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

该高中生物学课件围绕“DNA是主要的遗传物质”，系统梳理遗传物质探索历程，涵盖孟德尔到摩尔根等科学家贡献，通过“问题探讨”引入DNA与蛋白质的争论，搭建从早期推测到实验验证的学习支架。 其亮点在于以科学史为线索，深度剖析肺炎链球菌转化、噬菌体侵染等实验，结合同位素标记法等技术，培养科学思维与探究实践能力。学生能理解科学本质，教师可提升教学效率，落实生命观念与社会责任。

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 弗莱明等 1879年德国生物学家弗莱明经过实验发现染色体。主要组成成分是 DNA和蛋白质 DNA ? 蛋白质 魏斯曼等 1890年减数分裂的研究：为找到基因提供了最正确的线索 人教版必修二 《遗传与进化》 第三章 基因的本质 第一节 DNA 是主要的 遗传物质 噬菌体 大肠杆菌 S型细菌 R型细菌 烟草花叶 学习目标 生命观念 理解DNA是主要的遗传物质，认识生命的共性及差异。 科学思维 感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。 科学探究 分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论。 社会责任 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。 讨论：1. 你认为遗传物质可能具有什么特点？ 2. 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 提示：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。 提示：将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。 染色体 染色质 DNA 蛋白质 染色体、蛋白质和 DNA 示意图 问题探讨 氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。 人们认识到 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。本可以意识到DNA的重要性 20世纪20代 20世纪30年代 没发现其他大分子有类似的结构特点。 蛋白质是生物体的遗传物质 对DNA结构没有清晰认识。 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 对遗传物质的早期推测 首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的科学家有哪些？ Alfred Hershey Matha Chase 蔡斯 Oswald Theodore Avery Frederick Griffith 格里菲思 艾弗里 赫尔希 他们做了什么实验？ 对遗传物质的早期推测 1. 格里菲思——肺炎链球菌的体内转化实验 2. 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 8 （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 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 1.1格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验 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。 9 不死亡 死亡 不死亡 死亡 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 说明加热致死的S型细菌无毒 说明S型细菌有毒 说明R型细菌无毒 说明R型细菌转化成了S型细菌 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 （3）实验过程和现象 1、2组对照，说明R型细菌无毒性，S型细菌有毒性；2、3组对照说明S型菌加热杀死后无毒性 联合1和3组实验结果猜测第4组实验结果？（原本应该不死亡，可是实验结果却是小鼠死亡）并且分离出两种菌，其中分离出的S型菌的后代也是S型菌。 10 组别 实验过程 实验结果 1 R 型活细菌 小鼠不死亡 2 S 型活细菌 小鼠死亡 3 S 型死菌 小鼠不死亡 4 R 型活细菌 + S 型死菌 小鼠死亡 思考 (1)格里菲思实验自变量是什么? 因变量是什么？ 自变量：给小鼠注射的细菌种类及是否有活性； 因变量：小鼠是否能存活及体内是否有活的S菌。 (2)该实验遵循了什么原则？ 对照原则、单一变量原则 （3）1.2组实验对照，说明了什么？ R型细菌无致病性，无毒。S型细菌有致病性，能使小鼠死亡。 （4）2.3组的实验，说明了什么？ 加热杀死的S型细菌无致病性。 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 组别 实验过程 实验结果 1 R 型活细菌 小鼠不死亡 2 S 型活细菌 小鼠死亡 3 S 型死菌 小鼠不死亡 4 R 型活细菌 + S 型死菌 小鼠死亡 (5)第4组中的小鼠为什么死亡了？ 由于体内有活的S型细菌的作用 (6)第4组活的S型细菌如何出现？ 活的R型细菌转变成了活的S型细菌。 (7)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。 活R 死S 活S 活性物质 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 格里菲思推论： 已经加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化成为S型活细菌的活性物质------转化因子 格里菲思 肺炎链球菌体内转化实验 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 那么转化因子到底是什么？你认为找出转化因子的关键思路是什么？ 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 注意：格里菲斯的体内转化实验 证明DNA是遗传物质 将DNA与蛋白质等其他物质分开，单独、直接地观察它们的作用。 不能 13 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA 加热杀死的S型细菌 实验思路：把S型细菌的各种物质分开，单独、直接地观察它们的作用。 “酶解法”，将物质一个个排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子 去除 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 1.2艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 实验过程： 破碎加热杀死的S型细菌，设法去除绝大部分的糖类、蛋白质和脂质，获得S型细菌的细胞提取液 细胞提取液中含有转化因子，而转化因子很可能是DNA。 实验结论： 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 加热致死的S型细菌细胞提取物可能有哪些成分？蛋白质、RNA、脂质、DNA。 讨论1：第一组实验有什么作用？（空白对照） 第二到第五组实验中加入的酶有什么作用？破坏细胞提取物中相应的蛋白质、RNA、脂质和DNA。 除此之外本实验还能得出蛋白质等不是遗传物质。 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 结 论 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。 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。 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 1.2艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验 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。 ①常温放置 H2O2溶液 ②90℃加热 ③加2滴FeCl3溶液 ④加2滴H2O2酶 【重点突破一】肺炎链球菌的转化实验 体内转化与体外转化实验的关系 1.区别 项目 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 细菌培养 小鼠体内 体外培养基 实验构思 用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化 观察指标 _____________ ________________ 实验结论 __________________________________ _______________ 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型 已经加热致死的S型细菌体内有转化因子 转化因子是DNA 2.联系 ①体内转化实验是体外转化实验的 ，体外转化实验则是前者的延伸。 ②实验设计都遵循 和 原则。 基础 对照原则 单一变量 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的纯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 那么，有没有比细菌更为简单的实验材料，还能够把蛋白质和DNA彻底分开？ 19 S型菌 荚膜 控制荚膜形成的X基因 加热 杀死 被破坏的S型菌 X基因吸附在R型菌表面 X基因进入R型菌 重组 R型菌转化成S型菌 蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。 R型细菌转化为S型细菌的本质： 基因重组 拓展延伸 20 艾弗里等人不仅揭开“格里菲思之谜”，并且在世界上第一次用实验结果确切地证明遗传基因就在DNA上，具有划时代的意义。 艾弗里的实验不被人接受主要有以下几方面的原因： 1 受技术手段限制，提取的DNA纯度不高。 2 当时科学界深信蛋白质是遗传物质。而艾弗里的实验中含有微量的蛋白质，因此，很多科学家不接受艾弗里的实验结论。 “有的人获得诺贝尔奖，是为自己增辉，有的人获奖却是为诺贝尔奖增辉。艾弗里没有获得诺贝尔奖，是诺贝尔奖的遗憾，不是艾弗里的遗憾。” 艾弗里 拓展延伸 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? 1952年，美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验。 阿尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）和助手玛莎·蔡斯（女）（Martha Chase）的这项研究分享1969年诺贝尔生理学或医学奖。 赫尔希和蔡斯 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 01/科学家 02/实验材料 T2 噬菌体 T2噬菌体的模式图 DNA 蛋白质 头部 尾部 生活方式 1 专门寄生于_________ 内的病毒。 大肠杆菌 噬菌体的成分 2 蛋白质外壳 DNA C、H、O、N、S C、H、O、N、P 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 高一A12班 黄铎 朱栋洋 叶陈炜 高一A8班 熊晓楠 龚莉 柯蒙 高一A5班 成玉欣 阮世淼 谢小缘 高一B1班 叶晨 康宇航 陶良超 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 03/噬菌体的繁殖过程 视频 / 噬菌体侵染大肠杆菌实验 吸附 1 蛋白质外壳留在外面 DNA进入细菌细胞中 注入 2 合成 3 组装 4 释放 5 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 增殖需要的条件 内　容 模板 ________的DNA 合成噬菌体DNA原料 __________提供的4种脱氧核苷酸 合成T2噬菌体蛋白质 原料 _________________ 场所 T2噬菌体　 大肠杆菌　 大肠杆菌的氨基酸　 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 03/噬菌体的繁殖过程 大肠杆菌的核糖体　 04/实验思路 将______与蛋白质等分开，______、______去观察它们各自的作用。 DNA　 单独地　 直接地　 05/实验方法 _______________________，用____标记噬菌体蛋白质，____标记噬菌体的DNA。 放射性同位素标记法　 35S　 32P 　 35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体 蛋白质：主要组成元素 C、H、O、N、S DNA:主要组成元素 C、H、O、N、P 相关信息 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。 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 (1)标记细菌 大肠杆菌+含35S的培养基 大肠杆菌+含32P的培养基 含35S的大肠杆菌 含32P的大肠杆菌 (2)标记噬菌体 噬菌体+含35S的大肠杆菌 噬菌体+含32P的大肠杆菌 含35S的噬菌体 含32P的噬菌体 DNA是主要的遗传物质 06/实验过程 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 标记T2噬菌体 感染 感染 未标记的T2噬菌体 在含35S的培养基中培养过的大肠杆菌 在含32P的培养基中培养过的大肠杆菌 得到 得到 蛋白质被35S标记的噬菌体 DNA被32P标记的噬菌体 在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质 用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 噬菌体被 35S标记 在新形成的噬菌体中没有检测到35S 细菌裂解 沉淀物的 放射性很低 上清液的 放射性很高 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 (3)35S标记的噬菌体侵染细菌： 06/实验过程 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体颗粒 离心 搅拌 使吸附在大肠杆菌外 的噬菌体与细菌分离 让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌 大肠杆菌 （含子代噬菌体） 搅拌和离心的目的 上清液：蛋白质外壳 沉淀物：大肠杆菌、子代噬菌体 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质 用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 噬菌体被 35S标记 在新形成的噬菌体中没有检测到35S 细菌裂解 沉淀物的 放射性很低 上清液的 放射性很高 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 (3) 35S标记的噬菌体侵染细菌： 实验表明 噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，没有进入到细菌中。 06/实验过程 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 (3) 32P标记的噬菌体侵染细菌： 在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质 用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 噬菌体被 32P标记 在新形成的噬菌体中检测到32P 细菌裂解 沉淀物的 放射性很高 上清液的 放射性很低 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 实验表明 噬菌体侵染细菌时，DNA 进入到细菌中。 06/实验过程 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 35S 32P 大肠杆菌 35S 大肠杆菌 32P 高 低 低 高 06/实验过程 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 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 子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。 P45、46 07/实验分析 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 08/实验结论 35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因是什么？ 09/实验误差分析 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 原因：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。 上清液 沉淀物 理论上 搅拌不充分 上清液 沉淀物 实际上 32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因是什么？ 09/实验误差分析 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 原因：（1）保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌； （2）保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。 上清液 沉淀物 理论上 保温时间短 上清液 沉淀物 实际上 保温时间长 上清液 沉淀物 实际上 思考： 1.本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用32P和35S进行标记？ P是噬菌体DNA特有的元素，S是噬菌体蛋白质特有的元素，用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用。 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 2.能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？ 提示：不能用14C和3H标记噬菌体，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质。 不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，离心后上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。 3.35S标记的实验发现沉淀物中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 提示：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。 4.32P标记的实验发现上清液中也有放射性，可能是什么原因造成的？ 提示：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。 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验 相同点 对照原则 实验思路 不同点 处理方式 检测结果的方式 实验结论 酶解法 同位素标记法 相互对照 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究各自的作用。 证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质 肺炎链球菌体外转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较 观察菌落的类型 检测放射性的位置 2.从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？ 提示：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。 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？ 提示：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。繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 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？ 提示：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。 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。 赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。 思考·讨论 P46 【重点突破二】噬菌体侵染细菌的实验 目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 新型冠状病毒 思考： 只有DNA是遗传物质吗? 下面这些生物的遗传物质是什么？ RNA 蛋白质 烟草花叶病毒(TMV)是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。 左：正常烟叶 右：病叶 【重点突破三】RNA是遗传物质的实验证据 如果让你设计证明RNA也是遗传物质，你会怎么做？ 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 【重点突破三】RNA是遗传物质的实验证据 细胞生物 绝大多数生物的遗传物质是DNA。 具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。 遗传物质是DNA DNA是主要的遗传物质 生物 含有DNA和RNA 病 毒 含有DNA或RNA 真核生物 原核生物 DNA病毒 RNA病毒 遗传物质是RNA 常见的DNA病毒：噬菌体、天花病毒、乙肝病毒 常见的RNA病毒：新冠病毒、HIV病毒、SARS病毒、烟草花叶病毒、流感病毒 【归纳】不同生物体内遗传物质的区别 1.（1）动物和人体的遗传物质是什么？ （2）烟草的遗传物质是什么？ （3）细菌的遗传物质是什么？ （4）一切生物的遗传物质是什么？ （5）病毒的遗传物质是什么？ 核酸（DNA或RNA） DNA DNA DNA 核酸（DNA或RNA） 课堂练习： 练习与应用 一、概念检测 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 练习与应用 一、概念检测 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 练习与应用 二、拓展应用 1．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。请分析子代噬菌体的蛋白质外壳的来源。 提示：实验表明，噬菌体在侵染大肠杆菌时，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 二、拓展应用 2．结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。 提示：肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵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特点：能够精确地自我复制；能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢的过程；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定，等等。 练习与应用 Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 Lavf58.51.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 $