第3章第1节DNA是主要遗传物质

1、第三章 基因的本质第一节 DNA是主要的遗传物质摩尔根通过果蝇摩尔根通过果蝇实验证明了基因实验证明了基因位于位于 上上孟德尔通过豌孟德尔通过豌豆实验证明了豆实验证明了生物的性状由生物的性状由 控制控制遗传因子遗传因子染色体染色体科学家发现：染色体科学家发现：染色体主要组成成分主要组成成分 蛋白质和蛋白质和DNADNA。染色体在遗染色体在遗传上的连续传上的连续性和稳定性性和稳定性说明说明染色体染色体在生物的遗传中起着在生物的遗传中起着重要作用重要作用 染色体染色体=DNA+=DNA+蛋白质，遗传物质是蛋白质，遗传物质是DNADNA，还是还是蛋白质蛋白质？结论结论新问题新问题历史的步伐历史的步伐遗

2、传物质的早期推测遗传物质的早期推测氨基酸多种多样氨基酸多种多样染色体染色体 20世纪世纪20年代：蛋白质是生物的遗传物质年代：蛋白质是生物的遗传物质 蛋白质蛋白质DNA结构未知结构未知遗传物质遗传物质遗传物质的早期推测遗传物质的早期推测1. DNA基本单位脱氧核苷酸基本单位脱氧核苷酸脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸碱基碱基A脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸G脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖C磷酸磷酸T脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸2. 脱氧核苷酸的种类脱氧核苷酸的种类20世纪世纪30年代：年代：DNA有重要作用有重要作用一一 格里菲斯的肺炎双球菌实验格里菲斯的肺炎双球菌实验体内转化实验体内转化实验1.1.肺

3、炎双球菌的类型肺炎双球菌的类型S型菌型菌R型菌型菌荚膜荚膜（多糖）（多糖）R R型菌型菌S S型菌型菌菌落光滑菌落光滑(Smooth)，菌体，菌体有荚膜有荚膜，能够，能够使人患肺炎或使小鼠患败血病，使人患肺炎或使小鼠患败血病，有毒性有毒性。菌落粗糙菌落粗糙(Rough)，菌体，菌体无荚膜无荚膜，无毒性无毒性。一一 格里菲斯的肺炎双球菌实验格里菲斯的肺炎双球菌实验体内转化实验体内转化实验2.2.实验实验活活R型菌型菌（无毒）（无毒）注入注入小鼠小鼠小鼠小鼠不死亡不死亡活活S型菌型菌（有毒）（有毒）注入注入小鼠小鼠小鼠小鼠死亡死亡体内分离出体内分离出S型活细菌型活细菌一一 格里菲斯的肺炎双球菌实验

4、格里菲斯的肺炎双球菌实验体内转化实验体内转化实验2.2.实验实验体内分离出体内分离出S型活细菌型活细菌死死S型菌型菌（加热杀死，（加热杀死，无毒）无毒）注入注入小鼠小鼠小鼠小鼠不死亡不死亡活活R型菌型菌（无毒）（无毒）死死S型菌型菌（无毒）（无毒）混合注入混合注入小鼠小鼠小鼠小鼠死亡死亡一一 格里菲斯的肺炎双球菌实验格里菲斯的肺炎双球菌实验体内转化实验体内转化实验2.2.实验实验S型死型死+R型活型活=S型活型活结论：结论：加热杀死的加热杀死的S型细菌中，含有促成型细菌中，含有促成R型型 细菌转化成细菌转化成S型活细菌的型活细菌的转化因子转化因子促进上述转化的促进上述转化的“转化因子转化因子”

5、是什么？是什么？二二 艾弗里的肺炎双球菌实验艾弗里的肺炎双球菌实验体外转化实验体外转化实验1.S1.S型细菌物质的提纯和鉴定型细菌物质的提纯和鉴定荚膜荚膜多多 糖糖蛋白质蛋白质DNA 包含包含RNA 脂类脂类但究竟哪一个才是转化因子呢？但究竟哪一个才是转化因子呢？ 在证明在证明DNA还是蛋白质或其他物还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的设计质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？思路是什么？ 必须将蛋白质、其他物质与必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。作用，才能确定究竟谁是遗传物质。提出问题提出问题

6、实验方案：实验方案：2 2、分别与分别与R R型细菌混合培养，观察其后代型细菌混合培养，观察其后代是否有是否有S S型细菌出现型细菌出现. .1 1、从活的从活的S S型细菌中分离，提取出各种成分，型细菌中分离，提取出各种成分，( (DNADNA、蛋白质和多糖、蛋白质和多糖 等物质等物质) ) DNA蛋白质和其他物质谁是遗传物质蛋白质和其他物质谁是遗传物质?作出假设作出假设:实施方案实施方案 验证预测验证预测预期效果：预期效果：DNA是遗传物质是遗传物质只有加入只有加入S型菌的型菌的DNA才能使才能使R型菌转变成型菌转变成S型菌型菌分析结论分析结论实验材料：实验材料：两种类型的肺炎双球菌两种类

7、型的肺炎双球菌(R型和型和S型型) DNADNA的纯度越高，转化就越有效。的纯度越高，转化就越有效。 分别与分别与R R型活细菌混合培养型活细菌混合培养S S型活细菌型活细菌多糖多糖脂类脂类蛋白质蛋白质RNADNADNA水解物水解物RRRRRSRRS二二 艾弗里的肺炎双球菌实验艾弗里的肺炎双球菌实验2. 2. 实验实验体外转化实验体外转化实验二二 艾弗里的肺炎双球菌实验艾弗里的肺炎双球菌实验3. 3. 实验结论实验结论 体外转化实验体外转化实验 DNADNA是使是使R R型细菌产生稳定遗传变化的物质，型细菌产生稳定遗传变化的物质，DNADNA是转化因子。是转化因子。 以上转化实验表明：以上转化

8、实验表明： DNADNA是遗传物质是遗传物质, ,而蛋白质不而蛋白质不是遗传物质。是遗传物质。二二 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验发现发现问题问题提出提出问题问题实验实验验证验证得出得出结论结论格里菲思格里菲思 艾弗里及其同事艾弗里及其同事 小鼠体内小鼠体内 培养基培养基(体外体外) 用加热杀死的用加热杀死的S型细菌做对照型细菌做对照 将物质提纯分离各自观察将物质提纯分离各自观察 小鼠是否死亡小鼠是否死亡 培养基中菌落培养基中菌落 S型细菌体内有型细菌体内有转化因子转化因子 S型细菌的型细菌的DNA是遗传物质是遗传物质 肺炎双球菌转化实验中的肺炎双球菌转化实验中的4点易错分析点易错分析

9、易易 错错 警警 示示二二 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验更具说服力的更具说服力的“噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验”19521952年赫尔希（年赫尔希（A.Hershey)A.Hershey)和蔡斯（和蔡斯（M.Chase)M.Chase)噬菌体（1）结构：头部和尾部）结构：头部和尾部的外表是由的外表是由 构成，构成，头部内含有头部内含有 。（2）增殖特点：在）增殖特点：在自身自身遗传物质遗传物质的作用下，的作用下，利利用大肠杆菌体内的物质用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，来合成自身的组成成分，进行增殖。进行增殖。（3）与大肠杆菌的关系：）与大肠杆菌的关系：寄生关系寄生

10、关系蛋白质蛋白质DNA三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验赫尔希和蔡斯的赫尔希和蔡斯的T2噬菌体试验噬菌体试验(1952年年)噬菌体中噬菌体中60%是蛋白质是蛋白质,40%是是DNA.三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验2. 2. 实验准备实验准备将将DNADNA和蛋白质区分开和蛋白质区分开, ,单独观察他们的作用单独观察他们的作用思考：思考： 用用1515NN、1414C C、3 3H H、1818OO是否可以？为什么？是否可以？为什么？ 能否用能否用3232P P和和3535S S标记同一个噬菌体来进行实验？标记同一个噬菌体来进行实验？分别标记！分别标记！思考：思考：检

11、测放射性的仪器不能区分放射性是检测放射性的仪器不能区分放射性是由什么物质产生的由什么物质产生的三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验2. 2. 实验准备实验准备用含用含3535S S和和3232P P的培养基分别培养大肠杆菌，的培养基分别培养大肠杆菌，用上述大肠杆菌培养用上述大肠杆菌培养T T2 2噬菌体，得到噬菌体，得到含含3232P P标记标记DNADNA的噬菌体的噬菌体和和含含3535S S标记蛋白质的噬菌体标记蛋白质的噬菌体为什么需要先标记大肠杆菌？为什么需要先标记大肠杆菌？噬菌体不能直接被标记，它是寄生于大肠噬菌体不能直接被标记，它是寄生于大肠杆菌的病毒，可通过大肠杆菌进行标

12、记杆菌的病毒，可通过大肠杆菌进行标记 怎样将怎样将32P标记到噬菌体的标记到噬菌体的DNA上？上？噬菌体侵染细菌的过程噬菌体侵染细菌的过程三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验T2T2噬菌体侵染大肠杆菌的示意图：噬菌体侵染大肠杆菌的示意图：大肠杆菌大肠杆菌DNADNA注入大肠杆菌中注入大肠杆菌中利用大肠杆菌内利用大肠杆菌内的物质合成蛋白的物质合成蛋白质外壳和质外壳和DNADNA组装成新的组装成新的T T2 2噬菌体噬菌体大肠杆菌破裂，大肠杆菌破裂，T T2 2噬菌体释放出来噬菌体释放出来三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验吸附吸附注入注入合成合成组装组装释放释放三三 噬菌体侵

13、染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验2. 2. 实验准备实验准备3. 3. 实验过程实验过程用用3535S S标记的噬菌体标记的噬菌体（蛋白质被标记）（蛋白质被标记）未标记的大肠杆菌未标记的大肠杆菌+ +搅拌搅拌搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离菌分离离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。 子代噬子代噬菌体菌体无无35S短时间短时间三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验2. 2. 实验准备实验准备3

14、. 3. 实验过程实验过程用用3535S S标记的噬菌体标记的噬菌体（蛋白质被标记）（蛋白质被标记）未标记的大肠杆菌未标记的大肠杆菌+ +离心离心上清液上清液沉淀物沉淀物（含（含T T2 2噬菌体颗粒）噬菌体颗粒）（含被感染的大肠杆菌）（含被感染的大肠杆菌）放射性高放射性高放射性低放射性低说明：噬菌体的蛋白质外壳没有进入说明：噬菌体的蛋白质外壳没有进入 大肠杆菌中大肠杆菌中子代噬菌体子代噬菌体无无放射性放射性三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验2. 2. 实验准备实验准备3. 3. 实验过程实验过程用用3232P P标记的噬菌体标记的噬菌体（DNA被标记）被标记）未标记的大肠杆菌未标

15、记的大肠杆菌+ +子代噬子代噬菌体菌体有有32P搅拌搅拌短时间短时间三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验2. 2. 实验准备实验准备3. 3. 实验过程实验过程用用3232P P标记的噬菌体标记的噬菌体（DNADNA被标记）被标记）未标记的大肠杆菌未标记的大肠杆菌+离心离心上清液上清液沉淀物沉淀物（含（含T T2 2噬菌体颗粒）噬菌体颗粒）（含被感染的大肠杆菌）（含被感染的大肠杆菌）放射性低放射性低放射性高放射性高说明：说明：DNA进入大肠杆菌中进入大肠杆菌中子代噬菌体子代噬菌体有有放射性放射性三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验亲代亲代噬菌体噬菌体寄主寄主细胞内细胞内子代

16、子代噬菌体噬菌体实验实验结论结论第一组实验第一组实验第二组实验第二组实验标记标记35S蛋白质蛋白质32PDNA蛋白质蛋白质35SDNA32P DNA分分子是遗子是遗传物质传物质标记细菌标记细菌标记噬菌体标记噬菌体噬菌体侵染细菌（短时间保温）噬菌体侵染细菌（短时间保温）搅拌离心搅拌离心观察放射性的分布观察放射性的分布“短时间短时间”：保证子代噬菌体的：保证子代噬菌体的DNADNA和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成阶和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成阶段，子代噬菌体还没有组装好，或虽段，子代噬菌体还没有组装好，或虽已经组装但并未使细菌发生裂解已经组装但并未使细菌发生裂解 “保温保温”：为噬菌体培养提供适宜

17、：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。的恒定的温度，以保证酶的活性。 搅拌的目的：使吸附在搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离细菌分离离心的目的：让上清液中离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。留下被感染的大肠杆菌。 内部无内部无DNADNA的噬菌体外壳的噬菌体外壳三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验实验过程实验过程三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验1 1、实验设计思路：、实验设计思路：3 3、实验过程：、实验过程：把蛋白质和把蛋白质

18、和DNADNA区分开区分开，直接地、单独地观，直接地、单独地观察察DNADNA和蛋白质的作用和蛋白质的作用(1)(1)标记细菌标记细菌细菌细菌+ +含含3535S S的培养基的培养基细菌细菌+ +含含3232P P的培养基的培养基含含3535S S的的细菌细菌含含3232P P的的细菌细菌(2)(2)标记噬菌体标记噬菌体噬菌体噬菌体+ +含含3535S S的细菌的细菌噬菌体噬菌体+ +含含3232P P的细菌的细菌含含3535S S的的噬菌体噬菌体含含3232P P的的噬菌体噬菌体(3)(3)噬菌体侵染细菌噬菌体侵染细菌含含3535S S的噬菌体的噬菌体+ +细菌细菌含含3232P P的噬菌体

19、的噬菌体+ +细菌细菌: :上清液放射性很高上清液放射性很高, ,沉淀物放射性很低沉淀物放射性很低上清液放射性很低上清液放射性很低, ,沉淀物放射性很高沉淀物放射性很高2 2、实验方法：实验方法： 放射性同位素标记法放射性同位素标记法为什么沉为什么沉淀物或上淀物或上清液有少清液有少量放射性量放射性三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验思考思考1.1.细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：（细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：（1 1）个体很小，个体很小，结构简单结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。，容易看出因遗传物质改

20、变导致的结构和功能的变化。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。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。（2 2）繁殖快。繁殖快。细菌细菌202030 min30 min就可繁殖一代，病毒短时间内就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。可大量繁殖。2.2.最关键的实验设计思路是最关键的实验设计思路是设法把设法把DNADNA与蛋白质分开，单独地、与蛋白质分开，单独地、直接地去观察直接地去观察DNADNA或蛋白质的作用。或蛋白质的作用。3.3.艾弗里艾弗里采用的主要技术手段有采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术和鉴定技术

21、等。等。赫尔希赫尔希采用的主要技术手段有采用的主要技术手段有噬菌体的培养技噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。科学成果的取得必须有技术手段做保证，技术的发展需要以科科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。易易 错错 警警 示示噬菌体侵染细菌实验的易错分析噬菌体侵染细菌实验的易错分析 三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验5 5、实验结论：、实验结论

22、：直接证明直接证明间接证明间接证明不能证明不能证明DNA是噬菌体的遗传物质是噬菌体的遗传物质1.DNA能自我复制，使前后代保持能自我复制，使前后代保持一定的连续性，维持遗传性状的一定的连续性，维持遗传性状的稳定性。稳定性。2.DNA能控制蛋白质的生物合成，能控制蛋白质的生物合成，从而能控制新陈代谢和遗传性状。从而能控制新陈代谢和遗传性状。1.DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质2.蛋白质不是遗传物质蛋白质不是遗传物质三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验四四 1. 烟草花叶病毒感染试验烟草花叶病毒感染试验蛋白质蛋白质RNA分分离离感染感染烟草烟草感染感染烟草烟草实验实验结果结果出现病斑出现病斑不出现病斑不出现病斑实验实验结果结果RNARNA三三 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验四四 2. 烟草花叶病毒重建试验烟草花叶病毒重建试验 烟草花叶病毒烟草花叶病毒 RNA RNA 蛋白质蛋白质蛋蛋白白质