3.1 DNA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

第三章基因的本质 第1节DNA是主要的遗传物质 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 教学目标 核心素养 1.掌握肺炎双球菌体内和体外转化实验的过程和结论。(重点、难点) 2.掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结果的分析。(重点、难点) 3.理解“DNA是主要的遗传物质”的内涵和理由。(重点) 生命观念：DNA是主要的遗传物质。 科学思维：“加法原理”和“减法原理”。 科学探究：三大实验的方法和结论。 社会责任：生物信息学及其应用。 前情回顾：名人榜 孟德尔 1866年提出“遗传因子”，并总结遗传规律 约翰逊 1909年把“遗传因子”命名为基因 萨 顿 1903年提出基因在染色体上的假说 摩尔根 1909年实验证明基因位于染色体上 DNA ? 蛋白质 科学家发现：染色体的主要组成成分是 DNA和蛋白质 20世纪中叶 20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种物质，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物界激烈的讨论 你认为遗传物质可能具有什么特点？ 问题探讨 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 你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些? 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等。科学家为了证明也做了很多实验，今天我们就跟随科学家的步伐一起进行学习。 4 20世纪30年代： DNA是由4种脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。4种脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏遗传信息。 20世纪20年代： 蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。21种氨基酸排列顺序蕴藏遗传信息。 蛋白质 基本单位：常见的21种氨基酸 核酸 基本单位：4种脱氧核苷酸 一、对遗传物质的早期推测 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 课本P42 2.对比1.2组的实验现象，这说明了什么？ 4.4组小鼠为什么会死亡呢？ 5.对比2.3.4组的实验现象，这说明了什么？ 1.R型菌落和S型菌落的特征是什么？ 3.对比2.3组的实验现象，这说明了什么？ 二、肺炎链球菌转化实验 1.格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验 观看视频并阅读课本43页内容，回答下列问题： （1）.实验材料： 肺炎链球菌、小鼠 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 菌体 有无毒性 表面光滑 表面粗糙 可致病，使人和小鼠患肺炎， 小鼠并发败血症死亡 无 多糖类的荚膜 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 P43 相关信息：有荚膜的肺炎链球菌可抵抗小鼠体内吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在小鼠体内生活并繁殖。 菌落是由细菌在固体培养基中形成的肉眼可见的细胞群落。 S型肺炎链球菌有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑。R型肺炎链球菌缺乏多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙。 R型细菌感染人或动物时，容易被吞噬细胞吞噬并杀死，因此R型细菌不具有致病性。S型细菌的荚膜可以抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生活并繁殖，因此具有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发白血症死亡。 7 过程 与 分析 结论 1.R型活细菌 2.S型活细菌 3.加热杀死的S型细菌 4.R型活细菌+加热杀死的S型细菌 注射 注射 混合 注射 小 鼠 不死亡 死亡 死亡，分离 出S型活细菌 不死亡 注射 R型菌无毒性 S型菌有毒性 加热杀死的S型菌失去毒性 ①加热杀死的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” 这种转化因子究竟是什么物质呢？ 1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 P43 （2）、实验过程和结果分析： R型活菌 S型活菌 转化 加热杀死S型菌 ②这种性状的转化是可以遗传的。 二、肺炎链球菌的转化实验 在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 但究竟哪一个才 是转化因子呢？ 思考：如何设计实验来进一步探究？请说出你的实验思路。 多糖类的荚膜 思路1：将加热致死的S型菌各种物质分离提纯后与R型菌混合，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种成分后，观察能否将R型菌转化。 注意：学生互动4 结果分析: a.第①组实验表明： b.加蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是什么？ S型细菌的细胞提取物可以促进R型细菌转化为S型细菌 c.第②③④组实验表明： 二、肺炎链球菌转化实验 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 活动：阅读教材p44艾弗里的实验内容，将下图补充完整，并思考下列问题 去除S型菌的细胞提取物中的蛋白质或RNA或脂质，但其他物质都有 说明蛋白质、RNA和脂质都不是转化因子 二、肺炎链球菌转化实验 2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 第⑤组实验表明 S型细菌的细胞提取物经DNA酶处理后失去转化活性 4）、结论 ① 才是使R型细菌产生稳定遗传 变化的物质。 DNA ②蛋白质等其他物质不是遗传物质。 只有部分R型菌发生转化 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 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质： 蛋白质变性失活，但DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复其活性 ①常温放置 H2O2溶液 ②90℃加热 ③加2滴FeCl3溶液 ④加2滴H2O2酶 S型细菌的细胞提取物 （含DNA、RNA、蛋白质等） 去掉蛋白质 去掉RNA 去掉DNA “加法原理” 与常态比较，人为增加某种影响因素。 “减法原理” 与常态比较人为去除某种影响因素。 科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”（P46） 1．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。 (　　) 2．格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。 (　　) 3．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。 (　　) 蛋白质变性/盐析：没有破坏肽键 蛋白质变性/盐析（肽键）+双缩脲试剂→紫色 × × 格里菲思只证明了加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子 × R 三、噬菌体侵染细菌的实验 P44 2 实验材料: T2噬菌体、大肠杆菌 1 实验者: 赫尔希、蔡斯 T2噬菌体模式图 尾部 头部 DNA 蛋白质外壳 1. T2噬菌体的结构及生活方式(P45) ①生活方式： 是专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 ②结构： DNA 头部： 尾部: 蛋白质 ③噬菌体侵染大肠杆菌的过程： 吸附 注入 合成 组装 释放 课本P45 噬菌体的遗传物质是什么？ (C、H、O、N、P) （C、H、O、N、S等） （ 35S标记） （ 32P标记） 15 + 培养 培养 35S标记的 _______ 32P标记的 _______ T2噬菌体 T2噬菌体 T2噬 菌 体 4 赫尔希和蔡斯的实验过程 （1）培养带标记的T2噬菌体 思考：如何标记噬菌体？能否用含35S或32P的培养基直接培养噬菌体，使其蛋白质或DNA带上标记？ + 培养 含32P的 _________ 大肠杆菌 含32P的细菌培养基 大肠杆菌 含35S的 _________ 大肠杆菌 含35S的细菌培养基 + 培养 大肠杆菌 甲组 乙组 3 实验方法 同位素标记法 32P标记DNA，用35S标记蛋白质 目的：将DNA和蛋白质分开，单独观察它们的作用 三、噬菌体侵染细菌的实验 P44 三、噬菌体侵染细菌的实验 P45 (2)T2噬菌体侵染大肠杆菌 标记的噬菌体侵染 未标记大肠杆菌 搅拌 离心 短时间保温 ①适宜时长保温的目的： 让噬菌体的遗传物质有足够时间注入到大肠杆菌体内 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T2噬菌体颗粒 ②搅拌的目的: ③离心的目的： 保温时间过短： 保温时间过长： 部分噬菌体还未侵染大肠杆菌 部分子代噬菌体已经释放 T2噬菌体颗粒 被侵染的大肠杆菌 在新形成的噬菌体中没有检测到35S 细菌裂解 沉淀物的放射性很 上清液的放射性很 离心后 搅拌后离心 35S标记的噬菌体与细菌混合 35S标记的噬菌体 高 低 三、噬菌体侵染细菌的实验 P45 甲组 结果分析 甲组 蛋白质外壳没有进入大肠杆菌 搅拌不充分 搅拌不充分 实际上 理论上 上清液 沉淀物 T2噬菌体颗粒 被侵染的大肠杆菌 在新形成的噬菌体中检测到32P 细菌裂解 沉淀物的放射性很 上清液的放射性很 离心后 搅拌后离心 32P标记的噬菌体 与细菌混合 32P标记的噬菌体 低 高 三、噬菌体侵染细菌的实验 P45 乙组 结果分析 甲组 乙组 蛋白质外壳没有进入大肠杆菌 DNA进入大肠杆菌,DNA可以传给子代噬菌体 保温时间过短 或过长 离心时间过短 理论上 上清液 沉淀物 T2噬菌体颗粒 被侵染的大肠杆菌 保温时间短 或保温时间长 5 实验结论 DNA才是真正的遗传物质 三、噬菌体侵染细菌的实验 P45 注意：不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内 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 C. 病毒中有DNA，但没有蛋白质 A B. 遗传物质包括蛋白质和DNA D. 细菌中有DNA，但没有蛋白质 练习与应用P47 思考.讨论（P46） 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？ 【参考答案】1）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。 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。 思考.讨论（P46） 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？ 【参考答案】1）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。 2）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（P46） 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？ 【参考答案】1）艾弗里采用的主要技术手段：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：噬菌体培养技术、放射性同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。 2）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。 四、DNA是主要的遗传物质 P46 1、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 烟草花叶病毒组分单独侵染烟草实验 (1)实验过程及现象 RNA 蛋白质 (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 四、DNA是主要的遗传物质 P46 生物类型 所含核酸 遗传物质 举例 细胞 生物 真核生物 DNA和RNA _____ 动物、植物、真菌 原核生物 _____ 细菌 非细胞生物 DNA病毒 仅有DNA _____ T2噬菌体、乙肝病毒 RNA病毒 仅有RNA _____ 烟草花叶病毒、HIV病毒 DNA DNA DNA RNA 细胞生物：真核生物与原核生物的遗传物质是DNA 非细胞生物：病毒的遗传物质是DNA或RNA 生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而 。就生物个体而言，其遗传物质是唯一的。 DNA是主要的遗传物质 2、判别生物体内核酸的种类及遗传物质 Classroom Summary 课堂小结 DNA是主要的遗传物质 DNA is the primary genetic material 基因的本质 The essence of genes 格里菲斯的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 转化因子是什么 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 的遗传物质（艾弗里） DNA是T2噬菌体 的遗传物质 DNA是细胞生物和DNA病毒的遗传物质 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据 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 C. 病毒中有DNA，但没有蛋白质 A B. 遗传物质包括蛋白质和DNA D. 细菌中有DNA，但没有蛋白质 练习与应用P47 3.下列关于生物遗传物质的叙述中，正确的是(　　) A．细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA B．所有生物的遗传物质都是DNA C．具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是RNA D．生物的遗传物质是DNA或RNA，具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA D 练习与应用P47 4. 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。 试分析子代噬菌体的蛋白质外壳的来源。 实验表明，噬菌体在感染大肠杆菌时，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的外面。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。 练习与应用P47 5.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌休侵染细菌的实验。 分析DNA作为遗传物质所具备的特点。 肺炎双球菌转化实验和噬菌体感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条件：能够精确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的能力；结构比较稳定，但又能发生突变，且突变后还能继续复制并遗传给后代等。 练习与应用P47 Lavf58.20.100 $