3.1 DNA是主要的遗传物质课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

必修二 第3章 基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质 第1课时 1.利用比较法、归纳法分析肺炎链球菌体内、体外转化实验过程、原理，并得出结论；（SG） 2.理解“肺炎链球菌转化实验”的实验设计思路，说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”；（SG） 3.通过对噬菌体侵染大肠杆菌实验的过程、原理及误差进行分析，进一步明确遗传物质是DNA；（CS） 4.通过了解烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，归纳得出DNA是主要的遗传物质的总结；（CS） 5.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。（SG） 学习目标 回顾：科学家的足迹 通过豌豆实验证明生物的性状由遗传因子控制 孟德尔 约翰逊 把“遗传因子”命名为基因 萨 顿 提出基因在染色体上的假说 通过果蝇实验证明基因位于染色体上 摩尔根 染色体主要由蛋白质和DNA组成 在亲代和子代之间染色体携带着基因进行传递，遗传物质就在染色体上 哪个是遗传物质？ 发现基因 基因的位置 基因是什么（本质）？ 人们已经认识到染色质是由DNA和蛋白质组成的，而基因又位于染色体上,所以遗传物质应该是这两者之一。 　　20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。 问题探讨 （教材第42页） 讨论-1：你认为遗传物质可能具有什么特点？ 1.亲子代之间联系的桥梁是生殖细胞。生殖细胞形成过程中，染色体和DNA的数量存在规律性的变化。2.人们推测，既然基因能够控制那么多、那么复杂的生物性状，那么构成基因的遗传物质也一定是，一种非常复杂、非常多样的化学物质，才能承担做为基因的艰巨任务。蛋白质恰好是结构最复杂、最多样的分子。3.组成蛋白质的主要氨基酸约有20种。4.组成DNA的核苷酸有4种。5.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量信息。6.蛋白质是生命活动的承担者，与生物的性状密切相关。7.蛋白质有复杂的空间结构，但在高温下空间结构会被破坏，容易变性。8.DNA结构稳定，耐高温。9.蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的。 10.DNA能自我复制、并且在复制的过程中有多种机制保证准确性。11.一般情况下，同一种生物在不同发育时期或不同组织的细胞中，DNA的含量基本相等，而生殖细胞中的DNA含量恰好是体细胞中的一半。12.同一生物的不同组织细胞中，蛋白质的种类和质量差异较大。 【思考】材料_____________支持蛋白质是遗传物质，___________否定蛋白质是遗传物质；________________支持DNA是遗传物质，__________否定DNA是遗传物质。 2、3、5、6 7、9、12 1、8、10、11 4 　　20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。 问题探讨 （教材第42页） 讨论-1：你认为遗传物质可能具有什么特点？ ①应能够储存大量的遗传信息； ②可以准确地复制，可以传递给下一代； ③可以控制生物的性状； ④结构比较稳定。 连续性 多样性 稳定性 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息 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 20世纪20年代 20世纪30年代 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 对DNA结构没有清晰的了解 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 误以为4种碱基含量都是一样的,提出了4种核苷酸组合成一个单元，然后这些单元聚合形成DNA的“四核苷酸假说”，这样的 DNA 就与糖原一样，是同一结构高度重复的多聚体(如 ATCGATCG……的高度重复),很难想象它能承载复杂的遗传信息; 寻找直接证据——肺炎链球菌转化实验 Frederick Griffith (1877-1941) Oswald Avery (1877-1955) 通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质提出挑战的科学家,首先是艾弗里。 而艾弗里的实验，又是在英国微生物学家格里菲思的实验基础上进行的。 格里菲思 实验背景1 在20世纪初的英国暴发了一场肺炎，肺炎是由一种名肺炎链球菌的病原体引发的，其在人体内引发肺炎，在小鼠体内则会引发小鼠死亡。 格里菲思是一名医生、微生物学家，他从患者的痰液中收集培养了肺炎链球菌，并利用它来进行实验研究，试图研制细菌性肺炎的疫苗，结果有了意想不到的收获。 任务一：分析肺炎链球菌的体内转化实验 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 当时已知想要获得对某种病的免疫力，可以让人体先接触某种较弱的病源（疫苗），进而使体内产生抗体 9 荚膜是什么？有什么作用（教材43页相关信息） （1）实验材料： 肺炎链球菌、小鼠 可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡 资料1-1：根据肺炎链球菌外荚膜多糖种类的不同，肺炎链球菌可进一步分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，每一种类型中又分S型菌和R型菌。S型菌表面有荚膜，表面较光滑，致死；而R型菌则无荚膜，表面粗糙，不致死。 多糖荚膜 菌落表面特征 致病性 S型细菌 R型细菌 有 光滑（Smooth） 无 粗糙（Rough） 有 无 S型菌的菌落 R型菌的菌落 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 菌落处有超链接 10 菌落：菌落是由单个细菌细胞或一堆同种细胞在适宜固体培养基表面或内部生长繁殖到一定程度，形成肉眼可见的子细胞群落。 光滑菌落 粗糙菌落 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 第四组 加热致死的S型细菌 小鼠不死亡 第三组 S型 活细菌 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 第二组 R型 活细菌 小鼠不死亡 第一组 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 12 问题1-1：该实验的自变量是什么？因变量的检测指标有哪些？ 问题1-2：第1、2两组相互对照说明了什么？第2、3两组相互对照说明什么 问题1-3：第４组小鼠死亡的原因是什么？ R型菌突变成S型菌了吗？ 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 13 问题1-1：该实验的自变量是什么？因变量的检测指标有哪些？ 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 注入的肺炎链球菌的类型和死活 因变量的检测指标： 小鼠的死亡情况 自变量： 小鼠体内提取的细菌的类型 14 问题1-2：第1、2两组相互对照说明了什么？第2、3两组相互对照说明什么? 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） R型细菌无致病性，S型细菌有致病性 第2、3两组相互对照，说明： 只有活的S型细菌会使小鼠死亡。 第1、2两组相互对照，说明： 15 问题1-3：第４组小鼠死亡的原因是什么？ R型菌突变成S型菌了吗？ 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 资料1-2：R型菌(Ⅰ-R型、Ⅱ-R型和Ⅲ-R)和 S型菌(Ⅰ-S型、Ⅱ-S型和Ⅲ-S)只能在同种亚型之间发生突变，即 Ⅰ-R只能突变成Ⅰ-S，不能突变为Ⅱ-S、 Ⅲ-S，反之亦然。格里菲思在该实验中采用的是Ⅱ-R型和 Ⅲ-S型。   实验结论1： 加热致死的S型菌含有促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——“转化因子” 16 [正误判断1]（检测目标1）（1）从格里菲思第四组实验中的病死小鼠体内分离得到的肺炎链球菌只有S型细菌而无R型细菌 (　 )（2）格里菲思的实验结果没有证明哪一种物质是遗传物质。(　　) 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） √ × [当堂检测1]（检测目标1） 某科研人员为了验证格里菲思的肺炎链球菌转化实验，对实验鼠进行了4次注射实验，如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．活菌甲是有荚膜的R型细菌，而活菌乙是无荚膜的S型细菌 B．由注射②和④的结果可知，活的或死的S型细菌都能使小鼠死亡 C．在死鼠2的血液中应有活菌甲和活菌乙，后者最初由活菌甲转化而来 D．死菌乙未导致鼠3死亡，由此说明死菌乙在小鼠体内的繁殖不足以致死 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） C [巩固提升] 格里菲思第四组实验中，小鼠体内 S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图，则： ①ab段R型细菌数量减少的原因是_________ _______________________________。 ②bc段R型细菌数量增多的原因是__________________________________ ________________________________________________________。 ③后期出现的大量S型细菌是由 而来的。 小鼠体内 的吞噬细胞将R型细菌吞噬杀灭 b之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖 R型细菌转化成的S型细菌繁殖 科学史１ 格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验（教材第43页） 艾弗里（O.Avery，1877-1955） 20世纪40年代 时 间 美国微生物学家 艾弗里和他的同事 科学家 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 任务二：分析肺炎链球菌的体外转化实验 20 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 问题2-1：你认为“转化因子”可能是什么物质？找出“转化因子”关键思路是什么？请说出实验的自变量和因变量。 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 任务二：分析肺炎链球菌的体外转化实验 加热杀死的S型菌中各种物质成分 （蛋白质、DNA、酯类、荚膜多糖等） 因变量： R型菌是否被转化 自变量： 关键思路： 将分别观察加热杀死的S型细菌的各种物的作用 ——能否将R型菌转化成S型菌。 如何设计实验？ 用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后，观察能否将R型菌转化。 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 任务二：分析肺炎链球菌的体外转化实验 资料2-1：构成细胞的主要物质有蛋白质、DNA、酯类、荚膜多糖等物质。当时没有精准的提纯分离技术，但是可以利用酶的专一性特异地去除某种物质。 资料2-2：格里菲思发表论文2年后，艾弗里实验室的道森（H.Dawson）和夏（R.Sia）完成了肺炎链球菌的离体转化实验。在含有抗R血清和加热致死的S型细菌的液体培养基中培养R型细菌，结果产生了S型活细菌。 资料2-3：后来，艾弗里实验室的阿洛韦（J.Alloway）将S型细菌破碎后过滤，除去一些细胞组分，得到一种细胞提取物，并用提取物进行体外转化实验获得成功。   S型细菌 死亡的S型细菌 S型细菌的细胞提取物 制备S型细菌的细胞提取物 加热致死 细胞破碎后，除去绝大部分糖类、蛋白质、脂质 （1）实验过程： 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 23 （1）实验过程： 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 【思考】第一组实验在整个实验中起到了什么作用？该组实验结果说明了什么？ 对照作用； 说明S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。 实验的基本思路：每个实验组特异性地去除一种物质，然后观察没有这种物质情况下的实验现象。 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 问题2-2：艾弗里的实验中各种酶处理的作用是什么？艾弗里实验的基本思路是？艾弗里的实验利用的是“加法原理”还是“减法原理”原理？ 酶处理的作用是：使S型细菌的细胞提取物中的特定物质被水解； 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 适应范围：在对照实验中，控制自变量可以采用。 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：在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeC13溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。 加法原理 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：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，就利用了“减法原理”。 减法原理 对照组 实验组 实验组 实验组 对照组 实验组 实验组 课本P46 26 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 减法原理 问题2-2：艾弗里的实验中各种酶处理的作用是什么？艾弗里的实验利用的是“加法原理”还是“减法原理”原理？ 酶处理的作用是：使S型细菌的细胞提取物中的特定物质被水解； 细胞提取物 细胞提取物 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶 去除大部分糖类、蛋白质和脂质 分别与R型活细菌混合培养 R+S R+S R+S R+S R 加热致死的S型细菌破碎 （2）实验分析： 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） （2）实验分析： 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） 问题2-3：请分析实验结果，回答以下问题： (1)第一至四组既有R型菌又有S型菌,说明了什么？ (2)第五组为什么只有R型细菌？ ① 蛋白质、RNA、脂类物质不是转化因子。 ② S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌转化为S型细菌。 DNA酶水解DNA使其失去功能，没有发生转化。 说明DNA很可能是转化因子。 初纯化的 转化因子 鉴 定 ＋蛋白酶 ＋RNA酶 ＋酯酶 ＋DNA酶 加入活的R型细菌，进行体外转化测试 R型＋S型 R型＋S型 R型＋S型 R型 酶学分析 元素分析 特定试剂鉴定 电泳分析 …… 鉴定分析表明： 转化因子是DNA； DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 （3）进一步分析： 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 体内转化实验 体外转化实验 科学家 培养细菌场所 实验对照 实验结论 两实验的联系 格里菲斯 艾弗里及其同事 小鼠体内 培养基（体外） S型细菌各成分作用的相互对照 所用材料相同：R型和S型两种肺炎双球菌 体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”；体外转化实验则是前者的延伸，进一步证明了“转化因子”是DNA 实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。 R型和S型细菌的毒性对照 加热杀死的S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 [正误判断2]（检测目标1、2） （1）艾弗里实验中制成的细胞提取物直接加入R型细菌的培养基上，最后生存的细菌绝大多数是S型细菌。（ ） （2）在艾弗里的实验中，实验组分别加入了相应的水解酶，这是利用了自变量控制中的加法原理(　　) （3）艾弗里的实验证明S型肺炎双球菌的DNA可以使小鼠死亡。（ ） × 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） × × [当堂检测2]（检测目标1） 利用两种类型的肺炎链球菌进行相关转化实验。各组肺炎链球菌先进行图示处理，再培养一段时间后注射到不同小鼠体内。下列说法不正确的是(　　) A．通过E、F对照，能说明转化因子是DNA而不是蛋白质 B．F组可以分离出S型和R型两种肺炎链球菌 C．此实验可以证明DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 D．能导致小鼠死亡的是A、B、C、D四组 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） D B、C、F [当堂检测3]（检测目标1） 在格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热致死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验，结合现有生物学知识所做的下列推测中，不合理的是( ) A. 与R型菌相比，S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关 B. S型菌的DNA能够进入R型菌细胞影响蛋白质的合成 C. 加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响 D. 将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌 科学史2 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验（教材第44页） D 实验背景3 当时人们深受蛋白质是遗传物质的影响，并没有接受艾弗里的实验结论。 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验（教材第44~46页） 任务三： 分析噬菌体侵染细菌的实验 赫尔希(右，A.D.Hershey，1908-1997)和蔡斯(左，M.C.Chase，1927-2003) 时 间 美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯 科学家 1952年 实验背景3 当时人们深受蛋白质是遗传物质的影响，并没有接受艾弗里的实验结论。 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验(教材第44~46页) T2噬菌体、大肠杆菌 （1）实验材料： 噬菌体侵染细菌的电镜照片 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，T2噬菌体侵染细菌后,就会在自身遗传物质的作用下，利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分，从而进行大量的繁殖. 实验背景3 当时人们深受蛋白质是遗传物质的影响，并没有接受艾弗里的实验结论。 （3）噬菌体在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自 身的组成成分，进行增殖，形成大量的噬菌体。 T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程 吸附 → 注入 → 合成 → 组装 → 释放 （1）噬菌体侵染大肠杆菌时，并不是整体进入大肠杆菌体内，但它需要将遗传物质注入大肠杆菌体内； （2）大肠杆菌被感染后不再繁殖,噬菌体逐渐控制细胞代谢； 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 资料3-1：T2 噬菌体专门寄生于大肠杆菌，由DNA和蛋白质组成，两种物质元素组成不同，S存在于蛋白质中，P则存在于DNA中。 课本P45 问题3-1：T2 噬菌体的遗传物质可能是什么？用什么方法观察它们有没有进入细菌？ DNA或者蛋白质；放射性同位素标记法。 问题3-2：用哪一种元素的放射性同位素对DNA和蛋白质进行标记？可以用14C、18O进行标记么？为什么？ 用35S标记蛋白质，用32P标记DNA 问题3-2：用哪一种元素的放射性同位素对DNA和蛋白质进行标记？可以用14C、18O进行标记么？为什么？ C、 H、O、N 、P 蛋白质的组成元素： DNA的组成元素： C、H、O、N（S） 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 不能用14C或18O标记噬菌体，因为DNA和蛋白质都含有C和O。 （都能检测到放射性） 用35S标记蛋白质，用32P标记DNA 实验背景3 当时人们深受蛋白质是遗传物质的影响，并没有接受艾弗里的实验结论。 问题3-4：能否用32P和35S同时标记噬菌体？应设置多少组实验？？ 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 不能，检测放射性时，只能检测到放射性的存在部位和放射性强弱，不能确定是哪种元素导致的放射性。若用32P和35S同时标记噬菌体，则无法判断是DNA还是蛋白质进入细菌及传给子代。 应分2组进行实验。分别用32P和35S标记噬菌体。 问题3-3： 能否用含有放射性同位素的培养基进行培养从而标记T2噬菌体？为什么？该如何标记噬菌体？ 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 不能，病毒没有细胞结构，专营寄生生活，培养基中无法存活。 T2噬菌体寄生在大肠杆菌体内，其在增殖过程中所需的原料、场所、酶和能量均由大肠杆菌提供。 ①先标记大肠杆菌：首先在含有放射性同位素的培养基中培养大肠杆菌。 ②再标记噬菌体：再用上述大肠杆菌培养噬菌体，得到含标记的噬菌体。 蛋白质被35S标记的噬菌体 DNA被32P标记的噬菌体 在含35S的培养基中培养大肠杆菌 在含32P的培养基中培养大肠杆菌 标记T2噬菌体 感染 感染 得到 得到 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 未标记的T2噬菌体 未标记的T2噬菌体 含35S 含32P （2）实验过程： 问题3-5： 带标记的噬菌体感染的大肠杆菌是否带有放射性标记？为什么？ 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 否, 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 35S标记的噬菌体与细菌混合 32P标记的噬菌体与细菌混合 噬菌体分别被35S或32P标记 标记蛋白质 标记DNA 保证后续检测的放射性完全来自噬菌体中的放射性物质。 问题3-6：T2噬菌体侵染后吸附在大肠杆菌外侧，如何将其与大肠杆菌分开？ Waring 搅拌器[保存在斯普林港实验室的档案室] 搅拌后 离心后 短时间保温 搅拌：是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离； 离心：是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管中的沉淀物中 留下被感染的大肠杆菌。 短时间保温：控制侵染时间保证噬菌体侵染成功，且不至于释放子代噬菌体。 问题3-6：T2噬菌体侵染后吸附在大肠杆菌外侧，如何将其与大肠杆菌分开？ (教材第45页) 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 离心后 离心后 用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质 35S标记的噬菌体与细菌混合 32P标记的噬菌体与细菌混合 噬菌体分别被35S或32P标记 保温--搅拌--离心 保温--搅拌--离心 标记蛋白质 标记DNA 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 问题3-7：实验的检测指标是什么？ 离心后放射性的分布； 子代噬菌体是否具有放射性。 46 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 离心后 离心后 上清液的 放射性很高 沉淀物的 放射性很低 细菌裂解 细菌裂解 沉淀物的 放射性很高 上清液的 放射性很低 在新形成的噬菌体中没有检测到35S 在新形成的部分噬菌体中检测到32P 用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质 35S标记的噬菌体与细菌混合 32P标记的噬菌体与细菌混合 噬菌体分别被35S或32P标记 保温--搅拌--离心 保温--搅拌--离心 标记蛋白质 标记DNA 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 检测的结果是什么？说明什么？ 47 问题：噬菌体的遗传物质是什么？ 作为噬菌体遗传物质的条件 进入细菌细胞中，指导子代噬菌体的形成。 可将遗传信息传递到子代噬菌体，保持亲子代噬菌体性状的连续性、稳定性。 推测：哪种成分进入，则哪种成分是遗传物质。 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验(教材第44~46页) （3）实验结论： 赫尔希和蔡斯的实验表明： 噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。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。 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 实验组别 上清液放射性 沉淀物放射性 子代噬菌体中 35S标记蛋白质 很高 很低 无放射性 32P标记DNA 很低 很高 有放射性 细胞 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 问题3-7：为保证实验结果准确，实验的关键操作是什么？ 资料3-2：德尔布吕克与同事爱丽丝将噬菌体的生长分为潜伏期、生长期、释放期三个阶段，从亲代噬菌体到子代噬菌体的一个循环过程约为20min。 控制侵染时间，确保繁殖一代，且子代噬菌体未释放，留在体内，离心后一同形成沉淀，此时上清液为亲代噬菌体。 问题3-8：搅拌力度和保温时间对实验结果有哪些影响？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？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？ 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 搅拌 不充分 充分 无放射性 有放射性 上清液含噬菌体外壳 沉淀物为包含噬菌体DNA的大肠杆菌 少量35S标记的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面 沉淀物中有少量放射性 噬菌体和细菌分离 离心 离心 注意：因为DNA 无标记，故保温时间不会影响上清液和沉淀物放射性。 35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌实验分析 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 保温时间 合理 全部噬菌体侵染细菌且未释放 过长 过短 上清液为噬菌体外壳 沉淀物为包含噬菌体DNA的大肠杆菌 无放射性 有放射性 部分噬菌体未侵染大肠杆菌 部分或全部噬菌体增殖后释放出来 有放射性 离心 离心 上清液含标记噬菌体 注意：因为外壳无标记，故搅拌情况不会影响上清液和沉淀物放射性。 32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌实验分析 由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面，随大肠杆菌离心到沉淀物中。 保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌体内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性。 保温时间过长，部分噬菌体在大肠杆菌体内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。 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？ 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？ 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 53 先看标记生物 噬菌体 细菌 子代中都应含有 再看标记元素 C、H、O S P 标记蛋白质 和DNA,部分 子代中含有 标记蛋白质，子代中不含有 标记DNA，部分子代中含有 子代是否具有放射性的判断 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 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 [小组讨论]比较艾弗里实验和噬菌体侵染细菌实验（自行总结） [正误判断3]（检测目标3）（1）为研究噬菌体侵染细菌的详细过程，同时用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质外壳(　 　)（2）分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体(　 　)（3）T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解(　 　) 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 × × × 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 [当堂检测4]（检测目标3） 某研究小组用放射性同位素32P、35S分别标记T2噬菌体，然后将大肠杆菌和被标记的噬菌体置于培养液中培养，如图所示。一段时间后，分别进行搅拌、离心，并检测沉淀物和悬浮液中的放射性。下列分析错误的是( 　　) A.甲组的悬浮液含极少量32P标记的噬菌体DNA,但不产生含32P的子代噬菌体 B.甲组被侵染的细菌内含有32P标记的噬菌体DNA,也可产生不含32P的子代噬菌体 C.乙组的悬浮液含极少量35S标记的噬菌体蛋白质,也可产生含35S的子代噬菌体 D.乙组被侵染的细菌内不含35S标记的噬菌体蛋白质,也不产生含35S的子代噬菌体 C 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 [当堂检测5]（检测目标3） 在“噬菌体侵染细菌”的实验中，如果不搅拌用35S标记的噬菌体的一组 (甲组)，用32P标记的噬菌体的一组(乙组)保温时间过长，其结果是(　　) A．上清液中，甲组出现较强放射性，乙组也会出现较强放射性 B．甲组沉淀物中出现较强放射性，乙组上清液中出现较强放射性 C．沉淀物中，甲组出现较强放射性，乙组也会出现较强放射性 D．甲组上清液中出现较强放射性，乙组沉淀物中出现较强放射性 B 【典例剖析】某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯所做的噬菌体侵染细菌的实验,实验过程如下图所示。下列有关分析正确的是(　　) 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①过程 中培养时间过长或过短有关 C.实验中c含少量放射性与④过程 中搅拌不充分有关 D.该实验证明了DNA是主要的遗传 物质 实验1 实验2 A 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 【学以致用】某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验,进行了以下3个实验: ①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌; ②用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌; ③用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌。短时间保温后离心,理论上以上3个实验中放射性出现的位置依次是(　　) A.沉淀物;沉淀物;沉淀物和上清液 B.沉淀物;上清液;沉淀物 C.上清液;上清液;沉淀物和上清液 D.沉淀物;沉淀物;沉淀物 D 科学史3 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染大肠杆菌的实验 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，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，便于进行遗传相关的研究。 思考与讨论 (教材第46页) 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？ 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。 思考与讨论 (教材第46页) 艾弗里： 细菌培养技术 物质提纯和鉴定技术等。 赫尔希： 噬菌体培养技术 同位素标记技术 物质提取和分离技术等。 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？ 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，科学与技术相互支持、相互促进。 思考与讨论 (教材第46页) 烟草花叶病毒 TMV 被感染烟叶 正常烟叶 只有DNA是遗传物质吗? 任务四： 探究烟草花叶病毒的遗传物质 问题4-1：烟草花叶病毒（TMV）遗传物质可能是什么？ DNA 感染烟草时，会出现致病斑 任务四： 探究烟草花叶病毒的遗传物质 资料4-1：烟草花叶病毒(TMV)可感染烟草，使其叶片表面出现花斑，TMV是由RNA和蛋白质组成的单链RNA分子，有不同的株系，比如S株系、HR株系等。 资料4-2：1955年，美国的生化学家海因茨·康拉特 将TMV的RNA和蛋白质分离出来，之后又重新组合成 重组TMV，经鉴定，重组的TMV具有活性。  问题4-2：如何设计实验探究烟草花叶病毒（TMV）遗传物质？请写出实验思路。 感染烟草时，会出现致病斑 1956年，康拉特(Fraenkel-Conrat)烟草花叶病毒（TMV）侵染烟草实验 实验结论： 烟草花叶病毒的RNA是遗传物质，蛋白质不是。 任务四： 探究烟草花叶病毒的遗传物质 烟草花叶病毒感染烟草的实验① 66 烟草花叶病毒感染烟草的实验② 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 实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA ： 利用两种烟草花叶病毒组装新病毒侵染烟草实验 任务四： 探究烟草花叶病毒的遗传物质 67 新型冠状病毒 （2019-nCoV） 艾滋病病毒 （HIV） 烟草花叶病毒 （TMV） 甲型流感病毒 （IAV） 以RNA作为遗传物质的生物： 烟草花叶病毒、流感病毒、禽流感病毒、艾滋病病毒、SARS病毒。 各种生物的遗传物质 生物类别 所含核酸 举例 遗传物质 细胞 生物 真核生物 DNA和RNA 变形虫、玉米、人 DNA 原核生物 DNA和RNA 细菌、蓝细菌、放线菌、支原体、衣原体 非细胞生物 DNA病毒 DNA 噬菌体、乙肝病毒 RNA 烟草花叶病毒、HIV(人类免疫缺陷病毒)、流感病毒、SARS病毒、新型冠状病毒等 RNA RNA病毒 综上所述，除RNA病毒外，生物界其它(绝大多数)生物的遗传物质都是DNA， 所以： DNA是主要的遗传物质 （1）生物的遗传物质是DNA或RNA，即生物的遗传物质是核酸。 （2）既含有DNA又含有RNA的生物和只含有DNA的生物，其遗传物质是DNA。 （3）只含RNA的病毒中，RNA才是遗传物质。 （4）生物界中由于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。 69 RNA病毒 真核生物 DNA和RNA均有 非细胞生物(病毒) 生物 只含DNA一种核酸 只含DNA一种核酸 遗传物质是DNA →遗传物质是RNA 细胞生物 原核生物 DNA病毒 绝大多数生物的遗传物质是DNA，也就是DNA是主要的遗传物质（针对的是全球所有生物）。 各种生物的遗传物质 任务四： 探究烟草花叶病毒的遗传物质 [正误判断4]（检测目标4） （1）细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA(　　) （2）细菌的遗传物质主要是DNA(　　) [当堂检测6]（检测目标4） 将TMV型病毒的RNA与HRV型病毒的蛋白质结合在一起，组成一个新品系，用这个病毒去感染烟草，则在烟草体内分离出来的病毒具有（ ） A.TMV型蛋白质和HRV型的RNA B.TMV型的RNA和HRV型蛋白质 C.TMV型蛋白质和TMV型的RNA D.HRV型蛋白质和HRV型的RNA × × C 感染烟草时，会出现致病斑 探究遗传物质是什么 ①格里菲斯-肺炎链球菌转化实验（体内转化实验） ②艾弗里-肺炎链球菌转化实验（体外转化实验） ③赫尔希+蔡斯-噬菌体侵染实验 ④烟草花叶病毒感染烟草实验 已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型细菌的活性物质——转化因子 DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质 DNA是噬菌体的遗传物质 RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 课堂小结 72 个体水平→细胞水平→染色体水平→分子水平 故事未完， 精彩待续 …… 【检测与作业】 1.(检测目标1)某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验： ①S型菌的DNA + DNA酶 → 加入R型菌 → 注射入小鼠 ②R型菌的DNA + DNA酶 → 加入S型菌 → 注射入小鼠 ③R型菌+DNA酶 → 高温加热后冷却 → 加入S型菌的DNA → 注射入小鼠 ④S型菌+DNA酶 → 高温加热后冷却 → 加入R型菌的DNA → 注射入小鼠 以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（ ） A．存活，存活，存活，死亡 B．存活，死亡，存活，死亡 C．死亡，死亡，存活，存活 D．存活，死亡，存活，存活 D 【检测与作业】 2.（检测目标1）下列关于“肺炎链球菌转化实验”的叙述，正确的是 (　　) A.格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，R型细菌转化成的S型细菌不能稳定遗传 B.格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，S型细菌的荚膜物质使R型细菌转化成有荚膜的S型细菌 C.艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，蛋白质也能使部分R型细菌转化成S型细菌且可实现稳定遗传 D.艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，经DNA酶处理的S型细菌提取物不能使R型细菌转化成S型细菌 D 【检测与作业】 3.（检测目标1、2）为研究使肺炎链球菌发生转化的物质，某学习小组进行了肺炎链球菌体外转化实验，其基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.该实验的假设是“使肺炎链球菌发生转化的物质是蛋白质或DNA” B.甲组实验作对照，培养皿中应当有两种菌落 C.该实验控制自变量用到了“加法原理” D.若乙组培养皿中有两种菌落，丙组培养皿中有一种菌落，则说明使肺炎链球菌发生转化的物质是DNA C 【检测与作业】 4.（检测目标3）在“噬菌体侵染细菌的实验”中，噬菌体和细菌保温时间长短与放射性高低的关系可能如下图所示，下列关联中最合理的是(35S标记的噬菌体记为甲组，32P标记的噬菌体记为乙组)(　　) A．甲组—上清液—b　　 B．乙组—上清液—a C．甲组—沉淀物—c D．乙组—沉淀物—d D 【检测与作业】 5．（检测目标4）某同学对格里菲思的实验进行了改良，将R型菌、S型菌、加热杀死的S型菌、加热杀死的S型菌和R型活菌的混合物分别接种到甲、乙、丙、丁四组相同的培养基上，在适宜无菌的条件下进行培养，一段时间后，菌落的生长情况如图所示。下列有关叙述正确的是(　　) A．若培养前在甲组培养基中加入S型菌的DNA，得到的菌落类型与丁不同 B．甲、乙两组作为丁组的对照组，丙组培养基无菌落产生，可以不必设置 C．丁组的实验结果说明了使R型菌发生转化的物质是S型菌的DNA D．该实验中的无关变量有培养基的成分、培养条件、培养时间等 D 【检测与作业】 6.（检测目标4、5）人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程。下列叙述错误的是(　　) A．在格里菲思的实验中，R型菌转化为S型菌是转化因子作用的结果 B．在艾弗里的实验中，用DNA酶处理S型菌的提取物后转化就无法完成 C．在噬菌体侵染细菌的实验中，沉淀物中含量高就说明DNA是遗传物质 D．在确定DNA是遗传物质的过程中，科学技术的进步为最终的发现提供了帮助 C 【学后反思】1.通过本节课的关于DNA是遗传物质的探索历程的学习，你对这些实验的过程和原理是否有清晰的了解？2.为什么说DNA是主要的遗传物质？请梳理本主题的知识体系，写下还有哪些地方存有疑惑，需要老师何种帮助等。 Lavf58.76.100 $