基因的本质DNA是主要的遗传物质

第3章基因的本质

第1节DNA是主要的遗传物质人教版必修2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？”第3章基因的本质

19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由

基因

控制的?

20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明了：基因位于染色体上。问题探讨20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。1、遗传物质可能具有什么特点？2、证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？同位素标记法、分离提纯法、病毒重组法等。遗传物质必须稳定，要能贮存大量的遗传信息，可以准确地复制出拷贝，传递给下一代等一、对遗传物质的早期推测1.20世纪20年代——蛋白质是遗传物质

氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息2.20世纪30年代后——DNA可能是遗传物质

DNA是由许多脱氧核苷酸聚合形成的生物大分子

但是对DNA分子结构了解不够，实验证据不足

蛋白质和DNA，谁是遗传物质?艾弗里赫尔希格里菲思……

向蛋白质是遗传物质的观点提出挑战的学者是谁呢？实验材料：两种肺炎双球菌

R型菌菌落:粗糙，无荚膜，无毒多糖类荚膜S型菌菌落:光滑，有荚膜，有毒，可致死

一.肺炎双球菌转化实验人：肺炎小鼠：败血症细菌作为实验材料,具有的优点是：

（1）细菌是单细胞生物,个体很小,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.

（2）繁殖快.细菌20～30min就可繁殖一代,病毒短时间内可大量繁殖.科学家以细菌为实验材料可能原因是什么？菌落【实验一、肺炎双球菌的转化实验】1.将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。2.将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内，死亡。分析：R菌不致死，无毒。分析：S菌使小鼠致死，有毒性。【实验一、肺炎双球菌的转化实验】3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。4.将无毒性R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合

后注射到小鼠体内，小鼠死亡。分析：S菌死亡后失去毒性，不致死。R活菌S活菌+S死细菌转化（有毒有荚膜）肺炎双球菌内有DNA、蛋白质、多糖等化学成分，到底哪种成分是转化因子呢？结论2新问题R型活菌+加热杀死S型菌加热杀死的S型菌含有促成转化的活性物质——“转化因子”R型活菌S型活菌转化思考讨论：1、实验先进行第一、二组的目的是什么？可否直接进行第四组？

2、对比分析第一、二组说明什么？第二、三组说明什么？第三、四组又说明什么？3、谁在转化实验中起作用？转化因子到底是什么物质？4、如果你做转化实验，如何设计？［实验设计］寻找转化因子：

在杀死的S型细菌中含有哪些物质？多糖脂类蛋白质RNADNA加热杀死的S型细菌但究竟哪一个才是转化因子呢？

假如你是当时的科学家,应该怎样设计实验来证明:转化因子是什么物质?讨论:

在证明DNA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思路是什么？

必须将蛋白质、其他物质与DNA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。(二)艾弗里的体外转化实验

S型活细菌多糖脂类蛋白质DNADNA+DNA酶分别与R型活细菌混合培养RRRRRRSS【实验二、艾弗里确定转化因子的实验】结论3新问题DNA才是使R型细菌产生稳定的遗传变化的物质。DNA是遗传物质，蛋白质不是。DNA纯度不够，是否是0.02%的蛋白质在起传作用呢，如何获取单独的DNA或者蛋白质进行实验？实验中最关键的设计思路提出问题实验方案：2、分别与R型细菌混合培养，观察其后代是否有S型细菌出现.1、从活的S型细菌中分离，提取出各种成分，(DNA、蛋白质和多糖等物质)DNA\蛋白质和其他物质谁是遗传物质?作出假设:实施方案验证预测预期效果：DNA是遗传物质只有加入S型菌的DNA才能使R型菌转变成S型菌分析结论实验材料：两种类型的肺炎双球菌(R型和S型)◆艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知（）A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子

B.②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性

C.③和④说明S型菌的DNA是转化因子

D.①--④说明DNA是主要的遗传物质优点：结构简单，只有DNA和蛋白质外壳繁殖快噬菌体侵染细菌的实验

三、噬菌体侵染细菌的实验小资料:

T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,T2噬菌体侵染细菌后,就会在自身遗传物质的作用下,利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分,从而进行大量的繁殖.噬菌体侵染细菌的示意图三、噬菌体侵染细菌的实验研究材料：噬菌体1952，赫尔希和蔡斯研究方法：同位素标记法①营寄生生活②在自身遗传物质的指导下进行繁殖③

繁殖原料来自大肠杆菌④

子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。

噬菌体的结构噬菌体的繁殖35S标记蛋白质,32P标记DNA（2）研究方法：同位素标记法蛋白质的组成元素：DNA的组成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N、P（标记32P）（标记35S）①标记噬菌体方法：在分别含有放射性同位素32P和35S的培养基中培养细菌分别用上述细菌培养T2噬菌体，制备含32P的噬菌体和含35S的噬菌体同位素标记法

同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变，科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫同位素标记法。离心离心【实验三、T2噬菌体侵染细菌实验】

实验材料：噬菌体、大肠杆菌

实验步骤：1.标记大肠杆菌：2.标记噬菌体：3.标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌：4.搅拌离心培养液：上清液（培养液）沉淀物（大肠杆菌含子代噬菌体）5.观察放射性用35s标记噬菌体后侵染细菌35S标记噬菌体+细菌搅拌离心上：噬菌体放射性高沉淀：细菌低细菌内无放射性【实验三、T2噬菌体侵染细菌实验】噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，没有进入到细菌中。实验表明想一想：这一结果又说明了什么?用32p标记噬菌体后侵染细菌细菌内有放射性32P标记噬菌体+细菌搅拌离心上：噬菌体放射性低沉淀：细菌高【实验三、T2噬菌体侵染细菌实验】想一想：这一结果又说明了什么?实验表明

噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌中。［过程探究3］赫尔希和蔡斯的实验：

①A、B两组实验结果:A组标记的是蛋白质，侵染时留在外面，产生的子代噬菌体不含放射性。

B组标记的是DNA，侵染时进入细菌体内，产生子代噬菌体含有放射性。?②实验说明什么？

噬菌体进入细菌中的是DNA，蛋白质留在外面，这样就形成了与亲代一样的噬菌体，遗传物质是DNA,它的蛋白质不是亲代连续下来的，是由DNA控制合成的。［知识建构3］DNA是遗传物质。?所有生物的遗传物质都是DNA吗？?亲代噬菌体原寄主细胞内子代噬菌体32P标记DNA无32P标记DNADNA有32P标记35S标记蛋白质无35S标记蛋白质外壳蛋白质无35S结论4DNA分子在亲子代之间具有连续性，是遗传物质，蛋白质不是遗传物质新问题所有生物的遗传物质都是DNA吗？①该实验用了什么方法？②如何使噬菌体标记上放射性？③用35S、32P标记物质的理论基础是什么？能否用14C和18O进行标记？④如果实验用上述方法进行，测试的结果如何？表明了什么？⑤噬菌体在细菌体内的增殖是在哪种物质的作用下完成的？子代噬菌体的蛋白质和DNA分别是怎样形成的？⑥此实验的关键设计思路是什么？⑦实验的结论是什么？

肺炎双球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验不同点直接分离：分离S型菌的DNA、多糖、蛋白质等物质，分别与R型细菌混合培养间接分离：分别标记DNA和蛋白质的特征元素，侵染时自然分离相同点1.实验的设计思路相同,都是设法把DNA和蛋白质分开，单独观察它们的作用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是主要的遗传物质两种不同实验的异同点蛋白质［相关链接］SARS病毒的结构：RNA［相关链接］

SARS病毒的遗传物

质：

?

SARS病毒中，谁是遗传物质？

［知识建构4］

RNA是遗传物质。［课堂延伸］设计实验：证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？烟草花叶病毒（TMV）被病毒感染的烟草叶片RNA蛋白质设计实验：TMV（烟草花叶病毒）蛋白质RNA设计思路：技术方法：将蛋白质与RNA分离，单独观察自身分离、化学提取分离、酶解法分离分离DNA与蛋白质的技术手段有三类：（1）自身分离。（同位素标记观察）（2）化学提取法分离RNA与蛋白质，（3）用RNA酶和蛋白酶分别处理噬菌体分离分离重组重组感染新的病毒产生哪种病毒？例1.探索遗传物质的过程是漫长的，直到20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理由不包括（）

A不同生物的蛋白质在结构上存在差异

B蛋白质与生物的性状密切相关

C蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制

D蛋白质中的氨基酸的不同排列组合可以储存大量的遗传信息C例2.格里菲思（F.Griffith）用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果()A．证明了DNA是遗传物质

B．证明了RNA是遗传物质

C．证明了蛋白质是遗传物质

D．没有具体证明哪一种物质是遗传物质D例3.艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知A．①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子D．①~④说明DNA是主要的遗传物质【答案】C培养

例4.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：①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的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D例5.关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是

A．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体

B．分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养

C．用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致

D．32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质【答案】C例6.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32PB．只有35SC．一定有32P，可能有35SD．只有32P【答案】A例7.某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的蛋白质和DNA，重新组合为“杂合”噬菌体，然后分别感染大肠杆菌，并对子代噬菌体的表现型作出预测，见表。其中预测正确的是“杂合”噬菌体的组成实验预期结果预期结果序号子代表现型甲的DNA＋乙的蛋白质1与甲种一致2与乙种一致乙的DNA＋甲的蛋白质3与甲种一致4与乙种一致A．1、3 B．1、4 C．2、3 D．2、4例8.艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌试验都证明了DNA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是

A．重组DNA片段，研究其表型效应

B．诱发DNA突变，研究其表型效应

C．设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应

D．应用同位素示踪技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递【答案】C

（一）绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。四、DNA是主要的遗传物质注意①细胞质中的核酸主要是RNA，细胞质中的遗传物质是DNA。②DNA是主要遗传物质是数量分析的结果，不是本节两个经典实验得出的结论。[知识建构5]大多数生物以

为遗传物质，少数生物以

为遗传物质，所以

是一切生物的遗传物质，

是主要的遗传物质。蛋白质