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1节 DNA是主要的遗传物质 第三章 基因的本质 思考1：现代采用什么方法进行亲子鉴定？ DNA鉴定 思考2：为什么DNA可以用来进行亲子鉴定？ DNA是遗传物质 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.你认为遗传物质可能具有什么特点？ 遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定等等。 2.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。 DNA 蛋白质 染色质 染色体 1 1866年 孟德尔发现遗传定律 遗传物质是蛋白质还是DNA? 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 5 20世纪中叶 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 孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由遗传因子控制 是蛋白质！ 是DNA 对遗传物质的早期推测 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 对DNA的结构没有清晰的了解 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 使人们意识到DNA的重要性 首先向“遗传物质是蛋白质”提出质疑，发起挑战的科学家有哪些？ 对遗传物质的早期推测 “我们表示怀疑！” Frederick Griffith Oswald Theodore Avery Alfred Hershey Matha Chase 艾弗里 赫尔希 蔡斯 格里菲思 赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 DNA是遗传物质的证据： 肺炎链球菌 噬菌体 经典实验 了解肺炎链球菌 1.肺炎链球菌是一种能引起人的肺炎和呼吸系统疾病的细菌。对小鼠也有极大的杀伤力，使小鼠患肺炎，并发败血症死亡。 20世纪初，肺炎大爆发，美国每年有5万人因肺炎去世。而引发肺炎的罪魁祸首是肺炎链球菌。 肺炎链球菌 肺炎链球菌的转化实验 肺炎链球菌的转化实验 实验材料： 菌体特点 菌落特点 致病性 （动物实验） S型细菌 R型 细菌 无致病性 有致病性 人、小鼠肺炎 小鼠并发败血症 无荚膜 有荚膜 粗糙 Rough 光滑Smooth R型 和 S型肺炎链球菌 荚膜的化学本质是_______ 多糖 1.格里菲思——体内转化实验 9 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 对照原则、单一变量原则、等量原则 实验原则： 肺炎链球菌的转化实验 1.对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？ 2.对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？ 实验现象分析 3. 第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型细菌从哪里来？ 猜想1：S型细菌死而复生。 猜想2：R型活细菌转化为S型细菌。 第1、2组对照，说明R型细菌__________，S型细菌_________。 无毒性 有毒性 第2、3组说明，加热可以杀死S型细菌，使其失去_______。 毒性 起死回生？ 改头换面？ 肺炎链球菌的转化实验 4. 这种转化产生的S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，又说明了什么？ 转化的性状可以稳定遗传 加热致死的S型细菌使部分活的R型细菌发生了转化，变成了活的S型细菌，使小鼠死亡。体内分离出的S型细菌由R型细菌转化而来。 R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 肺炎链球菌的转化实验 实验现象分析 实验结论 已经加热杀死的 S 型细菌中，可能含有某种物质使 R 型细菌转化为 S 型细菌的物质，该物质被称为 。 转化因子 活R 死S 活S S型菌 转化因子 转化因子究竟是什么物质？ 肺炎链球菌的转化实验 1.格里菲思——体内转化实验 1、格里菲思用肺炎链球菌感染小鼠，进行了著名的转化实验，关于实验的结论错误 的是( ) A A.说明了肺炎链球菌的遗传物质是 B.说明了 型活细菌在一定条件下能够转化为 型活细菌 C.说明了 型活细菌不具有致病性， 型活细菌具有致病性 D.说明了加热致死的 型细菌不具有致病性 注意： 该实验不能证明DNA是遗传物质。 随堂小练 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 （2）要进一步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？ （1） 加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？ R型菌 S型菌 转化因子 S型菌 后代 设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用。 进一步讨论： 肺炎链球菌的转化实验 （3） 通过什么方法将蛋白质、DNA等物质分开？ 多糖 加热杀死 的S型细菌 脂类 蛋白质 RNA DNA 含R型细菌的培养基 分别加入 R型细菌？ S型细菌？ 观察菌落产生情况 加法原理 含R型细菌的培养基 提取液 全部加入 加入酶除去特定物质 R型细菌？ S型细菌？ 观察菌落产生情况 减法原理 由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。 肺炎链球菌的转化实验 减法原理 加法原理 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” 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 实验组 对照组 实验组 实验组 科学方法P46 肺炎链球菌的转化实验 肺炎链球菌的转化实验 2、艾弗里——体外转化实验 蛋白酶 （或RNA酶，酯酶） 第一组 第二~四组 第五组 18 肺炎链球菌的转化实验 2、艾弗里——体外转化实验 蛋白酶 （或RNA酶，酯酶） 第一组 第二~四组 第五组 (1)第一组实验有什么用？结果说明什么？ 作为空白对照；S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。 讨论 (2)实验中加入的蛋白酶、RNA酶、酯酶和DNA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、酯类物质和DNA，以明确这些物质是不是转化因子。 19 肺炎链球菌的转化实验 2、艾弗里——体外转化实验 蛋白酶 （或RNA酶，酯酶） 第一组 第二~四组 第五组 (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？ 说明蛋白质、RNA和酯类物质都不是转化因子； S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。 讨论 20 肺炎链球菌的转化实验 2、艾弗里——体外转化实验 蛋白酶 （或RNA酶，酯酶） 第一组 第二~四组 第五组 (4)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？ 讨论 实验结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。 说明细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA。 21 肺炎链球菌的转化实验 2、艾弗里——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 22 肺炎链球菌的转化实验   体内转化实验 体外转化实验 培养场所 实验思路 实验结论 联系 1.所用材料相同：R型和S型两种肺炎链球菌。 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.实验设计都遵循单一变量原则和对照原则。 体内转化实验和体外转化实验区别与联系 小鼠体内 培养基 加热杀死的S型细菌注入小鼠体内作为对照实验来说明发生转化 每个实验组特异性的去除一种物质，观察实验结果的变化 加热杀死的S型细菌存在某种转化因子 DNA才是使R型菌 产生稳定遗传变化的物质 23 虽然艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。另外，当时科学界普遍认为蛋白质是遗传物质。 如何获取单独的DNA或者蛋白质进行实验？有没有比细菌更为简单的实验材料？ 1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。 T2噬菌体 噬菌体侵染细菌的实验 (1)实验材料 3.赫尔希、蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后(图3-5)，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。 脱氧核苷酸、氨基酸、酶、能量等 25 （2）噬菌体侵染大肠杆菌过程:吸附-注入-合成-组装-释放 噬菌体侵染细菌的实验 ①模板：进入细菌体内的是______________。 ②合成噬菌体的DNA的原料：_____________________________。 ③合成噬菌体的蛋白质的原料为__________________，场所为_________________。 噬菌体的DNA 大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸 大肠杆菌的氨基酸 大肠杆菌的核糖体 噬菌体侵染细菌的实验 （3）研究方法： 放射性同位素标记技术 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？ 放射性元素分别标记DNA和蛋白质 选择什么元素进行放射性标记 尾部 头部 DNA 蛋白质 (C、H、O、N、P) (C、H、O、N、S) 资料：在T2噬菌体的化学组分中，60%是蛋白质，40%是DNA。对蛋白质和DNA的进一步分析表明：S仅存在于蛋白质分子中，P几乎都存在于DNA分子中。 35S 32P 噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体侵染细菌实验： 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 32P标记的T2噬菌体培养过程同理。 35S 标记大肠杆菌 标记 T2 噬菌体 噬菌体-蛋白质(35S) 噬菌体侵染细菌的实验 1.实验过程 标记的T2噬菌体 侵染大肠杆菌 搅拌 离心并检测放射性 检测子代噬菌体的放射性 短时间保温 无放射性标记的细菌 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。 为噬菌体培养提供适宜 的恒定的温度，侵染细菌。 噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体侵染细菌的实验 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 2.实验结果 31 35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因？ 搅拌不充分 理论上 上清液(35S标记的蛋白质外壳） 沉淀物 无放射性 其中一个 大肠杆菌 实际上 搅拌不充分，仍有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面 沉淀物 少量放射性 噬菌体侵染细菌的实验 3.实验结果分析 保温时间长 理论上 上清液 沉淀物 该大肠杆菌有噬菌体侵入 实际上 部分释 放出来 释放 未来得及侵染 实际上 保温时间短 ①保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌，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，部分子代噬菌体已经释放，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。 32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因？ 噬菌体侵染细菌的实验 4.实验现象及结论： 35S标记的实验 32P标记的实验 标记部位 放射性情况 上清液 沉淀物 子代噬菌体 有无放射性原因 蛋白质 很高 DNA 很低 蛋白质未进入大肠杆菌 DNA进入大肠杆菌 很高 很低 有放射性 无放射性 结论：子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。 即DNA是噬菌体的遗传物质。 噬菌体侵染细菌的实验 思考讨论 除了DNA，还有谁？ 遗传物质只有DNA吗？ DNA的种类会不会很多？ 如果有别的遗传物质呢 我依旧表示怀疑！ DNA 是生物界唯一的遗传物质吗？ 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？ 思考： 噬菌体侵染细菌的实验 RNA是遗传物质的证明实验 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 得到全新病毒 不能得到病毒 ： 蛋白质 RNA 37 本节小结 DNA是主要的遗传物质 格里菲思的肺炎链球菌转化实验 艾弗里的肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。 DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。 烟草花叶病毒侵染烟草的实验 细胞结构生物 非细胞结构生物（病毒） （含有DNA和RNA） （含有DNA或RNA） DNA病毒 RNA病毒 遗传物质为 RNA 遗传物质为 DNA 真核生物 原核生物 生物 生物界中绝大多数生物的遗传物质是DNA DNA是主要的遗传物质 注意： 对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质 对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字 本节小结 随堂练习 除病毒外，一切生物都有核酸存在（ ） 在格里菲思的实验基础上，艾弗里通过实验证明了DNA是主要的遗传物质。(　 ) ） 豌豆的遗传物质主要是DNA （ ） 病毒的遗传物质都是RNA（ ） 肺炎链球菌的DNA中没有游离的磷酸基团（ ） 噬菌体和大肠杆菌的遗传都不遵循基因的分离定律（ ） × × × × √ √ 40 随堂练习 8.下列关于探索DNA是遗传物质的实验的叙述，正确的是( ) A. 格里菲思和艾弗里所作的实验都能证明DNA是遗传物质 B. 艾弗里实验证明了S型菌的DNA能诱导R型菌突变为S型菌 C. 噬菌体侵染细菌实验证明了T2噬菌体的遗传物质主要是DNA D. 噬菌体侵染细菌实验中的T2噬菌体的增殖所利用的原料均来自宿主细菌 D 7.探索遗传物质的过程是漫长的，直到20世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括（ ） A. 不同生物的蛋白质在结构上存在差异 B. 蛋白质与生物的性状密切相关 C. 蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制 D. 蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息 C 41 随堂练习 9.下图是“以32P标记T2噬菌体侵染大肠杆菌”实验示意图。下列有关叙述正确的是（ ） A. 锥形瓶内的培养液中有含32P的物质，以便用32P标记噬菌体 B. 过程②的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离 C. 若只有C中含大量放射性，可直接证明噬菌体的遗传物质是DNA D. 实验中B对应部分有少量放射性，可能原因是搅拌不充分 B 42 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $