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

第1节 DNA 是主要的遗传物质 第3章 基因的本质 1 2 对遗传物质的早期推测 肺炎链球菌的转化实验 3 4 噬菌体侵染细菌的实验 烟草花叶病毒的实验 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。 DNA 染色体 染色质 蛋白质 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。 问题探讨 20世纪20年代，认为蛋白质是生物体的遗传物质。 各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。 1、对遗传物质的早期推测 20世纪30年代意识到DNA的重要性。 DNA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（图3-1）。组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。 图3-1 脱氧核苷酸的化学组成 1、对遗传物质的早期推测 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“加法原理”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”的实验中，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，就利用了“加法原理”。 与常态比较，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，就利用了“减法原理”。 科学方法 ① 肺炎链球菌的类型 没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙（rough） 有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑（smooth） S型细菌 R型细菌 有致病性 无致病性 2、肺炎链球菌的转化实验 ②格里菲思的实验过程 体内转化实验 注射 R型 活细菌 第一组 第二组 小鼠不死亡 小鼠死亡，从小鼠体 内分离出S型活细菌 注射 S型 活细菌 （1）第一组、第二组实验的作用是什么？ 对照实验 （2）实验一、二对照，说明了什么？ R型细菌无毒性，S型细菌有毒性　 （3）第二组中，从死亡小鼠体内分离出S型活细菌，说明什么？ 使小鼠死亡的确实是S型活细菌 2、肺炎链球菌的转化实验 ②格里菲思的实验过程 体内转化实验 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 第三组 第四组 小鼠不死亡 小鼠死亡，从小鼠体 内分离出S型活细菌 （3）如何解释第三组的实验结果？ 加热可看作是灭菌，使S型活细菌死亡，因此不具有毒性，小鼠体内也确实没有肺炎链球菌。 2、肺炎链球菌的转化实验 由此可以推断： S型活细菌 R型活细菌 S型死细菌 某种活性物质 转化 （有荚膜有致病性） 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。 可以控制生物的性状，可以复制，并能传递给下一代。 （即遗传物质） 2、肺炎链球菌的转化实验 细胞的物质 水 无机盐 核酸 糖类 蛋白质 脂质 如何设计实验寻找S型肺炎链球菌的遗传物质呢？ 2、肺炎链球菌的转化实验 艾弗里证明DNA是遗传物质的实验示意图 2、肺炎链球菌的转化实验 ③艾弗里实验——体外转化实验 细胞提取物 细胞提取物 蛋白酶 RNA酶 脂酶 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、肺炎链球菌的转化实验 （1）蛋白质、RNA、脂质不是S型细菌的遗传物质。 （2）DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 （3）DNA只有保持分子结构稳定才能行使遗传供能。 2、肺炎链球菌的转化实验 肺炎链球菌转发实验 1928年，格里菲斯肺炎链球菌小鼠体内转化实验 体内转化实验 加热杀死的S型细菌有某种转化因子促使R型活细菌转化为S型活细菌 20世纪40年代，艾弗里 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 体外转化实验 2、肺炎链球菌的转化实验 1. R型活细菌 2. S型活细菌 3. 加热杀死的 S型细菌 4. R型活细菌+加热杀死的S型细菌 不死亡 不死亡 死亡，分离出R型和 S型活细菌 小 鼠 混合 注射 注射 注射 注射 ①格里菲思的实验过程 体内转化实验 死亡，分离出S型活细菌 知识梳理 ②艾弗里实验——体外转化实验 细胞提取物 细胞提取物 蛋白酶 RNA酶 脂酶 DNA酶 分别与R型活细菌混合培养 R+S R+S R+S R+S R 知识梳理 1952年赫尔希和他的助手蔡斯 ① 实验材料： T2噬菌体的模式图 (1)噬菌体的结构 是一种细菌病毒，专门寄生于细菌细胞内。 外壳： 内部遗传物质： 蛋白质 DNA S P 3、噬菌体侵染细菌的实验 1952年赫尔希和他的助手蔡斯 ① 实验材料： T2噬菌体的模式图 （2）增殖特点 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。 （3）与大肠杆菌的关系： 寄生 3、噬菌体侵染细菌的实验 (4)噬菌体的复制与增殖 增殖需要的条件 内　容 模板 ________的DNA 合成噬菌体DNA原料 __________提供的四种脱氧核苷酸 合成噬菌 体蛋白质 原料 _____________________ 场所 大肠杆菌的 . 噬菌体　 大肠杆菌　 大肠杆菌的氨基酸　 核糖体 3、噬菌体侵染细菌的实验 (5)噬菌体侵染大肠杆菌的过程： 吸附 注入 合成 组装 释放 ②实验方法： 放射性同位素标记法　 35S 32P 　 （1）该实验运用了什么方法？ （2）为何选择35S、32P作为 标记？ 噬菌体蛋白质特有S，DNA特有P。 （3）如何获得同位素标记的噬菌体？ 35S标记的 噬菌体 32P标记的 噬菌体 3、噬菌体侵染细菌的实验 1 标记大肠杆菌 2 标记T2噬菌体 ③实验过程： 大肠杆菌+含35S的培养基---含35S的大肠杆菌 大肠杆菌+含32P的培养基---含32P的大肠杆菌 T2噬菌体+含35S的大肠杆菌---含35S的T2噬菌体 T2噬菌体+含32P的大肠杆菌---含32P的T2噬菌体 （3）如何获得同位素标记的噬菌体？ 制备 3、噬菌体侵染细菌的实验 3 已标记噬菌体侵染未标记的大肠杆菌 含35S的噬菌体+细菌---混合，保温 含32P的噬菌体+细菌---混合，保温 35S 32P 　 35S标记的 噬菌体 32P标记的 噬菌体 ③实验过程： 混合 (4）此步骤的大肠杆菌培养液与前一步使用的大肠杆菌培养液有何不同？为什么？ 前一步骤的大肠杆菌含35S、32P标记，此步骤的大肠杆菌为未标记的细菌。保证后续检测的放射性完全来自噬菌体中的放射性物质。 3、噬菌体侵染细菌的实验 ③实验过程： 保温 35S 32P 　 35S标记的 噬菌体 32P标记的 噬菌体 35S标记的噬菌 体与细菌混合 32P标记的噬菌 体与细菌混合 （5）噬菌体与大肠杆菌混合后为何要短时间保温？ 使噬菌体充分侵染大肠杆菌。 3、噬菌体侵染细菌的实验 35S 32P 　 35S标记的 噬菌体 32P标记的 噬菌体 ③实验过程： 搅拌离心 （6）搅拌的目的是？ （7）离心的目的是？ 搅拌后离心 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 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。 3、噬菌体侵染细菌的实验 35S 32P 　 35S标记的 噬菌体 32P标记的 噬菌体 ③实验过程： 检测 搅拌后离心 （8）检测的结果是什么？说明什么？ 上清液的 放射性很高 沉淀物的 放射性很低 上清液的 放射性很低 沉淀物的 放射性很高 子代噬菌体不具有亲代提供的、由35S参与组成的物质； 子代噬菌体具有亲代提供的、由32P参与组成的物质。 3、噬菌体侵染细菌的实验 ④实验结果： A.含35S标记蛋白质+含31P的DNA B.含32S标记蛋白质+含32P标记的DNA C.含35S标记蛋白质+含32P标记的DNA D.含32S蛋白质+含31P的DNA 亲代 噬菌体 侵染后， 寄主细胞内自身 侵染后， 寄主细胞内 子代 噬菌体中 第一组实验 第二组实验 A D D D D B 出现B 出现B 3、噬菌体侵染细菌的实验 ⑤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。 3、噬菌体侵染细菌的实验 再探究： （1）保温时间过长或过短对最终检测的放射性分布有什么影响？ 保温时间过短，部分噬菌体还没有侵染大肠杆菌； 保温时间过长，大肠杆菌已裂解释放出子代噬菌体。 3、噬菌体侵染细菌的实验 再探究： （2）搅拌时间过短会怎样？ 搅拌不充分有少量含35S的蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 3、噬菌体侵染细菌的实验 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？ (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。 思考讨论 证明DNA是遗传物质的实验 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。 思考讨论 证明DNA是遗传物质的实验 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。 思考讨论 烟草花叶病毒 RNA 蛋白质 被感染烟叶 正常烟叶 如何证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA？说说你的实验思路。 4、烟草花叶病毒的实验 烟草花叶病毒 蛋白质 RNA 感染烟草叶子 感染烟草叶子 无病斑、正常 有病斑，且分离 出烟草花叶病毒 感染烟草叶子 感染烟草叶子 整个病毒 RNA+RNA酶 有病斑，且分离 出烟草花叶病毒 无病斑、正常 1956年，康拉特烟草花叶病毒侵染烟草实验 4、烟草花叶病毒的实验 烟草花叶病毒重建实验 烟草花叶 病毒A 烟草花叶 病毒B 产生A型后代 产生B型后代 实验结论： （1）烟草花叶病毒的RNA是遗传物质，蛋白质不是。 （2）RNA需保持结构完整，才能行使遗传功能。 4、烟草花叶病毒的实验 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）。 知识梳理 知识梳理 罢了 $