3.1DNA是主要的遗传物质 课件-2025-2026学年下学期人教版必修2高中生物

第3章 基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质 目录 二 肺炎链球菌的转化实验 一 对遗传物质的早期推测 三 噬菌体侵染细菌的实验 考点一 细胞的多样性和统一性 【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? 考点一 细胞的多样性和统一性 【新课导入】 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 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含遗传信息 20世纪20年代 20世纪30年代 认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子 对DNA结构没有清晰的了解 蛋白质是遗传物质 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 是蛋白质！ 是DNA 考点一 细胞的多样性和统一性 美.艾弗里 英.格里菲斯 大多数科学家的观点：遗传物质是蛋白质 考点一 细胞的多样性和统一性 【活动1】请自主阅读教材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、肺炎链球菌的转化实验 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 考点一 细胞的多样性和统一性 比较 菌落特点 菌体特点 毒性 S型 细菌 R型 细菌 无毒 有毒 人和小鼠患肺炎 小鼠并发败血症死亡 光滑Smooth 粗糙 Rough 多糖类的荚膜 (1)实验材料：肺炎链球菌 考点一 细胞的多样性和统一性 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 (2)实验过程： 考点一 细胞的多样性和统一性 组别 自变量 因变量 小鼠是否死亡 体内是否分离出S型菌 1 注射R型活菌 2 注射S型活菌 3 注射加热致死的S型菌 4 将R型活菌与加热致死的S型菌混合后注射 否 否 是 是 否 否 是 是 (1)实验1、2对比说明____________________________________。 (2)实验2、3对比说明______________________________。 (3)实验2、3、4对比说明__________________________。 R型细菌无致病性，S型细菌有致病性 被加热杀死的S型细菌无致病性 R型细菌可转化为S型细菌 (4)基于实验过程及现象分析，得出的实验结论是 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 考点一 细胞的多样性和统一性 思考：加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？ 多糖 加热杀死 的S型细菌 脂类 蛋白质 RNA DNA 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。 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） 考点一 细胞的多样性和统一性 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 【科学方法】 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 考点一 细胞的多样性和统一性 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取物 + 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 混合 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 S型细菌 R型细菌 只长R型细菌 第一组 第二至四组 第五组 S型细菌 R型细菌 DNA酶 蛋白酶\RNA酶\酯酶 (1)实验过程： 考点一 细胞的多样性和统一性 破碎加热致死的S型细菌 设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质 不作处理 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶 分别与R型细菌混合培养 S型细菌的细胞提取物 R型S型 R型S型 R型S型 R型S型 R型 ① ② ③ ④ ⑤ 处理 (1)概述该实验的设计思路。 用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后，观察能否将R型细菌转化 (2)从对照实验设计角度分析，实验的自变量是什么? 向R型细菌培荞基中加入的S型细菌提取物中去除的物质种类 (3)实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么? 分别除去S型细菌细胞提取物中的蛋 白质、RNA和酯类物质，以明确这些物质是不是转化因子。 (2)实验过程分析： 考点一 细胞的多样性和统一性 破碎加热致死的S型细菌 设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质 不作处理 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶 分别与R型细菌混合培养 S型细菌的细胞提取物 R型S型 R型S型 R型S型 R型S型 R型 ① ② ③ ④ ⑤ 处理 (4)前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。 (5)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，为什么培养皿中只有R型细菌? DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构稳定,使其丧失转化功能。 考点一 细胞的多样性和统一性 破碎加热致死的S型细菌 设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质 不作处理 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶 分别与R型细菌混合培养 S型细菌的细胞提取物 R型S型 R型S型 R型S型 R型S型 R型 ① ② ③ ④ ⑤ 处理 (7)据此分析，该转化实验的结论是什么？ 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。 (6)该实验其巧妙之处是什么? DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质(蛋白质等不是遗传物质) 考点一 细胞的多样性和统一性 肺炎链球菌转化的实质 S型菌 加热杀死的S型菌 R型菌 R型菌 S型菌 荚膜 控制荚膜形成的基因 基因重组 思维训练 想一想，你能推测出图1和图2分别表示哪个转化实验中R型菌和S型菌的数量变化吗？ 图1 图2 加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55 ℃左右时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。 体内 体外 考点一 细胞的多样性和统一性 【知识拓展】 课本知识迁移 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型活细菌是无毒性的 D.说明加热致死的S型细菌是无致病性的 考点一 细胞的多样性和统一性 【学以致用】 趁热打铁 2.某研究小组以肺炎链球菌为实验材料，进行了以下4组实验。其中会导致小鼠死亡的一组是 A.S型菌的细胞提取物 +DNA酶→与R型活菌混合→注入小鼠体内 B.R型菌的细胞提取物 +DNA酶→与S型活菌混合→注入小鼠体内 C.R型菌 +DNA酶→高温灭活后冷却→与S型菌的DNA混合→注入小鼠体内 D.S型细菌 +DNA酶→高温灭活后冷却→与R型菌的DNA混合→注入小鼠体内 考点一 细胞的多样性和统一性 【学以致用】 趁热打铁 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? 考点一 细胞的多样性和统一性 三、噬菌体侵染细菌的实验 (1)赫尔希和蔡斯选用的实验材料是什么？噬菌体的生活方式是什么？噬菌体的结构成分？噬菌体侵染细菌的过程？ (2)噬菌体侵染细菌的实验思路是什么？研究方法是什么？如何标记噬菌体？(3)在实验过程中进行搅拌和离心的目的分别是什么？ (4)35S标记噬菌体组上清液放射性很高说明什么？ (5)35S标记噬菌体组沉淀物放射性很低的原因是什么？ (6)32P标记噬菌体组沉淀物放射性很高说明什么？ (7)32P标记噬菌体组上清液放射性很低的原因是什么？ (8)基于实验过程及现象分析，能够得出什么实验结论？ 【活动2】阅读课本p45-46， 思考回答以下问题： 考点一 细胞的多样性和统一性 (1)科学家 美国遗传学家赫尔希及其助手蔡斯 (2)实验材料 赫尔希 蔡斯 尾部 头部 DNA 蛋白质 T2噬菌体繁殖时会将遗传物质注入大肠杆菌，然后利用大肠杆菌的物质和场所合成子代噬菌体 噬菌体侵染细菌过程 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 考点一 细胞的多样性和统一性 放射性同位素标记法 DNA和蛋白质哪一种物质进入了大肠杆菌体内？ DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？ 放射性分别标记DNA和蛋白质 选择什么元素进行放射性标记 （C、H、O、N、S） ——用32P标记 ——用35S标记 尾部 头部 DNA 蛋白质 （C、H、O、N、P） 思考：能不能标记C、H、O、N？ (3)科学方法 (4)实验思路 将DNA与蛋白质等分开，单独地去观察它们各自的作用。 考点一 细胞的多样性和统一性 (5)实验过程 思考:如何获得分别含35S、32P标记的噬菌体？ 思考：能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？ 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。 含放射性同位素35S培养基 培养大肠杆菌 大肠杆菌（含35S） T2噬菌体（含35S） 培养噬菌体 含放射性同位素32P培养基 培养大肠杆菌 大肠杆菌（含32P） T2噬菌体（含32P） 培养噬菌体 ①培养带标记的T2噬菌体 考点一 细胞的多样性和统一性 标记大肠杆菌 标记T2噬菌体 带标记的噬菌体侵染未标记的细菌(短时间保温) 搅拌 离心 观察放射性的分布情况 目的: 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 目的: 为噬菌体繁殖提供适宜并恒定的温度，让噬菌体充分侵染大肠杆菌 目的: 让上清液中析出重量较轻的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 上清液 沉淀物 (T2噬菌体) (被侵染的大肠杆菌) ②标记的噬菌体侵染细菌 (5)实验过程 考点一 细胞的多样性和统一性 (6)实验结果 35S标记的噬菌体 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S 上清液放射性很高 用35S标记的噬菌体与大肠杆菌混合 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 32P标记的噬菌体 子代噬菌体中含32P 上清液放射性很低 沉淀物放射性很高 用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合 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 侵染时，噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内 T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌 考点一 细胞的多样性和统一性 (7)实验结论 ➡因此，DNA才是噬菌体的遗传物质。 ①噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。 ②子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。 考点一 细胞的多样性和统一性 【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 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。 考点一 细胞的多样性和统一性 【知识拓展】 课本知识迁移 【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 部分噬菌体未侵染 大肠杆菌 部分细菌裂解，噬菌体释放出来 实际上 理论上 上 清 液 沉 淀 物 释放 实际上 保温时间 短 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。 考点一 细胞的多样性和统一性 【知识拓展】 课本知识迁移 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 设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们的功能。 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,但不能证明蛋白质不是遗传物质 格里菲思 艾弗里及其同事 赫尔希和蔡斯 加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”。 【归纳总结】DNA 是主要的遗传物质:三个实验的对比 考点一 细胞的多样性和统一性 3.某校生物研究性学习小组模拟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 考点一 细胞的多样性和统一性 【学以致用】 趁热打铁 4.用不同标记的噬菌体侵染不同标记的细菌，经短时间的保温培养、充分搅拌和离心处理后，下列预期的实验结果中，错误的是 A.用含3H标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放 射性 B.用未标记的噬菌体侵染14C标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性 C.用含32P标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，上清液和沉淀物中可能均有 放射性 D.用含35S标记的噬菌体侵染32P标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性 考点一 细胞的多样性和统一性 【学以致用】 趁热打铁 5.(2024·菏泽高一阶段检测)如图为“噬菌体侵染细菌的实验”的流程图，下列有关该实验的叙述，正确的是 A.实验中噬菌体是用含35S的培养基直接培养并标记的 B.噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质 C.35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中，若搅拌不充分，上清液中的放射性会降低 D.32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中，保温时间过长或过短都会降低上清液的放射性 考点一 细胞的多样性和统一性 曾经这样考 【学以致用】 烟草花叶病毒(TMV) 被烟草花叶病毒感染的烟草 有些病毒不含DNA，只含蛋白质和RNA，如新冠病毒、艾滋病毒和烟草花叶病毒。 请设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质是什么。 这类病毒的遗传物质是什么？ 流感病毒 SARS病毒 新型冠状病毒 考点一 细胞的多样性和统一性 三、DNA是主要的遗传物质 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 (1)实验过程及现象 (2)实验结论： 是烟草花叶病毒的遗传物质， 不是烟草花叶病毒的遗传物质。 RNA 蛋白质 1.RNA是遗传物质的证据 考点一 细胞的多样性和统一性 蛋白质1 TMV2 RNA2 蛋白质2 蛋白质1+RNA2 TMV2 TMV1 RNA1 蛋白质2+RNA1 TMV1 实验结论：重组病毒所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系 烟草花叶病毒重建实验示意图 考点一 细胞的多样性和统一性 生物类型 所含核酸 遗传物质 举例 细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌 原核生物 细菌、蓝细菌 非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体 RNA数病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒 DNA和RNA DNA RNA DNA RNA DNA 2.DNA是主要的遗传物质 绝大多数生物的遗传物质是 ，只有少数生物的遗传物质是 。所以说DNA是主要的遗传物质。 DNA RNA 【易错】 对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质； 对具体某个生物体来说，遗传物质只能是DNA (RNA)，不能加“主要”二字 考点一 细胞的多样性和统一性 6.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 考点一 细胞的多样性和统一性 【学以致用】 趁热打铁 7.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别感染健康烟叶，结果如图乙。科学家将不同病毒的遗传物质与蛋白质重新组合形成“杂种病毒”，然后感染健康烟叶，如图丙。依据实验，下列推论正确的是 A.图甲实验结果说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶 B.图乙实验结果说明TMV的蛋白质外壳能感染烟叶 C.图丙实验结果是烟叶被感染，并且出现b病斑 D.杂种病毒产生的子代具有TMV的蛋白质外壳 考点一 细胞的多样性和统一性 【学以致用】 趁热打铁 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 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 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 提醒：具体某种或某一类生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。 考点一 细胞的多样性和统一性 【学以致用】 趁热打铁 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 教材课后习题·概念检测 考点一 细胞的多样性和统一性 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 考点一 细胞的多样性和统一性 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 考点一 细胞的多样性和统一性 $