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

第一节 DNA是主要的遗传物质 第3章 基因的本质 遗传物质探索之路 19世纪中期：孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由遗传因子控制。 1909年：约翰逊把遗传因子命名为基因 1903年：萨顿通过对蝗虫细胞观察得出假说：基因位于染色体上。 1909年：摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于染色体上。 20世纪中期：科学家发现：染色体主要组成成分DNA和蛋白质。 对遗传物质的早期推测 对遗传物质的早期推测 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。 遗传物质具有什么特点？ 可储存大量遗传信息 可精确自我复制并遗传给后代 结构和性质比较稳定 可以控制生物的性状（蛋白质的合成） 20世纪20年代 大多数科学家认为 蛋白质是生物体的遗传物质 蛋白质是多种 连接而成的生物大分子；氨基酸按不同顺序排列形成不同蛋白质。 氨基酸多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息。 20世纪30年代 认为蛋白质是遗传物质的观点 仍占主导地位。 DNA由许多 聚合而成的生物大分子；脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定碱基。 但对DNA的结构没有清晰的了解 对遗传物质的早期推测 氨基酸 脱氧核苷酸 4 肺炎链球菌的转化实验 格里菲斯 艾弗里 肺炎链球菌体内转化实验 肺炎链球菌体外转化实验 【合作探究一】阅读教材P43文字及图3-2 肺炎链球菌体内转化实验的实验材料有哪些？ 对比一组和二组、三组和四组的实验现象，你能得到什么结论？ 第四组小鼠为什么会死亡呢？ 第四组活的S型细菌是如何出现的？ 什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？ 肺炎链球菌的体内转化实验 1.科学家： 格里菲斯【英】 2.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 肺炎链球菌的体内转化实验 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 肺炎链球菌的体内转化实验 小鼠不死亡 第一组 小鼠死亡,小鼠体内分离出S型活细菌 第二组 小鼠不死亡 第三组 小鼠死亡,小鼠体内分离出S型活细菌 第四组 注射 R型活细菌 注射 S型活细菌 注射 加热致死的S型细菌 R型活细菌与加热致死S型细菌混合后注射 ①对比第一、二组的实验现象，这说明了什么？ S型细菌有毒性，R型细菌无毒性。 ②对比分析第2组和第3组的实验现象，说明什么？ 加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。 肺炎链球菌的体内转化实验 小鼠不死亡 第一组 小鼠死亡,小鼠体内分离出S型活细菌 第二组 小鼠不死亡 第三组 小鼠死亡,小鼠体内分离出S型活细菌 第四组 注射 R型活细菌 注射 S型活细菌 注射 加热致死的S型细菌 R型活细菌与加热致死S型细菌混合后注射 ③第四组小鼠为什么会死亡呢？ 活的R型细菌转变成了活的S型细菌。 ④第四组活的S型细菌如何出现？ ⑤什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？ 加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。 体内有活的S型细菌。 肺炎链球菌的体内转化实验 R型活菌+加热杀死S型菌→S型活菌 小鼠死亡,小鼠体内分离出S型活细菌 第四组 怎么解释？ “转化因子”？ R型活菌 S型活菌 转化 肺炎链球菌的体外转化实验 设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用。 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 证明哪种物质是转化因子，实验中最关键的设计思路是什么？ 【探究活动2】 阅读课本p44， 小组合作完成以下任务。 讨论 (1)艾弗里和他的同事采用什么方法将S型细菌体内物质分离开？ (2)请完成以下表格 组别 S型细菌细胞提取物的处理方法 R型活细菌的培养基 实验结果 第1组 S型细菌细胞提取物 加入有R型活细菌的培养基中 第2组 第3组 第4组 第5组 肺炎链球菌的体外转化实验 不处理 既有R型菌落也有S型菌落 (1)第一组的实验结果说明什么？ S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。 +蛋白酶 既有R型菌落也有S型菌落 +RNA酶 既有R型菌落也有S型菌落 +酯酶 既有R型菌落也有S型菌落 +DNA酶 只有R型菌落 (2)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。 (3)第一至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。 12 肺炎链球菌的体外转化实验 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 同时也证明了蛋白质、RNA、脂类并不是转化因子 加法原理 与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，利用了“加法原理”。 减法原理 与常态相比，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如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，这利用了“减法原理”。 科学方法 2.被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数。 注意： 1.艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质； 肺炎链球菌的体外转化实验 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质： 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 课外拓展 随堂演练 1.加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体中提取到的细菌全部是S型活细菌（ ） 2.艾弗里的实验证明S型肺炎链球菌的DNA可以使小鼠死亡( ) 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( ) × × × 2．一定波长的紫外线可使菌体的蛋白质和核酸变性。用波长260nm的紫外线杀死S型肺炎链球菌，与活的R型菌混合后一起注射到小鼠体内。下列情况最不可能出现的是（　　） A．小鼠死亡，体内只有活的S型菌 B．小鼠存活，体内只有活的R型菌 C．小鼠死亡，体内有活的S型菌和R型菌 D．小鼠存活，体内没有活的S型菌和R型菌 A 若小鼠死亡，则小鼠体内发生转化，R型菌可能部分转化为S型菌，小鼠体内有两种细菌。 随堂演练 18 3．某兴趣小组对格里菲思的实验进行了改良，将R型细菌、S型细菌、加热杀死的S型细菌、加热杀死的S型细菌和R型细菌的混合物分别接种到甲、乙、丙、丁四个相同的培养基上，在适宜的无菌条件下进行培养，一段时间后，菌落的生长情况如图所示。下列有关叙述正确的是（　　） D A．该实验中的自变量有培养基成分、培养时间等 B．该实验的因变量是培养基中接种物质的种类和培养基上生长的菌落种类 C．以上实验结果能证明加热杀死的S型细菌的DNA已进入R型细菌中 D．丁中出现的S型菌落不都是由R型细菌转化而来 培养基中接种物质的种类 培养基上生长的菌落种类 以上实验结果只能说明加热杀死的S型菌可以使R型菌发生转化，不能说明加热杀死的S型菌的DNA已进入R型菌中 19 噬菌体侵染细菌实验 赫尔希 蔡斯 噬菌体侵染细菌实验 【合作探究二】阅读教材P44-46页文字及示意图 噬菌体侵染细菌实验所用实验材料有哪些优点？ 通过阅读教材文字及示意图，归纳概括噬菌体侵染细菌的实验步骤。 归纳赫尔希和蔡斯的实验运用了的科学实验方法。 为什么放射性同位素32P标记组放射性主要出现在离心管沉淀物中？ 为什么放射性同位素35S标记组放射性主要出现在上清液中？ 为什么子代噬菌体可检测到32P标记DNA，检测不到35S标记蛋白质？ 噬菌体侵染细菌实验 实验材料： 实验方法： T2噬菌体、大肠杆菌 T2噬菌体 （含C、H、O、N、 ） 组成： （含C、H、O、N、 ） 蛋白质和DNA 生活方式： 专门寄生于大肠杆菌中 P S 放射性同位素标记法。 噬菌体侵染细菌实验 吸附 注入 合成 组装 释放 T2噬菌体只提供遗传物质(DNA)作为模板，脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大肠杆菌提供。 T2噬菌体增殖的场所是哪里？ 增殖所需原料有哪些？由谁提供？ 噬菌体侵染细菌的步骤 T2噬菌体的复制与增殖 增殖需要的条件 内容 模板 合成噬菌体DNA原料 合成T2噬菌体蛋白质 原料 场所 T2噬菌体的DNA　 大肠杆菌提供的4种脱氧核苷酸　 大肠杆菌的氨基酸　 大肠杆菌的核糖体 均来自宿主-大肠杆菌 噬菌体侵染细菌实验 24 如何单独获得只有35S或32P标记的T2噬菌体？ 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 噬菌体侵染细菌实验 标记T2噬菌体方法： 直接用含有放射性同位素的培养基来培养噬菌体。 × ②细菌+含32P的培养基 含32P的细菌 ①噬菌体+含35S的细菌 ②噬菌体+含32P的细菌 第一步：标记大肠杆菌 含35S的细菌 ①细菌+含35S的培养基 第二步：标记噬菌体 含35S的噬菌体 含32P的噬菌体 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。 4.19 5班、9班 26 制备含有放射性标记噬菌体过程示意图 离心 含35S培养基 含35S大肠杆菌 噬菌体侵染含 35S大肠杆菌 含35S噬菌体 含32P培养基 含32P大肠杆菌 噬菌体侵染含 32P大肠杆菌 含32P噬菌体 离心 噬菌体侵染细菌实验 噬菌体侵染细菌实验 使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离心的目的是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感染的大肠杆菌。 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 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S 上清液放射性很高 35S标记的噬菌体 噬菌体侵染细菌实验 实验分析 35S标记的噬菌体 为什么上清液放射性很高？ T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。 沉淀物出现放射性原因？ 搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面。 搅拌不充分 噬菌体侵染细菌实验 子代噬菌体中含32P 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 上清液放射性很低 沉淀物放射性很高 32P标记的噬菌体 噬菌体侵染细菌实验 T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。 为什么沉淀物放射性很高？ 上清液出现放射性原因？ 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。 32P标记的噬菌体 实验分析 实验结论 DNA是真正的遗传物质 释放 保温时间短 保温时间长 注意⚠ 不能证明蛋白质不是遗传物质 该实验能否说明蛋白质不是遗传物质？ 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”。 DNA 是主要的遗传物质:三个实验的对比 32 生物的遗传物质 COVID--19 SARS病毒 艾滋病病毒 流感病毒 【合作探究三】阅读教材P46页文字及示意图 只有DNA是遗传物质么？ RNA 实验材料：烟草花叶病毒、烟草。 实验过程 蛋白质 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 结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。 生物的遗传物质 生物的遗传物质 生物类型 核酸种类 遗传物质 实例 细胞 生物 真核生物 玉米、小麦、人 原核生物 乳酸菌、蓝细菌 病毒 DNA病毒 T2噬菌体 RNA病毒 烟草花叶病毒 绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质 1 4 4 2 5 8 DNA和RNA DNA DNA RNA DNA RNA 1.T2噬菌体可感染肺炎链球菌导致其裂解 （ ） 2.为获得放射性标记的T2噬菌体，可分别用含35S和32P的人工培养基培养噬菌体 ( ) 3.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 （ ） × × √ 随堂演练 1．图1表示肺炎链球菌的体外转化实验，图2表示噬菌体侵染细菌的实验。下列叙述正确的是（　　） A．图1中，对自变量的控制运用了“加法原理’ B．图1和图2的实验用了对比实验法，都说明了细菌的遗传物质是DNA C．图2中，需分别用含32P、35S的培养液培养噬菌体以制备含32P、35S的噬菌体 D．图1中，A培养基上会出现两种菌落，B培养基上只出现一种菌落 D 减法原理 说明噬菌体的遗传物质是DNA 噬菌体是病毒，需寄生在活细胞中,应先培养含放射性的细菌，再用细菌培养噬菌体。 随堂演练 37 2．许多科学家不断探究，通过一系列经典实验逐步证明了DNA是主要的遗传物质。下列叙述正确的是（　　） A．格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验直接证明了DNA是使R型菌发生稳定遗传变化的转化因子 B．艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，向培养R型活菌的培养基中加入S型菌的DNA，培养基上只会出现光滑型菌落 C．噬菌体侵染细菌实验中，用含32P的培养基直接培养T2噬菌体，对其DNA进行放射性标记 D．探究遗传物质的核心思路是将不同生物大分子分开，单独观察它们在遗传中的作用 D 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验仅证明存在"转化因子" 同时出现粗糙型(R型)和光滑型(S型)菌落 T2噬菌体是病毒，需先培养含放射性标记的大肠杆菌，再用其培养噬菌体以获得标记的噬菌体（不能直接培养噬菌体） 随堂演练 38 3．科研人员将两组噬菌体分别用32P和35S标记，再分别侵染未被标记的大肠杆菌，保温后不搅拌，直接离心，检测上清液和沉淀物的放射性强度。下列说法错误的是（    ） A．32P标记组的沉淀物放射性会显著高于上清液 B．不搅拌的操作不会影响32P标记组的实验结果 C．保温时间过长会导致32P标记组上清液放射性升高 D．该实验可直接证明蛋白质外壳未进入大肠杆菌内部 D 该实验无法直接证明蛋白质外壳未进入细菌内部。因为未搅拌，35S 标记的蛋白质外壳可能附着在细菌表面，离心时与细菌一起沉淀，导致沉淀物有放射性. 随堂演练 39 4．某科研小组在“噬菌体侵染细菌的实验”中分别用同位素32P、35S对噬菌体以及大肠杆菌成分做了如表所示的标记，一段时间后检测放射性的主要分布部位。下列相关叙述正确的是（　　） C 组别 第一组 第二组 第三组 噬菌体成分 用35S标记 未标记 用35S标记 大肠杆菌成分 未标记 用32P标记 用32P标记 A．第一组子代噬菌体少部分具有放射性 B．第二组上清液的放射性高低与保温时长无关 C．根据三组实验结果未能得出DNA是噬菌体遗传物质的结论 D．该实验中用含35S的培养基培养噬菌体，标记噬菌体蛋白质外壳 子代噬菌体无放射性 有关 T2噬菌体是病毒，需先培养含放射性标记的大肠杆菌，再用其培养噬菌体以获得标记的噬菌体（不能直接培养噬菌体） 随堂演练 40 $