第3章 第1节DNA是主要的遗传物质

1、第第3 3章章 基因的本质基因的本质基因基因在在染色体上染色体上染色体染色体DNA蛋白质蛋白质基因是什么？基因是什么？DNA或蛋白质？或蛋白质？几多实验，几多论争。几多实验，几多论争。是谁将谜底揭破？是谁将谜底揭破？DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质了解了解1.对遗传物质的早期推测对遗传物质的早期推测2.实验技术在证明实验技术在证明DNA是主要遗传物质中是主要遗传物质中 的作用的作用理解理解1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程肺炎双球菌转化实验的原理和过程2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程噬菌体侵染细菌实验的原理和过程应用应用1.总结总结“DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质”的探索

2、过程的探索过程2.设计实验证明设计实验证明RNA也是遗传物质也是遗传物质1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程肺炎双球菌转化实验的原理和过程2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程噬菌体侵染细菌实验的原理和过程第第1 1节节 DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质问题探讨：问题探讨：1.1.你认为遗传物质可能具有什么特点？你认为遗传物质可能具有什么特点？分子分子结构结构相对相对稳定稳定能能贮存大量的遗传信息贮存大量的遗传信息，并，并决定生物的性状决定生物的性状可以可以复制复制，并能，并能传递给后代，传递给后代，保持保持前后代之间的前后代之间的连续性连续性2.2.你认为证明某一种物质是遗传物质可行方

3、法有哪些？你认为证明某一种物质是遗传物质可行方法有哪些？单独地、直接地单独地、直接地来看这种物质的作用（来看这种物质的作用（决定性状等决定性状等）一、对遗传物质的一、对遗传物质的早期推测早期推测1.20世纪世纪20年代：年代： 蛋白质蛋白质是是生物体的生物体的遗传物质遗传物质（蛋白质蛋白质中中氨基酸氨基酸的的排列顺序排列顺序多种多样多种多样，可能蕴含着遗传信息），可能蕴含着遗传信息）2.20世纪世纪30年代：年代： 科学家本可以意识到科学家本可以意识到DNA的重要性的重要性，（但由于（但由于DNA结构不清晰结构不清晰。 蛋白质是遗传物质仍占主导地位）蛋白质是遗传物质仍占主导地位）腺嘌呤腺嘌呤（

4、A）P脱氧核糖脱氧核糖鸟嘌呤鸟嘌呤（G）P脱氧核糖脱氧核糖胸腺嘧啶胸腺嘧啶（T）P脱氧核糖脱氧核糖胞嘧啶（胞嘧啶（C）P脱氧核糖脱氧核糖艾弗里艾弗里二、肺炎双球菌的转化实验二、肺炎双球菌的转化实验1、肺炎双球菌肺炎双球菌的的体内转化实验体内转化实验 （格里菲思）（格里菲思）R R型细菌型细菌多糖类荚膜多糖类荚膜S S型细菌型细菌光滑光滑粗糙粗糙有多糖类的荚膜有多糖类的荚膜无多糖类的荚膜无多糖类的荚膜有毒性，可致死有毒性，可致死无毒性无毒性S S型细菌型细菌R R型细菌型细菌菌落菌落菌体菌体毒性毒性R型活细菌型活细菌 R R型型细细菌菌无毒性无毒性第一组第一组S型活细菌型活细菌第二组第二组S S

5、型型细细菌菌有毒性有毒性加热杀死加热杀死S型细菌型细菌 加热杀死加热杀死的的S S型细菌型细菌已经失活已经失活第三组第三组第四组第四组R型型活细菌活细菌加热杀死加热杀死S型细菌型细菌加热杀死的加热杀死的S S型细菌型细菌存在能使存在能使R R型细菌转化型细菌转化为为S S型细菌的型细菌的转化因子转化因子肺炎双球菌中含有肺炎双球菌中含有DNA、蛋白质、多糖、蛋白质、多糖等物质，等物质，那么，究竟什么是转化因子那么，究竟什么是转化因子-遗传物质？遗传物质？2、肺炎双球菌肺炎双球菌的的体外转化实验体外转化实验（艾弗里）（艾弗里）R R型菌型菌S S型菌型菌只长只长R R型菌型菌只长只长R R型菌型菌

6、R R型菌型菌S S型菌型菌DNADNAS S型菌型菌蛋白质蛋白质或荚膜或荚膜多糖多糖S S型菌型菌DNADNA+DNA+DNA酶酶R R型菌培养基型菌培养基R R型菌培养基型菌培养基R R型菌培养基型菌培养基R R型菌型菌R R型菌型菌 S S型细菌型细菌多糖多糖 脂质脂质 蛋白质蛋白质 RNA RNA DNA DNA DNA+ DNA DNA+ DNA酶酶 分别与分别与R R型活细菌混合培养型活细菌混合培养R RR RR RR RR RR RS SR RS S结论：结论：DNADNA才是转化因子，即遗传物质才是转化因子，即遗传物质蛋白质不是遗传物质。蛋白质不是遗传物质。DNADNA纯度越高

7、纯度越高转化效率转化效率越高越高DNADNA纯度不够，是否是纯度不够，是否是0.02%0.02%的蛋白质在起转化的蛋白质在起转化作用呢，如何获取作用呢，如何获取单独的单独的DNADNA或者蛋白质或者蛋白质进行实验？进行实验？通过分析肺炎双球菌转化实验，请思考下列问题：通过分析肺炎双球菌转化实验，请思考下列问题：1仔细观察并分析教材仔细观察并分析教材P43图图32、P44图图33肺炎肺炎双球菌的转化实验，讨论交流下列问题：双球菌的转化实验，讨论交流下列问题：(1)格里菲思的转化实验中有无设计对照实验？若有，格里菲思的转化实验中有无设计对照实验？若有，则对照组和实验组分别是第几组？怎样设计的？则对

8、照组和实验组分别是第几组？怎样设计的？提示：提示：有对照设计。对照组是第一至三组，分别向健有对照设计。对照组是第一至三组，分别向健康小鼠体内注射康小鼠体内注射R型活细菌、型活细菌、S型活细菌，加热杀死的型活细菌，加热杀死的S型细菌。实验组是第四组，向健康小鼠体内注射型细菌。实验组是第四组，向健康小鼠体内注射R型型活细菌和加热杀死的活细菌和加热杀死的S型细菌混合液。型细菌混合液。(2)在艾弗里第一组在艾弗里第一组(S型细菌型细菌DNA和和R型活细菌混合培型活细菌混合培养养)实验中，所有实验中，所有R型细菌全部都转化为型细菌全部都转化为S型细菌吗？型细菌吗？提示：提示：没有。大多后代是没有。大多后

9、代是R型细菌，因转化效率很低，型细菌，因转化效率很低，只有少数只有少数R型细菌转化为型细菌转化为S型细菌。型细菌。(3)艾弗里实验第三组，设计了艾弗里实验第三组，设计了R型细菌与型细菌与S型细菌型细菌DNA加加DNA酶混合培养，分析设计该组实验的目的是什么？酶混合培养，分析设计该组实验的目的是什么？提示：提示：DNA酶将酶将DNA水解为脱氧核苷酸，分解后的产水解为脱氧核苷酸，分解后的产物不能使物不能使R型细菌转化为型细菌转化为S型细菌，说明型细菌，说明DNA必须保持必须保持完整性，才能完成其功能。同时证明了完整性，才能完成其功能。同时证明了DNA是遗传物是遗传物质。质。(4)从对照实验设计角度

10、分析：从对照实验设计角度分析：艾弗里实验的单一变量是什么？艾弗里实验的单一变量是什么？提示：提示：向向R型细菌培养基中加入从型细菌培养基中加入从S型细菌提取的型细菌提取的不同物质。不同物质。将可能作为将可能作为“转化因子转化因子”的各种物质，分别进行的各种物质，分别进行实验的设计意图是什么？实验的设计意图是什么？提示：提示：进行相互对照，可对实验结果进行对比分进行相互对照，可对实验结果进行对比分析，得出结论，同时可避免其他物质的干扰。析，得出结论，同时可避免其他物质的干扰。(5)在肺炎双球菌转化实验中，能够证明在肺炎双球菌转化实验中，能够证明DNA是遗是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？传

11、物质的最关键的实验设计思路是什么？提示：提示：将将DNA与蛋白质、多糖等其他物质分开，与蛋白质、多糖等其他物质分开，单独地、直接地观察每种物质的作用。单独地、直接地观察每种物质的作用。2判断正误：判断正误：(1)格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗是遗传物质。传物质。 ( )(2)艾弗里实验中艾弗里实验中DNAR型活菌培养基上生存的细菌型活菌培养基上生存的细菌都是都是S型菌。型菌。 ( )(3)肺炎双球菌转化实验证明肺炎双球菌转化实验证明DNA是主要的遗传物质，是主要的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。蛋白质不是遗传物质。 ( )三、噬菌体侵染细菌的实

12、验三、噬菌体侵染细菌的实验（1 1）噬菌体的结构）噬菌体的结构（赫尔希（赫尔希和和蔡斯）蔡斯）( (噬菌体噬菌体是是细菌病毒细菌病毒) )病毒病毒核酸核酸蛋白质蛋白质（外壳或（外壳或衣壳衣壳）（内部）（内部）（DNADNA或或RNARNA）病毒病毒只含有只含有一种一种核酸核酸（DNADNA或或RNARNA）（2 2）病毒的增殖）病毒的增殖生活方式：生活方式： 寄生寄生 于活细胞中于活细胞中 （不能用培养基来培养病毒）（不能用培养基来培养病毒）增殖过程：增殖过程： 吸附吸附 注入注入 吸附吸附 注入注入 合成合成 合成合成 组装组装 组装组装 释放释放释放释放 吸附吸附：噬菌体的尾部吸附在细菌的

13、表面，以便侵染细菌：噬菌体的尾部吸附在细菌的表面，以便侵染细菌注入注入：噬菌体将自身：噬菌体将自身DNADNA注入到细菌体内，蛋白质外壳留在外面注入到细菌体内，蛋白质外壳留在外面合成合成：在噬菌体：在噬菌体DNADNA的指导下，以细菌中原料（的指导下，以细菌中原料（AAAA、核苷酸）、核苷酸） 合成噬菌体的蛋白质和合成噬菌体的蛋白质和DNADNA组装组装：合成的蛋白质外壳和：合成的蛋白质外壳和DNADNA在细菌内组装成新的噬菌体在细菌内组装成新的噬菌体释放释放：组装成的新的噬菌体内从细菌体释放，再侵染其他的细菌：组装成的新的噬菌体内从细菌体释放，再侵染其他的细菌（3 3）实验方法：）实验方法：

14、蛋白质蛋白质的组成元素的组成元素： C C、H H、O O、N N、S SC C、H H、O O、N N 、P P （标记（标记3232P P）（标记（标记3535S S）同位素标记法同位素标记法标记噬菌体：标记噬菌体：a.a.标记大肠杆菌标记大肠杆菌（分别用分别用3535S S和和3232P P标记的培养基培养标记的培养基培养）含含3535S S的培养基的培养基+ +大肠杆菌大肠杆菌含含3535S S的大肠杆菌的大肠杆菌b.b.标记噬菌体标记噬菌体（分别用分别用3535S S和和3232P P标记的大肠杆菌培养噬菌体标记的大肠杆菌培养噬菌体）含含3232P P的培养基的培养基+ +大肠杆菌大

15、肠杆菌含含3232P P的大肠杆菌的大肠杆菌含含3535S S的大肠杆菌的大肠杆菌+ +噬菌体噬菌体含含3535S S的噬菌体的噬菌体含含3232P P的大肠杆菌的大肠杆菌+ +噬菌体噬菌体含含3232P P的噬菌体的噬菌体DNADNA的组成元素的组成元素：被被3535S S标记标记的噬菌体的噬菌体被被3232P P标记标记的噬菌体的噬菌体被被3535S S标记的噬菌标记的噬菌体与细菌混合体与细菌混合被被3232P P标记的噬菌体标记的噬菌体与细菌混合与细菌混合噬菌体外壳噬菌体外壳被侵染的细菌被侵染的细菌 噬菌体侵染细菌注入的是噬菌体侵染细菌注入的是DNADNA放射性的不同，说明了放射性的不同

16、，说明了？细菌裂解后，释放的噬菌体无细菌裂解后，释放的噬菌体无3535S S的蛋白质，有的蛋白质，有3232P P的的DNADNA，说明了，说明了？亲代与子代之间有连续性的物质是亲代与子代之间有连续性的物质是DNADNA结论结论：DNADNA是遗传物质是遗传物质上清液上清液噬菌体侵染细菌：噬菌体侵染细菌：通过分析通过分析T2噬菌体侵染细菌的实验，请思考：噬菌体侵染细菌的实验，请思考：1仔细观察教材仔细观察教材P45图图36，探讨下列有关问题：，探讨下列有关问题：(1)实验中为什么选择实验中为什么选择35S和和32P这两种同位素分别对这两种同位素分别对蛋白质和蛋白质和DNA进行标记？能利用进行标

17、记？能利用14C和和15N同位素进同位素进行标记吗？试说明理由。行标记吗？试说明理由。提示：提示：因为因为S仅存在于仅存在于T2噬菌体的蛋白质中，噬菌体的蛋白质中，而而P主要存在于主要存在于DNA中，故用中，故用35S和和32P分别标记分别标记蛋白质和蛋白质和DNA。不能。因为不能。因为T2噬菌体的蛋白质和噬菌体的蛋白质和DNA中均含中均含有这两种元素，无法将有这两种元素，无法将DNA和蛋白质区分开。和蛋白质区分开。(2)请根据噬菌体的代谢特点，分析能否直接利用请根据噬菌体的代谢特点，分析能否直接利用分别含放射性同位素分别含放射性同位素35S和和32P的培养基培养噬菌体？的培养基培养噬菌体？说

18、明原因。说明原因。提示：提示：不能。因为病毒无细胞结构，其体内缺不能。因为病毒无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营活细胞内寄少完整的独立生活的酶系统，专营活细胞内寄生生活，病毒在普通培养基上无法生存。生生活，病毒在普通培养基上无法生存。(3)在在T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再搅拌、离心、检测放射性。分析控制短时间的原因是再搅拌、离心、检测放射性。分析控制短时间的原因是什么？什么？提示：提示：短时间，防止已被短时间，防止已被T2噬菌体侵染的大肠杆菌裂噬菌体侵染的大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体、干扰实验结果。解释放出子代噬

19、菌体、干扰实验结果。(4)噬菌体侵染大肠杆菌实验，除证明噬菌体侵染大肠杆菌实验，除证明DNA是遗传物质外，是遗传物质外，还能得出哪些结论？还能得出哪些结论？提示：提示：本实验还能间接证明本实验还能间接证明DNA是遗传物质的两个特点：是遗传物质的两个特点： DNA使前后代保持一定的连续性使前后代保持一定的连续性(即即DNA复制复制)。DNA能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的新陈能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的新陈代谢过程和性状。代谢过程和性状。思考思考(1)仅用仅用32P标记噬菌体的标记噬菌体的DNA，侵染细菌后搅拌离心，实验结果，侵染细菌后搅拌离心，实验结果为离心管下层放射性较强，说明噬

20、菌体的为离心管下层放射性较强，说明噬菌体的DNA已经进入细菌体已经进入细菌体内了。内了。而上层的上清液中也有较弱的放射性，应该怎么解释？而上层的上清液中也有较弱的放射性，应该怎么解释？(2)仅用仅用35S标记噬菌体外壳，侵染细菌后搅拌离心，实验结标记噬菌体外壳，侵染细菌后搅拌离心，实验结果为离心管上层放射性较强，说明噬菌体的蛋白质外壳没有果为离心管上层放射性较强，说明噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内。进入细菌体内。而下层沉淀物中也有较弱放射性，应该如何而下层沉淀物中也有较弱放射性，应该如何解释？解释？保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠 杆

21、菌细胞杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，这一段保温时噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，这一段保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。于上清液，也会使上清液中出现放射性。T2噬菌体的化学成分中，噬菌体的化学成分中，99%的磷元素存在于的磷元素存在于DNA分子中，分子中，可能是另外可能是另外1%的磷使上清液显示出很弱的放射性。的磷使上清液显示出很弱的放射性。由于搅拌不充分，有

22、少量含由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体吸附在细菌表的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。面，随细菌离心到沉淀物中。2判断正误：判断正误：(1)用用32P标记的标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，若实验中搅拌噬菌体侵染大肠杆菌，若实验中搅拌不充分，会造成上清液中有很高的放射性。不充分，会造成上清液中有很高的放射性。 ( )(2)噬菌体侵入大肠杆菌后，进行噬菌体侵入大肠杆菌后，进行DNA复制和蛋白质合复制和蛋白质合成的原料来自自身携带的物质。成的原料来自自身携带的物质。 ( )(3)用含用含32P的普通培养基培养的普通培养基培养T2噬菌体，可标记噬菌体噬菌体，可标记噬菌体的的DNA。 ( )与肺炎双球菌转化实验的比较与肺炎双球菌转化实验的比较相同点相同点均使均使DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它和蛋白质分开，单独处理，观察它 们各自的作用们各自的作用都遵循了对照原则都遵循了对照原则都能证明都能证明DNA是遗传物质，但不能证明是