3.1DNA是主要的遗传物质课件-2025-2026学年高一下学期必修2生物人教版(2019)

第3章基因的本质 噬菌体结构简图 核酸DNA 外壳蛋白质 1 第一节 DNA是主要的遗传物质 Which one  do you want ? 01 02 03 学习目标 通过肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染等实验认同DNA是主要的遗传物质。（生命观念） 掌握肺炎链球菌体内和体外转化实验的过程和结论；体验探究生物遗传物质的实验思路；分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论。（科学思维、科学探究） 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。（社会责任） 【知识链接】回顾科学家的足迹 1 1866年 孟德尔发 现遗传定律 2 1891年 科学家描述 减数分裂全过程 3 1903年 萨顿假说： 基因和染色体存在平行关系 20世纪中叶 5 染色体主要由蛋白质和DNA组成 1909年 4 摩尔根证明： 基因在染色体上 遗传物质究竟是 蛋白质还是DNA? 4 20世纪20年代 20世纪30年代 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息,没发现其他大分子有类似的结构特点。 蛋白质 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子,意识到DNA的重性，但对DNA结构没有清晰认识 DNA （少数支持） 一、对遗传物质的早期推测 ☛蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。 美.艾弗里 英.格里菲斯 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 观点：遗传物质是蛋白质 6 合作探究一：请同学们自主阅读教材P43，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.肺炎链球菌的体内转化实验所用实验材料有哪些？ 2.S型细菌和R型细菌有什么区别？ 3.对比第一组和第二组、第三组和第四组的实验现象，你能得到什么结论？ 4.第四组活的S型细菌是如何出现的？ 5.本实验能得出什么结论？ 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 类型 R型细菌 S型细菌 菌体 无多糖类荚膜 有多糖类荚膜 菌落 粗糙（rough） 光滑（smooth） 毒性 不致病 可致病，使人和小鼠患肺 炎，小鼠并发败血症死亡 1. 实验材料： 小鼠和两种肺炎链球菌 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 提醒：荚膜是一些细菌细胞壁外的一层胶状物质，主要成分是多糖。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗小鼠体内吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在小鼠体内生活并繁殖。 【知识链接】 菌落 两种肺炎链球菌的菌落 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 第二组 注射R型活细菌 小鼠不死亡 第一组 小鼠死亡， 分离出S型活细菌 注射S型活细菌 小鼠不死亡 第三组 注射加热致死的S型细菌 小鼠死亡， 分离出S型活细菌 第四组 R型活细菌+ 加热致死S型细菌 3组说明，加热可以杀死S型细菌，使其失去毒性 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 2. 实验过程： 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性 10 第四组实验导致小鼠死亡是活的S型细菌的作用，并从体内分离出S型活菌。为什么将R型活细菌和加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，会如何出现活的S型细菌？ 已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子” 。（教材P43） 3.实验结论： 二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 　思考：如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是哪一种物质，你该如何设计这个实验？ 必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用 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） 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… S型细菌 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 【合作探究】——寻觅“转化因子” 加法原理 减法原理 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：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”。 实验组 对照组 实验组 实验组 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：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”每个实验组特异性去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。 对照组 实验组 实验组 【合作探究】——寻觅“转化因子” 【科学方法】 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 1. 实验过程： 三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 讨论1：加热致死的S型细菌细胞提取物可能有哪些成分？ 蛋白质、RNA、脂质、DNA。 2. 实验分析： 讨论2：第一组实验有什么作用？ 作空白对照，说明S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。 三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 讨论2：第二到第五组实验中加入的酶有什么作用？ 破坏细胞提取物中相应的蛋白质、RNA、脂质和DNA。 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质（转化因子）。 实验结论： 2. 实验分析： 三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 【知识链接】 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； 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； 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 三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 深入分析 R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？ 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 只是少数R型细菌转化为S型细菌 破坏了谁？保留了谁？ 基因重组 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 在小鼠体内 体外培养基 实验对照 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 巧妙构思 用加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化 每个实验组用酶解法特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质 实验结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 联系 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 ③两实验都遵循对照原则、单一变量原则 三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 总结 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。 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? 三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 合作探究二：请同学们自主阅读教材P44-46，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.噬菌体侵染细菌实验所用实验材料是什么？有哪些优点？ 2.1952年赫尔希和蔡斯的实验运用的科学方法是什么？ 3.通过阅读教材文字及示意图，归纳概括噬菌体侵染细菌的实验步骤。 4.尝试分析35S标记组、32P标记组放射性主要出现放射性在离心管中的位置。 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 1. 实验者： 赫尔希和蔡斯 2. 实验材料： T2噬菌体和大肠杆菌 尾部 头部 DNA 蛋白质 赫尔希（A.D.Hershey） 蔡斯（M.C.Chase） 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 3. T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程 吸附 注入 DNA复制和蛋白质合成 组装 释放 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 T2噬菌体哪一种物质进入了大肠杆菌体内？（是DNA还是蛋白质） 思考：如何将噬菌体的DNA和蛋白质分开分别观察其作用？ (放射性)同位素标记 尾部 头部 DNA 蛋白质 (C、H、O、N、P ) (C、H、O、N、S ) 4.实验方法 （ 35S标记） （ 32P标记） 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 DNA 35S 32P 蛋白质 思考：如何将噬菌体中的蛋白质标记上35S和DNA标记上32P？可不可以直接放在培养基中培养？ 不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活。故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。 5. 实验过程 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 25 1.先标记大肠杆菌 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 2. 再标记T2噬菌体 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 5. 实验过程 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 5. 实验过程 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 35S标记的噬菌体 用35S标记的噬菌体与普通大肠杆菌混合 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 上清液放射性很高 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S 搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离心：使噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌分离 上清液放射性很高 上清液为噬菌体外壳。 沉淀物放射性很低 沉淀物主要为包含噬菌体DNA的大肠杆菌。 ☞说明蛋白质没有进入大肠杆菌 5. 实验过程 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 32P标记的噬菌体 子代噬菌体中含32P 用32P标记的噬菌体与普通大肠杆菌混合 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 上清液放射性很低 沉淀物放射性很高 沉淀物为包含噬菌体DNA的大肠杆菌 说明DNA是真正的遗传物质 沉淀物放射性很高 上清液放射性很低 上清液中主要含噬菌体外壳 6.实验结论 子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质 提醒：不能证明蛋白质不是遗传物质。 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 【误差分析1】用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有少量放射性的原因： 搅拌不充分 理论上 上清液 沉淀物 其中一个 大肠杆菌 实际上 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 【误差分析1】用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有少量放射性的原因： 原因分析：由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 【误差分析2】用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含少量放射性的原因: 保温时间长 理论上 上清液 沉淀物 若该大肠杆菌有一个噬菌体侵入 实际上 部分释 放出来 释放 未来及侵染 实际上 保温时间短 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 【误差分析2】用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含少量放射性的原因: 原因分析： ①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。②保温时间过长，部分大肠杆菌裂解，子代噬菌体释放，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。 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？ 提示：细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点： （1）个体很小，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。 （2）繁殖快，细菌 20~30 min 就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 【问题探讨】 2. 虽然艾弗里与赫尔希等人的实验方法不同，但是实验的设计思路却有共同之处。思考一下，他们最关键的实验设计思路是什么？ 最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 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有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。 赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。 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。 【问题探讨】 四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 （赫尔希和蔡斯）噬菌体侵染大肠杆菌的实验 （加热致死的S型细菌含有某种促使R型活细菌的活性物质——转化因子） 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 证明DNA是遗传物质（转化因子） 能证明蛋白质不是遗传物质 证明DNA是遗传物质 不能证明蛋白质不是遗传物质 知识总结 积极思考： DNA是唯一的遗传物质吗？以下生物的遗传物质是什么呢？ 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 新型冠状病毒 烟草花叶病毒不含DNA，只有RNA和蛋白质，如何确定其遗传物质是什么？ 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA 思路:烟草花叶病毒的RNA和蛋白质区分开，直接地、单独地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质 ①仅RNA能使烟草产生原样病斑 ②仅蛋白质能使烟草产生原样病斑 ③RNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑 若出现①结果则仅RNA是遗传物质； 若出现②结果则仅蛋白质是遗传物质； 若出现③结果则RNA和蛋白质都是遗传物质 预测结果： （现象） 提出问题： 作出假设： 设计实验： 得出结论： RNA是其遗传物质 课题：探究烟草花叶病毒的遗传物质是什么？ 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 ： 四、烟草 RNA也是遗传物质 2. 实验结论 五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验 1. 实验过程 五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验 拓展延伸---病毒重组法 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DNA 在自然界，所有的动物、植物以及细菌、蓝细菌等具细胞结构的生物均含有DNA，其遗传物质都是DNA。病毒没有细胞结构，通常由核酸与蛋白质外壳构成。依据病毒体内核酸的种类，可将病毒分为DNA病毒和RNA病毒。大多数病毒是DNA病毒，如T2噬菌体；少数病毒不含有DNA，而含有RNA，如烟草花叶病毒、流感病毒和艾滋病病毒（HIV)。 结论：DNA是主要的遗传物质，极少数病毒的遗传物是RNA。 六、DNA是主要的遗传物质 真核生物 原核生物 DNA病毒 RNA病毒 绝大多数生物的遗传物质是DNA 具有细胞结构生物 不具细胞结构：病毒 DNA DNA RNA （大多数病毒，如T2噬菌体） （烟草花叶病毒，流感病毒和艾滋病病毒） 【知识总结】 六、DNA是主要的遗传物质 遗传物质 DNA是主要遗传物质的证据 RNA是遗传物质的证据 肺炎链球菌的转化实验（格里菲思） 肺炎链球菌的转化实验（艾弗里） 噬菌体侵染细菌的实验（ 赫尔希、蔡斯） 烟草花叶病毒侵染烟草的实验 DNA是主要的遗传物质的 新冠肺炎和疫苗 课程小结 六、DNA是主要的遗传物质 43 1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中 提取的某种物质，加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌，结 果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是（ ） A. 多肽 B. 多糖 C. 组氨酸 D. DNA D 2. 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明（ ） A. DNA是遗传物质 C. 病毒中有DNA，但没有蛋白质 A B. 遗传物质包括蛋白质和DNA D. 细菌中有DNA，但没有蛋白质 课后习题P47 一、概念检测 1. T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中， 噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量 噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。 试分析子代噬菌体 的蛋白质外壳的来源。 实验表明，噬菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。 课后习题P47 二、拓展应用 2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌休侵染细菌的实验。 分析DNA作为遗传物质所具备的特点。 肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：能够精确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的能力；结构比较稳定等。 课后习题P47 二、拓展应用 下课休息！ $