3,1DNA是主要遗传物质课件-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 1 课标要求 素养目标 1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。 1.生命观念：理解DNA作为遗传物质的分子基础，认识遗传物质在生命延续中的核心作用，形成遗传信息观和分子进化观。 2.科学思维：通过分析经典实验的设计思路，培养批判性思维和逻辑推理能力；能够运用对照原则和变量控制原理分析实验。 3.科学探究：能够分析格里菲思、艾弗里、赫尔希等科学家的实验设计；能够设计简单实验验证某种物质是否为遗传物质。 4.社会责任:认识科学研究的曲折性和严谨性，培养实事求是的科学态度；理解DNA研究对医学、农业等领域的重要价值。 难点 重点 学习目标 2 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能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。 ②控制生物体的性状和新陈代谢过程。 ③能储存大量的遗传信息。 ④结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可遗传变异。 作为遗传物质，应该具备哪些特点？ 你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？ 问题探讨 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。 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。 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。 在这两种给物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？ 美.艾弗里 英.格里菲思 观点：遗传物质是蛋白质 肺炎链球菌的转化实验 S型细菌 R型细菌 表面光滑（Smooth） 表面粗糙（Rough） 无多糖类荚膜 有致病性 （可使小鼠患肺炎，并发败血症死亡） 无致病性 有多糖类荚膜 1.科学家 2.实验材料 格里菲思 荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细 胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 肺炎链球菌的转化实验 1．（24-25高一下·河北邢台·期中）科学家格里菲思以小鼠为实验材料，研究了S型、R型两种不同类型的肺炎链球菌的致病情况。下列属于S型肺炎链球菌特征的是（　　） 【答案】A 肺炎链球菌的转化实验 第一组 第二组 死亡 第三组 不死亡 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 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 死亡 不死亡 死亡 不死亡 3.肺炎链球菌的转化实验示意图 【任务2】 分析格里菲思实验的原理及过程 体内转化实验 组别 小鼠是否死亡 小鼠体内是否分离出S型菌 问题 第1组 注射R型活细菌 不死亡 无 (1)对比分析第1组组和第2组的现象，说明什么？ 第2组 注射S型活细菌 死亡 分离出S型菌 第3组 注射加热致死的S型细菌 不死亡 无 第4组 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 死亡 分离出S型菌 S型细菌有毒性，R型细菌无毒性。 肺炎链球菌的转化实验 实验分析 9 组别 小鼠是否死亡 小鼠体内是否分离出S型菌 问题 第1组 注射R型活细菌 不死亡 无 (2)对比分析第2组和第3组的实验现象，说明什么？ 第2组 注射S型活细菌 死亡 分离出S型菌 第3组 注射加热致死的S型细菌 不死亡 无 第4组 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 死亡 分离出S型菌 加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。 肺炎链球菌的转化实验 实验分析 10 组别 小鼠是否死亡 小鼠体内是否分离出S型菌 问题 第1组 注射R型活细菌 不死亡 无 (3)第4组实验的小鼠体内分离出有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型活细菌。这说明什么？ 第2组 注射S型活细菌 死亡 分离出S型菌 第3组 注射加热致死的S型细菌 不死亡 无 第4组 将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射 死亡 分离出S型菌 加热致死的S型细菌含有转化因子，促使R型活细菌转化为S 型活细菌，使小鼠死亡。 肺炎链球菌的转化实验 实验分析 11 多糖 加热杀死 的S型细菌 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？ “转化因子”究竟是什么？ 你有什么样的设计思路，关键是什么？ 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。 肺炎链球菌的转化实验 肺炎链球菌的转化实验 观看视频：注意观察视频中是如何讲各种物质分开检测，最终结论是什么？ 第一组 第二~四组 第五组 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 蛋白酶(或RNA酶、酯酶) DNA酶 有R型细菌的培养液 S型细菌的细胞提取液 + 混合 肺炎链球菌的转化实验 14 (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。 (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。 (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？ DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构稳定，使其失去转化活性。 肺炎链球菌的转化实验分析 实验结论： （1）DNA才是使R型细菌产生 稳定遗传变化的物质。 （2）蛋白质等其他物质不是遗传物质。 提醒：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。 肺炎链球菌的转化实验 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型菌转化成S型菌 R型细菌转化为S型细菌的本质 基因重组 注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌 肺炎链球菌的转化实验 17   格里菲思体内转化实验 艾弗里及同事体外转化实验 培养场所 巧妙构思 实验结论 小鼠体内 培养基 将R型与加热杀死的S型注入小鼠体内作为对照来说明确实发生转化 将物质分离提纯后， 直接、单独的观察各物质的作用 存在某种转化因子让R→S DNA才是使R型菌 产生稳定遗传变化的物质 肺炎链球菌的转化实验 18 1．（24-25高一下·北京·期中）肺炎链球菌转化实验中，使R细菌转化为S型细菌的转化因子是（ ）A．荚膜多糖 B．蛋白质C．R型细菌的DNA D．S型细菌的DNA 【答案】D 习题巩固 2.某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验： ①S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠 ②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠 ③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA →注射入小鼠 ④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA →注射入小鼠 以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（     ） A.存活，存活，死亡，死亡 B.存活，死亡，存活，死亡 C.存活，死亡，死亡，存活 D.存活，死亡，存活，存活 D 习题巩固 】①S型菌的DNA+DNA酶，由于DNA被水解，对后面加入的R型菌失去转化作用，R型菌无致病性，注射入小鼠体内，小鼠存活； ②R型菌的DNA+DNA酶，DNA被水解，不起作用，加入S型菌，有致病性，注射入小鼠体内导致小鼠死亡； ③R型菌+DNA酶，DNA酶对细胞不起作用，高温加热后冷却，DNA酶变性失活，加入S型菌的DNA，但没有R型菌，因而无法实现转化，因此，注射入小鼠后，小鼠存活； ④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却，DNA酶变性失活，S型菌被杀死，加入R型菌的DNA，注射入小鼠，无致病性，小鼠存活， 20 思维碰撞 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 赫尔希 蔡斯 思考：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？ 继格里菲思和艾弗里之后，1952年遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料，进行了一个极具说服力的实验——噬菌体侵染细菌实验。 噬菌体侵染细菌的实验 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 2.实验材料 T2噬菌体增殖过程（视频） 吸附 注入 合成 组装 释放 噬菌体侵染细菌的实验 吸附 注入 合成 组装 释放 噬菌体吸附在细菌表面 把DNA注入到细菌细胞 利用细菌的化学成分和酶系统合成出噬菌体的DNA、蛋白质 新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体 细菌解体，释放出噬菌体 吸附 注入 合成 组装 释放 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 2.实验材料 噬菌体侵染细菌的实验 将DNA与蛋白质单独分开去观察哪种物质可以遗传给子代。 　 　 　 用____标记噬菌体蛋白质，____标记噬菌体的DNA。 35S　 32P 　 C、H、O、 N、S C、H、O、 N、P 3.实验思路 课本P45：在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在DNA分子中。 4.实验方法 ---放射性同位素标记法 噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体侵染细菌的实验 思考：如何让T2噬菌体带上标记？ 噬菌体侵染细菌的实验 1.第一步：先标记大肠杆菌 大肠杆菌 + 含35S的培养基→含35S的大肠杆菌 大肠杆菌 + 含32P的培养基→含32P的大肠杆菌 2.第二步：再标记T2噬菌体 T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体 T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体 可以分别用含35S和32P的培养基去培养噬菌体吗？ 实验过程及分析： （2）标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌---35S标记组 35S标记的噬菌体 用35S标记的噬菌体与普通大肠杆菌混合 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 上清液放射性很高 沉淀物放射性很低 子代噬菌体中无35S 搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离心：使噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌分离 结果：说明噬菌体在侵染细菌时，蛋白质外壳没有进入大肠杆菌。 “短时间”：促使噬菌体充分侵染细菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体。 “保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。 噬菌体侵染细菌的实验 实验过程及分析： （2）标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌---32P标记组 32P标记的噬菌体 子代噬菌体中含32P 用32P标记的噬菌体与普通大肠杆菌混合 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 结果：说明噬菌体在侵染细菌时，DNA进入了大肠杆菌。 噬菌体侵染细菌的实验 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 上清液 沉淀物 子代噬菌体 结论 放射性高 放射性低 无放射性 放射性高 放射性低 有放射性 ◇蛋白质没有进入细菌细胞 ◇DNA进入到细菌的细胞中 ◇DNA才是噬菌体的遗传物质 6.实验结果及结论： 注意⚠ 不能证明蛋白质不是遗传物质 噬菌体侵染细菌的实验 1．（25-26高二上·浙江温州·期末）噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质。下列叙述正确的是（　　）A．噬菌体内可以合成蛋白质B．搅拌使细菌外的噬菌体与细菌分离C．混合培养的时间越长，实验效果越好D．该实验证明了DNA是大肠杆菌的遗传物质 【答案】B 习题巩固 2．（2025高二上·江苏扬州·学业考试）科学家以T2噬菌体作为实验材料，利用放射性同位素标记技术完成了噬菌体侵染细菌的实验，在此实验中，用32P、35S分别标记的是噬菌体的（ ）A．DNA、蛋白质 B．蛋白质、蛋白质C．DNA、DNA D．RNA、DNA 【答案】A 3．（25-26高三上·四川成都·开学考试）下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是（ ）A．需用同时含有32P和35S的噬菌体侵染大肠杆菌B．搅拌是为了使噬菌体的DNA和蛋白质分开C．离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌D．该实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA 【答案】C 习题巩固 4．（23-24高三上·广东汕头·期末）用35S或32P标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，经短时间保温后进行搅拌、离心，放射性物质分别主要分布在（ ）A．上清液和上清液 B．沉淀物和沉淀物C．上清液和沉淀物 D．沉淀物和上清液 【答案】C 习题巩固 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 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，仍有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面 7.实验误差分析： 噬菌体侵染细菌的实验 保温时间长 理论上 上清液 沉淀物 若该大肠杆菌有一个噬菌体侵入 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 32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因 b. 保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖，子代噬菌体释放出来； a. 保温时间过短，部分噬菌体DNA还未侵染到细菌细胞内； 7.实验误差分析： 噬菌体侵染细菌的实验 4．（23-24高一下·湖北武汉·期末）用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，上清液的放射性占15%，沉淀物的放射性占85%。上清液带有放射性的原因可能是（　　）A．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离B．离心时间过长，噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体C．离心时间过长，较重的大肠杆菌进入上清液中D．32P标记噬菌体的蛋白质外壳，离心后存在于上清液中 【答案】B 习题巩固 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 知识归纳 知识归纳 37 烟草花叶病毒侵染实验 实验结论 ：只有RNA而没有DNA的病毒中，____ 是遗传物质 RNA 蛋白质 RNA 分别侵染健康烟草植株 不患病 患病 不能得到病毒 得到全新病毒 烟草花叶 烟草花叶病毒 DNA是主要遗传物质 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。 DNA是主要遗传物质 5．（25-26高一下·陕西咸阳·月考）下列关于DNA是主要遗传物质的探索实验，叙述错误的是（ ）A．格里菲思的肺炎双球菌转化实验证明了转化因子的存在B．艾弗里的实验证明DNA是遗传物质，蛋白质不是C．噬菌体侵染细菌实验中，搅拌的目的是使噬菌体与细菌分离D．噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质 【答案】D 习题巩固 【科学方法】 ——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 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 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 习题检测 42 Lavf58.29.100 $