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

该高中生物学课件聚焦“DNA是主要的遗传物质”，系统呈现遗传物质探索历程，从孟德尔遗传因子到摩尔根基因定位，通过问题引导学生思考遗传物质特点及证明方法，搭建新旧知识衔接的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过肺炎链球菌转化实验的“减法原理”、噬菌体侵染实验的同位素标记法，结合实验分组、误差分析等探究实践，帮助学生形成结构与功能观，提升科学探究能力，教师可借此高效开展实验教学，学生能深化对遗传物质本质的理解。

第三章 基因的本质 第一节 DNA是主要的遗传物质 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 科学家发现：染色体主要组成成分: 。 孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由遗传因子控制 摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于 上 基因的追寻记 染色体 蛋白质和DNA 谁是遗传物质 ？ 你认为遗传物质可能具有什么特点？ ①储存大量的遗传信息 ②分子结构具有相对的稳定性 ③能够自我复制，保持前后代的连续性 ④能通过指导蛋白质合成，控制生物性状 ⑤能产生可遗传的变异 你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些? 可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。 你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些? 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。科学家为了证明也做了很多实验，今天我们就跟随科学家的步伐一起进行学习。 3 DNA分子 蛋白质 染色质 染色体 染色体＝DNA＋蛋白质 ? 讨论：1.你认为遗传物质可能具有什么特点？ 2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？ 结构比较稳定;能储存大量遗传信息;可准确复制，传递给下一代等。 将特定的遗传物质转移给后代，观察后代的性状等等 P42问题探讨 1. 20世纪20年代 ——蛋白质是遗传物质 氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息 2. 20世纪30年代后 ——意识到DNA的重要性 基本单位： 4种脱氧核糖核苷酸 一、对遗传物质的早期推测 是蛋白质！ 是DNA 由于对DNA的结构没有清晰的了解，蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。 证明DNA是遗传物质的实验 格里菲思体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 格里菲思 艾弗里 赫尔希 蔡斯 肺炎链球菌的转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 1.科学家： 格里菲斯【英】 2.实验材料： 肺炎链球菌、小鼠 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 菌体 有无毒性 表面光滑 表面粗糙 可致病，使人和小鼠患肺 炎，小鼠并发败血症死亡 无 有多糖类的荚膜 （一）格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验P43 菌落是由细菌在固体培养基中形成的肉眼可见的细胞群落。 S型肺炎链球菌有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑。R型肺炎链球菌缺乏多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙。 R型细菌感染人或动物时，容易被吞噬细胞吞噬并杀死，因此R型细菌不具有致病性。S型细菌的荚膜可以抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生活并繁殖，因此具有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发白血症死亡。 7 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 R型活细菌+加热致死的S型细菌 小鼠不死亡 小鼠死亡分离出S型活细菌 小鼠不死亡 小鼠死亡分离出S型活细菌 对照原则、单一变量原则 P43格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 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 说明R型细菌转化成了S型细菌 1.对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？ 2.对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 3.对比第二，第三，第四组的实验现象，说明了什么？ 4.第四组中是所有的R型细菌均转化为S型还是部分？ 5.为什么加热致死的S型细菌不可使小鼠致死。 加热杀死的S型细菌无毒，不能使小鼠死亡 加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 只有部分R型细菌转化为S型细菌 加热破坏了荚膜则S型细菌失去了致病性。 R型细菌无致病性; S型细菌有致病性，能使小鼠死亡。 R 型活细菌 + S 型死菌 S 型活细菌 转化 某种物质 S 型活细菌 繁殖 格里菲思的实验说明了: 究竟是什么物质呢? 转化因子 弗雷德里克·格里菲斯（Frederick Griffith） 综合分析：格里菲思体内转化实验结论 ①加热杀死的S型细菌含有某种促成R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。 ②这种性状的转化是可以遗传的。 自然条件下的转基因——天然转基因 1.S型细菌能转化成R型细菌吗? 答：可以的，当S型细菌丢失荚膜以后就变成R型，这非常常见，当然这只是“表型变异”，“基因型”并未改变。例如，在人体体内肺炎链球菌可产生荚膜，但是在人工培养传代后，荚膜非常容易丢失，菌落变为R型。为了保障在体外也能使肺炎双球菌产生荚膜，多采用含血清、NaHCO3和CO2的条件下培养。 只要是在临床实验室做过的都知道，细菌在体外产生荚膜是比较困难的，要模拟体内的条件。 “荚膜的形成与环境条件密切相关。一般在动物体内或含有血清或糖的培养基中容易形成荚膜，在普通培养基上或连续传代则易消失。” 2.这种性状的转化是可以遗传的。 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 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。 03 思考1：在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 思考2：哪一个才是转化因子呢？那如何才能在这些物质中将它找出来呢？你有何想法？ 【知识链接】 11 有R型细菌的培养液 加热致死S型细菌的细胞提取液 第一组 + S型细菌 R型细菌 第二至四组 + S型细菌 R型细菌 混合 混合 第五组 + 混合 只长R型细菌 DNA酶 蛋白酶（或RNA酶、酯酶） 二、P44艾弗里肺炎链球菌的（体外）转化实验 有R型细菌的培养液 加热致死S型细菌的细胞提取液 第一组 + S型细菌 R型细菌 第二至四组 + S型细菌 R型细菌 混合 混合 第五组 + 混合 只长R型细菌 DNA酶 蛋白酶（或RNA酶、酯酶） 二、P44艾弗里肺炎链球菌的（体外）转化实验 实验结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。 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 部分R型菌转化成S型菌 拓展分析：蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质变性失活，DNA双链解开；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。 14 对照组 蛋白酶 S型菌的细胞提取物 RNA酶 酯酶 DNA酶 分别与R型活菌混合培养 R+S R+S R+S R+S R R 艾弗里实验过程归纳 每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了自变量控制中的“减法原理” 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 应用场景：对照实验 加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。 （eg. 比较过氧化氢在不同条件下的分解实验） 减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。 （eg. 艾弗里的肺炎链球菌转化实验） 科学方法P46 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 在小鼠体内 体外培养基 实验对照 R型细菌与S型细菌的致病性对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照 巧妙构思 用加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化 每个实验组用酶解法特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质 实验结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 联系 ①所用材料相同 ②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸（格里菲斯实验证明：S型细菌体内含有某种转化因子，但转化因子是哪种物质并没有证明；艾弗里的实验：转化因子是S型细菌的体内DNA） ③两实验都遵循对照原则、单一变量原则 肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 1、肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是小鼠细胞的核糖体。 （ ） 2、将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，一段时间后培养基中会有两种菌落。（ ） 3、艾弗里的实验结论是DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，理由是只有DNA才能是R型细菌转化为S型细菌。（ ） 4、加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂，失去活性。（ ） 5、如果把S型细菌的DNA提取出来直接注射小鼠体内，也能从小鼠体 内分离得到S型细菌。（ ） 概念检测 × √ √ × × 01 遗传物质的早期推测 02 肺炎链球菌转化实验 03 噬菌体侵染细菌的实验 DNA是主要的遗传物质 19 实验材料： T2噬菌体 大肠杆菌 P45噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯） 选材的原因： ①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。 ②繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 为什么？ 细菌性病毒，专门寄生在大肠杆菌 T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程： 1、吸附 2、注入 3、合成 4、组装 5、释放 噬菌体侵染细菌电镜复原照片 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？ 1、只有（ ）注入了大肠杆菌细胞内 2、只有（ ）注入了大肠杆菌细胞内 3、（ ）都注入了大肠杆菌细胞内 蛋白质 DNA 蛋白质和DNA 推测 噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯） 思考：如何将噬菌体的DNA和蛋白质分开分别观察其作用？ 尾部 头部 DNA 蛋白质 (C、H、O、N、P ) (C、H、O、N、S ) 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 3. 实验方法 （ 35S标记） （ 32P标记） T2噬菌体侵染细菌实验P45 实验方法：放射性同位素标记 组成元素 蛋白质: DNA： C、H、O、N、S C、H、O、N、P 35S 32P 标记噬菌体的方法？ 噬菌体是病毒，营寄生生活，无法单独在培养基上存活。 应“先在分别含有放射性同位素35S和32P的培养基中培养大肠杆菌，再用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体。” 制备含有放射性标记噬菌体过程示意图 离 心 含35S培养基 含35S细菌 噬菌体侵染含35S细菌 含35S噬菌体 含32P培养基 含32P细菌 噬菌体侵染含32P细菌 含32P噬菌体 2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年） 三、噬菌体侵染细菌的实验P45 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 侵染 噬菌体将遗传物质 注入大肠杆菌 三、噬菌体侵染细菌的实验 亲代噬菌体 离心 搅拌 使吸附在大肠杆菌外 的噬菌体与细菌分离 让上清液析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 大肠杆菌 子代噬菌体 分别用35S或32P标记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 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 32P标记的噬菌体 35S标记的噬菌体 ： 上清液放射性很高， 沉淀物放射性很低。 上清液放射性很低， 沉淀物放射性很高。 子代噬菌体中无35S 子代噬菌体中含32P 保温目的：使噬菌体侵入大肠杆菌并进行复制。 被35S标记的噬菌体 被32P标记的噬菌体 结论P46： T2噬菌体侵染细菌时，将 注入细菌的细胞内， 蛋白质外壳留在仍留在外面。 才是噬菌体的遗传物质。 离心 离心 DNA 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验 实验结果： DNA 误差分析 亲代噬菌体 上清液(主要是噬菌体外壳) 沉淀物(主要是被侵染的大肠杆菌) 细菌裂解释放出的子代噬菌体有无放射性 35S-蛋白质 32P-DNA 放射性高 放射性低 没有检测到35S 放射性低 放射性高 检测到32P 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 A. 35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？ B. 32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？ 正式实验过程： 第一组 第二组 混合培养(保温) 搅拌后离心 搅拌后离心 （课本P45-图3-6） 实际：低 理论：无 沉淀物 原因？ 搅拌不充分，少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 实际低 理论无 上清液 原因？ 1.保温时间过短,噬菌体还未来得及侵入大肠杆菌; 2.保温时间过长,大肠杆菌裂解，释放出子代噬菌体. 【当堂巩固】 D 1.下列有关T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的叙述，正确的是（ ） A．实验中可用15N代替32P标记DNA B．T2噬菌体的蛋白质外壳是用35S直接标记的 C．实验中离心的目的是让噬菌体的DNA和蛋白质分离开来 D．用35S标记的噬菌体侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致 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 直接分离 同位素标记法 S型细菌的分离物质分别与 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， 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，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内） 两个经典实验的比较 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？ （1）个体小，结构简单 （2）繁殖快 思考·讨论（P46） 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？ 实验设计思路是单独研究DNA、蛋白质、糖类等物质在特化中的作用。有可能去除不彻底，不能完全排除这些物质在转化中的作用。 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有细菌的培养技术，物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希等人采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质分离技术等。 科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。 肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎链球菌 体外转化实验 噬菌体侵 染细菌实验 实验者 思路 分离方式 结论以及各实验的关系 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。 直接分离: 分别加入到R型菌中 放射性同位素标记法： 标记DNA和蛋白质 更有力地说明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质 格里菲思 艾弗里 赫尔希和蔡斯 加热杀死的S型菌体内有“转化因子”,是体外转化实验的基础。 自然界所有生物的遗传物质都是DNA吗？ 三个经典实验对比 遗传物质的现代发现 只有DNA是遗传物质吗？ 烟草花叶病毒 流感病毒 2019-nCoV 四、RNA是遗传物质的证明实验 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 患病 不患病 得到全新病毒 不能得到病毒 ： RNA 蛋白质 39 烟草花叶病毒实验拓展--重建实验 TMV 2 RNA 2 蛋白质 2 蛋白质 1+RNA 2 TMV 2 TMV 1 RNA 1 蛋白质 1 蛋白质 2+RNA 1 TMV 1 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA ： 40 病毒的分类： 不同生物的遗传物质 生物 类型 实例 核酸种类 遗传物质 结果 结论 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA DNA DNA DNA RNA 绝大多数生物是遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA DNA是主要的遗传物质 细胞生物 非细胞生物 真核生物 原核生物 大多数病毒（DNA病毒） 少数病毒 （RNA病毒） 真菌、原生生物、所有动、植物 蓝细菌、细菌等 噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、流感病毒、烟草花叶病毒等 几个实验结论： 体内转化实验： 噬菌体侵染实验： 体外转化实验： S型菌体内有转化因子。 DNA是遗传物质，而蛋白质不是。 DNA是遗传物质。 提醒： 几个实验均不能证明DNA是主要的遗传物质。 针对自然界所有生物 原核生物 真核生物 细胞内均含有 DNA和RNA 遗传物质是DNA 病毒 DNA病毒 RNA病毒 遗传物质是DNA 遗传物质是RNA 绝大多数生物遗传物质是DNA。 一种生物遗传物质只有一种。 总结： 易错提示： 细胞核遗传物质是DNA，细胞质遗传物质是RNA！ 格里菲思的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 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是烟草花叶病毒的遗传物质 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 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 小结 P47 练习与应用 1．枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将这种菌中提取的某种物质加入培养基中，培养基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 D 2．赫尔希和蔡斯的噬菌体侵入细菌的实验表明（ ） 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 P47 练习与应用 二、拓展应用 ① 能够精确地自我复制；②能指导蛋白质的合成；从而控制生物性状；③具有储存遗传信息的能力；④结构稳定。 1.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌细胞中，噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出大量的噬菌体却同原来的噬菌体一样居于蛋白质外壳。请分析子代噬菌体的蛋白质外壳来源。 利用亲代噬菌体的遗传物质，和大肠杆菌的氨基酸为原料合成。 2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。 Lavf57.41.100 $