第25讲 DNA是主要的遗传物质——2026届高中生物学一轮复习课件

第25讲 DNA是主要的遗传物质 贺老师 大概念五 遗传信息主要编码在DNA分子上 1 1891年 1866年 1909年 孟德尔发现遗传定律 科学家描述减数分裂全过程 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 对遗传物质的早期推测 遗传物质是蛋白质还是DNA? 遗传信息储存在哪儿？ 基因在DNA上还是蛋白质上，或者说遗传物质到底是是蛋白质还是DNA? 遗传信息储存在哪儿？ 当时的人们却不知道遗传物质是DNA，这是由于当时人们的认知决定的 基因在染色体上说明是染色体上的物质在控制遗传 2 蛋白质是由多种氨基酸连接而成 氨基酸约有20种，且氨基酸的种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构不同，可能蕴含遗传信息 20世纪20年代 20世纪30年代 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成 构成DNA的核苷酸仅有4种，排列顺序也仅是简单重复，无法体现多样性。 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 对遗传物质的早期推测 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。蛋白质的基本单位氨基酸约有20种，且氨基酸的种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构不同，因此蛋白质具有多样性。核酸的基本单位核苷酸仅有4种，排列顺序也仅是简单重复，无法体现多样性。 3 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 肺炎链球菌 体外转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 格里菲思 肺炎链球菌 体内转化实验 DNA是噬菌体的遗传物质 DNA是肺炎链球菌的遗传物质 艾弗里的实验又是在格里菲斯的试验基础上进行的。 这就是做研究前为什么要看很多文献的原因 在这个过程中，有部分科学家表示怀疑 4 比较 菌落特点 菌体特点 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 光滑Smooth 粗糙 Rough 考点一：肺炎链球菌的转化实验 1 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 多糖类的荚膜 （1）实验材料：肺炎链球菌 为什么无荚膜的R型肺炎链球菌无毒性，有荚膜的S型肺炎链球菌有毒性？ 无荚膜的R型菌，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S型菌可以抵抗吞噬细胞的吞噬，而在宿主体内存活并繁殖。 课本p43 （1）此实验仅能证明S型细菌中含有某种“转化因子”，但转化因子的本质不清楚。 （2）发生转化的只是少部分R型细菌。 （3）加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。 5 考点一：肺炎链球菌的转化实验 1 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 结 过程与现象 第一组：注射R型活细菌 第二组：注射S型活细菌 第三组：注射加热杀死的S型细菌 小鼠不死亡 小鼠死亡，体内分离出S型活细菌 小鼠不死亡 小鼠死亡，体内分离出S型活细菌 结果分析 1、2组说明 2、3组说明 2、3、4组说明 加热杀死的S型细菌中含有某种 ，使R型活细菌转化为S型活细菌。 R型细菌无毒性，S型细菌有毒性 被加热杀死的S型细菌无毒性 R型活细菌可以转化为S型活细菌 转化因子 论 随机转化，少部分R型细菌被转化。 第四组：注射R型活细菌+加热杀死的S型细菌 第四组小鼠体内分离出的S型细菌从哪里来？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？但转化因子的本质不清楚 6 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 “转化因子”是什么？（格里菲思实验的不足） 在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 但究竟哪一个才是转化因子呢？ 【关键思路】 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。 考点一：肺炎链球菌的转化实验 7 （1）思路：将S型菌各种物质分离提纯后与R型混合后，观察能否将R型菌转化。 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 提纯、鉴定 分别与R型活细菌混合培养 R R S R R R 加入的物质种类 自变量： 因变量： R型菌是否转化 如何观察R型菌是否转化？ 根据菌落特征或细胞形态判断 考点一：肺炎链球菌的转化实验 但当时的技术无法做到分离提纯这些物质，如何解决该问题？ S型细菌细胞中有哪些物质呢？到底哪种物质是转化因子呢？你将如何设计实验进行探究呢？尝试说出你的实验思路，并以流程图的形式展示实验过程和预测结果。如何观察R型菌是否转化？是否需要注入小时体内？ 8 （2）思路：将加热致死S型菌各种物质用 分别去除后与R型混合，观察能否将R型菌转化。 酶解法 结果分析: 1.实验①是 组, ②③④⑤是 组; 2.实验②③④分别说明 ; 实验①⑤说明 。  3.结论: 蛋白质、RNA、脂质没有转化作用 对照 实验 DNA有转化作用 DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质,即DNA是遗传物质。  考点一：肺炎链球菌的转化实验 2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？ 9 比较：上述两种实验设计方法在变量处理上，分别应用了什么原理？ 考点一：肺炎链球菌的转化实验 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 10 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。 R型细菌转化为S型细菌的本质： 基因重组 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 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？ 1、在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开； 并非所有的R型细菌都被转化。转化效率受DNA纯度、 两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态有关。 为什么加热后的DNA还具有转化能力 ？ 蛋白质和核酸对高温的耐受力不同 在80-100℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复到室温，DNA双链还能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。 ①加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的，温度降低后蛋白质活性也不可恢复。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，因而导致细菌死亡。 ②加热时，DNA双链会解旋，加热结束后，随温度的降低DNA双链可恢复双螺旋结构，恢复活性。 注意：1.S型菌只提供DNA模板，其他的原料全是R型菌的 2.只是少数R型细菌转化为S型细菌 11 肺炎双球菌的体内转化实验与体外转化实验对比 项目 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 细菌培养 小鼠体内 体外培养基 实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌体内各成分的相互对照 观察指标 实验结论 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型 已经加热杀死的S型细菌体内有转化因子 DNA是遗传物质 联系：①体内转化实验是体外转化实验的 ，体外转化实验则是前者的延伸。 ②实验设计都遵循 和 原则。 基础 对照原则 单一变量 12 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 提取的DNA分子和DNA酶纯度不够？实验要如何设计才更具有说服力呢？ 13 考点二：噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯 1 实验材料： T2噬菌体 ——专门寄生在大肠杆菌体内的病毒 T2噬菌体模式图 尾部 头部 DNA 蛋白质外壳 噬菌体增殖过程中： 噬菌体只提供自身的DNA为模板，合成新DNA和蛋白质所需的原料、能量、场所、酶均来自大肠杆菌 14 2 实验方法： 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 噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯 该实验不能标记C、和蛋白质共有的元素,若选择共有的元素做标记,则无法将和蛋白质区分开 15 噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯 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 培养噬菌体。 3 实验过程 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 P是DNA特有的元素，S是蛋白质特有的元素，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 16 噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯 标记细菌 标记 噬菌体 标记的噬菌体侵染未标记细菌 （短时间保温） 搅拌 离心 观察放射性的分布 “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 搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 上清液 沉淀物 轻：T2噬菌体颗粒 重：被感染的大肠杆菌 3 实验过程 第二步：标记的噬菌体侵染细菌： “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 带标记的T2噬菌体去侵染什么样的大肠杆菌呢？ 17 噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯 上清液 沉淀物 子代噬菌体 放射性很高 无放射性 4 实验结果 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 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 放射性很高 部分有放射性 放射性很低 18 搅拌不充分 理论上 上清液(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 噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯 沉淀物 少量放射性 19 保温时间长 理论上 上清液 沉淀物(32P标记的DNA） 部分释放出来 未来得及侵染 实际上 释放 实际上 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 实验误差分析： b. 保温时间过长，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； 噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希和蔡斯 20 肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵 染细菌实验 实验者 思 路 分离方式 结 论 格里菲思 艾弗里 赫尔希和蔡斯 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。 酶解法: 分别加入到R型菌中 同位素标记法： 标记DNA和蛋白质 加热杀死的S型菌体内有“转化因子” 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。 DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质 21 烟草花叶病毒(TMV) 被烟草花叶病毒感染的烟草 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。 问题探讨 这类病毒的遗传物质是什么？ 22 蛋白质 RNA 分别侵染健康烟草植株 患病 不患病 得到全新病毒 不能得到病毒 (1)实验过程及现象 (2)实验结论： 是烟草花叶病毒的遗传物质， 不是烟草花叶病毒的遗传物质。 RNA 蛋白质 RNA是遗传物质的实验证据 23 生物类型 核酸种类 遗传物质 有细胞 结构的生物 真核生物 _______________ _________ 原核生物 无细胞 结构的生物 DNA病毒 DNA _________ RNA病毒 RNA _________ DNA和RNA DNA DNA RNA 注意： 对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质 对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字 1. 生物的遗传物质归纳 总结 24 1.（2025·河南）在T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，子代噬菌体中的元素全部来自其宿主细胞的是（　　） B A．C B．S C．P D．N 真题必刷 A．噬菌体侵染细菌时，会将核酸注入细菌内 B．蛋白Neo在细菌的核糖体中合成 C．串联重复的双链DNA的两条链均可作为模板指导蛋白Neo合成 D．串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子 C 2.（2025·湖南）被噬菌体侵染时，某细菌以一特定RNA片段为重复单元，逆转录成串联重复DNA，再指导合成含多个串联重复肽段的蛋白Neo，如图所示。该蛋白能抑制细菌生长，从而阻止噬菌体利用细胞资源。下列叙述错误的是（　　） 噬菌体侵染细菌时，会将自身的核酸注入细菌内，而蛋白质外壳留在外面，这是噬菌体侵染细菌的特点，A正确；细菌有核糖体，蛋白Neo是在细菌细胞内合成的蛋白质，所以在细菌的核糖体中合成，B正确；在转录过程中，以DNA的一条链为模板合成mRNA，进而指导蛋白质的合成，C错误； 因为最终合成的是含多个串联重复肽段的蛋白Neo，说明串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子，D正确。 25 真题必刷 3．（2025·浙江·高考真题）多种多样的生物通过遗传信息控制性状，并通过繁殖将遗传物质传递给子代。下列关于遗传物质的叙述正确的是（    ） A．S型肺炎链球菌的遗传物质主要通过质粒传递给子代 B．水稻、小麦和玉米三大粮食作物的遗传物质主要是DNA C．控制伞藻伞帽的遗传物质通过半保留复制表达遗传信息 D．烟草叶肉细胞的遗传物质水解后可产生4种脱氧核苷酸 D S型肺炎链球菌是原核生物，其遗传物质主要分布于拟核 水稻、小麦和玉米三大粮食作物都是植物，都属于真核生物，真核生物的遗传物质是DNA 基因指导蛋白质的合成过程是遗传信息的表达过程，伞藻通过复制传递遗传信息，而不是表达遗传信息 26 4.（2024·甘肃·高考真题）科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验，下列叙述正确的是 （ ） A．肺炎链球菌体内转化实验中，加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性 B．肺炎链球菌体外转化实验中，利用自变量控制的“加法原理”，将“S型菌DNA+DNA酶”加入R型活菌的培养基中，结果证明DNA是转化因子 C．噬菌体侵染实验中，用放射性同位素分别标记了噬菌体的蛋白质外壳和DNA，发现其DNA进入宿主细胞后，利用自身原料和酶完成自我复制 D．烟草花叶病毒实验中，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状 S型菌株的DNA分子可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性 利用自变量控制中的“减法原理”设置对照实验 噬菌体为DNA病毒，其DNA进入宿主细胞后，利用宿主细胞的原料和酶完成自我复制 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状，而蛋白质不能使烟草出现花叶病斑性状 √ 真题必刷 27 $