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

第3章 基因的本质 第一节 DNA是主要的遗传物质 授课人： 1 01 科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？ 02 为什么说DNA是主要的遗传物质？ 03 什么是“加法原理”和“减法原理”？ 04 你对科学发现的过程和方法有哪些领悟? F O C U S 本节聚焦 2 3 问题探讨 20世纪中叶，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。 1.你认为遗传物质应该具有什么特点？ 2.你认为要想说明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？ ① 储存大量的遗传信息 ② 结构比较稳定 ③ 可以准确地复制并传递给下一代等 例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。 P42 问题探讨第二题为开放题，答案不唯一,同位素标记法，分离提纯法 4 遗传物质是DNA还是蛋白质？ 一、对遗传物质的早期推测 染色体主要组成成分蛋白质和DNA 染色体能连续和稳定的遗传 孟德尔提出性状由遗传因子控制 摩尔根证明基因位于染色体上 5 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。 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 20世纪20年代 20世纪30年代 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 对DNA结构没有清晰认识 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 蛋白质形成过程示意图 一、对遗传物质的早期推测 “我们表示怀疑！” 艾弗里 赫尔希 格里菲思 蔡斯 首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的是谁？他做了什么实验？ 7 二、肺炎链球菌菌转化实验 体内转化实验 格里菲思 实验材料： 小鼠 肺炎链球菌 肺炎链球菌特点 多糖荚膜 菌落表面特征 毒性 S型细菌 R型细菌 有 光滑（Smooth） 有 无 粗糙（Rough） 无 S型菌电镜图 S型光滑菌落 R型粗糙菌落 此处的多糖相当于S型菌的盔甲，可以保护S型菌逃过免疫系统的监视，最后使小鼠患并发症败血症而死·（新教材 P43 相关信息） 8 二、肺炎链球菌菌转化实验 体内转化实验 格里菲思 小鼠死亡 分析实验现象，提出小鼠之死的可能假说，设计实验验证假说 假说： ①R型活细菌导致小鼠死亡。 ②加热杀死的S型菌导致小鼠死亡。 ③R型活细菌与加热致死的S型共同起作用导致小鼠死亡。 验证： 用R型活细菌或热杀死的S型菌分别注射小鼠，观察现象。 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 加热致死的原理： 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;当温度降至55 ℃以下时，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性不能恢复。 9 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活菌 第四组 加热致死的S型细菌 小鼠不死亡 第三组 S型 活细菌 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 第二组 R型 活细菌 小鼠不死亡 第一组 二、肺炎链球菌菌转化实验 体内转化实验 格里菲思 10 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活菌 第四组 加热致死的S型细菌 小鼠不死亡 第三组 S型 活细菌 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 第二组 R型 活细菌 小鼠不死亡 第一组 二、肺炎链球菌菌转化实验 体内转化实验 格里菲思 无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌，而且这种性状的转化是可以遗传的。 （1）前两组实验的作用？ （2）第3组实验与哪一组形成对照？说明什么问题？ （3）第4组实验与哪一组结果相同？说明什么，如何验证？ （4）第4组结果出现的原因是什么？ 对照。 与第二组，说明只有活的S型细菌可以使小鼠患败血症死亡。 与第二组，说明第四组产生活的S型细菌，可以在尸体中分离到S型细菌 从格里菲思的实验中，对我们设计实验有什么启示？ 实验中要控制单一变量和设置对照组 11 二、肺炎链球菌菌转化实验 推论： 格里菲思体内转化实验 加热杀死S型菌 加热杀死的S型菌含有促成转化的活性物质—“转化因子” R型活菌 S型活菌 转 化 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA…… 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 加热杀死的S型菌体内含有多种物质， 究竟谁是转化因子？ 12 二、肺炎链球菌菌转化实验 艾弗里体外转化实验 实验材料： 肺炎链球菌 细菌培养基 艾弗里 究竟谁是转化因子？ 如何设计实验来证明？ 实验思路分析： 如果你是艾弗里， 想知道转化因子究竟是什么物质， 你有什么思路吗? 如果能够获得S 型菌的各组分获得纯净物， 你又如何设计这个实验?请写出实验设计图解。 实际上由于技术手段的限制，很难人为得到S型菌各组分的纯净物，又该怎么办呢？ 将 S 型菌各种组分提纯后，再分别去研究它们的作用 采用控制单一变量法，分别研究他们各自的作用 减法原理，每个实验组利用酶解法特异性的去除某种物质，研究去除的这种物质对实验结果的影响 （加法原理） 根据格里菲斯实验的启示，启发引导学生，利用单一变量原则与对照原则设计艾弗里实验，实际上根据艾弗里论文所展示的实验方法中，并没有对S型菌中的各种组分，进行分离提纯，而是采用酶解法，逐一去除某一因素，最后再相互对照研究，得出DNA是遗传物质这一结论，最后采用适当方法将DNA提取出来，并进行相关理化性质（如N/P比值，电泳分析等）的研究，最后发现，均与DNA的特性相类似，从正反两个角度对DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质，这一结论进行论证，具有很强的说服力。 参考文献 [1] 刘永生,周云. 对人教版“艾弗里实验”表述的质疑[J]. 中学生物教学, 2010, (12): 33-34. [2] 张翮,翁屹. 艾弗里转化实验引发的思考[J]. 广西民族大学学报(自然科学版), 2013, 19(3): 31-36. 13 二、肺炎链球菌菌转化实验 科学方法 P46 自变量控制中的”加法原理”和“减法原理” 1.加法原理 与常态比较，人为增加某种影响因素。 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，实验组分别作加热、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。 2.减法原理 与常态比较，人为去除某种影响因素。 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。 14 二、肺炎链球菌菌转化实验 艾弗里体外转化实验 关键思路：设法去除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。 实验结果分析： ① 只有提取物中含有DNA才发生转化 ② DNA纯度越高，转化效率越高 ③ 用DNA酶处理DNA后，停止转化 15 二、肺炎链球菌菌转化实验 艾弗里体外转化实验 实验结果分析： ① 只有提取物中含有DNA才发生转化 ② DNA纯度越高，转化效率越高 ③ 用DNA酶处理DNA后，停止转化 艾弗里等人进一步分析细胞提取物的理化特性（如N/P比值，酶学分析、电泳分析等），发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 艾弗里的肺炎链球菌实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 16 二、肺炎链球菌菌转化实验 艾弗里体外转化实验 为什么 S 型菌的DNA 能使 Ｒ 型菌发生转化? 这种转化的实质是什么? 实验过程归纳： S 型菌的基因整合到了Ｒ 型菌的 DNA 中，并且表达出来。 转化的实质是基因重组。 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 17 艾弗里的实验不被人接受主要有以下几方面的原因： 受技术手段限制，提取的DNA纯度不高。 当时科学界深信蛋白质是遗传物质。 20世纪初，生物化学家列文提出“四核苷酸假说”，认为DNA是单调重复的分子（如ATCGATCG……），这一结构很难承载复杂的遗传信息，由21种氨基酸为基本单位构成的蛋白质似乎含有无数复杂且不重复的遗传信息。而艾弗里的实验中含有微量的蛋白质，因此，很多科学家不接受艾弗里的实验结论。 二、肺炎链球菌菌转化实验 艾弗里体外转化实验 O.Avery 艾弗里等人不仅揭开“格里菲思之谜”，并且在世界上第一次用实验结果确切地证明遗传基因就在DNA上，具有划时代的意义。但遗憾的是，由于种种原因，艾弗里未获得诺贝尔奖。这不是艾弗里的遗憾，而是诺贝尔奖的遗憾。 准诺贝尔奖获得者 介绍艾弗里遗憾未获得诺贝尔奖的背景知识，一方面使学生了解艾弗里工作的重要性，另一方面，使学生了解科学理论的发展离不开实验技术的发展与支持。 18 项目 体内转化实验 体外转化实验 实验者 培养细菌 实验对照 实验结果 实验结论 两个实验 的联系 格里菲思 艾弗里及其同事 用小鼠(体内） 用培养基(体外） R型细菌与S型细菌的致病性对照 加热致死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 加热致死的S型细菌体内有转化因子 S型细菌各成分作用的相互对照 S型细菌的DNA使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌的DNA是遗传物质，而蛋白质不是 ①所用材料相同,都是肺炎链球菌(R型和S型） ②体内转化实验是基础,仅说明加热致死的S型细菌体内有转化因子,体 外转化实验进一步证明转化因子是 DNA ③两个实验都遵循对照原则、单一变量原则 课堂总结 19 拓展训练 在肺炎链球菌的转化实验中,将加热致死的S型细菌与R型细菌混合后,注射到小鼠体内,小鼠死亡,则小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是( ) B 20 拓展训练 下列关于肺炎链球菌转化实验的说法,正确的是 ( ) A.格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明了DNA是遗传物质 B.艾弗里实验中S型细菌的细胞提取物+DNA酶+R型细菌一起培养，培养基上生存的细菌都是S型细菌 C.肺炎链球菌的体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质 D.已加热致死的S型细菌中,蛋白质已经失去活性,而DNA仍具有活性 D 21 三、噬菌体侵染细菌实验 赫尔希 蔡斯 实验材料： T2噬菌体 大肠杆菌 T2噬菌体是专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，用自身遗传物质和大肠杆菌体内的物质进行繁殖 22 三、噬菌体侵染细菌实验 T2噬菌体的模式图 赫尔希 蔡斯 实验材料： T2噬菌体 DNA 蛋白质 大肠杆菌 头部 尾部 23 三、噬菌体侵染细菌实验 实验思路分析 24 三、噬菌体侵染细菌实验 T2噬菌体的模式图 DNA 蛋白质 (占40%，含C、H、O、N、P) (占60%，含C、H、O、N、S) ① 如何将噬菌体的DNA和蛋白质区分开，单独进行研究？ 实验方法： 放射性同位素标记法 ② 用35S和32P分别标记噬菌体的哪一种组分？为什么？ 用35S标记蛋白质；用32P标记DNA，因为仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。（P45相关信息） 不能，因为C和O这两种元素在DNA和蛋白质中都存在，无法区分二者。 ③ 用14C和18O等同位素可行吗，为什么？ 实验思路分析 25 三、噬菌体侵染细菌实验 T2噬菌体的模式图 DNA 蛋白质 (占40%，含C、H、O、N、P) (占60%，含C、H、O、N、S) 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。 先培养细菌 含35S的培养基+大肠杆菌 含35S的大肠杆菌 含32P的培养基+大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 再培养噬菌体 含35S大肠杆菌 +T2噬菌体 含35S T2的噬菌体 含32P大肠杆菌 +T2噬菌体 含32P T2的噬菌体 ④ 如何培养含放射性35S和32P的T2噬菌体？能否直接用含35S、32P的培养基来培养？ 实验思路分析 26 三、噬菌体侵染细菌实验 实验过程 标记细菌　　　 标记噬菌体 噬菌体侵染未标记的细菌 搅拌离心　 观察放射性的分布 （短时间保温） 吸附 注入 合成 组装 释放 观察以下动画，总结噬菌体侵染大肠杆菌的过程 短时间保温原因： 保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌； 保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 27 三、噬菌体侵染细菌实验 实验过程 标记细菌　　　 标记噬菌体 噬菌体侵染未标记的细菌 搅拌离心　 观察放射性的分布 搅拌 离心并检测放射性 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌 28 三、噬菌体侵染细菌实验 实验过程 分别用35S或32P标记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 35S标记的噬菌体 ： 上清液放射性很高， 沉淀物放射性很低。 子代噬菌体中无35S 上清液放射性很低， 沉淀物放射性很高。 子代噬菌体中含32P 29 三、噬菌体侵染细菌实验 实验结果分析 不能证明蛋白质不是遗传物质 35S标记的噬菌体 35S标记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 沉淀物放射性很低? 子代噬菌体中无35S 上清液放射性很高 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，随细菌离心到沉淀物中 说明：T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。 注意：不能说明蛋白质不是遗传物质。（有争议），由于有相关的题目出现，授课还是要坚持PPT中观点 参考文献： 赫尔希-蔡斯实验能否证明“蛋白质不是遗传物质”？ 30 32P标记的噬菌体 三、噬菌体侵染细菌实验 实验结果分析 32P标记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 沉淀物放射性很高 子代噬菌体中含32P 上清液放射性很低？ 说明：T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌 说明：DNA是真正的遗传物质 保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌； 保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 噬菌体侵染细菌实验证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质 31 三、噬菌体侵染细菌实验 ①35S标记的实验发现沉淀物中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。 ②32P标记的实验发现上清液中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 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。 实验结果分析 32 三、噬菌体侵染细菌实验 思考∙讨论P46 1、个体很小，结构简单，易于观察由遗传物质改变导致的结构和功能的变化；繁殖快，细菌20-30min就可以繁殖一代，病毒可在短时间内大量繁殖。 2、巧妙运用减法原理，人为去掉某个影响因素后，观察对实验结果的影响。最大的困难是如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）。 3、艾弗里：细胞培养技术、物质的提纯和鉴定技术等； 赫尔希：噬菌体培养技术、同位素标记法、物质的提取和分离等技术。 启示：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。 33 三、噬菌体侵染细菌实验 两个经典实验的比较 艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验 处理方式 对照原则 实验结论 设计思路 酶解法特异性去除某物质 同位素标记法 去除S型细菌细胞提取物的某成分后，分别与R型细菌混合培养形成相互对照 分别标记噬菌体DNA和蛋白质的两组实验相互对照 设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究各自不同的遗传功能 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 证明DNA是遗传物质，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内） 34 四、RNA也是遗传物质 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 新型冠状病毒 研究证明，遗传物质除了DNA，还有RNA。 科学家是怎么证明RNA也是遗传物质的？ 目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。 35 四、RNA也是遗传物质 如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？ 36 四、RNA也是遗传物质 结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 蛋白质 RNA 分别侵染健康烟草植株 患病 不患病 得到病毒 不能得到病毒 ： RNA 蛋白质 37 四、RNA也是遗传物质 病毒重建实验示意图 绝大多数生物的遗传物质是DNA，存在少数以RNA为遗传物质的病毒，所以DNA是主要的遗传物质 38 四、RNA也是遗传物质 即时练习 DNA或RNA DNA DNA （2）烟草的遗传物质是什么？ DNA 1. （1）动物和人体的遗传物质是什么？ （3）细菌的遗传物质是什么？ （4）一切生物的遗传物质是什么？ （5）病毒的遗传物质是什么？ 核酸（DNA或RNA） 2.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述中，不正确的是(　　) A.DNA是绝大多数生物的遗传物质 B.有些生物的遗传物质是RNA C.在真核生物中，DNA和RNA都是遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质 D.核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质 C 39 四、RNA也是遗传物质 即时练习 3.下列有关人类对遗传物质探索历程的叙述，错误的是( ) A.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验证明了S型细菌中存在一种转化因子 B.艾弗里及其同事的肺炎双球菌体外转化实验证明DNA是遗传物质 C.赫尔希和蔡斯的实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 D.烟草花叶病毒侵染烟草的实验证明RNA是遗传物质 C 40 四、RNA也是遗传物质 即时练习 4、下图是T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的部分步骤示意图，下列对此实验的有关叙述，正确的是(　　) A．本实验使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的 B．本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA C．实验中采用搅拌和离心等操作是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性 D．在新形成的噬菌体中没有检测到35S，说明噬菌体的遗传物质是DNA，不是蛋白质 B 41 细胞结构生物 原核生物 真核生物 遗传物质是DNA 非细胞结构生物 遗传物质是RNA 含DNA的病毒： 含RNA的病毒： 生物 4.由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。但肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质。 3.在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。 2.凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物质是DNA。 1.一切生物的遗传物质是核酸。 课堂总结 五、练习与应用 概念检测 （P47） 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 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 D A 43 五、练习与应用 拓展应用 （P47） 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。请分析子代噬菌体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。 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： 能够精确的自我复制； 能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程， 具有储存遗传信息的能力， 结构比较稳定，特殊情况下可以发生突变等等。 44 思维拓展 如何设计实验利用同位素标记法确认某病毒的遗传物质是DNA还是RNA？ DNA特有的碱基为T RNA特有的碱基为U 因此可分别用含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸以及含3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸去培养病毒，检测子代病毒的放射性，确定遗传物质的种类。 45 THANKS 谢谢聆听 Lavf57.41.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.46 $