3.1 核酸是遗传物质课件-2024-2025学年高一下学期生物浙科版必修2

第三章 遗传的分子基础 第一节 核酸是遗传物质的证据 20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由DNA和蛋白质组成。 摩尔根证明了基因主要位于染色体上。 DNA和蛋白质谁是遗传物质？作为遗传物质应该具有什么特点？ 核酸是遗传物质的证据 ①能够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。 20世纪50年代之前，“遗传物质可能是核酸”的观点通常被认为是不正确的。此前人们普遍认为DNA是相当小的分子，相对分子质量约为1500，四种碱基在核酸中等量地存在，并简单重复。人们考虑到生物体结构和功能巧妙适应性，以及发育过程和途径的极端复杂性，DNA 这样简单的小分子不可能发挥出如此重要的控制作用。相比较而言，含有20种氨基酸的蛋白质大分子倒是能够提供无限数量的排列组合。那么DNA是遗传物质的证据又是如何逐步得到的呢？ 核酸是遗传物质的证据 一、肺炎链球菌的转化实验 实验材料：肺炎链球菌是人类肺炎和小鼠败血症的病原体。 R型肺炎链球菌（菌体）：无多糖类胶状荚膜，菌落粗糙，无毒 S型肺炎链球菌（菌体）：有多糖类胶状荚膜，菌落光滑，有毒（唯一能够引起肺炎或败血症的类型） R菌菌落表面粗糙 S菌菌落表面光滑 荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。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。 肺炎链球菌肺炎胸片 一、肺炎链球菌的转化实验 活动1：活体肺炎链球菌转化实验分析——格里菲思 分离出 注射 注射 注射 注射 ①R型活菌 小鼠活 ②S型活菌 小鼠死亡 ③加热杀死的S型细菌 小鼠活 ④加热杀死的S型细菌 和R型活菌混合 小鼠 死亡 R型活菌+S型活菌 依据单一变量原则,比较第 组和第 组,自变量是 结论是 哪组实验现象最出乎意料?提出你的疑问。 活动1：活体肺炎链球菌转化实验分析——格里菲思 第4组s型菌的来源可能是? 材料 1:1931年，詹姆斯阿洛韦将s型菌过滤，去除细胞成分后，得到无细胞的提取液并用该提取液成功地将R型菌转化为S型菌。 材料 2:高温可以破坏s型菌的细胞膜和细胞壁，使细胞失去完整性，也会使S型菌的荚膜蛋白、毒素蛋白等变性失活。 材料 3:不同的光滑型菌株的荚膜有各种不同的组分与结构，当它们侵入人体时，人体会为了对抗它们产生不同的抗体，因此在格里菲思的时代，光滑型菌株被分为s-1、s-Ⅱ、S-Ⅲ、S-Ⅳ型，根据R型能突变成不同S型，也把R型菌相应地分为R-I、R-Ⅱ、R-Ⅲ、R-Ⅳ型。 材料 4:格里菲思实验中使用了 R-Ⅱ型和 S-Ⅲ型肺炎链球菌，实验中格里菲思将加热杀死的 S-Ⅲ型细菌与活的 R-Ⅱ型细菌混合后注入小鼠体内，结果小鼠死亡，并且从死亡小鼠体内分离出 S-Ⅲ型活菌。 活动1：活体肺炎链球菌转化实验分析——格里菲思 分离出 注射 注射 注射 注射 ①R型活菌 小鼠活 ②S型活菌 小鼠死亡 ③加热杀死的S型细菌 小鼠活 ④加热杀死的S型细菌 和R型活菌混合 小鼠 死亡 R型活菌+S型活菌 结论：已经被加热杀死的S型细菌中,必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”. 从下方材料中选择合适的材料，继续进行探究。 实验材料:两种肺炎链球菌、微生物培养所需材料设备、物质提纯与鉴定所需材料设备S型菌提取液，S型细菌中提取的 DNA、蛋白质、脂质等，蛋白酶、DNA酶、RNA酶、酯酶等水解酶。写出实验步骤及预期的实验结果和结论。 实验步骤: 如何确定转化因子？ 【研究思路】 分离各种物质， 单独看某物质是否具有转化作用 蛋白质 荚膜多糖 DNA 主要成分 S型肺炎链球菌 活动2：离体肺炎链球菌转化实验分析——艾弗里 多糖 蛋白质 DNA DNA加DNA酶 分别与 R 型 活 细 菌 混 合 培 养 R R R S型活细菌 S型细菌中的DNA是转化因子 结论：DNA才是肺炎链球菌遗传物质，蛋白质不是。 思考1：设置DNA+DNA酶有何意义？ 活动2：离体肺炎链球菌转化实验分析——艾弗里 用反证法证明DNA是使R型细菌发生转化的必要条件，使结论更加可靠。而且证明是DNA本身，而不是DNA的碎片或化学组成单位使细菌发生了转化。 活的S型菌 液体培养基：悬浮培养，促进转化 固体培养基：得到菌落，用于观察 思考3：离体转化实验先后使用了几种培养基？各有什么目的？ 思考4：第3组为何出现S型菌？此S型菌是否有R型菌的遗传物质？ S型菌的DNA整合到R型菌遗传物质中（基因重组），是R型菌转化为S型菌，还携带有R型菌的遗传物质。 思考2：离体实验中S型菌各组分是否从加热杀死的S型菌提取？ 思考5：后续研究对本实验有何补充？ DNA不仅可以引起细菌的转化，而且（S型菌DNA）纯度越高，转化效率越高。 DNA是遗传物质的直接证据 肺炎链球菌转化实验是证实DNA是遗传物质的最早证据来源。 对肺炎链球菌转化实验的研究证实了这样的论断：DNA是遗传物质，DNA赋予了生物的遗传特性。 由于“遗传物质是蛋白质”的理论根深蒂固，再加上当时的DNA提纯技术不够精准，一些学者仍然深深怀疑“DNA是遗传物质”，认为艾弗里实验中的DNA由于混有少量的蛋白质，才引起细菌转化。1952 年，美国遗传学家赫尔希与助手蔡斯进一步进行了实验研究。 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? 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） 为了检验DNA是否为遗传物质，赫尔希和蔡斯运用同位素标记特定物质的方法，将噬菌体进行标记，使其侵染大肠杆菌，通过追踪物质的去向，进一步明确发挥遗传作用的物质究竟是DNA还是蛋白质。 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） T2噬菌体属于细菌病毒，营专性寄生生活，它的专一宿主为大肠杆菌。 T2噬菌体的成分中，只有DNA和蛋白质两种物质。 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） 细菌 噬菌体 电子显微镜下的大肠杆菌和噬菌体 怎样标记噬菌体呢？能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？ 噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体。 含放射性同位素35S培养基 培养大肠杆菌 大肠杆菌（含35S） T2噬菌体（含35S） 培养噬菌体 含放射性同位素32P培养基 培养大肠杆菌 大肠杆菌（含32P） T2噬菌体（含32P） 培养噬菌体 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） 标记 侵染 搅拌、离心 检测放射性 实验过程： 1. 搅拌和离心的目的分别是什么？ 搅拌：使大肠杆菌外的噬菌体与大肠杆菌分离 离心：使大肠杆菌外的噬菌体与大肠杆菌分层 2. 噬菌体的蛋白质外壳和大肠杆菌在离心管中是怎样分布的？ 上清液：噬菌体的蛋白质外壳 沉淀物：大肠杆菌 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） 标记 侵染 搅拌、离心 检测放射性 实验过程： 3. 甲组离心管溶液的哪里出现了放射性，说明了什么？ 上清液，说明了蛋白质外壳没有进入大肠杆菌。 4. 乙组离心管溶液的哪里出现了放射性，说明了什么？ 沉淀物，说明了噬菌体的DNA进入大肠杆菌 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） 标记 侵染 搅拌、离心 检测放射性 实验过程： 5. 在甲、乙两组实验中，能在子代噬菌体种检测到32P标记的DNA，但不能检测到35S标记的蛋白质外壳，说明了什么？ 亲代噬菌体的DNA参与了子代DNA的组成，子代噬菌体的蛋白质外壳是利用大肠杆菌的氨基酸为原料合成的。 6. 本实验可以得出的结论是？ DNA是T2噬菌体的遗传物质。 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） 实验结论： 噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍然留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） 二、噬菌体侵染细菌的实验（1952年 赫尔希、蔡斯） A B C 沉淀物中出现35S 搅拌不充分→未分离。 培养时间过短→未注入 上清液中出现32P 培养时间过长→已释放 讨论： （1）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? 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。 （2）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? (1)个体小，结构简单，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，便于进行遗传相关研究 三、烟草花叶病毒的感染和重建实验 随着对病毒研究的逐渐深入，科学家发现许多病毒中含有RNA，却没有DNA。例如烟草花叶病毒、艾滋病病毒、冠状病毒、流感病毒等。 烟草花叶病毒 艾滋病病毒 冠状病毒 流感病毒 RNA 蛋白质 烟草花叶病毒 三、烟草花叶病毒的感染和重建实验 三、烟草花叶病毒的感染和重建实验 RNA 蛋白质 得到全新病毒 不能得到病毒 RNA酶 RNA水解产物 不能得到病毒 烟草花叶病毒感染实验 三、烟草花叶病毒的感染和重建实验 烟草花叶病毒重建实验 TMV B RNA B 蛋白质 B 蛋白质 A+RNA B TMV B TMV A RNA A 蛋白质 A 蛋白质 B+RNA A TMV A 结论：烟草花叶病毒（TMV）的遗传物质是RNA 格里菲斯的活体转化实验 艾弗里的离体转化实验 转化因子是什么 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质 RNA是TMV的遗传物质 DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据表明 更多实验证据表明 DNA是主要的遗传物质 支持 $$