3.1DNA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

第三章 基因的本质 第一节 DNA是主要的遗传物质 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？ 你认为遗传物质可能具有什么特点？ 储存大量遗传信息 准确复制并传递给下一代 结构比较稳定 能控制生命活动等 一、对遗传物质的早期推测 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。 20世纪20年代： 蛋白质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，认为蛋白质是遗传物质。 20世纪30年代： DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 肺炎链球菌 体外转化实验 蔡斯和赫尔希 艾弗里 噬菌体侵染细菌的实验 DNA是遗传物质 肺炎链球菌 体内转化实验 格里菲思 1、两种肺炎链球菌的比较 二、肺炎链球菌的转化实验 项目 S型细菌Smooth R型细菌Rough 菌落 菌体 有无毒性 表面光滑 表面粗糙 致病，使人和小鼠患肺 炎，小鼠并发败血症死亡 无 多糖类的荚膜 5 不死亡 死亡 不死亡 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 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 ①第一、二组实验现象，说明了什么？ ②第三组小鼠为什么不死亡？ 加热杀死的S型细菌失去毒性。（死细菌不侵染） R型菌无毒；S型菌有毒使小鼠死亡。 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。 6 不死亡 死亡 不死亡 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 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 ③第四组小鼠为什么会死亡？ ④第四组活的S型细菌如何出现？ 体内有活的S型细菌使小鼠患病死亡。 加热杀死的S型菌中，含有某种促R型活菌转化为S型菌的活性物质——“转化因子“ 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。 7 补充科学史资料1∶ 根据构成荚膜多糖存在的差异，肺炎双球菌有很多类型。S菌有S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ，R菌有R-Ⅰ、R-Ⅱ、R-Ⅲ。格里菲思了解到在自然状态下会有 S菌突变为同型 R 菌，如S-Ⅱ可突变为R-Ⅱ，但不会突变为R-Ⅲ。转化实验中用到的肺炎双球菌类型是 R-Ⅱ与S-Ⅲ，且第四组实验小鼠体内提取出来的活S菌为S-Ⅲ。 问题∶实验结果是否是基因突变导致的? 不是，而是转化导致的。转化的实质不是基因突变，而是S型细菌的DNA整合到R型细菌的DNA中，即基因重组。 衡阳市第八中学 高三生物备课组 基 础 梳 理 二、肺炎链球菌的转化实验 S型细菌 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 这种转化因子究竟是什么物质呢？你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？ R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 分别验证 2、艾弗里—肺炎双球菌体外转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 组别 处理步骤 结果 结论 1 2 3 4 5 + R型活菌 混合培养 S型提取物，不做处理 S型提取物+RNA酶 S型提取物+蛋白酶 S型提取物+酯酶 S型提取物+DNA酶 大量R型 少量S型 只有R型 DNA是转化因子，是使R型菌产生稳定遗传变化的物质，而非蛋白质。 将死亡的S型细菌破碎，去除大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细菌提取物。 科学方法 加法原理 自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理” （教材P46） 与常态比较，人为增加某种影响因素 如： “比较过氧化氢在不同条件下的分解” ，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。 减法原理 与常态相比，人为去除某种影响因素 如：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，最终判断出DNA是转化因子。   体内转化实验 体外转化实验 科学家 格里菲思 艾弗里及其同事 培养场所 对照设置 实验结论 联系 小鼠体内 培养基 将R型与S型细菌的毒性对照 S型细菌各成分的作用进行对照 S型细菌中存在某种转化因子让R型菌→S型菌 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 二、肺炎链球菌的转化实验 材料相同；体内转化实验是体外转化实验的基础 12 体内转化实验归纳： ①肺炎双球菌体内转化实验中“加热”导致蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。 ②转化的实质：基因重组。即S型细菌的质粒DNA进入R型细菌内并整合到R型细菌的DNA分子上，使R型细菌转化为能合成荚膜多糖的S型细菌。 ③转化的效率：≠100%！且只有很少R型转化，故体内转化实验第四组中从死亡小鼠体内应分离出R型和S型两种活菌。 ④该实验为相互对照：每一组既是实验组，又与其他组形成参照。 疑问： 尽管艾弗里能够完全证明DNA是遗传物质，但当时人们深受“蛋白质是遗传物质”的影响，并没有接受艾弗里的结论，因此需要另一种方法再次证明。 可见，人心中的成见是一座大山，要怎样设计才满足挑剔的世人？ 噬菌体侵染细菌实验（赫尔希和蔡斯实验） 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质： 控制荚膜形成的X基因 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 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 拓展：基因重组 三、噬菌体侵染细菌的实验 吸附 注入 复制、合成 组装 释放 16 三、噬菌体侵染细菌的实验 1. 实验者： 赫尔希和蔡斯 2. 实验材料： T2噬菌体 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。 T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会将自身遗传物质注入，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组分，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。 17 三、噬菌体侵染细菌的实验 不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应该用35S和32P标记的大肠杆菌作为培养基培养噬菌体。 思考：如何标记噬菌体，直接用35S和32P培养基培养噬菌体吗？ DNA 蛋白质 3.实验方法： C、H、O、N、P C、H、O、N、S 35S 32P ①分别标记噬菌体的DNA和蛋白质 ②用标记的噬菌体侵染未标记大肠杆菌 ③检测是蛋白质还是DNA入侵了大肠杆菌体内，从而判断谁是遗传物质。 思考：分别用哪种放射性元素标记蛋白质和DNA？ 放射性同位素标记法 三、噬菌体侵染细菌的实验 4.实验过程 ① 标记大肠杆菌 大肠杆菌 + 含35S的培养基 含35S的大肠杆菌 大肠杆菌 + 含32P的培养基 含32P的大肠杆菌 ② 标记T2噬菌体 T2噬菌体 T2噬菌体 + + 含35S的大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 含35S的T2噬菌体 含32P的T2噬菌体 19 三、噬菌体侵染细菌的实验 4.实验过程 ③ 已标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌 含35S的T2噬菌体 含32P的T2噬菌体 大肠杆菌 大肠杆菌 + + 混合后，短时间保温。 保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌； 保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 4.实验过程 ④搅拌：使吸附在细菌上的 与 分离。 三、噬菌体侵染细菌的实验 大肠杆菌 噬菌体 ⑤离心： 使上清液中析出质量较轻的T2噬菌体蛋白质外壳，而离心管沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 用35S标记的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 上清液放射性很高 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S T2噬菌体中蛋白质没有进入大肠杆菌。 异常分析：沉淀物有一定放射性 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，随细菌离心到沉淀物中。 35S标记的噬菌体 上清液放射性高，子代噬菌体无35S 三、噬菌体侵染细菌的实验 5.实验结果 32P标记的噬菌体 T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。 说明DNA是真正的遗传物质 子代噬菌体中含32P 用32P标记的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 上清液放射性很低 沉淀物放射性很高 沉淀物放射性高，子代噬菌体含32P 异常分析：上清液有一定放射性 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。 三、噬菌体侵染细菌的实验 5.实验结果 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 放射性低 无放射性 放射性高 放射性低 有放射性 ◇DNA才是噬菌体的遗传物质 不能证明蛋白质不是遗传物质！ 三、噬菌体侵染细菌的实验 6.实验结论 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 新型冠状病毒 四、RNA是某些病毒的遗传物质 结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 蛋白质 RNA 分别侵染健康烟草植株 得到全新病毒 不能得到病毒 ： RNA 蛋白质 患病 不患病 四、RNA是某些病毒的遗传物质 烟草花叶病毒（TMV） 侵染烟草实验 DNA是主要的遗传物质 肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验 烟草花叶病毒侵染烟草实验 小结 体内转化：存在转化因子 体外转化：转化因子是DNA 证明了DNA是遗传物质 少数病毒以RNA为遗传物质。 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 五、DNA是主要的遗传物质 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。 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 五、DNA是主要的遗传物质 证明DNA是遗传物质的实验 2.从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？实际操作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） 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。 1.艾弗里与赫尔希等人选用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。 疯狂刷题ing 1. 某实验甲组用35S标记的噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌，乙组用32P标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌，检测子代病毒的放射性情况。下列有关叙述正确的是( ) A．甲组子代有放射性，乙组子代没有放射性 B．甲组子代没有放射性，乙组子代有放射性 C．甲、乙两组子代都有放射性 D．该实验能证明噬菌体的DNA是遗传物质 2.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，上清液放射性占10%，沉淀物放射性占90%。上清液带有放射性的原因可能是（ ） A．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌 B．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离 C．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体 D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中 C C 疯狂刷题ing 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 的蛋白质外壳与DNA的来源。 少量的亲代DNA能够复制大量的子代DNA，子代的DNA来源于亲代（模板）和大肠杆菌的脱氧核苷酸（原料）。子代噬菌体的蛋白质以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成的。 疯狂刷题ing 4.下列关于生物遗传物质的叙述中，正确的是(　　) A．细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA B．所有生物的遗传物质都是DNA C．具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，病毒遗传物质是RNA D．生物的遗传物质是DNA或RNA，细胞生物的遗传物质是DNA D 5.下列关于遗传物质的说法，错误的是(　　) ①真核生物的遗传物质是DNA　 ②原核生物的遗传物质是RNA　 ③细胞核的遗传物质是DNA　 ④细胞质的遗传物质是RNA　 ⑤HIV病毒的遗传物质是DNA或RNA A．①②③ B．②③④ C．②④⑤ D．③④⑤ C 疯狂刷题ing 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：能够精确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的能力；结构比较稳定等。 Lavf55.33.100 $$