3.1 DNA是主要遗传物质 课件 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

3.1 DNA是主要的遗传物质 2021.4.6 2 对遗传物质的早期推测 An early guess of genetic material 科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。 DNA 染色体在遗传上的连续性和稳定性 ? 蛋白质 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染色体上 3 对遗传物质的早期推测 An early guess of genetic material 20世纪30年代： DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 但由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，人们认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 20世纪20年代： 蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。 4 肺炎链菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae 肺炎链球菌的转化实验 R型细菌 S型细菌 肺炎链球菌体内转化实验（格里菲思） ①英国微生物学家：格里菲思 ②实验材料：两种肺炎链球菌、小鼠 肺炎链球菌体外转化实验（艾弗里） ①美国微生物学家：艾弗里 ②实验材料：两种肺炎链球菌、蛋白酶、DNA酶等 5 肺炎链菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae 实验材料： 菌体特点 菌落特点 毒性 （动物实验） S型细菌 R型 细菌 无毒 有毒 人肺炎 小鼠败血症 无荚膜 有荚膜 粗糙 Rough 光滑Smooth 小鼠、R型 和 S型肺炎连球菌 荚膜的化学本质是_______ 多糖 1、格里菲思：体内转化实验 7 肺炎链球菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae 菌落与培养基 无菌条件下培养得到的一个菌落是一个种群 8 肺炎链球菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae 固体培养基 菌落与培养基 液体培养基 9 肺炎链球菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae S型细菌菌落 R型活菌菌落 10 说明R型菌无毒性 说明S型菌有毒性 说明加热杀死的S型菌失去毒性 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 第一组 第二组 第三组 第四组 11 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 说明加热杀死的S型菌失去毒性 第三组 第四组 拓展： 在加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。 12 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 现象：从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。 格里菲斯推断：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S型活细菌的活性物质—“转化因子” 。 第四组 13 肺炎链球菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 ？ 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 “哪种物质在转化实验中起作用”，“转化因子究竟是什么物质” 14 肺炎链球菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae 2、艾弗里：体外转化实验 15 2、艾弗里：体外转化实验 条件对照 实验结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。 第一组 第二至四组 第五组 17 自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理” 在对照实验中控制自变量，可以采用“加法或减法原理”； 与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，利用了“加法原理”； 与常态相比，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，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，这利用了“减法原理”。 18 肺炎链球菌的转化实验 Transformation experiment of Streptococcus pneumoniae 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质： S型细菌 荚膜 控制荚膜形成的X基因 加热 杀死 被破坏的S型细菌 X基因吸附在R型细菌表面 X基因进入R型细菌 重组 R型细菌转化成S型细菌 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 19 体内转化实验和体外转化实验区别 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 实验对照 巧妙构思 实验结论 联系 在小鼠体内 体外培养基 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 用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 用“酶解法”将细胞提取物中的某一物质分解、去掉，直接、单独地观察该种物质在实验中是否起作用 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 (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； (3)两个实验都遵循对照原则、单一变量原则 20 随堂练习 In-class practice 1、将下列各种细菌注射到小鼠体内，能使小鼠死亡的是( ) ① R型活细菌 ② S型活细菌 ③ 加热杀死后的R型细菌 ④ 加热杀死后的S型细菌 ⑤ R型活细菌+加热杀死后的S型细菌 ⑥ S型活细菌+加热杀死后的R型细菌 A、①③⑤ B、②④⑥ C、①⑤⑥ D、②⑤⑥ D 21 随堂练习 In-class practice 2、格里菲思用肺炎链球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果是( ) A、证明了DNA是遗传物质 B、证明了RNA是遗传物质 C、证明了蛋白质是遗传物质 D、没有具体证明哪一种物质是遗传物质 D 22 有没有比细菌更为简单的实验材料？ 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。 思维碰撞 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。 赫尔希 蔡斯 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 噬菌体侵染细菌实验（赫尔希&蔡斯） ①美国遗传学家赫尔希和助手蔡斯 ②实验材料：T2噬菌体 选取原因：a.成分只有DNA和蛋白质 b.仅能在大肠杆菌内繁殖 c.繁殖时，仅将遗传物质导入 大肠杆菌，其他物质保留在体外 ③实验方法：放射性同位素标记法 标记元素：35S（蛋白质）32P （DNA） 24 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 1. 实验材料 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。 T2噬菌体 25 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria T2噬菌体的繁殖过程 ：吸附，注入，合成，组装，释放 注入 合成 组装 释放 吸附 26 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 放射性同位素标记法 ？ DNA和蛋白质，应分别标记哪一种元素？ 蛋白质的组成元素：DNA的组成元素： C、H、O、N、S C、H、O、N、P （标记32P） （标记35S） T2噬菌体中60%是蛋白质，40%是DNA。 2.研究方法： 27 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 3.T2噬菌体侵染大肠杆菌实验过程 ②细菌+含32P的培养基 含32P的细菌 ①噬菌体+含35S的细菌 ②噬菌体+含32P的细菌 第一步：标记大肠杆菌 含35S的细菌 ①细菌+含35S的培养基 第二步：标记噬菌体（标记细菌分别培养噬菌体） 含35S的噬菌体 含32P的噬菌体 28 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 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。 子代噬菌体中无35S 上清液放射性很低， 沉淀物放射性很高。 子代噬菌体中含32P 29 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 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 32P标记的噬菌体 35S标记的噬菌体 短时间保温 搅拌后离心 搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离; 离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 30 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 结论：DNA是遗传物质。 2)细菌裂解释放的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。 实验结果 1)用35S标记的一组实验，放射性同位素主要分布在上清液中； 用32P标记的一组实验，放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中。 （说明噬菌体在侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在外面。） 能不能说明蛋白质不是遗传物质？ 不能说明蛋白质不是遗传物质 31 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria 用35S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 35S标记的实验发现沉淀物中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。 32P标记的实验发现上清液中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 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。 33 噬菌体侵染细菌的实验 Experiment of bacteriophage infection of bacteria (1)能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？ 不能。噬菌体只能寄生在活细胞中，不能再培养基上存活。 (2)能否用35S和32P同时标记噬菌体？ 不能。因为放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定是何种元素的放射性，所以35S和32P不能同时标记同一组噬菌体，应将两者分别标记，即把实验分为两组。 (3)用C、H、O、N的同位素标记可行吗？ 不可行。因为T2噬菌体蛋白质和DNA中都含有这几种元素，且O和N的同位素18O、15N不具有放射性。 34 遗传物质的现代发现 Modern discovery of genetic material 只有DNA是遗传物质吗？ 烟草花叶病毒 流感病毒 2019-nCoV 35 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 遗传物质的现代发现 Modern discovery of genetic material 36 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 遗传物质的现代发现 Modern discovery of genetic material 37 遗传物质的现代发现 Modern discovery of genetic material 项目 细胞生物 非细胞生物 真核生物 原核生物 多数病毒 少数病毒 核酸种类 遗传物质 不同生物的遗传物质 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA DNA DNA DNA RNA 因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 38 遗传物质的现代发现 Modern discovery of genetic material 总结： 1、在非细胞结构的生物体内，只有一种核酸（DNA或RNA）是遗传物质； 2、具有细胞结构的生物含有DNA和RNA两种核酸，其中DNA是遗传物质； 3、染色体是DNA的主要载体； 4、遗传物质控制蛋白质的合成，蛋白质是生命活动的主要承担者。 39 随堂练习 In-class practice 3、在证明DNA是遗传物质的实验中，赫尔希和蔡斯分别用32P和35S标记噬菌体的DNA和蛋白质，在下图中标记元素所在部位依次是(　　) A．①、④ B．②、④ C．①、⑤ D．③、⑤ A 40 随堂练习 In-class practice 4、如图为“噬菌体侵染大肠杆菌实验”的实验流程，第一组实验用的是35S标记的噬菌体，第二组实验用的是32P标记的大肠杆菌。则下列关于该实验的描述，理论上正确的是(　　) A.第一组实验的上清液中放射性强，沉淀物中无放射性 B.第二组实验的上清液和沉淀物中均无放射性 C.实验中噬菌体是用35S直接标记的 D.35S标记的是噬菌体的DNA，32P标记的是大肠杆菌的蛋白质 A 41 随堂练习 In-class practice 5、用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，上清液的放射性占10%，沉淀物的放射性占90%。上清液带有放射性的原因可能是(　　) A．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌 B．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离 C．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体 D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中 C 42 随堂练习 In-class practice 6、下图表示同位素32P、35S分别标记T2噬菌体和大肠杆菌的DNA和蛋白质（氨基酸），然后进行“噬菌体侵染细菌的实验”，侵染后产生的子代噬菌体的DNA分子和蛋白质分子含有的元素（仅考虑P和S）应分别是( ) B A．31P、32P；32S B．31P、32P；35S C．31P、32P；32S、35S D．32P、32S；35S[来 43 Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.58.101 $