滑Smooth 粗糙 Rough 荚膜的化学本质是_______ 多糖 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 光滑原因：有荚膜 5 课本P43第3段 R型 活细菌 S型 活细菌 小鼠不死亡 （第一组） 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 （第二组） S型 活细菌 加热杀死的 S型细菌 小鼠不死亡 （第三组） R型活细菌+加热 杀死的S型细菌 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 （第四组） S型 活细菌 ？ 说明R型细菌无毒 说明S型细菌有毒 说明加热杀死的S型细菌无毒 说明R型细菌转化成了S型细菌 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 R型活细菌 S型活细菌 S型死细菌 某种活性物质 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 对照实验：单一变量原则（自变量只有1个） 1、3不能形成对照（单一变量原则）（实验有2个变量：细菌的种类、处理方式） 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 6 课本P43第3段 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 （3）实验分析 　 ①实验1、2对比说明＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；　　 　 ②实验2、3对比说明＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； 　 ③实验1、3、4对比说明＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。　　 （4）结论：加热致死的S型细菌中含有某种＿＿＿＿＿＿，使R型活细菌 转化为S型细菌。 R型细菌无毒，S型细菌有毒 加热致死的S型细菌无毒 R型细菌能转化为S型细菌 转化因子 a b c d 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 4组是与1组和3组形成对照 7 课本P43第3段 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 【讨论】1.格里菲思实验自变量是什么? 因变量是什么？ 2. 第4组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型细菌从哪里来？ 3.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，说明了什么？ R型活菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 加热杀死的 S型菌 自变量：给小鼠注射的细菌种类及是否有活性； 因变量：小鼠是否能存活及体内是否有活的S菌。 S型细菌中有一种“转化因子”能使R型活细菌转化为S型活细菌。 笔记：但没有证明DNA是遗传物质 R型活细菌 S型活细菌 S型死细菌 某种活性物质 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 8 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 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。 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 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质： (即S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中) 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 9 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 格里菲思体内转化实验证明了有转化因子的存在，但是没有证明DNA就是遗传物质。 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 要确定“转化因子”是什么，关键思路是什么？ 设法将DNA与其他物质分开，单独地、直接地研究它们各自不同的遗传功能 实验思路： 酶解法 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 10 三、 肺炎链球菌的体外转化实验 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 11 艾弗里的体外转化实验 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 + 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 混合 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 S型细菌 R型细菌 只长R型细菌 第一组 第二至四组 第五组 S型细菌 R型细菌 DNA酶 蛋白酶\RNA酶\酯酶 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 12 实验过程归纳 结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 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； 1.艾弗里的体外转化实验同时证明了蛋白质等不是遗传物质； 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 13 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 应用场景：对照实验 加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。 （eg. 比较过氧化氢在不同条件下的分解实验） 减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。 （eg. 艾弗里的肺炎链球菌转化实验） 科学方法 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 14 三、 肺炎链球菌的体外转化实验 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 多糖 脂质、蛋白质 RNA、DNA等 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？ 观察菌落产生情况 加法原理 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 多糖 脂质、蛋白质 RNA、DNA等 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 因此艾弗里用酶解法，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。 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 15 三、 肺炎链球菌的体外转化实验 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：在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeC13溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。 加法原理 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：在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了“减法原理”。 减法原理 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——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”（P46） 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 16 自变量控制的原理：加法原理和减法原理（p46） 三、 肺炎链球菌的体外转化实验 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 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”。 减法原理 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 17 三、 肺炎链球菌的体外转化实验 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。 肺炎链球菌的转化实验 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 18 三、 肺炎链球菌的体外转化实验 [特别提醒] 并非所有的R型细菌都被转化 (1)转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌， 而只是少部分R型细菌被转化成S型细菌。 (2)R型细菌转化为S型细菌是基因重组结果。 (3)仅仅是S型细菌的DNA不能使小鼠致死。 三、 艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验 19 项目 格里菲思体内转化实验 艾弗里体外转化实验 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了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质 实验结论 S型细菌体内有“转化因子” （不能证明转化因子是DNA ） 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 当堂检测 1.易错辨析 (1)肺炎链球菌转化的原理是基因突变 ( ) (2)S型菌的DNA和R型菌混合培养，后代全是S型菌 ( ) (3)艾弗里的肺炎链球菌转化实验的自变量控制利用了“减法原理” ( ) (4)格里菲思的实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状 ( ) (5)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质 ( ) × × √ × × 基因重组 少部分R转化 存在转化因子 证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 当堂检测 21 × [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。 × 当堂检测 (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。 × × 当堂检测 【 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 R型菌—不患病 原核生物无染色体 当堂检测 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 转化率很低 试管乙中S型细菌的DNA还存在 相同 减法 当堂检测 当堂检测 3.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 当堂检测 26 当堂检测 4.(2024·重庆模拟)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)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 当堂检测 27 $$