3.1DNA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

DNA 是主要的遗传物质 为什么说？ 这一节，我们要探究什么？ 蛋白质和DNA 究竟哪一种物质是遗传物质？ 自主学习：阅读课本42页，了解早期人们对遗传物质的推测及观点 一、对遗传物质的早期推测 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。 还没有发现其他大分子有类似的结构特点。 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。 意识到DNA的重要性，但对DNA的结构没有清晰的了解。 20世纪20年代 20世纪30年代 蛋白质是生物体的遗传物质。 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，故推测不同的氨基酸排列顺序可能储存大量的遗传信息，不同生物体内的蛋白质结构存在差异，故推测蛋白质是遗传物质。 是蛋白质！ 是DNA 格里菲思 首先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是谁？ 艾弗里 肺炎链球菌体内、体外转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 1.肺炎链球菌的类型 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 菌体 致病性 表面光滑 表面粗糙 有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡 无致病性 多糖类的荚膜 自主学习2：阅读课本43页第二段并且分析第一组和第二组的实验现象总结两种肺炎链球菌的特点，完成表格 了解两种肺炎链球菌 5 拓展：菌落、荚膜 菌落：是由单个细菌在适宜固体培养基表面生长繁殖到一定程度，形成的肉眼可见的子细胞种群。 荚膜：是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质，主要成分是多糖。 无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物后，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。 二、肺炎链球菌的转化实验 2.格里菲思的实验——体内转化实验 不死亡 死亡 不死亡 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 第一组 第二组 第三组 第四组 实验过程：向第一组小鼠注射 注射到小鼠体内 并从小鼠体内分离出 7 二、肺炎链球菌的转化实验 2.格里菲思的实验——体内转化实验 1.对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？ R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌会使小鼠死亡。 2.对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。 分析格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 失去致病性 8 二、肺炎链球菌的转化实验 2.格里菲思的实验——体内转化实验 3. 第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型活细菌从哪里来？ 4. 这种转化产生的S型活细菌的后代也是有致病性的S型细菌，又说明了什么？ 转化的性状可以稳定遗传 加热致死的S型细菌使部分活的R型细菌发生了转化，变成了活的S型细菌，使小鼠死亡。体内分离出的S型活细菌由R型活细菌转化而来。 R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 分析格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 由于体内有活的S型细菌的作用；活的R型细菌转变成了活的S型细菌。加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。 9 二、肺炎链球菌的转化实验 2.格里菲思的实验——体内转化实验 活R 死S 活S S型菌 转化因子 由此可以推断： 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） 分析格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 10 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 1.分析实验的自变量？注射的肺炎链球菌的类型和死活 2.分析实验的实验组和对照组？第一至三组为对照组 第四组为实验组 11 怎么研究呢？ 通过“酶解法”，将物质一个个的排除，通过观察剩余的细胞提取物的转化活性来寻找转化因子。 3. 通过什么方法将S型细菌的各种物质分开？ 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 1. 在加热致死的S型细菌中含有哪些物质？ 2. 要进一步证明哪种物质是转化因子，实验中最关键的设计思路是什么？ 设法将S型细菌的各种物质分开，单独、直接地观察它们各自的作用。 转化因子究竟是什么物质呢? 艾弗里 思考： 导：在这些物质中哪一种才是转化因子呢？那如何才能将它找出来呢？你有何想法？ 你有什么样的设计思路，关键是什么？ 是谁弄清了？ S型细菌组分图 分离提纯 、酶处理 由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此可通过酶解法 S型细菌的蛋白质、DNA等物质 专一性 12 二、肺炎链球菌的转化实验 3.艾弗里的实验——体外转化实验 实验过程： 分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 14 二、肺炎链球菌的转化实验 3.艾弗里的实验——体外转化实验 1. 艾弗里的第一组实验将加热致死的S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养，实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？ S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。 2. 艾弗里的第二到第四组实验中加入的蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用分别是什么？这些组实验说明了什么？ 分别去除蛋白质、RNA、脂质 3. 第一至四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？ S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。 蛋白质、RNA和脂质都不是转化因子 分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 一 对照作用 仍具有转化活性 只有少部分R型细菌转化为S型细菌 15 二、肺炎链球菌的转化实验 3.艾弗里的实验——体外转化实验 4.第五组，用DNA酶处理S型细菌的细胞提取物之后再与R型活细菌混合培养，培养皿中只长R型细菌，这说明什么问题？ DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使其丧失功能。因此，转化因子很可能就是DNA。 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 结 论 艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论： 分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 去除S型细菌的细胞提取物中的DNA 16 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 ①蛋白质和核酸对高温的耐受力不同。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。 ②转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，使其获得了新的遗传信息， 进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。 ③注意：在转化的过程中，只是少数R型细菌转化为S型细菌。（一般情况下，转化率很 低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化） R型细菌转化为S型细菌的实质 基因重组 加热致死的S型菌能使R型活菌发生转化的作用原理是什么？破坏了谁？保留了谁？即发生了/实现了基因重组 加热能杀死S型细菌，为何杀不死DNA？深入思考 加热致死的作用原理：由于DNA的热稳定性比蛋白质要高，所以加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质永久变性失活，DNA的结构也会被破坏，但DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性，但蛋白质却不能恢复。当缓慢冷却后 二、肺炎链球菌的转化实验 思考：该实验的设计遵循哪些实验原则？其巧妙之处是什么？ 遵循单一变量原则和对照原则。 其巧妙之处在于：运用“减法原理”（P46），即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。 R型细菌 3.艾弗里的实验——体外转化实验 18 减法原理 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”。 对照组 实验组 实验组 实验组 对照组 实验组 实验组 科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“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：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”。 适应范围：在对照实验中，控制自变量可以采用。 肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 小鼠体内培养 培养基体外培养 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 用加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内，与用加热致死的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 仅说明加热致死的S型细菌中含有某种“转化因子”，而体外转化实验则进一步说明 “转化因子”就是DNA。活体转化实验 离体转化实验 20 1.艾弗里的实验证明S型肺炎链球菌的DNA可以使小鼠死亡（ ） 2.艾弗里所做的实验既能证明DNA是遗传物质，也能证明蛋白质不是遗传物质（ ） 3.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是肺炎链球菌主要的遗传物质（ ） 4.格里菲思肺炎链球菌体内转化实验证明了DNA是遗传物质（ ） 5.加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体中提取到的细菌全部是S型活细菌（ ） 判断正误 √ × × × × 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？？ T2噬菌体 赫尔希和蔡斯 T2噬菌体 大肠杆菌 完成了另一个有说服力的实验 背景：尽管艾弗里的实验完全能够证明DNA是遗传物质，但是，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。直到赫尔希和蔡斯成功地进行了噬菌体侵染细菌的实验，再一次证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，此时，DNA是遗传物质才得到了科学界的认可。 三、噬菌体侵染细菌的实验 1.实验材料： T2噬菌体 大肠杆菌 T2噬菌体的模式图 头部 尾部 DNA 蛋白质 是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒； 头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。（化学组成中，60%是蛋白质，40%DNA） ①结构与成分 ②生活方式 ③增殖方式 ① 成分只有蛋白质和DNA② 一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，仅能在大肠杆菌内繁殖。③ 繁殖时，仅将遗传物质导入大肠杆菌，其他物质保留在体外。 23 三、噬菌体侵染细菌的实验 1.实验材料： T2噬菌体 大肠杆菌 T2噬菌体侵染细菌的过程是怎样的？ 博士请看！ 噬菌体是如何侵染大肠杆菌的？ 24 三、噬菌体侵染细菌的实验 2.实验方法： 放射性同位素标记法 那么只需证明导入细菌体内的是噬菌体的哪一物质，谁就是遗传物质？ 如何将噬菌体的DNA和蛋白质区分开，单独进行研究？ 尾部 头部 DNA 蛋白质 （35S标记） （32P标记） (C、H、O、N、S ) (C、H、O、N、P ) 思考： ①能不能用14C和18O等同位素 标记噬菌体，为什么？ ②能不能同时用32P和35S标记 噬菌体，为什么？ 思考、如何才能知道噬菌体的DNA和蛋白质外壳有没有进入细菌？放射性同位素分别标记DNA和蛋白质，选择什么元素进行放射性标记？蛋白质外壳和DNA的组成元素分别是什么？用什么元素来标记？如何标记？用35S标记噬菌体的外壳、用32P标记噬菌体的DNA 不能，因为DNA和蛋白质中都含有C和H，无法区分二者。 不能，因为放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定是哪种元素的放射性；若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。 26 三、噬菌体侵染细菌的实验 怎样将35S和32P标记到噬菌体的蛋白质和DNA上? 35S 32P 35S噬菌体 32 P噬菌体 + + 35S 含35S的培养基 含32P的培养基 大肠杆菌 大肠杆菌 含35S的大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 思考：怎样标记噬菌体？能直接用含35S、32P的普通培养基来标记噬菌体吗？ 如何标记噬菌体？先标记大肠杆菌，再标记T2噬菌体 不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体。 27 该实验的实验过程是怎样的？ 亲代噬菌体 离心的目的？ 搅拌的目的？ 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。 大肠杆菌 子代噬菌体 标记细菌→标记噬菌体→噬菌体侵染细菌→搅拌、离心→检测放射性分布 （短时间保温）　　 适宜时间保温的目的？ 保证全部噬菌体侵染大肠杆菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体。 该实验的实验过程是怎样的？带标记的T2噬菌体去侵染什么样的大肠杆菌呢？ 使亲子代噬菌体分离获得含有子代噬菌体的大肠杆菌 上清液：蛋白质外壳 沉淀物：大肠杆菌、子代噬菌体 29 3.实验过程及现象： 三、噬菌体侵染细菌的实验 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 搅拌后离心 搅拌后离心 思考1：说明了什么？ 思考2：说明了什么？ 标记蛋白质 标记DNA 放射性标记的噬菌体蛋白质外壳没有进入大肠杆菌 放射性标记的噬菌体DNA进入了大肠杆菌 赫尔希和蔡斯的实验表明： 噬菌体侵染细菌时， 进入细菌的细胞中，而 仍留在细胞外。 4.实验结论：子代噬菌体的各种性状，是通过 遗传的。 才是噬菌体的遗传物质。 DNA 蛋白质外壳 亲代的DNA DNA 看得见的证据，说明T2噬菌体的蛋白质没有进入细菌 说明侵入大肠杆菌的遗传物质是DNA 发现，进一步观察发现 检测上清液和沉淀物中的放射性物质、检测子代噬菌体的放射性 30 三、噬菌体侵染细菌的实验 5.实验误差分析： 35S标记的噬菌体 用35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因。 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 搅拌不充分导致部分蛋白质外壳还吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。 31 三、噬菌体侵染细菌的实验 5.实验误差分析： 32P标记的噬菌体 用32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因。 保温时间过长 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 未来得及侵染 实际上 保温时间过短 培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌； 培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 (1)保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；(2)保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放，经离心后分布于上清液中。 32 三个经典实验对比 肺炎链球菌 体内转化实验 肺炎链球菌 体外转化实验 噬菌体侵 染细菌实验 实验者 思 路 分离方式 结 论 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们的遗传功能。 证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是。 酶解法: 分别加入到R型细菌中 放射性同位素标记法： 分别标记DNA和蛋白质 证明DNA是遗传物质 格里菲思 艾弗里及其同事 赫尔希和蔡斯 加热致死的S型细菌中含有“转化因子” 归纳总结 33 四、RNA是遗传物质的实验证据 1.RNA病毒 只有DNA是遗传物质吗？ 有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒。 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 新型冠状病毒 34 四、RNA是遗传物质的实验证据 2.烟草花叶病毒感染烟草的实验 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 结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 ，不是 。 RNA 蛋白质 35 四、RNA是遗传物质的实验证据 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 烟草花叶病毒重建实验示意图 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA ： 拓 展 病毒重组法 36 DNA是主要的遗传物质 不同生物的遗传物质 绝大多数生物的遗传物质是 ；只有少部分生物的遗传物质是 。 DNA RNA DNA是主要的遗传物质 生物类型 遗传物质 实例 细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌 原核生物 细菌 非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体、乙肝病毒 RNA病毒 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 DNA RNA DNA 注意：一种生物的遗传物质只能有一种，“主要”：是针对生物界的所有生物。 核酸种类 37 小结 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 综上所述：DNA是主要的遗传物质 难点题型：①放射性的主要位置 ②子代噬菌体的标记情况 38 Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 Lavf56.40.101 Tencent APD MTS Lavf58.29.100 $