3.1DNA是主要的遗传物质课件-2025-2026学年高一下学期人教版高中生物必修2

第3章 基因的本质 第1节 DNA 是主要的遗传物质 1 01 问题·探讨 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？ ？遗传物质可能具有什么特点？ 在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地自我复制，使得前后代具有一定的连续性。 能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢。 具有储存大量遗传信息的潜在能力。 结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。 ？证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？ 将待定的物质转移给其他生物,观察后代的性状表现 02 对遗传物质的早期推测 提出”遗传因子”，总结遗传规律 孟德尔 1 把“遗传因子”命名为基因 约翰逊 2 提出基因在染色体上的假说 萨 顿 3 实验证明基因位于染色体上 摩尔根 4 染色体的主要组成成分是 DNA和蛋白质 20世纪中叶 5 6 DNA 蛋白质 ？ 02 对遗传物质的早期推测 20世纪20年代， ①蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。 ②各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。 ③当时对于其他生物大分子的研究，还没有发现与此类似的结构特点。 大多数科学家认为：蛋白质是生物体的遗传物质。 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息 02 对遗传物质的早期推测 到了20世纪30年代，人们才认识到 ①DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖。 ②组成DNA的脱氧核苷酸有4种。 ③每一种脱氧核苷酸有一个特定的碱基。 这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 03 肺炎链球菌的转化实验 通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的，首先是美国微生物学家艾弗里，而艾弗里的实验是在英国微生物学家格里菲思的实验基础上进行的。 Frederick Griffith (1877-1941) Oswald Avery (1877-1955) 1928年 肺炎链球菌体内转化实验 1944年 肺炎链球菌体外转化实验 03 肺炎链球菌的转化实验 肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀伤力，使小鼠患肺炎，并发败血症死亡。 S型细菌：菌体有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑，有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。 R型细菌：菌体没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙，不会使人或小鼠患病，因此无致病性。 荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 03 肺炎链球菌的转化实验 R型菌 S型菌 Rough Smooth 菌落光滑、可使小鼠致死 菌落粗糙、不使小鼠致死 03 肺炎链球菌的转化实验 ？对比第一、二组实验，说明什么？ R型细菌无致病性，S型细菌有致病性 1928年肺炎链球菌体内转化实验 03 肺炎链球菌的转化实验 ？对比第二、三组实验，说明什么？ 加热致死的S型细菌无致病性 1928年肺炎链球菌体内转化实验 03 肺炎链球菌的转化实验 ？第四组小鼠为何死亡？ ？死亡小鼠体内能分离出S型活菌，说明什么？ ？导致小鼠死亡的S型活菌是从哪里来的？ 1928年肺炎链球菌体内转化实验 03 肺炎链球菌的转化实验 推论： 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型活细菌的活性物质——转化因子 对此实验,不同的科学家分别做出三种质疑： ①R型菌以某种方式使加热杀死的S型菌“复活”。 ②S品系死菌刺激小鼠体内产生免疫物质，后者刺激R品系突变成了S品系。 ③S型菌的遗传物质进入R型菌，合成了S型菌的荚膜。 1931年，道森和西亚成功地在体外进行了转化实验：只在培养皿中使R型菌转化成S型菌，不需要以小鼠为媒介。 1933年，阿洛维将R型菌和S型菌的无细胞提取液（所有完整细胞、细胞碎片、英膜分子都通过离心和过滤从提取物中去掉）混合,培养皿上仍长出了S型菌。 1928年肺炎链球菌体内转化实验 X X 03 肺炎链球菌的转化实验 推论： 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型活细菌的活性物质——转化因子 ？转化因子究竟是什么物质呢 ？ 1928年肺炎链球菌体内转化实验 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 肺炎链球菌的转化实验 1944年肺炎链球菌体外转化实验 从注射的物质看,该探究实验所依据的生物学原理是 ; 从实验现象预测和相关判断看,该实验依据的生物学原理是 ， 。 酶具有专一性 基因控制生物的性状 03 肺炎链球菌的转化实验 1944年肺炎链球菌体外转化实验 ①R型菌+S型菌细胞提取物 ②R型菌+S型菌细胞提取物+蛋白酶 ③R型菌+S型菌细胞提取物+RNA酶 ④R型菌+S型菌细胞提取物+酯酶 ⑤R型菌+S型菌细胞提取物+DNA酶 R型菌+ S型菌 R型菌+ S型菌 R型菌+ S型菌 R型菌+ S型菌 R型菌 是转化因子 DNA 实验结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 03 肺炎链球菌的转化实验 1944年肺炎链球菌体外转化实验 ①本实验既证明了DNA是遗传物质，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，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； 03 肺炎链球菌的转化实验 ③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。 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 03 肺炎链球菌的转化实验 科学方法：自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 1、与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。 2、与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。 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。 04 噬菌体侵染细菌的实验 T2噬菌体是一种专门寄生大肠杆菌的病毒。 在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。 对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫（S），磷（P）几乎都存在于DNA分子中。 T2噬菌体电镜图和模式图 头部 尾部 尾丝 DNA 遗传物质会进入菌体，指导子代噬菌体的增殖过程 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。 1952年，美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2 噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验。 04 噬菌体侵染细菌的实验 病 毒 侵 染 细 菌 的 过 程 吸附 注入 DNA复制和蛋白质合成 组装 释放 04 噬菌体侵染细菌的实验 病 毒 侵 染 细 菌 的 过 程 04 噬菌体侵染细菌的实验 吸附→侵入→合成→组装→释放 噬菌体增殖示意图 T2噬菌体 大肠杆菌 大肠杆菌 氨基酸 04 噬菌体侵染细菌的实验 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 离 心 04 噬菌体侵染细菌的实验 带标记的噬菌体感染什么样的细菌？ 无放射性标记的细菌 04 噬菌体侵染细菌的实验 现象：噬菌体可侵染细菌，并释放子代噬菌体。 假说：遗传物质会进入菌体，指导子代噬菌体的增殖过程。 演绎：若菌体内出现35S，且子代噬菌体中含有35S，则蛋白质是遗传物质。 若菌体内出现32P，且子代噬菌体中含有32P，则DNA是遗传物质。 上清液中放射性成分？ 沉淀中放射性成分？ 观察指标： 04 噬菌体侵染细菌的实验 现象： ①用35S标记的一组侵染实验，放射性同位素主要分布在上清液中。 ②用32P标记的一组实验中，放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中。 ③同时，在细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但不能检测到35S标记的蛋白质。 04 噬菌体侵染细菌的实验 搅拌的目的： 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。 离心的目的： 让上清液中析出质量较轻的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。 04 噬菌体侵染细菌的实验 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。 结论：DNA才是噬菌体的遗传物质 04 噬菌体侵染细菌的实验 保温时间过短，部分噬菌体的DNA还没有进入大肠杆菌细胞内，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，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代噬菌体，经离心后分布于上清液，也会使上清液出现放射性。 误差分析： ①用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌后，沉淀物检测到放射性，原因？ ②用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌后，上清液检测到放射性，原因？ 由于搅拌不充分，有少量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，使沉淀物中出现少量的放射性。 05 思考·讨论：证明DNA是遗传物质的实验 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？ 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。 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。 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。 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。 只有 DNA 是遗传物质吗？ 06 烟草花叶病毒感染和重建实验 后来的研究证明，遗传物质除DNA外，还有RNA。有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒 烟草花叶病病斑 TMV电镜图和模式图 06 烟草花叶病毒感染和重建实验 设计思路：将蛋白质和RNA分开，分别感染健康烟草叶片。 06 烟草花叶病毒感染和重建实验 从烟草花叶病毒中提取的蛋白质，不能使烟草感染病毒， 但是，从这些病毒中提取的RNA，却能使烟草感染病毒。 因此，在这些病毒中，RNA是遗传物质。 RNA病毒 真核细胞 07 绝大多数生物的遗传物质是DNA 原核细胞 DNA是遗传物质 DNA病毒 绝大多数生物的遗传物质是DNA DNA是主要的遗传物质 DNA是遗传物质 RNA是 遗传物质 08 遗传物质小结 生物 细胞生物 非细胞生物 类型 真核生物 原核生物 多数病毒 少数病毒 实例 真菌、 所有动、植物 蓝细菌、细菌等 噬菌体等 HIV、SARS病毒、烟草花叶病毒等 核酸种类 遗传物质 结果 结论 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA DNA DNA DNA RNA DNA是主要的遗传物质 绝大多数生物遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA 09 本节小结 DNA是遗传物质 DNA是主要的遗传物质 蛋白质是遗传物质 ╳ 烟草花叶病毒感染和重建实验 肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验 推翻 修正 THANK YOU 本节课就上到这里，谢谢大家！ Lavf57.41.100 $