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

第1节 DNA是主要的遗传物质 第3章 基因的本质 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 1 情境导入——科学家的历史足迹 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 蛋白质 ? DNA 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， ④控制生物体的性状和新陈代谢过程 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 教材P42 2 教材P42 对遗传物质的早期推测 对遗传物质的早期推测 蛋白质是由多种氨基酸连接而成 氨基酸多种多样的排列顺序，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 蛋白质是遗传物质 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 4 艾弗里 赫尔希 蔡斯 “我们表示怀疑！” 大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质 ②肺炎链球菌 体外转化实验 ③噬菌体侵染细菌的实验 格里菲思 ①肺炎链球菌 体内转化实验 DNA才是遗传物质！ 01 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。 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？ 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 教材P43 原核生物 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 （1）实验材料：肺炎链球菌 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 8 固体培养基 菌落与培养基 液体培养基 知识卡 9 菌落与培养基 知识卡 10 （2）实验过程： 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 说明R型细菌 无毒 说明S型细菌 有毒 说明加热致死的S型细菌无毒 ？ 分离出S型活细菌 分离出S型活细菌 教材P43 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 观点1：起死回生？ 观点2：改头换面？ 自变量、因变量？ 11 （3）实验结果分析： 1.对比第一、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、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。 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？ R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 加热杀死的 S型菌 由于体内有活的S型细菌的作用 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（即遗传物质） 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 12 （4）实验结论 活R + 有毒S型死细菌 小鼠死亡 有毒S型死细菌      小鼠正常 有毒S型活细菌       小鼠死亡 无毒R型活细菌          小鼠正常 第一组 第三组 第二组 第四组 教材P43第3段 R型活细菌 S型活细菌 S型死细菌 某种活性物质 注意：但没有证明DNA是遗传物质 加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟转化因子是什么？ 多糖 加热杀死 的S型细菌 脂类 蛋白质 RNA DNA 如何设计实验验证？ 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 14 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 R型细菌？ S型细菌？ 观察菌落产生情况 减法原理 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。 方法① 方法② 加入酶除去特定物质 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 科学方法 教材P46 科学方法 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” 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 实验组 对照组 实验组 实验组 教材P46 02 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。 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？ 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 老教材实验图： 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 教材P44 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 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 DNA酶 蛋白酶（或RNA酶、酯酶） 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 教材P44 图3-3 21 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 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 思考：1.分析实验自变量： ；因变量： 。 R型细菌 S型细菌 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？ 3.该实验的设计遵循哪些原则? 第一组为空白对照组。第二至五组为实验组。 遵循单一变量原则和对照原则。 22 1. 第一组将加热致死的S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养，实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？ 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.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 2. 实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？ 加入蛋白酶特异性去除提取液中的蛋白质，是为了证明实现转化的不是蛋白质； 加入RNA酶特异性去除提取液中的RNA ，是为了证明实现转化的不是RNA； 加入酯酶特异性去除提取液中的脂质，是为了证明实现转化的不是酯类物质。 3. 第一至四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？ S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。 23 4.第五组，用DNA酶处理S型细菌的细胞提取液之后再与R型活细菌混合培养，为什么培养皿中只有R型细菌？ 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。 5. 据此分析，该转化实验的结论是什么？ 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 教材P44 实验结论 笔记：只是部分R型细菌转化为S型细菌 24 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 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，而DNA双链解开； R型细菌转化为S型细菌的本质： 基因重组 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？ 实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。 1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，完成了另一个更具有说服力的实验，说明DNA是遗传物质。 赫尔希 蔡斯 他们因此获得了诺贝尔奖！ 有没有比细菌更好的材料，只含DNA和蛋白质，且可将DNA和蛋白质彻底分开，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。 噬菌体侵染细菌的电镜照片 03 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验 艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。 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？ 03 噬菌体侵染细菌的实验 T2噬菌体模式图 尾部 头部 DNA 蛋白质外壳 实验方法 教材P44-45 实验材料 Q2:噬菌体侵染细菌的过程是怎样的？ Q3:细菌为噬菌体繁殖提供了什么? Q1:选用T2噬菌体做实验材料的优点？ 2、严格寄生生物：专门寄生在大肠杆菌体内 1、结构简单：无细胞结构，只有核酸（DNA）和蛋白质外壳 03 噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体增殖的过程 吸附 注入 合成 组装 释放 噬菌体吸附在细菌表面 把遗传物质注入到细菌细胞 利用细菌的化学成分和酶系统合成出噬菌体的DNA、蛋白质 新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体 细菌解体，释放出噬菌体 03 噬菌体侵染细菌的实验 ①吸附 ②注入 ③合成 ④组装 ⑤释放 实验方法： 03 噬菌体侵染细菌的实验 放射性同位素标记 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 DNA：主要组成元素C、H、O、N、P 蛋白质外壳：主要组成元素C、H、O、N、S 同位素标记法 32P标记的噬菌体 35S标记的噬菌体 教材P45 31 实验过程： （1）获得被标记的T2噬菌体 思考: 如何标记T2噬菌体的DNA和蛋白质？ 提示问题： 1、能不能用培养基单独培养噬菌体？ 2、在培养噬菌体之前先培养什么？怎么培养？ 03 噬菌体侵染细菌的实验 32 1、能否直接用含35S、32P的培养基分别培养噬菌体？ 不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，需要寄生在大肠杆菌细胞内，应用含 培养噬菌体。 2、如何获得被35S、32P标记的大肠杆菌？ + 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 第一步：获得被标记的噬菌体： 被标记的大肠杆菌 03 噬菌体侵染细菌的实验 实验过程： 培养大肠杆菌 培养T2噬菌体 噬菌体-蛋白质（ 35S） 32P 35S 培养大肠杆菌 培养T2噬菌体 大肠杆菌（32P） 噬菌体-DNA（ 32P） 大肠杆菌（35S） 03 噬菌体侵染细菌的实验 第一步：获得被标记的噬菌体： 实验过程： 34 03 噬菌体侵染细菌的实验 第二步：标记噬菌体侵染未被标记的细菌 实验过程： 标记的T2噬菌体 侵染大肠杆菌 搅拌 离心并检测放射性 检测子代噬菌体的放射性 短时间保温 无放射性标记的细菌 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 35 03 噬菌体侵染细菌的实验 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 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 35S标记的蛋白质没有进入到大肠杆菌内 32P标记的DNA进入到大肠杆菌内 蛋白质不是噬菌体的遗传物质 DNA是噬菌体的遗传物质 36 03 噬菌体侵染细菌的实验 教材P45-46 实验过程: ①标记大肠杆菌 “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 “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 上清液 沉淀物 轻：T2噬菌体颗粒 重：被感染的大肠杆菌 ⑤观察放射性的分布 ②标记噬菌体 ④搅拌离心 ③标记噬菌体侵染细菌 搅拌不充分 理论上 上清液有放射性(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 实验误差分析： 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 03 噬菌体侵染细菌的实验 实验误差分析： 03 噬菌体侵染细菌的实验 ②保温时间长 ③搅拌过于剧烈 理论上 上清液无放射性 沉淀物有放射性 (32P标记的DNA） 部分子代噬菌体释放出来 部分噬菌体未来得及侵染 实际上 释放 实际上 ①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/搅拌过于剧烈，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； 笔记补充： （1）搅拌 搅拌不充分 搅拌过于剧烈 （2）保温时间 时间过短 时间过长 少量噬菌体外壳仍吸附在大肠杆菌表面，使35S组的沉淀物带有放射性 使大肠杆菌破裂，子代噬菌体释放，使32P组的上清液带有放射性 部分噬菌体未侵入大肠杆菌内，离心后，使32P组的上清液带有放射性 部分噬菌体在细菌内大量繁殖，裂解大肠杆菌，子代噬菌体释放，使32P组的上清液带有放射性 03 噬菌体侵染细菌的实验 40 实验结果： 35S标记的实验 32P标记的实验 标记部位 放射性情况 上清液 沉淀物 有无放射性原因 子代噬菌体 蛋白质 很高 DNA 很低 蛋白质未进入细菌中 DNA进入细菌中 很高 很低 有32P标记的DNA 无35S标记的蛋白质 实验结论： ◇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 03 噬菌体侵染细菌的实验 教材P46 41 03 噬菌体侵染细菌的实验 教材P46 ①个体小、结构简单 ②繁殖快 2.在每个实验组中用酶解法特异性地去除S型细菌细胞提取物中的一种物质，然后培养R型活菌，观察在没有这种物质的情况下看能否发生转化。 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） 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 3.细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等；噬菌体培养技术、同位素标记技术 3.某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，过程如图所示。下列有关分析正确的是 A.理论上，b和c中不应具有放 射性 B.实验中b含少量放射性与过程 ①中培养时间过长或过短有关 C.实验中c含有放射性与过程④ 中搅拌不充分有关 D.该实验证明了RNA是遗传物质 √ SZ-LWH SZ-LWH SZ-LWH 精练·提能力 4.用不同标记的噬菌体侵染不同标记的细菌，经短时间的保温培养、充分搅拌和离心处理后，下列预期的实验结果中，错误的是 A.用含3H标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放 射性 B.用未标记的噬菌体侵染14C标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性 C.用含32P标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，上清液和沉淀物中可能均有 放射性 D.用含35S标记的噬菌体侵染32P标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性 √ SZ-LWH SZ-LWH SZ-LWH 精练·提能力 DNA是生物界唯一的遗传物质吗？ 45 四、DNA是主要的遗传物质 有些病毒不含DNA，只含蛋白质和RNA，如新冠病毒、艾滋病毒和烟草花叶病毒。 请设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质是什么。 蛋白质 RNA 分别侵染健康烟草植株 患病 不患病 可提取得到病毒 不能提取得到病毒 ： 教材P46 46 四、DNA是主要的遗传物质 SARS病毒 艾滋病病毒（HIV） 流感病毒 埃博拉病毒 RNA可作为某些病毒的遗传物质 新冠病毒 47 四、DNA是主要的遗传物质 生物类型 所含核酸 遗传物质 举例 细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌 原核生物 细菌、蓝细菌、支原体 非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体 RNA数病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒 DNA和RNA DNA RNA DNA RNA DNA 注意： 对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质 对某种生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字 艾弗里/赫尔希、蔡斯的实验证明了DNA是遗传物质，也不能加“主要”二字 48 DNA或RNA DNA DNA （2）烟草的遗传物质是什么？ DNA 1.（1）动物和人体的遗传物质是什么？ （3）细菌的遗传物质是什么？ （4）一切生物的遗传物质是什么？ （5）病毒的遗传物质是什么？ 核酸（DNA或RNA） 课堂练习： 2.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述中，不正确的是(　　) A.DNA是绝大多数生物的遗传物质 B.有些生物的遗传物质是RNA C.在真核生物中，含有DNA和RNA，其中DNA是主要的遗传物质 D.核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质 C 总结 教材课后习题 5 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 习题检测 D 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 52 习题检测 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。 53 习题检测 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。 54 $$