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

高中生物学人教版必修2 第3节 DNA是主要遗传物质 第3章 基因的本质 1.了解“DNA是主要的遗传物质”的探索过程。 2.掌握肺炎链球菌体内和体外转化实验的过程和结论。（重点） 3.掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结论。（难点） 4.理解DNA是主要遗传物质的结论。 目标引领 学习目标 素养目标 1.生命观念：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。 2.科学探究：设计实验探究生物的遗传物质。 3.科学思维：分析加法原理和减法原理在生物实验中的 应用。 2 约翰逊给“遗传因子”——基因 孟德尔通过豌豆杂交实验证明了生物的性状是由 控制。 遗传因子 1866年 1909年 1910年 摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于 上。 染色体 科学家发现：染色体主要组成成分： 。 蛋白质和DNA 20世纪中叶 谁是遗传物质？ 寻找遗传物质之旅 寻找遗传物质之旅 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。 人们认识到 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 没发现其他大分子有类似的结构特点。 蛋白质是生物体的遗传物质。 意识到DNA的重要性，但对DNA结构没有清晰认识。 蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。 20世纪20年代 20世纪30年代 寻找遗传物质之旅 思考：1.你认为遗传物质可能具有什么特点？P42 ①储存大量的遗传信息; ②可以准确地复制，并传递给下一代; ③结构比较稳定，等等…… 蛋白质真的是生物体的遗传物质吗？ 2.证明某一物质是遗传物质的可行方法有哪些？ 提出挑战 弗雷德里克·格里菲思（Frederick Griffith） 我有实验证据证明“DNA才是产生稳定遗传的物质” 艾弗里的实验是在英国微生物学家格里菲斯的实验基础上进行的 艾弗里 实验背景 1928年，格里菲斯以小鼠为实验材料，研究肺炎链球菌的致病情况。 7 格里菲斯肺炎链球菌转化实验 对照原则、单一变量原则 思考： 阅读课本P43，描述S型细菌和R型细菌的特点，阐述为什么第一组小鼠不死亡，第二组小鼠死亡？ 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。 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。 S型 R型 人教版 生物学 必修2 格里菲斯肺炎链球菌转化实验 对比第二、第三组的实验现象，这说明了什么？ 加热致死的S型细菌已失活无致病性。 第四组S型活细菌如何出现？ R型活细菌转变成了S型活细菌。 什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？ 加热致死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。 结论：已经加热致死的S型细菌中，含有某种促R型活细菌转化为S型细菌的活性物质——“转化因子” 只要找出“转化因子”是什么物质，就可以知道遗传物质是什么? 对照原则、单一变量原则 艾弗里 人教版 生物学 必修2 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验 思考：这种转化因子究竟是什么物质呢？ 思路1：加热致死S型细菌各种物质分离提纯后与R型细菌混合观察是否发生转化 思路2：用酶解法分别去除细胞提取液中各成分后，观察能否将R型细菌转化 与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“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”。 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。 人教版 生物学 必修2 艾弗里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。 思考：该实验的自变量和因变量是什么？ 自变量： 因变量： 加热致死的S型细菌中各种物质成分 R型细菌是否被转化 人教版 生物学 必修2 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？ 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 注：只是少量R型细菌转化成S型细菌 拓展 遭受质疑 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，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。 质疑 你们这帮老六，不愧是科学家，真严谨！ 更有说服力的证据 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方法，完成了另一个更具有说服力的实验. 蔡斯 赫尔希 实验材料-T2噬菌体 01 专门寄生在大肠杆菌体内的病毒 (1)代谢: (2)组成: 头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。 尾部 头部 DNA 蛋白质 实验材料-T2噬菌体 01 吸附 注入 合成 组装 释放 T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会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，进行大量繁殖。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)T2噬菌体的繁殖: 视频：噬菌体的繁殖 实验思路和方法 02 将DNA与蛋白质单独分开去观察哪种物质可以遗传给子代。 　 　 　 用____标记噬菌体蛋白质，____标记噬菌体的DNA。 35S　 32P 　 C、H、O、 N、S C、H、O、 N、P 实验思路 课本P45：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，磷几乎都存在DNA分子中。 实验方法 ---放射性同位素标记法 实验思路和方法 02 　 　 如何标记噬菌体？ 含有35S的培养基+大肠杆菌 含35S的大肠杆菌 噬菌体侵染 含35S的噬菌体 含有32P的培养基+大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 噬菌体侵染 含32P的噬菌体 能否直接用含35S、32P的普通培养基来培养？ 不能。因为T2噬菌体营寄生生活，无法独立生存。故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。 实验能否用35S和32P同时标记噬菌体？ 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； 实验过程 03 搅拌后离心 35S标记的噬菌体 35S标记的噬菌体与细菌混合 离心后 上清液 沉淀物 上清液的放射性很高 沉淀物的放射性很低 细菌裂解 在新形成的噬菌体中没有检测到35S 用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌 标记 侵染 搅拌/离心/检测 说明T2噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌。 搅拌目的？ 离心目的？ ? 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。 实验过程 03 搅拌后离心 32P标记的噬菌体 32P标记的噬菌体与细菌混合 离心后 上清液 沉淀物 上清液的放射性很低 沉淀物的放射性很高 细菌裂解 在新形成的部分噬菌体中检测到32P 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌 说明T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。 ? 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。 实验结论 03 35S标记的实验 32P标记的实验 标记部位 放射性情况 上清液 沉淀物 沉淀物有无放射性原因 子代噬菌体 蛋白质 很高 DNA 很低 蛋白质未进入细菌中 DNA进入细菌中 很高 很低 实验结论： 子代噬菌体的各种性状，是通过亲代DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质。 有32P标记的DNA 无35S标记的蛋白质 不能证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内）。 肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 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 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。 利用“减法原理”，通过酶解法:分别加入到R型菌中 同位素标记法： 标记DNA和蛋白质 DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质 格里菲思 艾弗里 赫尔希和蔡斯 加热杀死的S型菌体内有“转化因子” 三个经典实验的对比 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。 思考·讨论 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。 思考·讨论 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。 最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等） 思考·讨论 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。 启示：科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。 烟草花叶病毒（TMV）是基本成分是蛋白质和RNA，体内无DNA，请设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质？ 更多发现 RNA 蛋白质 TMV在感染烟草时，会出现致病斑。 (1)实验材料：烟草花叶病毒(只含有 和 )、烟草。 (2)实验过程(如何设计) 蛋白质 RNA 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 (3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 ，不是 。 RNA 蛋白质 烟草花叶病毒侵染烟草的实验 寻找遗传物质之旅-真相 不同生物体内遗传物质 生物类型 核酸种类 遗传物质 实例 有细胞结构的生物 真核生物 DNA和RNA DNA 玉米、小麦、人 原核生物 乳酸菌、蓝细菌 无细胞结构的生物 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体 RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒 绝大多数生物遗传物质是DNA，少数是RNA。因此，DNA是主要的遗传物质。 本节小结 DNA是主要的遗传物质 格里菲思的肺炎链球菌转化实验 艾弗里的肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 DNAT2噬菌体的遗传物质 烟草花叶病毒侵染烟草的实验 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 教材课后习题·拓展应用 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 B.遗传物质包括蛋白质和DNA C.病毒中有DNA,但没有蛋白质 D.细菌中有DNA,但没有蛋白质 教材课后习题·拓展应用 A 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，释放出的大量噬菌休却同原来的噬菌休一样具有蛋白质外壳。请分析子代噬菌休的蛋白质外壳的来源。 实验表明，噬菌体在侵染大肠杆菌时，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。 教材课后习题·拓展应用 提示: 2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。 肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵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特点: ①能够精确地自我复制; ②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; ③具有储存遗传信息的能力;结构比较稳定，等等。 教材课后习题·拓展应用 提示: $