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 第三章 基因的本质 DNA 蛋白质 染色体 问题讨论： 1.你认为遗传物质可能具有什么特点？ *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的过程 *具有储存大量遗传信息的潜在能力 *结构比较稳定，但在特定情况下又能发生突变，而且突变还能继续复制，并能遗传给后代。 1 提出“遗传因子”，并总结遗传规律 孟德尔 2 把“遗传因子”命名为基因 约翰逊 3 提出基因在染色体上的假说 萨 顿 4 实验证明基因位于染色体上 摩尔根 科学家发现：染色体的主要组成成分是 DNA和蛋白质 5 问题：遗传物质是蛋白质？DNA？ 一、 对遗传物质的早期推测 20世纪30年代，人们才认识到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_____、____________和__________；组成DNA的脱氧核苷酸有___种，每一种有一个特定的________； 　　由于对DNA分子的结构没有清晰了解，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，人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子，人们想到：氨基酸的多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息；所以，大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质； 一、对遗传物质的早期猜测 脱氧 核糖 含氮碱基 (A、T、C、G) 磷酸 O 磷酸 （含氮）碱基 脱氧核糖 4 碱基 “我们表示怀疑！” 艾弗里 赫尔希 格里菲思 蔡斯 首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的是谁？他做了什么实验？ 一 、对遗传物质的早期推测 二、 肺炎链球菌的转化实验 1、实验材料： 比较 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 人和小鼠患肺炎 小鼠并发败血症 无荚膜 有荚膜 粗糙 Rough 光滑Smooth R型 和 S型肺炎链球菌 化学本质是_____ 多糖 （一）格里菲思，体内转化实验 6 第一组 不死亡 第二组 死亡 第三组 不死亡 第四组 死亡 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 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 2、实验过程： 二 、肺炎链球菌的转化实验 （1）对比一、二组的实验现象，说明了什么？ R型活细菌不会使小鼠死亡，S型活细菌使小鼠死亡 第一组 不死亡 第二组 死亡 第三组 不死亡 第四组 死亡 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 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 2、实验过程： 二、 肺炎链球菌的转化实验 （2）对比二、三组的实验现象，说明了什么？ 加热致死的S型细菌失去了活性，无致病性 第一组 不死亡 第二组 死亡 第三组 不死亡 第四组 死亡 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 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 2、实验过程： 二 、肺炎链球菌的转化实验 （3）对比三、四组的实验现象，说明了什么？ 已加热致死的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； 注意：第四组实验中也能分离出R型菌，转化的只是部分，R型菌依然存在 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 “谁在转化实验中起作用”，“转化因子究竟是什么物质” 思考： 二、 肺炎链球菌的转化实验 11 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 要确定“转化因子”是什么，关键思路是什么？ 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。 二 、肺炎链球菌的转化实验 但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子，这就是实验设计的“减法原理”（课本P46） 　　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，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”； 　　例如，艾弗里的肺炎链球菌（体外）转化实验，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。 　　与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”； 　　例如，“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。 课本P46 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 二 肺炎链球菌的转化实验 第一组 有R型细菌的培养基 S型细菌的细胞提取物 + 第二至四组 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 混合 第五组 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 DNA酶 蛋白酶（或RNA酶、酯酶） S型细菌 R型细菌 S型细菌 R型细菌 只长R型细菌 对照原则、 单一变量原则 二、 肺炎链球菌的转化实验 （二）艾弗里的肺炎链球菌（体外）转化实验 结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质； 注意： 1.艾弗里的体外转化实验既证明了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； （二）艾弗里的肺炎链球菌（体外）转化实验 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型细菌且一条链降解 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 （二）艾弗里的肺炎链球菌（体外）转化实验 同源配对同源替换 17 思考：有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？ 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技术，完成了另一个有说服力的实验。 艾弗里的实验引起了人们的注意。但是，仍有人对实验结论表示怀疑。 三 、噬菌体侵染细菌实验 三、噬菌体侵染细菌的实验 （一）T2噬菌体简介 头部和尾部外壳都是由蛋白质构成，头部内部含有DNA；T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA，仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。 无细胞结构，是一种专门寄生在大肠杆菌体内的DNA病毒。 （二）噬菌体侵染细菌实验 C、H、O、N、P 1.实验者： 实验材料： 研究方法： 赫尔希、蔡斯 T2噬菌体、大肠杆菌 同位素标记法 2.实验设计思路： 用放射性同位素分别标记DNA和蛋白质，直接地、单独地去观察它们的作用，到底谁是遗传物质？ （1）标记什么？ DNA 蛋白质 C、H、O、N、S 该方法是为了区分DNA和蛋白质； ①不能标记共有元素：C、H、O、N；②同一个噬菌体不能同时标记P和S 磷酸基团 R基 （2）如何标记？（高考题考查过） P的放射性同位素为32P，S的放射性同位素为35S ①标记大肠杆菌 ②标记T2噬菌体: 大肠杆菌+ 含35S的培养基 含32P的培养基 含35S的大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 T2噬菌体+ 含35S的大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 含35S的T2噬菌体 含32P的T2噬菌体 首先在分别含有放射性同位素32P和放射性同位素35S的培养基中培养大肠杆菌 用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，得到蛋白质含有35S或DNA含有32P标记的噬菌体 3.实验过程 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（还有未进入细菌的蛋白质外壳），而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌（内部还有新产生的子代噬菌体）； 短时间保温 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 　　噬菌体侵染细菌时，DNA进入到了宿主细胞内，蛋白质外壳仍留在细胞外； 　　子代噬菌体的性状是通过亲代的DNA遗传的； DNA是噬菌体的遗传物质 结果分析 实验结果 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 结论 能证明蛋白质不是遗传物质吗？ 不能，因为蛋白质没有进入细菌体内 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 4.实验误差分析 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？ 搅拌不充分，仍有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面 a. 保温时间过短，部分噬菌体DNA还未侵染到细菌细胞内； b. 保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖，后子代噬菌体释放出来； （三）T2噬菌体侵染细菌的过程 释放 吸附 注入 合成 组装 包括DNA的复制和蛋白质的合成 最初噬菌体的蛋白质外壳始终留在外面 *噬菌体增殖过程中需要的原料（氨基酸、脱氧核苷酸等）、酶、蛋白质合成场所（核糖体），均由专一宿主大肠杆菌提供，噬菌体自身仅提供最初的遗传物质 噬菌体侵染细菌过程 两个经典实验比较 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） 三 、 噬菌体侵染细菌实验 1、个体很小，结构简单，易于观察由遗传物质改变导致的结构和功能的变化；繁殖快，细菌20-30min就可以繁殖一代，病毒可在短时间内大量繁殖。 P46思考讨论： 2、巧妙运用减法原理，最大的困难是如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）。 3、艾弗里：细胞培养技术、物质的提纯和鉴定技术等； 赫尔希：噬菌体的培养技术、同位素标记法、物质的提取和分离等技术。 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，科学与技术是相互支持、相互促进的。 三 、噬菌体侵染细菌实验 思考： 只有DNA是遗传物质吗？ 下面这些生物的遗传物质是什么？ 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 新型冠状病毒 四、DNA是主要的遗传物质 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 有些病毒，只有两种成分：蛋白质和RNA，比如，烟草花叶病毒和SARS病毒。 30 四、DNA是主要的遗传物质 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 生物 细胞生物 非细胞生物 原核生物 真核生物 DNA病毒 RNA病毒 DNA是遗传物质 RNA遗传物质 如果你是科学家，请设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质是什么？ 背景知识： 烟草花叶病毒TMV是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑 ［课堂延伸］ 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 ： 33 Lavf57.41.100 $