第1讲遗传物质的探索历程

1、2022-6-718661866年，孟德尔年，孟德尔通过豌豆实验证通过豌豆实验证明了生物的性状明了生物的性状由由 遗传因子遗传因子控控制制 。19101910年，摩尔根通年，摩尔根通过果蝇实验证明了过果蝇实验证明了基因位于基因位于染色体染色体上上。科学家发现：染色科学家发现：染色体主要组成成分体主要组成成分 DNA染色体在遗传染色体在遗传上的上的连续性连续性和和稳定性稳定性蛋白质蛋白质3 3、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性状、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性状4 4、分子结构相对稳定（但特殊情况下能产生变异）、分子结构相对稳定（但特殊情况下能产生变异）1 1、具有存储大量遗传信息的可能、

2、具有存储大量遗传信息的可能2 2、在生长和繁殖过程中能精确的、在生长和繁殖过程中能精确的自我复制自我复制二、遗传物质的争论二、遗传物质的争论1、蛋白质蛋白质是遗传物质是遗传物质(20世纪世纪20年代年代)（1）理由：各种）理由：各种氨基酸氨基酸可以按照不同的方式排列，可以按照不同的方式排列，形成不同的形成不同的蛋白质（蛋白质（大分子大分子）。氨基酸多种多样的。氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着排列顺序，可能蕴含着大量的大量的遗传信息遗传信息 。 （2）结论：）结论：蛋白质蛋白质是遗传物质。是遗传物质。2、DNA是遗传物质是遗传物质染色体主要由染色体主要由蛋白质蛋白质和和DNA构成，且构成，且

3、DNA含量相对稳定。含量相对稳定。 （1）理由：）理由：（2）结论：）结论：DNA是遗传物质。是遗传物质。 染色体在生物传中接代过程（有丝分裂、减数分裂及受染色体在生物传中接代过程（有丝分裂、减数分裂及受精作用）中，始终保持一定的连续性和稳定性。精作用）中，始终保持一定的连续性和稳定性。【典例典例1】探索遗传物质的过程是漫长的直到探索遗传物质的过程是漫长的直到20世纪初期，世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括理由不包括 A A、不同生物的蛋白质在结构上存在差异、不同生物的蛋白质在结构上存在差异 B B、蛋白质与

4、生物的性状密切相关、蛋白质与生物的性状密切相关 C C、蛋白质比、蛋白质比DNADNA具有更高的热稳定性，并且具有更高的热稳定性，并且 能够自我复制能够自我复制 D D、蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存、蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存 大量遗传信息大量遗传信息C1、实验材料：、实验材料：两种肺炎双球菌 有有无无无无有有光滑光滑粗糙粗糙有何不同？有何不同？( ough)( mooth) 实验过程实验过程实验结果实验结果实验结论实验结论1.活活S型菌型菌老鼠老鼠4. 灭活灭活S型型+活活R型型老鼠老鼠2.活活R型菌型菌老鼠老鼠3.灭活灭活S型菌型菌老鼠老鼠死亡死亡存活存活存活存活S型活菌

5、有毒性型活菌有毒性R型活菌无毒性型活菌无毒性加热杀死的加热杀死的S型型菌无毒性菌无毒性死亡死亡被加热杀死的被加热杀死的S S型细菌中型细菌中, ,含有某种含有某种转化因子转化因子; ;活活S型菌型菌遗传遗传子代活子代活S型菌型菌 这种转化可以遗传这种转化可以遗传“转化因子转化因子”是什么？是什么？1 1、你能对格里菲斯的实验结论进行评价吗？、你能对格里菲斯的实验结论进行评价吗？若果能，怎样评价？若果能，怎样评价？2 2、如果你是科学家，你应该怎样来追寻、如果你是科学家，你应该怎样来追寻“转化因子转化因子”？实验设计的关键思路是什么？实验设计的关键思路是什么？多糖多糖 脂类脂类 蛋白质蛋白质 R

6、NA RNA DNADNA在杀死的在杀死的S S型细菌中含有哪些物质？型细菌中含有哪些物质？加热杀死的加热杀死的S 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？ R R R R R R R R R R S S R R R R S SDNADNA2 2、实验结果：、实验结果： 而而蛋白质等蛋白质等其他物质不是遗传物质其他物质不是遗传物质。（纠正了一个生物界的错。（纠正了一个生物界的错误的普遍共识）误的普遍共识）想一想：想一想：说明了说明了什么？什么？ 艾弗里，艾弗里，体外转化实验体外转化实验得出结论设计实验验证格里菲思格里菲思体内体

7、内转化实验转化实验提出假设发现问题AS型细菌的性状是由其型细菌的性状是由其DNA决定的决定的B在转化过程中，在转化过程中，S型细菌的型细菌的DNA可能进入到可能进入到R型细菌细胞中型细菌细胞中CDNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质DDNA是遗传物质是遗传物质【答案答案】C【典例典例2 2】19441944年，科学家从年，科学家从S S型活细菌中提取出型活细菌中提取出DNADNA、蛋、蛋白质和多糖等物质，将白质和多糖等物质，将S S型菌的型菌的DNADNA加入到培养加入到培养R R型细菌的培型细菌的培养基中，结果发现其中的养基中，结果发现其中的R R型细菌转化成了型细菌转化成了S S型细菌；而

8、加入型细菌；而加入蛋白质、多糖等物质的培养基中，蛋白质、多糖等物质的培养基中，R R型细菌不能发生这种变型细菌不能发生这种变化。这一现象不能说明的是化。这一现象不能说明的是( () )格里菲思格里菲思(F.Griffith)用肺炎双球菌在用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果实验，此实验结果()A证明了证明了DNA是遗传物质是遗传物质B证明了证明了RNA是遗传物质是遗传物质C证明了蛋白质是遗传物证明了蛋白质是遗传物质质D没有具体证明哪一种物没有具体证明哪一种物质是遗传物质质是遗传物质 要想证明，就得选择比细菌更为简单的要想证明，就得选择比细菌更为简单的实

9、验材料。实验材料。T T2 2 噬菌体的特点噬菌体的特点噬噬菌菌体体大肠杆菌大肠杆菌1 1、是一种专门、是一种专门寄生寄生在大肠杆菌体内的病毒在大肠杆菌体内的病毒属于属于消费者消费者。2 2、结构简单，由蛋白质外壳和、结构简单，由蛋白质外壳和DNADNA构成。构成。3 3、侵染寄主时，、侵染寄主时，DNADNA和蛋白质会自动分离。和蛋白质会自动分离。4 4、利用寄主的一切原料、酶、利用寄主的一切原料、酶、ATPATP及场所合成自身结构，繁殖的子及场所合成自身结构，繁殖的子代噬菌体从代噬菌体从宿主细胞宿主细胞裂解释放。裂解释放。噬菌体侵染细菌的动态过程：噬菌体侵染细菌的动态过程：侵入别的细菌侵入

10、别的细菌合成合成组装组装释放释放吸附吸附侵入侵入合成合成组装组装释放释放吸附吸附动画 首先，噬菌体的尾端吸附在首先，噬菌体的尾端吸附在细菌的表面细菌的表面注入注入 然后，然后， 噬菌体通过尾轴把噬菌体通过尾轴把DNA全部全部注进细菌体内，而蛋白质注进细菌体内，而蛋白质外壳则留在细菌体外，不起作用。外壳则留在细菌体外，不起作用。 噬菌体的噬菌体的 DNA 在细菌体内，在细菌体内，使细胞本身的使细胞本身的 DNA 解体，同时利解体，同时利用细菌的化学成分合成噬菌体自身用细菌的化学成分合成噬菌体自身的的 DNA和蛋白质，和蛋白质， 这些新合成的这些新合成的 DNA 和蛋白和蛋白质外壳组装出很多个与亲

11、代一模质外壳组装出很多个与亲代一模一样的子代噬菌体。一样的子代噬菌体。 最后，这些噬菌最后，这些噬菌体由于细菌的解体而体由于细菌的解体而被释放出来，再去侵被释放出来，再去侵染其他的细菌。染其他的细菌。噬菌体侵染细菌的过程噬菌体侵染细菌的过程 2、实验设计思路：实验设计思路：T T2 2噬菌体的遗传物质是噬菌体的遗传物质是DNADNA吗？如何设吗？如何设计实验？计实验？（提示：采用什么技术使我们可以在提示：采用什么技术使我们可以在实验中分别追踪实验中分别追踪DNADNA和蛋白质的去向和蛋白质的去向）同位素示踪法同位素示踪法赫尔希和蔡斯的赫尔希和蔡斯的T2T2噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验结

12、论：结论：噬菌体的蛋白质外壳未进入细菌内噬菌体的蛋白质外壳未进入细菌内结论：结论：噬菌体的噬菌体的DNA进入细菌内进入细菌内赫尔希和蔡斯的赫尔希和蔡斯的T2T2噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验结论：结论：DNA是遗传物质是遗传物质赫尔希和蔡斯的赫尔希和蔡斯的T2T2噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验为什么说噬菌体实验更有说服为什么说噬菌体实验更有说服力？力？积极思维积极思维 本实验更具有说服力，本实验更具有说服力，因为因为用同位素标记的用同位素标记的噬菌噬菌体做实验材料能将体做实验材料能将DNADNA和蛋和蛋白质白质彻底彻底分离分离搅拌不充分搅拌不充分(噬菌体蛋白质外壳噬菌体蛋白质外壳)

13、保温时间过长，释放出来的子代噬菌体；保保温时间过长，释放出来的子代噬菌体；保温时间过短，未来得及侵染的亲代噬菌体。温时间过短，未来得及侵染的亲代噬菌体。1 1、理论上，、理论上， 3535S S标记的噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳标记的噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳没有进入细菌，离心后放射性应该只在上清液，沉淀物为没有进入细菌，离心后放射性应该只在上清液，沉淀物为什么也有放射性？什么也有放射性？2 2、理论上，、理论上， 3232P P标记的噬菌体侵染细菌时，标记的噬菌体侵染细菌时，DNADNA进入细菌进入细菌，离心后放射性应该只在沉淀物，上清液为什么也有放射，离心后放射性应该只在沉淀物，上清液为

14、什么也有放射性？性？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内部内部DNA不存在了不存在了的噬菌体外壳的噬菌体外壳根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题： 上清液和沉淀物中的成分分别是上清液和沉淀物中的成分分别是 和和 ，原因是：，原因是：。 进入细菌体内的是噬菌体的进入细菌体内的是噬菌体的 , ,依据是：依据是： 。 该实验能否证明该实验能否证明DNADNA是遗传物质？能否证明蛋白质不是物是遗传物质？能否证明蛋白质不是物质？质？噬菌体外壳噬菌体外壳细菌细菌两者密

15、度不同两者密度不同DNA放射性放射性3232P P存在于沉淀物中存在于沉淀物中只能证明只能证明DNADNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质外壳未进入细菌。质，因为蛋白质外壳未进入细菌。【典例典例4】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题： T T2 2噬菌体复制所需原料来自噬菌体复制所需原料来自 ，子代，子代T T2 2噬菌噬菌体蛋白质外壳合成场所是体蛋白质外壳合成场所是 。用噬菌体去侵染内含有用噬菌体去侵染内含有3232P P的细菌，在细菌解的细菌，在细菌解体后，含体后，含3232P P的应是的应是( )(

16、 )A A、子代噬菌体、子代噬菌体DNA BDNA B、子代噬菌体蛋白质外壳、子代噬菌体蛋白质外壳C C、子代噬菌体所有部分、子代噬菌体所有部分 D D、子代噬菌体不含、子代噬菌体不含3232P P用噬菌体去感染内含大量用噬菌体去感染内含大量3 3H H的细菌，待细菌的细菌，待细菌解体后，解体后，3 3H H应应( )( ) A A、随细菌的解体而消失、随细菌的解体而消失 B B、发现于噬菌体外壳和、发现于噬菌体外壳和DNADNA中中 C C、仅发现于噬菌体的、仅发现于噬菌体的DNADNA中中 D D、仅发现于噬菌体的外壳中、仅发现于噬菌体的外壳中AB噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋噬菌

17、体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外壳是白质外壳是( )( )A A. .在噬菌体在噬菌体DNADNA的指导下，用细菌的物质合成的的指导下，用细菌的物质合成的B B. .在细菌在细菌DNADNA的指导下，用细菌的物质合成的的指导下，用细菌的物质合成的C C. .在噬菌体在噬菌体DNADNA的指导下，用噬菌体的物质合成的的指导下，用噬菌体的物质合成的D D. .在细菌在细菌DNADNA的指导下，用噬菌体的物质合成的的指导下，用噬菌体的物质合成的 A ADNA是遗传物质是遗传物质1928年年 格里菲思格里菲思 体内转化实验体内转化实验1944年年 艾弗里艾弗里体外转化实验体外转化实验1952年

18、年 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验DNADNA是唯一的遗传物质吗？是唯一的遗传物质吗？流感病毒流感病毒SARS病毒病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒下面这些生物的遗传物质是什么？下面这些生物的遗传物质是什么？背景知识：背景知识：烟草花叶烟草花叶病毒病毒TMVTMV是由是由RNARNA和蛋白质和蛋白质组成的，在组成的，在感染烟草时，会出现感染烟草时，会出现致病斑。致病斑。烟草花叶病毒的遗传物质是什么烟草花叶病毒的遗传物质是什么？烟草花叶病毒的遗传物质是烟草花叶病毒的遗传物质是RNA设法将设法将烟草花叶病毒的烟草花叶病毒的RNARNA和蛋白质区分开，直接地、单和蛋白质区分开

19、，直接地、单独地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质独地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质烟草花叶病毒不含烟草花叶病毒不含DNA，只有，只有RNA和蛋白质和蛋白质仅仅RNARNA能使烟草产生原样病斑能使烟草产生原样病斑仅蛋白质能使烟草产生原样病斑仅蛋白质能使烟草产生原样病斑RNARNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑和蛋白质都能使烟草产生原样病斑若出现结果若出现结果，则仅，则仅RNARNA是遗传物质是遗传物质。若出现结果若出现结果，则仅蛋白质是遗传物质。，则仅蛋白质是遗传物质。若出现结果若出现结果，则，则RNARNA和蛋白质都是遗传物质和蛋白质都是遗传物质。蛋白质蛋白质RNA分

20、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分离分离分离分离重组重组重组重组感染新的病毒新的病毒产生产生哪种哪种病毒？病毒？细胞结构细胞结构生物生物原核生物原核生物真核生物真核生物遗传物质是遗传物质是DNADNA非细胞结构非细胞结构生物生物遗传物质是遗传物质是RNARNA只含只含DNADNA的病毒：的病毒：只含只含RNARNA的的病毒病毒：生生物物总结总结4 4、由于大多数生物的遗传物质是由于大多数生物的遗传物质是DNADNA，所以说所以说。3 3、在、在只含只含RNARNA的少数病毒的少数病毒（烟草花叶病毒、（烟草花叶病毒、HIV

21、HIV、SARSSARS、流感、流感、禽流感）中，、禽流感）中，RNARNA才作为遗传物质。才作为遗传物质。2 2、凡是具有细胞结构的生物，凡是具有细胞结构的生物，既有既有DNADNA，又有，又有RNARNA，遗传物，遗传物质是质是DNADNA1 1、生物的遗传物质是核酸、生物的遗传物质是核酸结论：结论：DNADNA是是主要的主要的遗传物质遗传物质 【形成概念形成概念】举例举例遗传物质举例举例DNARNA动植物、真菌、细菌以动植物、真菌、细菌以及及DNA病毒等病毒等RNA病毒病毒【典例典例6 6】下列关于下列关于“DNADNA是生物的主要遗传物质是生物的主要遗传物质”的叙的叙述正确的是述正确的

22、是( () )A A细胞核遗传的遗传物质是细胞核遗传的遗传物质是DNADNA，细胞质遗传的遗传物，细胞质遗传的遗传物质是质是RNARNAB B“肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验”和和“噬菌体侵染细菌的噬菌体侵染细菌的实验实验”都证明了都证明了DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质C C真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNADNA，少数病毒的遗传物质是少数病毒的遗传物质是RNARNAD D细胞生物的遗传物质是细胞生物的遗传物质是DNADNA，非细胞生物的遗传物质，非细胞生物的遗传物质是是RNARNAC C【典例典例7】下列有关生物

23、体下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是遗传物质的叙述，正确的是()A豌豆的遗传物质主要是豌豆的遗传物质主要是DNAB酵母菌的遗传物质主要酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上分布在染色体上CT2噬菌体的遗传物质含噬菌体的遗传物质含有硫元素有硫元素DHIV的遗传物质水解产生的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸加热到一定温度，蛋白质的分子结构加热到一定温度，蛋白质的分子结构( (空间结构空间结构) )会被破坏而变性，从而丧失生物活性。因此，会被破坏而变性，从而丧失生物活性。因此，加热加热引起蛋白质变性是导致引起蛋白质变性是导致S S型细菌死亡的原因型细菌死亡的原因。当与当与R R型细菌混合培

24、养时，型细菌混合培养时，S S型细菌型细菌DNADNA进入进入R R型型细菌体内，细菌体内，这叫这叫DNADNA的转化的转化。其实质是。其实质是S S型细菌型细菌DNADNA与与R R型活细菌的型活细菌的DNADNA实现重组，使实现重组，使R R型细菌表现出型细菌表现出S S型型细菌的性状，属于细菌的性状，属于基因重组。基因重组。S S型细菌体内的型细菌体内的DNADNA热稳定性较高热稳定性较高，把，把DNADNA溶液溶液加热至沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若加热至沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链又可部分地得以重聚，将其缓慢冷却，分离的单链又可部分地得以重聚

25、，恢复其双螺旋结构。因此，在一定温度范围内，加恢复其双螺旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致热不会导致DNADNA变性。变性。相同点相同点均把均把DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用，但两类实验中，但两类实验中DNA与蛋白质分开的方式不同与蛋白质分开的方式不同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，都不能证明是遗传物质，都不能证明DNA是主要的遗传是主要的遗传物质物质不不同同点点方方法法不不同同艾弗里实艾弗里实验验直接分离：分离直接分离：分离S型细菌的型细菌的DNA、多糖、蛋白质等、多糖、蛋白质等，分别与，

26、分别与R型菌混合培养型菌混合培养噬菌体侵噬菌体侵染细菌实染细菌实验验同位素标记法：分别用同位素标记法：分别用32P标记标记DNA和和蛋白质的蛋白质的特征元素特征元素噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验(1)(1)用放射性元素无法直接标记噬菌体，用放射性元素无法直接标记噬菌体，只有用相关元只有用相关元素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，才能使其增殖，子素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，才能使其增殖，子代被标记。代被标记。(2)(2)噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：吸附吸附注注入入合成合成装配装配释放。释放。(3)(3)从组成化合物的元素可知，从组成化合物的元

27、素可知，S S只存在于某些蛋白质中，只存在于某些蛋白质中，P P主要分布于主要分布于DNA(DNA(核酸核酸) )中，故可用其同位素标记两种成分。中，故可用其同位素标记两种成分。噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验（4 4）虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实）虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法不同验方法不同( (前者为前者为直接分离培养法直接分离培养法，后者为，后者为放射放射性同位素示踪法性同位素示踪法) )，但，但思路基本一致且都遵循了对思路基本一致且都遵循了对照原则照原则。实验结论。实验结论都是都是DNADNA是遗传物质。是遗传物质。（5 5）直接证明：）直接证明：DNADN

28、A是遗传物质。是遗传物质。DNADNA能够自我复制，使前后能够自我复制，使前后代保持遗传的连续性和稳定性。代保持遗传的连续性和稳定性。DNADNA能够控制蛋能够控制蛋白质的合成，从而控制性状。白质的合成，从而控制性状。DNADNA是生物的主要遗传物质；是生物的主要遗传物质；蛋白质不是遗传物质。蛋白质不是遗传物质。（1 1）将各种物质分开来分别实验。）将各种物质分开来分别实验。（2 2）用同位素进行示踪）用同位素进行示踪( (如在噬菌体侵染细菌的实验中如在噬菌体侵染细菌的实验中用用32P32P和和35S35S分别标记分别标记DNADNA和蛋白质和蛋白质) )。（3 3）利用酶的专一性除去某些干扰

29、物质）利用酶的专一性除去某些干扰物质( (如在肺炎双球如在肺炎双球菌的转化实验中选用菌的转化实验中选用DNADNA酶降解酶降解DNADNA作对照实验作对照实验) )。 误区误区1误认为体内转化实误认为体内转化实验是验是“S型细菌的型细菌的DNA可使可使小鼠致死小鼠致死” 点拨点拨S型细菌与型细菌与R型型细菌混合培养时，细菌混合培养时，S型细菌型细菌的的DNA进入进入R型细菌体内。型细菌体内。结果在结果在S型细菌型细菌DNA的控制的控制下，下，R型细菌体内合成了型细菌体内合成了S型细菌的型细菌的DNA和蛋白质，和蛋白质，从而组装成了具有毒性的从而组装成了具有毒性的S型细菌。型细菌。 误区误区2误认为加热杀死的误认为加热杀死的S型细菌可使所有型细菌可使所有R型细菌型细菌实现转化实现转化 点拨点拨并非所有的并非所有的R型细菌都转化为型细菌