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3章 基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质 问题探讨 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 蛋白质还是DNA? 问题探讨 你认为遗传物质可能具有什么特点？ (1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。 (2)控制生物体的性状和新陈代谢过程。 (3)能储存大量的遗传信息。 (4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可 遗传变异。 一、对遗传物质的早期推测 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 由于对DNA分子 的结构没有清晰 的了解 20世纪20年代 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。 没发现其他大分子有类似的结构特点 蛋白质是生物体的遗传物质。 20世纪30年代 肺炎链球菌的转化实验 格里菲斯 艾弗里 肺炎链球菌体内转化实验 肺炎链球菌体外转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 比较 菌体特点 菌落特点 毒性 S型 细菌 R型 细菌 1、肺炎链球菌的类型 无致病性 有致病性 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 二、肺炎链球菌的转化实验 第一组 不死亡 第二组 死亡 第三组 不死亡 第四组 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 2、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 合作探究： 1.对比第一、二组的实验现象，说明了什么？ 2.对比第二、三组的实验现象，说明了什么？ 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？ 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？ R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。 加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。 R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 加热杀死的 S型菌 转化的性状可以遗传 注意： 该实验不能证明DNA是遗传物质。 实验结论：已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子” 。 3、艾弗里肺炎链球菌体外转化实验 在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 究竟哪一个才是转化因子呢？ 思考： 实验思路：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 二、肺炎链球菌的转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 3、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 S型细菌 R型细菌 ②-④ ⑤ ① DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质（转化因子）。 3、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 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 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； 2.被转化的R型菌只是少量（基因重组），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； 科学方法 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”。 从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？ 例如：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。 例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。 SZ-LWH SZ-LWH 一、肺炎链球菌的转化实验 三.噬菌体侵染细菌的实验 1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。 尾部 头部 DNA 蛋白质 T2噬菌体是一种专门寄生在 大肠杆菌体内的病毒。 侵入别的细菌 合成 组装 释放 吸附 注入 1、噬菌体侵染大肠杆菌过程 三.噬菌体侵染细菌的实验 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 2.实验方法：放射性同位素标记法 组成元素 蛋白质: DNA： C、H、O、N、S C、H、O、N、P 35S 32P 怎样标记噬菌体呢？ 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 三.噬菌体侵染细菌的实验 根据T2噬菌体的结构（只含DNA和蛋白质）和增殖特点你们认为注入的物质有几种可能呢？ 若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。 ① 培养被35S或32P标记的噬菌体： 3.实验过程 含放射性同位素35S的培养基 培养大肠杆菌 含35S的大肠杆菌 蛋白质被35S标记的T2噬菌体 培养噬菌体 含放射性同位素32P的培养基 培养大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 DNA被32P标记的T2噬菌体 培养噬菌体 三.噬菌体侵染细菌的实验 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 使噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌分层 35S标记的噬菌体 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 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S 上清液放射性很高 实验分析 上清液放射性很高说明？ T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。 沉淀物出现放射性原因？ 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面。 三.噬菌体侵染细菌的实验 ②标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌 SZ-LWH SZ-LWH 二、噬菌体侵染细菌的实验 32P标记的噬菌体 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 T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。 沉淀物放射性很高说明？ 上清液出现放射性原因？ 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。 实验分析 ②标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌 SZ-LWH SZ-LWH 二、噬菌体侵染细菌的实验 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 4.实验结果： 5.实验结论： DNA是遗传物质。 想一想：这一结果说明了什么？ 有32P标记的DNA 无35S标记的蛋白质 子代噬菌体体内有亲代噬菌体的DNA，但没有其蛋白质。 补充：同时还能证明DNA能够指导蛋白质的合成 。 SZ-LWH SZ-LWH 二、噬菌体侵染细菌的实验 三.噬菌体侵染细菌的实验 合作探究： 1.能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？并说明理由。 2.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？ 3. 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？ 不能，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质。 若用32P和35S同时标记噬菌体，离心后上清液和沉淀物中均会有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 保温时间过短，部分噬菌体来不及侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。 保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。 延伸思考 (2)实验过程中，两次涉及大肠杆菌，这两次涉及的大肠杆菌有什么区别？ 　第一次是有标记的大肠杆菌，第二次是未被标记的大肠杆菌。 (1)本实验采用的对照方法是什么？ 　对比实验(相互对照)。 (3)能否用3H、14C标记噬菌体？ 不能，因为C、H是DNA和蛋白质的共有元素，无法确认被标记的是何种物质。 (4)尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处，你能否具体指出关键之处？ 　最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。 艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验 处理方式 对照原则 实验结论 设计思路 酶解法 同位素标记法 S型细菌细胞提取物处理后分别与R型细菌混合培养相互对照 分别标记噬菌体DNA和蛋白质的两组实验相互对照 设法将DNA与其他物质分开，或特异性地去除某一物质，单独地直接研究各自不同的遗传功能 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 证明DNA是遗传物质 两个经典实验的比较 只有DNA是遗传物质吗？ 【典例3】(不定项)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。下列有关分析不正确的是(　　) 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DNA是遗传物质 BC 【针对训练】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 B 1、 烟草花叶病毒侵染烟草的实验 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 RNA 蛋白质 结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。 RNA 四.DNA是主要的遗传物质 2、烟草花叶病毒（TMV）重建实验 结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。 RNA 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 非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体 RNA病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒 DNA和RNA DNA RNA DNA RNA DNA 3、DNA是主要的遗传物质：绝大多数生物的遗传物质是_____，只有极少数生物的遗传物质是_____。因此，_____是主要的遗传物质。 DNA RNA DNA 探究四.DNA是主要的遗传物质 DNA是主要的遗传物质 细胞生物含有DNA和RNA 病毒含有 DNA或RNA DNA病毒 RNA病毒 遗传物质是DNA 遗传物质是RNA 绝大多数生物的 遗传物质是DNA D 【典例4】下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是(　　) A．豌豆的遗传物质主要是DNA B．HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸 C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素 D．酵母菌的遗传物质主要分布在细胞核中 具体的某种生物的遗传物质的化学本质是唯一确定的，豌豆的遗传物质是DNA 酵母菌的遗传物质是DNA,DNA主要分布在细胞核中，细胞质（如线粒体）中，也有少量DNA。 【针对训练】烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别感染健康烟叶，结果如图乙。科学家将不同病毒的遗传物质与蛋白质重新组合形成“杂种病毒”，然后感染健康烟叶，如图丙。依据实验，下列推论正确的是(　　) A．图甲实验结果说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶 B．图乙实验结果说明TMV的蛋白质外壳能感染烟叶 C．图丙实验结果是烟叶被感染，并且出现b病斑 D．杂种病毒产生的子代具有TMV的蛋白质外壳 C 1.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？ 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。 思考·讨论 2.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？ 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） 思考·讨论 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。 思考·讨论 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。 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。 网络构建 1、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 结论：S型细菌体内有“转化因子” 2、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质， 而蛋白质等不是。 3、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验 结论：DNA才是真正的遗传物质 4、研究证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA DNA 是 主 要 的 遗 传 物 质 $