第3章 第1节 DNA是主要的遗传物质

第3章基因的本质基因在染色体上染色体DNA蛋白质基因是什么？DNA或蛋白质？几多实验，几多论争。是谁将谜底揭破？DNA是主要的遗传物质了解1.对遗传物质的早期推测2.实验技术在证明DNA是主要遗传物质中的作用理解1.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应用1.总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程2.设计实验证明RNA也是遗传物质1.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第1节DNA是主要的遗传物质问题探讨：1.你认为遗传物质可能具有什么特点？①分子结构相对稳定②能贮存大量的遗传信息，并决定生物的性状③可以复制，并能传递给后代，保持前后代之间的连续性2.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、直接地来看这种物质的作用（决定性状等）一、对遗传物质的早期推测1.20世纪20年代：蛋白质是生物体的遗传物质（蛋白质中氨基酸的排列顺序多种多样，可能蕴含着遗传信息）2.20世纪30年代：科学家本可以意识到DNA的重要性，（但由于DNA结构不清晰。蛋白质是遗传物质仍占主导地位）腺嘌呤（A）P脱氧核糖鸟嘌呤（G）P脱氧核糖胸腺嘧啶（T）P脱氧核糖胞嘧啶（C）P脱氧核糖艾弗里二、肺炎双球菌的转化实验1、肺炎双球菌的体内转化实验（格里菲思）R型细菌多糖类荚膜S型细菌光滑粗糙有多糖类的荚膜无多糖类的荚膜有毒性，可致死无毒性S型细菌R型细菌菌落菌体毒性R型活细菌①

R型细菌无毒性第一组S型活细菌第二组②S型细菌有毒性加热杀死S型细菌③

加热杀死的S型细菌已经失活第三组第四组R型活细菌加热杀死S型细菌④加热杀死的S型细菌存在能使R型细菌转化为S型细菌的转化因子肺炎双球菌中含有DNA、蛋白质、多糖等物质，那么，究竟什么是转化因子------遗传物质？2、肺炎双球菌的体外转化实验（艾弗里）R型菌S型菌只长R型菌只长R型菌R型菌S型菌DNAS型菌蛋白质或荚膜多糖S型菌DNA

+DNA酶R型菌培养基R型菌培养基R型菌培养基R型菌R型菌

S型细菌多糖脂质蛋白质RNADNA

DNA+DNA酶

分别与R型活细菌混合培养RRRRRRSRS结论：DNA才是转化因子，即遗传物质蛋白质不是遗传物质。DNA纯度越高转化效率越高DNA纯度不够，是否是0.02%的蛋白质在起转化作用呢，如何获取单独的DNA或者蛋白质进行实验？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P43图3－2、P44图3－3肺炎双球菌的转化实验，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，则对照组和实验组分别是第几组？怎样设计的？提示：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R型活细菌、S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R型活细菌和加热杀死的S型细菌混合液。(2)在艾弗里第一组(S型细菌DNA和R型活细菌混合培养)实验中，所有R型细菌全部都转化为S型细菌吗？提示：没有。大多后代是R型细菌，因转化效率很低，只有少数R型细菌转化为S型细菌。(3)艾弗里实验第三组，设计了R型细菌与S型细菌DNA加DNA酶混合培养，分析设计该组实验的目的是什么？提示：DNA酶将DNA水解为脱氧核苷酸，分解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，说明DNA必须保持完整性，才能完成其功能。同时证明了DNA是遗传物质。(4)从对照实验设计角度分析：①艾弗里实验的单一变量是什么？提示：向R型细菌培养基中加入从S型细菌提取的不同物质。②将可能作为“转化因子”的各种物质，分别进行实验的设计意图是什么？提示：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。(5)在肺炎双球菌转化实验中，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？提示：将DNA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。2．判断正误：(1)格里菲斯和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。()(2)艾弗里实验中DNA＋R型活菌培养基上生存的细菌都是S型菌。()(3)肺炎双球菌转化实验证明DNA是主要的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。()×××三、噬菌体侵染细菌的实验（1）噬菌体的结构（赫尔希和蔡斯）(噬菌体是细菌病毒)病毒核酸蛋白质（外壳或衣壳）（内部）（DNA或RNA）病毒只含有一种核酸（DNA或RNA）（2）病毒的增殖①生活方式：寄生

于活细胞中（不能用培养基来培养病毒）②增殖过程：吸附注入吸附注入合成合成组装组装释放释放吸附：噬菌体的尾部吸附在细菌的表面，以便侵染细菌注入：噬菌体将自身DNA注入到细菌体内，蛋白质外壳留在外面合成：在噬菌体DNA的指导下，以细菌中原料（AA、核苷酸）合成噬菌体的蛋白质和DNA组装：合成的蛋白质外壳和DNA在细菌内组装成新的噬菌体释放：组装成的新的噬菌体内从细菌体释放，再侵染其他的细菌（3）实验方法：蛋白质的组成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N、P

（标记32P）（标记35S）同位素标记法①标记噬菌体：a.标记大肠杆菌（分别用35S和32P标记的培养基培养）含35S的培养基+大肠杆菌→含35S的大肠杆菌b.标记噬菌体（分别用35S和32P标记的大肠杆菌培养噬菌体）含32P的培养基+大肠杆菌→含32P的大肠杆菌含35S的大肠杆菌+噬菌体→含35S的噬菌体含32P的大肠杆菌+噬菌体→含32P的噬菌体DNA的组成元素：被35S标记的噬菌体被32P标记的噬菌体被35S标记的噬菌体与细菌混合被32P标记的噬菌体与细菌混合噬菌体外壳被侵染的细菌噬菌体侵染细菌注入的是DNA放射性的不同，说明了？细菌裂解后，释放的噬菌体无35S的蛋白质，有32P的DNA，说明了？亲代与子代之间有连续性的物质是DNA结论：DNA是遗传物质上清液②噬菌体侵染细菌：通过分析T2噬菌体侵染细菌的实验，请思考：1．仔细观察教材P45图3－6，探讨下列有关问题：(1)实验中为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记？能利用14C和15N同位素进行标记吗？试说明理由。提示：①因为S仅存在于T2噬菌体的蛋白质中，而P主要存在于DNA中，故用35S和32P分别标记蛋白质和DNA。②不能。因为T2噬菌体的蛋白质和DNA中均含有这两种元素，无法将DNA和蛋白质区分开。(2)请根据噬菌体的代谢特点，分析能否直接利用分别含放射性同位素35S和32P的培养基培养噬菌体？说明原因。提示：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，专营活细胞内寄生生活，病毒在普通培养基上无法生存。(3)在T2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什么？提示：短时间，防止已被T2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。(4)噬菌体侵染大肠杆菌实验，除证明DNA是遗传物质外，还能得出哪些结论？提示：本实验还能间接证明DNA是遗传物质的两个特点：

①DNA使前后代保持一定的连续性(即DNA复制)。②DNA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。思考(1)仅用32P标记噬菌体的DNA，侵染细菌后搅拌离心，实验结果为离心管下层放射性较强，说明噬菌体的DNA已经进入细菌体内了。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35S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进入细菌体内。而下层沉淀物中也有较弱放射性，应该如何解释？①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠

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。②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，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现放射性。③T2噬菌体的化学成分中，99%的磷元素存在于DNA分子中，可能是另外1%的磷使上清液显示出很弱的放射性。由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。2．判断正误：(1)用32P标记的T2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。()(2)噬菌体侵入大肠杆菌后，进行DNA复制和蛋白质合成的原料来自自身携带的物质。()(3)用含32P的普通培养基培养T2噬菌体，可标记噬菌体的DNA。()×××与肺炎双球菌转化实验的比较相同点①均使DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它

们各自的作用②都遵循了对照原则③都能证明DNA是遗传物质，但不能证明

DNA是主要的遗传物质不同点方法不同艾弗里实验直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型菌混合培养噬菌体侵染细菌实验同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素(32P和35S)，侵染时自然分离

[练一练]

1.有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计实验如图：一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P，表中对结果的预测最可能发生的是(

)选项放射性SPA全部无全部32S全部31PB全部有全部35S多数32P，少数31PC少数有全部32S少数32P，多数31PD全部有全部35S少数32P，多数31P答案D烟草花叶病毒感染烟叶的实验RNA蛋白质感染不感染RNA是遗传物质，四、RNA是遗传物质（少数RNA病毒：TMV，HIV，SARS病毒、流感病毒）