DNA是主要的遗传物质课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

第3章基因的本质第1节DNA是主要的遗传物质

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？讨论1.你认为遗传物质可能具有什么特点？(1)储存大量的遗传信息；(2)可以准确地复制，并传递给下一代；(3)结构比较稳定等。2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？例如：将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现。荧光水母荧光猪

荧光猪会发出与水母同样的绿色荧光，是因为科学家将发光水母中与发出绿色荧光有关的遗传物质导入了猪的细胞中。荧光猪身上具有了水母的某些性状表现，归根结底离不开遗传物质对生物体性状的控制。遗传物质到底是什么呢？1提出“遗传因子”，并总结遗传规律孟德尔2把“遗传因子”命名为基因约翰逊3提出基因在染色体上的假说萨顿4实验证明基因位于染色体上摩尔根科学家发现：染色体的主要组成成分是DNA和蛋白质5遗传物质的探索DNA?蛋白质

氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。

人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。20世纪20年代20世纪30年代

没发现其他大分子有类似的结构特点。

蛋白质是生物体的遗传物质。意识到DNA的重性，但对DNA结构没有清晰认识。

蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。一、对遗传物质的早期推测一、对遗传物质的早期推测蛋白质和DNA，谁是遗传物质？1．20世纪20年代（1）观点：

是生物体的遗传物质。（2）理由：①蛋白质中氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息②对DNA结构认识的不足蛋白质2．20世纪30年代（1）认为：________是遗传物质的观点仍占主导地位。（2）对DNA分子的认识：①DNA分子是由许多___________聚合而成的生物大分子。②脱氧核苷酸有4种，化学组成包括________、碱基和__________。磷酸蛋白质脱氧核苷酸脱氧核糖一、对遗传物质的早期推测大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质“我们表示怀疑！”艾弗里赫尔希格里菲思蔡斯

DNA是遗传物质的证据噬菌体侵染大肠杆菌的实验格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验格里菲思艾弗里赫尔希蔡斯粗糙（Rough)无多糖荚膜无毒性

1928年，格里菲思用两种不同类型的肺炎链球菌去感染小鼠。光滑（Smooth）有多糖荚膜有毒性多糖荚膜S型细菌R型细菌二、肺炎链球菌的转化实验（体内）肺炎链球菌R型菌：细胞壁外无荚膜，菌落表面粗糙(rough)，容易被人或动物的免疫系统杀死，无致病性。S型菌：细胞壁外有荚膜，菌落表面光滑(smooth)，不易被人或动物的免疫系统杀死，有致病性。可使人患肺炎，使小鼠患败血症死亡。（R型）（S型）二、肺炎链球菌转化实验第一组不死亡说明R型细菌无毒第二组死亡说明S型细菌有毒第三组不死亡说明加热致死的S型细菌无毒第四组死亡分离出了大量的R型活细菌和少量的S型活细菌注射R型活细菌注射S型活细菌注射加热致死的S型细菌将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射死的S型菌起死回生？活的R型菌改头换面？(一)肺炎链球菌的体内转化实验(格里菲思)加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”①对比一、二组的实验现象，这说明了什么？④什么原因使活R型细菌转变成活的S型细菌？由于体内有活的S型细菌的作用。部分活的R型细菌转化成了活的S型细菌。加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。格里菲思的实验分析：

②第四组小鼠为什么会死亡呢？③第四组活的S型细菌如何出现？S型活细菌使小鼠死亡,说明S型活细菌有毒。

由此可以推断：

已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。实验结论基因重组R型细菌转化为S型细菌的本质：S型细菌荚膜控制荚膜形成的X基因加热杀死被破坏的S型细菌X基因吸附在R型细菌表面X基因进入R型细菌重组R型细菌转化成S型细菌注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌转化实质：S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息。思考讨论：1、为什么加热杀死的S型细菌还能使R型活细菌转化为S型活细菌？2、第四组的R型细菌全部转化为了S型细菌吗？３、、该实验能否证明DNA是遗传物质？加热杀死S型细菌是指破坏了细菌的结构，蛋白质等大分子失去活性，但是DNA分子没有失活。第四组实验中也能分离出R型菌，转化的只是少部分，R型细菌依然存在。该实验不能证明DNA是遗传物质。这种转化因子究竟是什么物质呢？多糖

脂类

蛋白质

RNA

DNA加热杀死的S型细菌在杀死的S型细菌中含有哪些物质？但究竟哪一个才是转化因子呢？关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们各自的作用。

◆实验思路：R活+S死

S活加法原理S死菌的成分1S死菌的成分2S死菌的成分3+R活?????减法原理+R活+R活S死菌-成分1+R活S死菌-成分2S死菌-成分3+R活+R活??◆方法：酶解法运用“减法原理”，每个实验组特异性地去除了一种物质后，观察实验结果的变化。第五组第二至第四组第一组有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物+混合R型细菌S型细菌有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物+混合R型细菌S型细菌有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物+混合只有R型细菌蛋白酶(或RNA酶、酯酶)DNA酶(二)肺炎链球菌的体外转化实验(艾弗里)有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物第一组+混合R型细菌S型细菌1.本实验说明什么问题？S型细菌的细胞提取物中含有该转化因子。2.本实验起什么作用？对照作用。3.本实验能确定转化因子是哪种物质吗？不能。实验过程分析(二)肺炎链球菌的体外转化实验(艾弗里)有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物第二至第四组+混合R型细菌S型细菌1.加蛋白酶的作用是什么？去除S型细菌的细胞提取物中的蛋白质，其他物质都有。2.加蛋白酶后R型菌还是被转化说明什么问题？说明转化因子不是蛋白质。实验过程分析(二)肺炎链球菌的体外转化实验(艾弗里)蛋白酶(或RNA酶、酯酶)3.同样加RNA酶、酯酶什么作用？

去除S型细菌的细胞提取物中的RNA或脂肪等物质。4.这些组实验说明什么问题说明蛋白质、RNA和脂肪等都不是转化因子。实验过程分析(二)肺炎链球菌的体外转化实验(艾弗里)有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物第二至第四组+混合R型细菌S型细菌蛋白酶(或RNA酶、酯酶)实验过程分析有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物第五组+混合只有R型细菌DNA酶1.加DNA酶的作用是什么？去除S型细菌的细胞提取物中的DNA。2.加DNA酶后只长R型菌说明什么问题？说明细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA。3.艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。(二)肺炎链球菌的体外转化实验(艾弗里)

实验过程归纳结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质！2.被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数；注意：1.艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质；该实验的设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？单一变量原则和对照原则。

运用“减法原理”。如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质；被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数；注意：思考：(二)肺炎链球菌的体外转化实验(艾弗里)肺炎双球菌的转化实验Transformationexperimentofdiplococcuspneumoniae

体内转化实验体外转化实验培养场所巧妙构思实验结论体内转化实验和体外转化实验区别如果将S型菌的DNA直接注射到R型菌体内，还会完成转化吗？小鼠体内培养基将R型与加热杀死的S型注入小鼠体内作为对照来说明确实发生转化将物质分离提纯后，直接、单独的观察各物质的作用存在某种转化因子让R→SDNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质

艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，仍有人对实验结论表示怀疑。因为艾弗里实验中无法彻底去除蛋白质，纯度最高时仍存在0.02%蛋白质和DNA混在一起。

有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验。噬菌体的结构模式图（1）专一性寄生大肠杆菌（2）结构简单，只有蛋白质和DNA组成T2噬菌体1.特点：（3）复制式增殖三.T2噬菌体侵染细菌的实验T2噬菌体侵染大肠杆菌后(图3-5)，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。（教材P44）

脱氧核苷酸、氨基酸、酶、能量等三.T2噬菌体侵染细菌的实验三.T2噬菌体侵染细菌的实验思考1:噬菌体是如何侵染大肠杆菌的？假设1：噬菌体的蛋白质外壳进入细菌，DNA未进入假设2：噬菌体的DNA进入细菌，蛋白质外壳未进入假设3：噬菌体的DNA和蛋白质外壳都进入了细菌DNA蛋白质大肠杆菌思考2：如何知道噬菌体的DNA和蛋白质外壳有没有进入细菌？放射性同位素标记法——分别标记DNA和蛋白质DNA蛋白质大肠杆菌思考3：标记哪种元素？DNA：C、H、O、N、P蛋白质：C、H、O、N、S32P35S用32P标记DNA，用35S标记蛋白质思考4：能不能用3H、14C标记噬菌体？不能，因为DNA和蛋白质中都含有C和H，无法确认被标记的是哪一种物质。三.T2噬菌体侵染细菌的实验思考5：能不能同时用32P和35S标记噬菌体？不能，若同时用32P和35S标记噬菌体，则上清液和沉淀中均会有放射性，无法判断是哪种元素。DNA蛋白质大肠杆菌思考6：如何标记噬菌体？①先标记细菌：在分别含有放射性同位素32P和35S的培养基中培养大肠杆菌。②再标记噬菌体:分别用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，制备含32P的噬菌体和含35S的噬菌体。直接用含有放射性同位素的培养基来培养噬菌体???×三.T2噬菌体侵染细菌的实验（1）先标记大肠杆菌大肠杆菌+含35S的培养基→含35S的大肠杆菌大肠杆菌+含32P的培养基→含32P的大肠杆菌T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体（蛋白质）T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体（DNA）（2）再标记T2噬菌体实验过程（3）标记的T2噬菌体分别去侵染未标记的大肠杆菌（短时间保温）35S标记的噬菌体32P标记的噬菌体搅拌的目的：

使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。离心的目的：

让上清液中析出T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。结果说明：侵染大肠杆菌时T2噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。结果说明：侵染大肠杆菌时T2噬菌体的DNA进入细菌的细胞中。

在噬菌体中，亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质。也就是说，子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的，DNA才是噬菌体的遗传物质。三.T2噬菌体侵染细菌的实验实验结论：实验现象及结论:35S标记的实验32P标记的实验标记部位放射性情况上清液沉淀物实验表明结论蛋白质DNA有放射性（很高）无（很低）无（很低）有放射性（很高）T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌DNA进入到细菌的细胞中，蛋白质没有进入细菌细胞；子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的；DNA才是噬菌体的遗传物质；不能证明蛋白质不是遗传物质。(新形成的噬菌体中没有检测到35S)(新形成的噬菌体中检测到32P)三.T2噬菌体侵染细菌的实验可能搅拌不充分。仍有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面。三、噬菌体侵染细菌的实验：1952年可能保温时间过长。噬菌体在大肠杆菌内增殖后，子代噬菌体释放出来。：上清液放射性很高子代噬菌体中无35S35S标记的噬菌体侵染未被标记的细菌搅拌离心沉淀物放射性很低（3）标记的T2噬菌体去侵染未标记的大肠杆菌离心：让离心管上清液中析出质量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌保温保温：使噬菌体充分侵染大肠杆菌搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离①35S标记的噬菌体侵染上清液放射性很高沉淀物放射性很低子代部分噬菌体中含32P（3）标记的T2噬菌体侵染未标记大肠杆菌②32P标记的噬菌体侵染32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌搅拌离心保温上清液放射性很低沉淀物放射性很高注意：子代部分噬菌体中含32P上清液放射性很低沉淀物放射性很高实验结论：35S标记的实验32P标记的实验标记部位放射性情况上清液沉淀物结论蛋白质很高DNA很低蛋白质未进入细菌中DNA进入细菌中很高很低注意：实验只能表明遗传物质是DNA，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质外壳并没有进入大肠杆菌。为什么会有放射性？为什么会有放射性？DNA是噬菌体的遗传物质。理论上上清液沉淀物其中一个大肠杆菌实际上6.实验误差分析：35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性理论上上清液沉淀物其中一个大肠杆菌实际上部分释放出来释放未来得及侵染6.实验误差分析：32P标记的一组，上清液中出现少量放射性搅拌不充分理论上上清液沉淀物其中一个大肠杆菌实际上6.实验误差分析：35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性保温时间过长理论上上清液沉淀物其中一个大肠杆菌实际上部分释放出来释放未来得及侵染保温时间过短6.实验误差分析：32P标记的一组，上清液中出现少量放射性（1）35S标记的实验沉淀物中也有放射性，原因是：（2）32P标记的实验上清液中也有放射性，原因是：①保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；②保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。

6.实验误差分析搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。三、噬菌体侵染细菌实验6.实验现象及结论问题探讨：

搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。问题2.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？问题1.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？

保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中；保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。证明DNA是遗传物质的实验1.艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？个体小，结构简单，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，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。繁殖快，细菌20-30分钟就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。2.从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。

最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）。证明DNA是遗传物质的实验3.艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，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。艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。三.T2噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验①标记大肠杆菌②标记噬菌体③标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌④保温一段时间⑤搅拌⑥离心⑦检测上清液和沉淀物的放射性程度目的：使噬菌体完成侵染过程目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离目的：让上清液中析出较轻的噬菌体颗粒，而沉淀物中留下被感染的大肠杆菌吸附注入合成组装释放噬菌体的尾部吸附在细菌表面把DNA注入到细菌细胞，蛋白质外壳留在外面利用细菌的化学成分和酶系统合成出噬菌体的DNA、蛋白质新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体细菌解体，释放出噬菌体噬菌体侵染细菌的过程（增殖过程噬菌体只提供自身的