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

1 2 3 4 5 1866年孟德尔通过豌豆实验证明 生物的性状由遗传因子控制 约翰逊将遗传因子改名为基因 染色体在遗传上的 连续性和稳定性 摩尔根通过果蝇杂交实验 证明基因位于染色体上 科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA 萨顿提出“基因位于染色体上”的假说 基因是什么？ 遗传学的发展进程 豌豆花不是特别大，所以可能看不太清楚。但我们生活中非常常见的百合花，他的雄蕊和雌蕊就非常清楚。如果大家有留心的花，我们周围很多话都是两性花，我们都能看出雄蕊和雌蕊的。 第1节 DNA是主要的遗传物质 第三章 基因的本质 生物类型 细胞生物 非细胞生物 实例 核酸种类 遗传物质 类型总结 真核生物，如真菌、动植物等 原核生物， 例如三菌、 三体等 DNA病毒， 例如噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等 RNA病毒， 例如烟草花叶病毒、HIV等 DNA和 RNA DNA和 RNA DNA RNA DNA DNA DNA RNA 生物界中绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质 有细胞结构的生物，其遗传物质均是DNA， 有些病毒的遗传物质也是DNA，有些病毒的遗传物质是RNA 20世纪，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。 蛋白质可能作为遗传物质的原因： DNA可能作为遗传物质的原因： 蛋白质中氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。 一 对遗传物质的早期推测 蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子 各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质 艾弗里 赫尔希和蔡斯 格里菲思 …… 通过确凿实验证据向蛋白质是遗传物质的观点提出挑战的学者有哪些呢？ 虽然认识到了DNA的重要性，但是对DNA的具体结构还不清楚，因此，蛋白质是遗传物质的观点仍然占主导地位。 肺炎链球菌体内转化实验 肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 一 对遗传物质的早期推测 豌豆花不是特别大，所以可能看不太清楚。但我们生活中非常常见的百合花，他的雄蕊和雌蕊就非常清楚。如果大家有留心的花，我们周围很多话都是两性花，我们都能看出雄蕊和雌蕊的。 肺炎链球菌 菌落 荚膜 致病性 R型细菌菌落 S型细菌菌落 粗糙 光滑 无 有 无 有 1、两种肺炎链球菌(实验材料)的比较 （P43相关信息) 荚膜：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。 S型细菌有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡； R型细菌不会使人或小鼠患病，因此无致病性。 R型 S型 二 格里菲思——肺炎链球菌的体内转化实验 S型细菌的荚膜可以抵抗吞噬细胞的吞噬 6 注射S型活细菌 注射R型活细菌 注射加热致死 的S型细菌 注射加热致死的S型细菌＋活的R型细菌 2、实验过程 第一组 第三组 第二组 第四组 （1)一、二组对比说明什么？ （2)二、三组对比说明什么？ （3)对比前面，第四组说明什么？ （4)为什么会出现S型活菌 ？ 加热致死的S型细菌对小鼠没有致病性 S型细菌对小鼠有致病性 出现了活的S型细菌 二 格里菲思——肺炎链球菌的体内转化实验 小鼠不死亡 小鼠死亡，分离出S型活细菌 小鼠不死亡 小鼠死亡，分离出S型活细菌 7 从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以得出结论： R型活菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 “转化因子究竟是S型细菌中的哪种物质？” 实验结论：已经加热致死的_____细菌中，含有某种使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。 S型 二 格里菲思——肺炎链球菌的体内转化实验 他爸爸是农民，擅长植物嫁接。妈妈是园艺工人，因此他从小就对自然科学很感兴趣。但因为家庭经济困难，中学就辍学去修道院当神父。因为勤奋好学，被院长推荐去维也纳大学学习。学习完后又回到修道院当神父，兼职种田，种了很多植物，其中只有豌豆的杂交实验最成功。经过8年，发表了论文，并提出了两大遗传规律，分离定律和自由组合定律。但是，他的论文观点不被认可，甚至在他去世34年后才被重新翻出来，被少数人认可。为什么呢？因为他学习了数学和自然科学，他的论文里也应用到了数学统计学的知识，但因为融合很多学科知识，很少人能真正彻底理解他的论文，他的观点过于超前，因此很遗憾，死后才出名，没有给他及时的荣誉，因此他是孤独的天才。 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热致死的S型细菌 在加热致死的S型细菌中含有哪些物质？ 但究竟哪一个才是转化因子呢？ 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。 三 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验 9 艾弗里 阅读44页，思考以下问题： 2、根据实验过程，思考： (1)实验的自变量和因变量是什么？ （2)二—五组与一组对照，提取物化学成分有什么不同？ （3)二、三、四组说明什么？ （4)五组加入DNA酶，结果不出现S型活细菌，说明？ 1、从控制自变量的角度，艾佛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？ 二 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验 设法逐步去除S型细菌的各组分后分别与R型活细菌混合培养，观察是否具有转化活性。 10 思考：如何去除细菌各组分？ 蛋白酶 —— 去除蛋白质 RNA酶 —— 去除RNA 酯酶 —— 去除脂质和多糖 DNA酶 —— 去除DNA 从控制自变量的角度，艾佛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，艾佛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)。 三 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验 设法逐步去除S型细菌的各组分后分别与R型活细菌混合培养，观察是否具有转化活性。 11 1、过程 （1)S型细菌的细胞提取物是如何制成的？ （3)二、三、四组说明什么？ （2)二——五组与一组对照，提取物化学成分有什么不同？ （4)五组加入DNA酶，结果不出现S型活细菌，说明？ RNA、蛋白质、糖类和脂质都不是转化因子 加热致死的S型细菌被破碎去除大部分的糖类、蛋白质和脂质后制成。 DNA是转化因子 三 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验 12 2、艾弗里的肺炎链球菌转化实验结论 组别 处理步骤 结果 结论 1 S型细菌的细胞提取物，不做处理 加入R型活细菌的培养基中，混合后培养 2 S型细菌的细胞提取物+蛋白酶 3 S型细菌的细胞提取物+RNA酶 4 S型细菌的细胞提取物+酯酶 5 S型细菌的细胞提取物+DNA酶 R+S R+S R+S R+S R DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 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”，人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。 思考：该实验的设计遵循哪些原理?其巧妙之处是什么？（P46科学方法） 三 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验 DNA是肺炎链球菌的遗传物质 13 加法原理与减法原理 在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理” 减法原理：在对照实验中，与常态比较，人为去除某种影响因素称为“减法原理”。 加法原理：在对照实验中，与常态比较，人为施加某种影响因素称为“加法原理”。 在比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，给予高温、施加酶、Fe3+等条件，观察实验结果 在肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 教材P46 对S型细菌和R型细菌 转化的理解 (1)转化基础：加热致死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。 (2)转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。 (3)一般情况下，转化率很低，形成的S型细菌很少 转化后形成的S型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的S型细菌 说明S型细菌的DNA是遗传物质。 项目 体内转化实验 体外转化实验 科学家 细菌培养场所 对照指标 肺炎链球菌体内、体外转化实验的比较 实验结果 实验结论 联系 格里菲思 艾弗里及其同事 小鼠体内 体外培养基 R型细菌与S型细菌的致病性对照 加热致死的S型细菌的细胞提取物及其经酶处理后的作用对照 加热致死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 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 [正误辨析] (1)R型细菌的菌体无荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑。(　　) (2)高温处理过的S型细菌的蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应。(　　) (3)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。(　　) (4)艾弗里实验中制成的细胞提取物直接加入R型细菌的培养基上，最后生存的细菌绝大多数是S型细菌。(　　) × × × × 1．格里菲思在小鼠身上进行了著名的肺炎链球菌转化实验，下列关于该实验的结论，错误的是 (　　) A．说明肺炎链球菌的遗传物质是DNA B．说明R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌 C．说明R型活细菌是无致病性的 D．说明加热致死的S型细菌是无致病性的 A 2．如图表示某生物兴趣小组做的肺炎链球菌的转化实验，下列相关叙述错误的是(　　)   A．DNA酶的作用是水解S型细菌的DNA B．结果1中S型肺炎链球菌占绝大多数 C．该实验证明DNA是遗传物质 D．结果2中全部为R型肺炎链球菌 B 思考 ：如何分析噬菌体的遗传物质是DNA还是蛋白质？ 1、T2噬菌体 ①一种专门寄生在___________体内的病毒。 大肠杆菌 ②化学成分: DNA和蛋白质 尾部 头部 DNA 蛋白质 蛋白质——35S DNA——32P。 (C、H、O、N、P) 32 (C、H、O、N、S) 35 (放射性)同位素标记法 四 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 可以用14C或3H或15N或18O吗？ 思考 ：如何获得用35S和32P标记的噬菌体？ 20班——同位素标志法，噬菌体侵染过程 19 标记噬菌体 含32P的培养基培养大肠杆菌 用噬菌体侵染 含32P的大肠杆菌 32P标记DNA的噬菌体 含35S的培养基培养大肠杆菌 用噬菌体侵染 含35S的大肠杆菌 35S标记蛋白质的噬菌体 蛋白质外壳带放射性 DNA带放射性 四 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 2、实验过程 噬菌体侵染 大肠杆菌 搅拌 离心 搅拌：搅拌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离心：让上清液中析出较轻的T2噬菌体颗粒， 而沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌 空壳噬菌体不含有遗传物质，不能产生子代噬菌体。 大肠杆菌裂解 释放出子代噬菌体 短时间保温 保持细菌活性，让噬菌体充分侵染细菌； 四 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 12班、11班（基本讲完了） 21 35S标记 的噬菌体 35S标记的噬菌体与细菌混合 上清液的 放射性很高 沉淀物的 放射性很低 在新形成的噬菌体中没有检测到35S ①用35S标记的噬菌体 侵染大肠杆菌 2、实验过程及结果 四 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 22 2、实验过程及结果 32P标记 的噬菌体 32P标记的噬菌体与细菌混合 上清液的 放射性很低 沉淀物的 放射性很高 在新形成的噬菌体中检测到32P ②用32P标记的噬菌体 侵染大肠杆菌 四 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 23 3、实验结论 35S标记的实验 32P标记的实验 标记部位 放射性情况 上清液 很高 很低 沉淀物 很低 很高 说明 蛋白质 DNA 蛋白质未进入细菌中 DNA进 入细菌中 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。 四 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 24 4、实验误差分析： ① 35S标记的噬菌体侵染细菌时，发现沉淀物中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 搅拌不充分 部分蛋白质外壳还吸附在细菌上，离心时随细菌进入沉淀物中。 保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌； 保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 ② 32P标记的噬菌体侵染细菌时，发现上清液中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 四 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 25 肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较   肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验 方法 结论 分别用除去蛋白质、RNA、脂质、DNA等成分的S型菌的细胞提取物与R型菌混合培养 分别用同位素35S、32P标记噬菌体的蛋白质和DNA ①证明DNA是遗传物质，而蛋白质等不是遗传物质； ②说明了遗传物质可发生可遗传的变异 ①证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质； ②说明DNA能控制蛋白质的合成； ③说明DNA能自我复制 [正误辨析] (1)T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，P几乎都存在于DNA中，S仅存在于蛋白质中。(　　) (2)T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解。(　　) (3)为获得放射性标记的T2噬菌体，可分别用含35S和32P的人工养基培养噬菌体。(　　) (4)细菌和病毒作为实验材料，具有个体小、结构简单、繁殖快的优点。 √ × × √ (　　) 2．噬菌体体内的S用35S标记，P用32P标记，细菌体内蛋白质含32S，DNA含31P，用该噬菌体去侵染细菌后，产生了许多子代噬菌体，那么在子代噬菌体中S和P的分布规律是(　　) A．外壳中有35S和32S，DNA中只含有32P B．外壳中只有32S，DNA中只含有32P C．外壳中有35S和32S，DNA中含有32P和31P D．外壳中只有32S，DNA中含有32P和31P D 1．某校生物研究性学习小组仿照赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，过程如图所示。下列有关分析正确的是(　　) A．理论上，b和c中不应具有放射性 B．实验中b含少量放射性与 过程①中培养时间过长或过短有关 C．实验中c含有放射性与 过程④中搅拌不充分有关 D．该实验证明了RNA是遗传物质 A 🤔 讨论（P46) 1、艾佛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个体很小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒细胞结构，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变化。 ②繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 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？ 艾弗里实验 细菌的培养技术、物质的提纯与鉴定技术等 赫尔希实验 噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提取与分离技术等 29 只有DNA是遗传物质吗？ 烟草花叶病毒示意图 图(左)和电镜照片(右) RNA 蛋白质外壳 思考： 如何证明烟草花叶病毒(TMV)的遗传物质是RNA？ 五 RNA是RNA病毒的遗传物质 30 ①烟草花叶病毒的感染实验 结论：_____才是烟草花叶病毒的遗传物质，______ 不是遗传物质 患病 不患病 A型 B型 RNA 蛋白质 ②烟草花叶病毒的重组侵染实验 B型 五 RNA是RNA病毒的遗传物质 31 格里菲斯的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 转化因子是什么 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质 RNA是TMV的遗传物质 DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 总结 烟草花叶病毒的感染实验 [正误辨析] (1)真核生物的遗传物质是DNA。(　　) (2)原核生物的遗传物质是RNA。(　　) (3)细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA。(　　) (4)DNA是酵母菌的主要遗传物质。(　　) √ × × × 1．如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验，下列对这种病原体的叙述，正确的是(　　) A．寄生于细胞内，通过RNA遗传 B．可单独生存，通过蛋白质遗传 C．寄生于细胞内，通过蛋白质遗传 D．可单独生存，通过RNA遗传 A 2．下列关于生物的遗传物质的说法，正确的是(　　) A．同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA B．DNA是主要的遗传物质是指一种生物的遗传物质主要是DNA C．真核生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质都是RNA D．艾弗里的肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质 A 一、概念检测 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 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 A 练习与应用（P47） 练习与应用（P47） 二、拓展应用 1、噬菌体侵染大肠杆菌时，只注入了DNA进入大肠杆菌，为什么释放出的子代噬菌体数量大增，子代噬菌体的DNA与蛋白质外壳从哪里来？ DNA来源：以注入的噬菌体DNA为模板，利用细菌脱氧核苷酸复制而来； 蛋白质外壳来源：以注入的噬菌体DNA的遗传信息，利用细菌氨基酸合成而来。 练习与应用（P47） 二、拓展应用 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。 ①能够精确的自我复制； ②能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程； ③具有储存遗传信息的能力； ④结构比较稳定。 $