2019版高中生物第四章遗传的分子基础4.1探索遗传物质的过程课件苏教版.pptx

第一节 探索遗传物质的过程,一,二,一、DNA是主要的遗传物质 1.格里菲思的肺炎双球菌转化实验 (1)原理 肺炎双球菌中无毒的是R型细菌;具有毒性的能使小鼠患败血症死亡的是S型细菌。 (2)实验过程,一,二,(3)结论 R型活细菌和被加热灭活的S型细菌混合后,有部分R型活细菌转化为S型活细菌,且这种转化是可以遗传的。,一,二,2.艾弗里的肺炎双球菌转化实验 (1)实验过程,(2)实验结论 S型细菌的DNA才是使R型细菌转化为S型细菌的物质。,一,二,3.噬菌体侵染细菌实验 (1)原理:T2噬菌体侵染细菌后,在自身遗传物质的控制下,利用细菌体内的物质合成T2噬菌体自身的组成成分,从而进行大量繁殖。 (2)过程 ,一,二,一,二,(3)结论:DNA是遗传物质。 自主思考谁揭开了遗传物质的神秘面纱?成功的原因是什么? 提示:艾弗里、赫尔希和蔡斯揭示了遗传物质是DNA。成功的原因是他们设计的实验程序科学严密,遵循了单一变量原则和对照原则,他们把DNA和蛋白质分开,单独地去观察它们的作用。,一,二,4.RNA是遗传物质的证据 (1)烟草花叶病毒(TMV)感染实验 烟草花叶病毒结构,过程,结论:控制烟草花叶病毒性状的物质是RNA,而不是蛋白质。,一,二,(2)TMV(烟草花叶病毒)与HRV(车前草病毒)的病毒重建实验 过程,结论:控制TMV、HRV性状的物质是RNA而不是蛋白质。 温故知新T2噬菌体、HIV、H1N1的遗传物质是什么? 提示:T2噬菌体的遗传物质是DNA,HIV、H1N1的遗传物质是RNA。,一,二,二、提取和鉴定DNA 1.DNA的提取 DNA的溶解度随着NaCl浓度的变化而改变。当NaCl的物质的量浓度为0.14 mol/L时,DNA的溶解度最小。通过改变NaCl溶液的浓度,溶解在NaCl溶液中的DNA会析出来。利用DNA不溶于乙醇的特点可以进一步提纯DNA。 2.DNA的鉴定 用二苯胺试剂可以鉴定DNA:在酸性条件下,DNA与二苯胺会发生反应,最终产生蓝色物质。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,肺炎双球菌转化实验 问题导引 格里菲思的转化实验有没有设计对照实验?若有,则对照组和实验组分别是怎样设计的? 提示: 格里菲思的转化实验设计了对照实验,其中R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内的一组为实验组,其他三组均为对照组。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,名师精讲 体内和体外转化实验的比较,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,特别提醒加热煮沸后的肺炎双球菌被杀死的原因是蛋白质遇高温变性失活,但DNA具有热稳定性,结构未被破坏。 R型细菌转化成S型细菌的原因是S型细菌的DNA进入R型细菌内,与R型细菌的DNA实现重组,表现出S型细菌的性状。 体内转化实验说明S型细菌体内有转化因子,体外转化实验进一步证明转化因子是DNA。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,典例剖析 【例题1】肺炎双球菌有许多类型,有荚膜的有毒性,能使人患肺炎或使小鼠患败血症死亡,无荚膜的无毒性。下图是某小组所做的转化实验,下列相关说法错误的是( ) A.能导致小鼠死亡的有a、d两组 B.通过d、e两组对照,能说明转化因子是DNA而不是蛋白质 C.d组产生的有毒性的肺炎双球菌能将该性状遗传给后代 D.d组产生的后代只有有毒性的肺炎双球菌,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,解析:a组为有荚膜菌,注射到小鼠体内,可使小鼠死亡;b组为加热煮沸的有荚膜菌,注射到小鼠体内,小鼠不死亡;c组为无荚膜菌,不会导致小鼠死亡;d组为无荚膜菌与加热杀死的有荚膜菌的DNA混合培养,在有荚膜菌DNA的作用下,无荚膜菌转化为有荚膜菌,并遗传给后代,产生有荚膜的活菌,导致小鼠死亡;e组为加热杀死的有荚膜菌的蛋白质与无荚膜菌混合培养,不会发生转化,也不会导致小鼠死亡。所以d、e两组对照,说明促使无荚膜菌发生转化的是有荚膜菌的DNA,而不是蛋白质。但这种转化率是比较低的,大部分无荚膜菌不能发生转化,所以在d组产生的后代中,大部分是无毒性的,少数是有毒性的,D项错误。 答案:D,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,变式训练1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: S型细菌的DNA+DNA酶加入R型细菌注射入小鼠;R型细菌的DNA+DNA酶加入S型细菌注射入小鼠;R型细菌+DNA酶高温加热后冷却加入S型细菌的DNA注射入小鼠;S型细菌+DNA酶高温加热后冷却加入R型细菌的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、存活、死亡 B.存活、死亡、存活、死亡 C.死亡、死亡、存活、存活 D.存活、死亡、存活、存活,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,解析:S型细菌是有毒性的,但若将其DNA在DNA酶的作用下水解掉,则S型细菌的DNA水解产物不能使R型细菌发生转化,故实验中小鼠存活;实验中不管是否用DNA酶将R型细菌的DNA水解,因后来又加入了有毒的S型细菌,故小鼠都会死亡;实验中因加入DNA酶后又高温加热,DNA酶变性失活、R型细菌死亡,故再加入S型细菌的DNA也不能使R型细菌发生转化,所以小鼠存活;实验中加入DNA酶后又高温加热,DNA酶变性失活、S型细菌死亡,再加入R型细菌的DNA而不是活的R型细菌,故也不能使小鼠死亡。 答案:D,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,噬菌体侵染细菌的实验过程及分析 问题导引 请根据噬菌体的代谢特点思考,能直接用分别含放射性同位素35S和32P的培养基来培养噬菌体,以分别标记噬菌体的蛋白质和DNA吗?试阐述原因。 提示: 不能。因为噬菌体无细胞结构,专门寄生在活细胞内,依靠活细胞中的物质进行繁殖和代谢,而不能在培养基中生存。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,名师精讲 1.噬菌体侵染细菌实验 (1)同位素示踪法,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,(2)标记噬菌体,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,(3)噬菌体侵染细菌,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,(4)误差分析 35S标记噬菌体的一组离心后沉淀物有少量放射性的原因: 搅拌不充分留在大肠杆菌细胞表面的噬菌体蛋白质外壳随大肠杆菌细胞分布在沉淀物中沉淀物有少量放射性。 32P标记噬菌体的一组离心后上清液有少量放射性的原因: a.培养时间短部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞离心后未吸附至大肠杆菌细胞的噬菌体分布在上清液上清液中有放射性; b.培养时间过长噬菌体在大肠杆菌内大量繁殖大肠杆菌裂解死亡,释放出噬菌体离心后噬菌体将分布在上清液上清液有少量放射性。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,2.肺炎双球菌转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较 (1)实验设计思路相同:设法将DNA与其他物质分开,单独、直接研究它们各自的作用。 (2)实验设计原则相同:都遵循对照原则。 (3)将DNA与蛋白质分开的方法不同:肺炎双球菌转化实验用差速离心的方法将DNA与蛋白质分开;噬菌体侵染细菌实验用同位素标记法将DNA与蛋白质分开。 (4)两个实验都能证明DNA是遗传物质。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,典例剖析 【例题2】艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验与赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验是关于探究遗传物质的两个经典实验,下列叙述正确的是( ) A.两个实验均采用了对照实验和同位素标记的方法 B.两者的关键设计思路都是把DNA与蛋白质分开,研究各自的作用 C.赫尔希与蔡斯对同一组噬菌体的蛋白质和DNA分别采用35S和32P标记 D.两个实验证明了DNA是细菌的遗传物质,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,解析:肺炎双球菌转化实验采用了对照实验的方法,但没有采用同位素标记法,A项错误;两个实验的设计思路一致,即设法将DNA和其他物质分开,单独地、直接地观察它们各自的作用,B项正确;噬菌体侵染细菌的实验分两组,一组是32P标记的噬菌体,另一组是35S标记的噬菌体,C项错误;肺炎双球菌的体外转化实验证明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA,噬菌体侵染细菌实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA,D项错误。 答案:B 反思领悟在T2噬菌体的化学组成中,S只存在于某些蛋白质中,P几乎都存在于DNA(核酸)中,故可用同位素标记这两种元素,以分别了解两者在遗传上的作用。 肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的结论都是DNA是遗传物质,但都不能证明DNA是主要的遗传物质。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,变式训练2若1个35S标记的大肠杆菌被1个32P标记的噬菌体侵染,裂解后释放的所有噬菌体( ) A.一定有35S,可能有32P B.只有35S C.一定有32P,可能有35S D.只有32P 解析:1个32P标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌,含32P标记的噬菌体DNA侵入大肠杆菌,以大肠杆菌内的物质为原料进行复制,故释放的噬菌体可能含有32P;噬菌体以大肠杆菌内的含35S的物质为原料合成蛋白质,故释放的噬菌体一定含有35S。 答案:A,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,判断正误(正确的画“”,错误的画“”)。 1.噬菌体可以寄生在动物细胞内。( ) 提示: 噬菌体属于细菌病毒,只能寄生在细菌体内。 2.用35S标记的噬菌体侵染细菌,经过搅拌和离心后,放射性主要分布在上清液中。( ) 提示: 35S标记的是噬菌体的蛋白质,在侵染过程中蛋白质没有侵入细菌体内,所以放射性主要分布在上清液中。 3.使R型细菌转化为S型细菌必须用S型细菌的完整细胞。 ( ) 提示: 使R型细菌转化为S型细菌的是S型细菌的DNA。 4.构成S型活细菌的DNA、蛋白质和多糖等物质中,只有DNA才能使R型细菌的致病性发生转化。 ( ) 提示:,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,5.遗传物质不仅能携带遗传信息,控制生物体的特定性状,而且还可通过细胞增殖过程将遗传信息传递给后代。( ) 提示: 6.在植物细胞和动物细胞中遗传物质主要是DNA。 ( ) 提示: 在植物细胞和动物细胞中遗传物质是DNA。 7.凡是含DNA的生物,不论其有无RNA,遗传物质均为DNA。( ) 提示: 8.在只含有RNA而无DNA的一些病毒中,遗传物质是RNA。( ) 提示:,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,DNA的粗提取和鉴定 【实验指导】 1.实验原理 (1)DNA在物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低。因此通过改变NaCl溶液的浓度,溶解在NaCl溶液中的DNA会析出来。 (2)DNA不溶于乙醇溶液,而细胞中某些物质可溶于乙醇溶液,从而可提取出含杂质较少的DNA。 (3)DNA+二苯胺 蓝色,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,2.实验流程 (1)DNA的粗提取 制备鸡血细胞液,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测, 提取鸡血细胞的核物质,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测, 溶解核内的DNA,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测, 析出DNA丝状物, 取DNA丝状物,获得含一定杂质的DNA,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,(2)DNA的鉴定,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,3.本实验的要点分析 (1)加入抗凝剂的目的 制备鸡血细胞液时要在取新鲜鸡血的同时加入抗凝剂,防止血液凝固,使血液分层,取下层血细胞。 (2)实验中几次重复操作的目的 实验中有两次使用蒸馏水 第一次在第步,目的是使血细胞吸水胀破,第二次在第步,目的是稀释NaCl溶液。 除第一次搅拌外,后面几次搅拌均要朝向一个方向,并且在析出DNA、DNA再溶解和提取中,搅拌都要轻缓,玻璃棒不要直插烧杯底部,防止DNA分子断裂。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,(3)实验中的关键点 加入足量蒸馏水并充分搅拌鸡血细胞液。DNA存在于鸡血细胞核中,将鸡血细胞与蒸馏水混合以后,应用玻璃棒沿一个方向快速搅拌,使鸡血细胞加速破裂,并释放出DNA。 因为玻璃容器吸附DNA,实验中最好使用塑料的烧杯和试管,否则提取的DNA量会较少。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,【设计体验】 下图为“DNA的粗提取和鉴定”实验装置。,(1)实验材料选用鸡血细胞液,而不用鸡全血,主要原因是鸡血细胞液中有较高含量的 。 (2)在图A所示的实验步骤中加蒸馏水的目的是 ,通过图B所示的步骤取得滤液,再在溶液中加入2 mol/L 的NaCl溶液的目的是 ;图C所示实验步骤中加蒸馏水的目的是 。 (3)为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA,可将丝状物溶解后滴加 溶液,结果在水浴加热的条件下发生溶液变蓝的现象。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,解析:图A、B、C所示为“DNA的粗提取和鉴定”实验的三个关键步骤。图A通过添加蒸馏水,血细胞与蒸馏水相混合,细胞因大量吸水最终破裂,并释放出胞内物。图B通过纱布过滤使血细胞释放出的DNA滤入收集的滤液中(将大量胶状物滤出),再在滤液中加入物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液,使DNA溶于NaCl溶液。图C在DNA浓盐溶液中加入蒸馏水(大量),可使NaCl溶液浓度降低(DNA在物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低),使DNA析出,经过滤等手段可以收集到DNA。在沸水浴条件下,DNA与二苯胺发生蓝色反应。 答案:(1)DNA (2)使血细胞破裂 使滤液中的DNA溶于浓盐溶液 使DNA析出 (3)二苯胺,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,反思领悟“DNA的粗提取和鉴定”实验的材料选用鸡血细胞液,而不用鸡全血,主要原因是DNA主要储存于细胞核内,使用鸡血细胞液提高材料中的细胞数量和DNA含量,从而可以保证实验所提取到的DNA的含量。,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,1.格里菲思进行了肺炎双球菌转化实验,下列哪一项不是格里菲思实验的意义?( ) A.提出了“转化因子”的概念 B.证实了DNA是遗传物质 C.奠定了艾弗里实验的基础 D.开辟了用微生物研究遗传学的新途径 解析:1928年,格里菲思完成肺炎双球菌的转化实验,提出细菌体内有一种转化因子,它可使原本对小鼠无毒的细菌(R型)变成有毒的细菌(S型),但并没有证实这种物质是DNA。后来,美国科学家艾弗里和他的同事证明了该物质是DNA。 答案:B,探究点一,探究点二,易错点排查,实验设计,当堂检测,2.艾弗里等人为了弄清转化因子的本质,进行了一系列的实验,下图是他们所做的一组实验,则三个实验的培养皿中只存在一种菌落的为( ) A.实验一 B.实验二 C.实验三 D.实验一和三 解析:实验二中加入的DNA酶能分解S型细菌的DNA,无法使完整的DNA片段转移至R型细菌中,所以菌落只有一种,即R型菌落