2027届高三生物人教版一轮复习课件DNA是主要的遗传物质

第3章 基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质 原因：P46 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。 染色质 作为遗传物质可能具有的特点： 能储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代 一、对遗传物质的早期推测 1、20世纪20年代 多数科学家认为 是生物体的遗传物质。 2、20世纪30年代 对DNA的认识 （1）生物大分子：由许多 聚合而成。 （2）基本组成单位-----脱氧核苷酸 a、化学组成： 、 和 三部分。 b、种类：4种，差别在于 的不同。 蛋白质 脱氧核苷酸 磷酸 碱基 脱氧核糖 碱基 由于对DNA的结构不清楚，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 二、证明DNA是遗传物质的直接证据 （一）肺炎链球菌的转化实验 （二）噬菌体侵染细菌实验 1.格里菲思：体内转化实验 2.艾弗里：体外转化实验 （一）肺炎链球菌的转化实验 1.格里菲思：体内转化实验 ①两种肺炎链球菌的比较 比较项目 菌落特点 菌体特征 致病性 R型细菌 S型细菌 成分：多糖 小鼠不死亡 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌 小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型（R→S）活细菌，其后代也是S型（可遗传） 小鼠不死亡 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 ②实验过程 第一组 第二组 第三组 第四组 死亡小鼠体内是否能分离出R型活细菌？ 步骤 方 法 现象(结果) 结论 1 R菌活菌注射 老鼠存活 实验①②对比说明________；实验②③对比说明___________；实验②③④对比___________________ 2 S菌活菌注射 老鼠死亡 3 S菌高温杀死注射 老鼠存活 4 高温杀死的S菌+R活菌注射 老鼠死亡 ③实验结论 实验结论：已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——转化因子 转化原理? 说明R型细菌可转化为S型细菌。 已知S型菌分为I-S、Ⅱ-S、Ⅲ-S三种类型，R型菌分为I-R、Ⅱ-R、Ⅲ-R三种类型，自然状态下会有S型菌突变为同型的R型菌和R型菌突变为同型的S型菌，如I-S可突变为I-R，但不会突变为Ⅲ-R。在格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，无毒性的Ⅱ-R型活细菌与加热杀死的Ⅲ-S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的Ⅲ-S型活细菌。 R型转化为S型的原理： 基因重组 加热致死和转化的原理 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;当温度降至55℃以下时DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性不能恢复。 思考 第4组死亡小鼠体内分离出来的S型菌的遗传物质和加热杀死的S型菌遗传物质是否相同？ 如果把S型细菌的DNA提取出来后，直接注射到小鼠体内，能否从小鼠体内分离得到S型细菌？ 判断以下实验中小鼠的死亡情况 ①S 型菌的 DNA＋DNA 酶→加入 R 型菌→注射入小鼠 ②R 型菌＋DNA 酶→高温加热后冷却→加入 S 型菌的 DNA→注射入小鼠 不相同 不能 活 活 2.艾弗里：肺炎链球菌体外转化实验 ①实验思路： 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：如何去除细菌各组分？ 酶解法 科学方法（46页） 自变量控制中的”加法原理”和“减法原理” 1.加法原理 ①与常态比较，人为增加某种影响因素。 ②在”比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加热、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。 2.减法原理 ①与常态比较，人为去除某种影响因素。 ②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。 减法原理 加法原理 ②过程：肺炎链球菌的(体外)转化实验示意图 将加热致死的S型菌破碎后，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物 第____组为对照组，第___________组为实验组 R型菌转化为S型菌用_____________培养基 少数 一 二-五 液体 艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特征，发现这些特性都与DNA的极为相似 结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 （DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质） 艾弗里的实验结论不被人接受的原因： ①无法真正提取出纯DNA进一步验证 ②科学界深信蛋白质是遗传物质 该实验能否证明DNA能指导蛋白质的合成？ 科学家：赫尔希、蔡斯 实验材料：T2噬菌体 实验方法：放射性同位素标记技术 （二）噬菌体侵染细菌的实验 思考：用到同位素标记法的实验有哪些？ 1.T2噬菌体 ①T2噬菌体是一种专门寄生在___________体内的病毒。 大肠杆菌 ②T2噬菌体的结构和成分： DNA和蛋白质 1个双链 ③侵染过程： T2噬菌体侵染大肠杆菌后，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。 过程 增殖需要的条件 内容 合成T2噬菌体DNA 模板 的DNA 原料 提供的4种脱氧核苷酸 合成T2噬菌体蛋白质 原料 的氨基酸 场所 的核糖体 练习：肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是_________________ 肺炎链球菌的核糖体 噬菌体 大肠杆菌 大肠杆菌 大肠杆菌 2.实验思路： 将噬菌体的DNA和蛋白质分开，单独直接观察它们的作用 (放射性)同位素标记技术 32P35S 思考： ①能不能同时用32P和35S标记噬菌体？ ②能不能用14C或3H标记噬菌体？ C 3.实验过程： 对比实验 ①用35S 或32P标记噬菌体 思考：如何利用同位素标记技术探究某种病毒的遗传物质是DNA还是RNA? 分别用放射性T和放射性U的培养液培养宿主细胞，再用病毒分别侵染宿主细胞，检测病毒的放射性 ②用标记的噬菌体侵染未标记的细菌 注意： 两次侵染 短时间保温 让噬菌体充分侵染细菌且细菌不裂解 ③搅拌、离心，检测放射性 搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离 离心的目的：让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌 注意：不是为了让噬菌体的DNA和蛋白质分离 放射性检测结果，想一想，这一结果说明了什么？ 35S 32P →噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中。 →噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在细胞外。 进一步观察发现：在细菌裂解释放出的噬菌体中可以检测到32P标记的DNA，但不能检测到35S标记的蛋白质，这一结果又说明了什么？ 子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质，蛋白质不是遗传物质 35S 32P DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质 4、实验结论： 该实验还能证明： DNA能自我复制， DNA 能控制蛋白质的合成 异常结果分析： 35S 32P 用35S标记的一组感染实验，沉淀物中也出现少量放射性的原因是什么？ 用32P标记的一组感染实验，上清液中出现少量放射性的原因是什么？ 一部分噬菌体未与细菌分离 部分噬菌体未侵染大肠杆菌或子代噬菌体释放 ______________会使沉淀物中的35S增加 搅拌不充分 保温时间过短或保温时间过长 ____________________________会使上清液中的32P增加 1、某科学家用噬菌体侵染大肠杆菌，并用同位素32P和35S作了如下标记　 （1）子代噬菌体的DNA分子中将会含有上述的________元素。多次复制后，含32P的噬菌体占____ （2）子代噬菌体的外壳上将会含有上述_____元素。 31P和32P 35S 少数 思考： 用35S标记的一组感染实验，沉淀物中也出现少量放射性的原因是什么？ 用32P标记的一组感染实验，上清液中出现少量放射性的原因是什么？ 练习2：保温时间对放射性的影响？ _______组代表保温时间长短对上清液中35S的影响？_______组代表保温时间长短对上清液中32P的影响？_______组代表保温时间长短对沉淀物中32P的影响？ C b d 练习3：在噬菌体侵染细菌的实验中，噬菌体与细菌保温时间长短与放射性高低的关系图如下，下列关系中最合理的是哪一组？(注35S标记的噬菌体记为甲组，32P标记的噬菌体记为乙组) A.甲组—上清液—b B.乙组—上清液—b C.甲组—沉淀物—c D.乙组—沉淀物—c B Ø ab段： Ø bc段： Ø 后期出现的大量S型细菌是怎样产生的？ Ø S型活菌数量增加的原因： 肺炎链球菌体内转化实验R型S型的数量变化趋势 部分R型菌被小鼠免疫系统清除 S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖 由R型细菌转化成的S型菌繁殖而来。 荚膜的保护、小鼠免疫力的降低 练习5：在肺炎链球菌的体外转化实验中，R型菌和S型菌的数量变化曲线为__________ ② 在肺炎链球菌的体内转化实验（第4组）中，R型菌和S型菌的数量变化曲线为__________ ③ 1.实验思路： RNA是遗传物质的实验证据——烟草花叶病毒感染烟叶实验 将RNA和蛋白质分开，单独直接的观察它们的作用 注意：不能利用噬菌体侵染细菌的实验方法，因为烟草花叶病毒侵染烟叶细胞时，RNA和蛋白质没有分开 2.实验过程： 3.实验结论： RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。 40 烟草花叶病毒的重建实验 结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。 RNA 总结：生物的遗传物质 细胞生物的遗传物质： 病毒的遗传物质： DNA DNA或RNA DNA病毒： 噬菌体、乙肝病毒 RNA病毒：烟草花叶病毒、HIV、SARS病毒、新冠病毒、流感病毒 结论：因为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。 提醒：具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。 腋生表型 顶生表型 基因型 FF Ff ff 基因型 FF Ff ff DD + + - DD - - + Dd + + - Dd - - + dd + + + dd - - - 🤔 讨论 ①艾弗里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？ 细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点： 个体很小，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。 🤔 讨论 ②从控制自变量的角度，艾佛里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？ 从控制自变量的角度，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。 最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质(如：糖类、脂质、蛋白质等)。 🤔 讨论 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？ 启示：科学成果的取得必须有技术手段作为保证，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。 艾弗里实验 细菌的培养技术、物质的提纯与鉴定技术等 赫尔希实验 噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提取与分离技术等 练习与应用（P47） 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。 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：能够精确的自我复制；能够指导蛋白合成，从而控制生物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。 实验探究：探究生物的遗传物质 1.探究思路 (1)若探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看作用。 (2)若探究未知病毒的遗传物质是DNA还是RNA——利用酶的专一性或同位素标记法。 2.探究方法 (1)分离提纯法：艾弗里及其同事做的肺炎双球菌的体外转化实验，缺点是物质纯度不能保证100%。 (2)同位素标记法：噬菌体侵染细菌的实验。方法：分别标记两者的特有元素；将病毒的化学物质分开，单独地、直接地观察它们各自的作用。目的：把DNA与蛋白质区分开。 (3)病毒重组法：将一种病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质外壳重新组合，得到杂种病毒，用杂种病毒去感染宿主细胞。 (4)酶解法：利用酶的专一性，如加入DNA水解酶，将DNA水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作用，若“有”其遗传物质不是DNA，若“否”其遗传物质可能是DNA。 ①ab段：将加热致死的S型细菌与R型细菌混合后注射到小鼠体内的初期，小鼠体内还没有形成大量的抵抗R型细菌的抗体，故该时间段内R型细菌数量增多。 ②bc段：小鼠体内形成大量的抵抗R型细菌的抗体，致使R型细菌数量减少。（部分R型菌被小鼠免疫系统清除）  ③cd段：c点对应的时间点之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖，所以cd段R型细菌数量增多。 S型活菌数量增加的原因： 荚膜的保护、小鼠免疫力的降低 证明DNA是遗传物质的间接证据 1.DNA通常只在细胞核中间的染色体中存在 2.同种生物，每个细胞核中DNA含量基本相同，而精子的DNA含量正好是体细胞的一半。蛋白质等其他化学物质则不符合这种情况 3.同种生物，蛋白质在不同的细胞中含量不同， $