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1节 DNA是主要的遗传物质 阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。 说明DNA是主要的遗传物质。 说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。 认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。 20世纪中叶，科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。 19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由遗传因子控制 20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明基因位于染色体上 遗传物质到底是蛋白质还是DNA呢？ 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？ 你认为遗传物质可能具有什么特点？ 储存大量遗传信息； 准确复制并传递给下一代 能够指导蛋白质合成从而控制生物的性状 结构比较稳定等 20世纪20年代 ——蛋白质是遗传物质 蛋白质是 连接而成的大分子，氨基酸多种多样的 可能蕴含着遗传信息 20世纪30年代后 ——DNA是遗传物质 脱氧核糖 磷酸 含氮碱基 一、对遗传物质的早期推测 氨基酸 排列顺序 DNA是由许多 聚合而成的生物大分子。组成DNA的脱氧核苷酸有 种，每种都含有一个特定的 。 脱氧核苷酸 4 含氮碱基 DNA是遗传物质的证据 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 格里菲思 艾弗里 赫尔希 蔡斯 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。 肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀伤力，使小鼠患肺炎，并发败血症死亡。 肺炎链球菌 小鼠死亡 败血症（septicemia），是指细菌进入血液循环，并在其中生长繁殖、产生毒素而引起的全身性严重感染。临床表现为发热、严重毒血症状、皮疹瘀点、肝脾肿大和白细胞数增高等。分革兰阳性球菌败血症、革兰阴性杆菌败血症和脓毒败血症。以抗生素治疗为主，辅以其他治疗方法。预防措施为避免皮肤粘膜受损，防止细菌感染。 1、肺炎链球菌的种类 二、肺炎链球菌的转化实验 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 有致病性，使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡 无致病性 多糖类的荚膜 小鼠不死亡 （第一组） 小鼠死亡 （第二组） 小鼠不死亡 （第三组） 小鼠死亡 （第四组） 2、格里菲思—肺炎链球菌体内转化实验 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 加热的作用原理 (1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。 (2)加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55 ℃左右时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。 9 2、格里菲思—肺炎双球菌体内转化实验 二、肺炎链球菌的转化实验 组别 实验过程 结果分析 1 2 3 4 注射R型活菌→小鼠不死亡 注射S型活菌→小鼠死亡 注射加热致死的S型细菌→小鼠不死亡 S型细菌有毒 R型细菌无毒 R型与加热致死的S型混合注射 →小鼠死亡 加热致死的S型 细菌失去毒性 R型细菌转化为S型 →分离出S型活细菌 →分离出S型活细菌 4组说明加热杀死的S型细菌中存在某种物质可以使活的R型转化为S型，并稳定遗传。 10 R型活细菌无致病性，S型活细菌有致病性，能使小鼠死亡 （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？ 加热杀死的S型细菌不能使小鼠死亡 （3）为什么加热能够杀死S型细菌？ 蛋白质和DNA对于高温的耐受力是不同的。在80~100℃条件下，蛋白质失活，DNA双链打开；当温度降到55℃以下时，DNA双联能够重新恢复，但蛋白质的活性不能恢复 【合作探究一】 + 小鼠死亡 【合作探究二】 R型 活细菌 加热致死的S型细菌 格里菲斯推断： 加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——“转化因子” S型 活细菌 ？ 关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独、直接的观察它们的作用。 03 思考1：在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 思考2：哪一个才是转化因子呢？如果是你，应如何设计实验进行证明呢？ 【合作探究三】 多糖 蛋白质 RNA DNA 脂质 S型细菌 13 S型细菌的细胞提取物 + 混合 3、艾弗里—肺炎链球菌体外转化实验 将死亡的S型细菌破碎，去除大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细菌提取物。 含有R型 活细菌 的培养基 S型 活细菌 R型 活细菌 （1）本实验说明什么问题？ （2）本实验能确定转化因子是哪种物质吗？ S型细菌的细胞提取物中含有转化因子 14 S型细菌的细胞提取物 + 混合 3、艾弗里—肺炎双球菌体外转化实验 含有R型 活细菌 的培养基 S型 活细菌 R型 活细菌 （1）实验中加入蛋白酶的作用是什么？ （2）加RNA酶、酯酶什么作用？ 催化S型细菌的细胞提取物中的蛋白质水解 蛋白酶（或RNA酶、酯酶） （3）第一组实验起到什么作用？ 催化S型细菌的细胞提取物中的RNA和脂肪等物质水解。 （4）这些组实验说明什么问题？ 对照作用 蛋白质、RNA和脂肪等物质不是转%化因子。 15 S型细菌的细胞提取物 + 混合 3、艾弗里—肺炎双球菌体外转化实验 含有R型 活细菌 的培养基 R型 活细菌 （1）实验中加入DNA酶的作用是什么？ 催化S型细菌的细胞提取物中的DNA水解 DNA酶 （2）加DNA酶之后，培养基中只长R型细菌，说明什么问题？ S型细菌的DNA是转化因子。 16 艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，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 3、艾弗里—肺炎双球菌体外转化实验 17 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； 3.S型细菌的DNA不能使小鼠致死。   体内转化实验 体外转化实验 科学家 格里菲思 艾弗里及其同事 培养场所 对照设置 实验结论 联系 小鼠体内 培养基 将R型与S型细菌的毒性对照 S型细菌各成分的作用进行对照 S型细菌中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 二、肺炎链球菌的转化实验 材料相同；都遵守单一变量原则和对照原则。 体内转化实验是体内转化实验的基础 19 科学方法 加法原理 自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理” （教材P46） 与常态比较，人为增加某种影响因素 如： “比较过氧化氢在不同条件下的分解” ，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 减法原理 与常态相比，人为去除某种影响因素 如：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，最终判断出DNA是转化因子。 基因重组 R型细菌转化为S型细菌的本质： 控制荚膜形成的X基因 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 拓展：基因重组 　实战训练　 1.肺炎双球菌的转化实验中R型细菌转化为S型细菌的转化因子是： A. 蛋白质 B. 多糖 C. S型菌的DNA D. R型菌的DNA 2.肺炎双球菌转化实验中，在S型DNA和R型活细菌混合的培养皿中，最后会出现哪种菌群？ A．S型和R型活细菌 B．R型活细菌 C．R型死细菌和S型活细菌 D．S型活细菌 三、噬菌体侵染细菌的实验 1. 实验者： 赫尔希和蔡斯 2. 实验材料： T2噬菌体 （1）T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 （2）T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在 的作用下，利用 体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量的繁殖。 自身遗传物质 大肠杆菌 23 侵入别的细菌 注入 合成 吸附 组装 释放 吸附 注入 合成 组装 释放 （3）噬菌体侵染细菌的过程 哪一种物质进入了大肠杆菌体内？ 三、噬菌体侵染细菌的实验 3. 实验思路： 4. 实验方法： 放射性同位素标记法 将DNA和蛋白质分开，直接地单独地去观察它们各自的作用。 思考1：分别用哪种放射性元素标记蛋白质和RNA？ DNA 蛋白质 C、H、O、N、S C、H、O、N、P 35S 32P 思考2：如何给噬菌体标记35S和32P？可不可以直接将T2噬菌体放在培养基中培养？ 25 ①分别用含35S和32P的培养基培养大肠杆菌， DNA 蛋白质 三、噬菌体侵染细菌的实验 5.实验过程 ②再用该大肠杆菌去培养噬菌体。 26 三、噬菌体侵染细菌的实验 5.实验过程 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 T2噬菌体 T2噬菌体 + + 含35S的大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 含35S的T2噬菌体 含32P的T2噬菌体 ①分别用含35S和32P的培养基培养大肠杆菌， ②再用该大肠杆菌去培养噬菌体。 DNA 蛋白质 27 三、噬菌体侵染细菌的实验 5.实验过程 ③已标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌 含35S的T2噬菌体 含32P的T2噬菌体 大肠杆菌 大肠杆菌 + + 混合后，短时间保温。 5.实验过程 ④搅拌：使吸附在大肠杆菌上的 与 分离开。 三、噬菌体侵染细菌的实验 大肠杆菌 噬菌体 ⑥检测：上清液和沉淀物中的 。 ⑤离心： 使上清液中析出质量较轻的 颗粒，而离心管沉淀物中留下 。 T2噬菌体 被侵染的大肠杆菌 放射性物质 保温、搅拌、离心 在新形成的噬菌体中没有检测到35S 沉淀物的 放射性很低 上清液的 放射性很高 离心后 35S标记的噬菌体与未标记细菌混合 35S标记的噬菌体 6.实验结果 三、噬菌体侵染细菌的实验 （1）35S标记的噬菌体侵染未标记细菌： 未进入细菌体内 噬菌体中被35S标记的蛋白质 保温、搅拌、离心 在新形成的噬菌体中检测到32P 沉淀物的 放射性很高 上清液的 放射性很低 离心后 35S标记的噬菌体与未标记细菌混合 35S标记的噬菌体 6.实验结果 三、噬菌体侵染细菌的实验 （2）32P标记的噬菌体侵染未标记细菌： 进入细菌体内 噬菌体中被32P标记的DNA 三、噬菌体侵染细菌的实验 7.实验结论： 噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌中而蛋白质外壳留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过DNA遗传的。 DNA才是噬菌体的遗传物质。 35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？ 32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？ 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 有无放射性原因 蛋白质 很高 DNA 很低 蛋白质未进入细菌中 DNA进入细菌中 很高 很低 误差分析 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 ①35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？ 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。 保温时间长 理论上 上清液 沉淀物 实际上 部分噬菌体未侵染 大肠杆菌 部分噬菌体释放出来 释放 实际上 保温时间短 ②32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？ 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，随细菌离心到沉淀物中。 2.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？ (1)保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。 (2)保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。 1.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？ 思考 SARS病毒 艾滋病病毒（HIV） COVID--19 流感病毒 埃博拉病毒 RNA可作为某些病毒的遗传物质 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 得到全新病毒 不能得到病毒 ： RNA 蛋白质 患病 不患病 四、RNA是某些病毒的遗传物质 烟草花叶病毒侵染烟草实验 细胞生物 （真核、原核） 非细胞生物 （病毒） 核酸 遗传物质 DNA和RNA DNA DNA RNA DNA RNA 因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。 DNA是主要的遗传物质 肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验 烟草花叶病毒侵染烟草实验 小结 体内转化：存在遗传因子 体外转化：转化因子是DNA 证明了DNA是遗传物质 少数病毒以RNA为遗传物质。 $