高三一轮复习生物课件第1节DNA是主要的遗传物质

第1节

DNA是主要的遗传物质（一轮复习）第3章基因的本质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染色体的主要组成成分是DNA和蛋白质5作为遗传物质应该具备怎样的特点？①能够准确地自我复制②能贮存大量的遗传信息；③结构比较稳定；④能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和代谢。科学家发现6DNA?蛋白质20世纪中叶遗传物质的探究历程一、对遗传物质的早期推测1.20世纪20年代，为什么大多数科学家认为“蛋白质是生物体的遗传物质”？2.20世纪30年代，人们对DNA有了怎样的认识？①蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子，各种氨基酸可以按照不同的方式排列形成不同的蛋白质；②氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。①DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖；②组成DNA分子的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。20世纪30年代DNA？20世纪20年代蛋白质？

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.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息C大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质“我们表示怀疑！”肺炎双球菌转化实验艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验科学家证明DNA是遗传物质的几个经典实验是什么？“S”菌中含有将R菌转化为S菌的物质DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质DNA是遗传物质艾弗里（O.Avery）赫尔希（A.D.Hershey）格里菲思（F.Griffith）蔡斯（M.C.Chase）

1918年，欧洲暴发了“西班牙流感”，同年，美国也受到波及。事后统计，全球共有约5000万人在这场大流感中丧生。这场灾难的真正凶手虽然是甲型H1N1流感病毒，但最终导致人员死亡的真正病因就是由肺炎链球菌引起的细菌性肺炎。面对肺炎链球菌的肆虐，人们加快了疫苗研制的进度。1928年，英国细菌学家格里菲斯（FrederickGriffith）发现了两种不同的肺炎链球菌，一种是有荚膜、毒力强、菌落呈光滑型（S）的3型肺炎链球菌，另一种是无荚膜、毒力减弱、菌落呈粗糙型（R）的2型肺炎链球菌。经过试验，前一种对实验白鼠有毒，而后一种没有毒。科学背景

败血症（septicemia）：是指细菌进入血液循环，并在其中生长繁殖、产生毒素而引起的全身性严重感染。临床表现为发热、严重毒血症状、皮疹瘀点、肝脾肿大和白细胞数增高等。分革兰阳性球菌败血症、革兰阴性杆菌败血症和脓毒败血症。以抗生素治疗为主，辅以其他治疗方法。预防措施为避免皮肤粘膜受损，防止细菌感染。

荚膜：荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬纽胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。

S型细菌具有多糖类荚膜，可以抵御吞噬细胞的吞噬，不能被宿主的正常防御机制所清除，因而导致宿主感染。

R型细菌没有多糖类荚膜，感染细胞后容易被吞噬并杀灭。二、肺炎链球菌的转化实验（一）格里菲思的体内转化实验（1928年）

肺炎双球菌兼性厌氧菌，经常寄居在正常人鼻咽腔中，多数不致病，仅部分具有致病力，引起大叶性肺炎、腹膜炎、胸膜炎、中耳炎、乳突炎等。R型细菌（无毒）S型细菌（有毒）多糖类荚膜

菌落表面光滑（smooth）有多糖类荚膜，菌落光滑（smooth），有毒性；（可以使人患肺炎或使小鼠患败血症）无多糖类荚膜，菌落表面粗糙（rough），无毒性；（不引发上述症状）可分离得到的细菌：无活细菌R型S型R型和S型格里菲思的体内转化实验分离出的细菌大部分是R型菌说明R型菌无毒性说明S型菌有毒性说明加热杀死的S型菌失去毒性弗雷德里克·格里菲斯（Frederick

Griffith）①对比1、2两组实验，能够得出什么结论？R型活细菌无毒性，而S型活细菌有毒性。②对比2、3两组实验，自变量是什么？能得出什么结论？自变量是加热，高温使S型活细菌失去毒性；③对比2、3、4三组实验，自变量？为什么会分离出S型活细菌？可得出什么结论？自变量：是否含有R型活细菌；R型活细菌转化为S型活细菌。结论：加热杀死后的S型死细菌无毒性

格里菲斯推断；已经加热杀死的S型细菌中，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”。无活细菌R型S型R型和S型

在第4组实验中，无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌，而且这种性状的转化是可以遗传的。1.某科研人员为了验证格里菲思的肺炎双球菌转化实验，对实验小鼠进行了4次注射实验，如图所示。下列相关叙述正确的是（）A.活菌甲是有荚膜的R型细菌，而活菌乙是无荚膜的S型细菌B.由注射②和④的结果可知，活的或死的S型细菌都能使小鼠死亡C.在死亡的小鼠2的体内应有活菌甲和活菌乙，后者最初由活菌甲转化而来D.死菌乙未导致小鼠3死亡，由此说明小鼠体内未发生特异性免疫C2.某科研小组在格里菲思实验的基础上增加了相关实验，实验过程如图所示，下列叙述正确的是(

)A．该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质B．从鼠2血液中分离出来的活菌都能使小鼠死亡C．活菌甲与死菌乙混合后能转化产生活菌乙的原理是基因突变D．从鼠5体内分离出活菌在培养基上培养，都会产生光滑菌落D3.S型(有荚膜)和R型(无荚膜)肺炎双球菌均对青霉素敏感，在多代培养的S型菌种分离出一种抗青霉素的S型突变株，记为PentS型细菌。现利用上述三种菌株进行实验，下列说法不正确的是（）A.S型细菌DNA与R型细菌混合置于培养基(不含青霉素)中培养，培养基

中出现R型和S型菌落B.R型细菌DNA与S型细菌混合置于培养基(不含青霉素)中培养，培养基

中出现R型和S型菌落C.PentS型细菌DNA与R型细菌混合置于培养基(含青霉素)中培养，培养基

中仅出现PentS型菌落D.R型细菌DNA与PentS型细菌混合置于培养基(含青霉素)中培养，培养基

中仅出现PentS型菌落B4.在格里菲思第④组实验中，小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示，则：(1)ab段R型细菌数量减少的原因是_______________________________________。(2)bc段R型细菌数量增多的原因是________________________________________________________________________________________。(3)后期出现的大量S型细菌是由

而来的。小鼠体内形成大量的抗R型细菌的抗体，致使R型细菌数量减少

b点之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖R型细菌转化成的S型细菌繁殖(4)在上述转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌时所需转化因子、原料、能量分别由哪方提供？

所需转化因子来自S型细菌，而原料和能量均来自R型细菌。

请你在格里菲思实验的基础上设计实验探究加热杀死的S型细菌中含有的将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的转化因子是什么？（要求：写出实验思路）

教材P43：

设法将S型菌的DNA、蛋白质、多糖等物质分离，分别加入到培养了R型菌的培养基中，观察是否产生S型菌菌落。施加自变量检测因变量S型细菌的DNA+加热杀死的R型细菌→小鼠？思考：讨论:

假如你是当时科学家你应该怎样来设计“证明转化因子是什么物质”的实验?（二）艾弗里的体外转化实验实验思路：设法逐步去除S型细菌的各组分后分别与R型活细菌混合培养，观察是否具有转化活性加热杀死的S型细菌提取液加入活的R型细菌，进行体外转化实验R型+S型R型R型+S型R型+S型+RNA酶+酯酶+DNA酶酶解法+蛋白酶不做处理R型+S型实验结论：“转化因子”是DNA，DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。

注意：该实验证明了DNA是遗传物质，也证明了蛋白质、多糖、DNA水解产物等不是遗传物质。）只有部分R型菌发生转化①②③④⑤结果分析

S型细菌的细胞提取物可以促进R型细菌转化为S型细菌

S型细菌的细胞提取物用蛋白酶、酯酶或RNA酶处理后仍然具有转化活性S型细菌的细胞提取物经DNA酶处理后失去转化活性

细胞提取物中含有转化因子，其很可能是DNAa.第①组实验表明_________

。b.第②③④组实验表明_____________________________________。c.第⑤组实验表明

。(3)实验说明：

。(4)后续研究：艾弗里等人分析了细胞提取物的理化性质，发现这些特性都与DNA极为相似，于是艾弗里提出：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。(1)转化的实质是基因重组而非基因突变

①研究发现R型细菌在生长到一定阶段时，就会分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子，从而变成感受态细胞。②加热灭活的S型细菌遗留下了完整的细菌拟核DNA的各个片段，其中包括控制荚膜形成的基因，即S基因(smoothgene)

③肺炎链球菌转化实验是指S型细菌中决定荚膜的基因片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。“转化”的易错点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（3）80-100℃的温度在加热杀死S型细菌的过程中，会使其蛋白质变性失活，空间结构发生改变，不可逆。加热时DNA结构也会被破坏，双链解开；但是当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复。(4)S型细菌的DNA不能使小鼠致死。体内转化实验不能简单地说成S型细菌的DNA可使小鼠致死，而是具有毒性的S型细菌可使小鼠致死。转化后形成的S型细菌的性状可以遗传下去，说明S型细菌的DNA是遗传物质。

(2)并非所有的R型细菌都被转化

由于转化受到DNA的纯度、两种细菌亲缘关系、受体菌的状态等因素影响，因此转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化成S型细菌。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。①加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活。DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断开，但缓慢冷却时，其结构可恢复(

)②加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内后，小鼠会发生特异性免疫。（）√√√

遵循单一变量原则和对照原则。其巧妙之处在于：运用“减法原理”，即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。如：在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。科学方法：自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。如：与常态比较，人为增加某种影响因素。艾弗里的体外转化实验的设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。

（

艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验）肺炎双球菌发生转化的原理：

。基因重组1.(2023·天津红桥区高三模拟)如图表示肺炎链球菌不同品系间的转化，在R型细菌转化为S型细菌的过程中，下列有关叙述错误的是A.加热致死的S型细菌中的拟核DNA降解为多个较短的DNA片段B.转化产生的S型细菌中的capS是由R型细菌中的capR发生基因突变产生的C.S型细菌因有荚膜的保护，

所以小鼠的免疫系统不易将其清除D.若将R型细菌的DNA与S型细菌混合，荚膜的存在不利于S型细菌转化

为R型细菌B转化的实质：基因重组2.(2023·江苏苏州高三调研)为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，某小组进行了肺炎链球菌体外转化实验，其基本过程如图所示。下列叙述正确的是A.甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性B.乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质C.丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNAD.该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNAC3.在艾弗里增设了“用DNA酶处理从S型活细菌中提取的DNA并与R型细菌混合培养”，结果发现培养基上仅有R型细菌生长。设置本实验步骤的目的是（）证明R型细菌的生长并不需要S型活细菌的DNA补充R型细菌生长过程中所需要的营养物质可以直接证明S型细菌DNA不是促进R型细菌转化为S型细菌的因素与“以S型细菌的DNA与R型细菌混合培养”的实验形成对照D4.艾弗里完成肺炎双球菌体外转化实验后，持反对观点者认为“DNA可能只是在细胞表面起化学作用形成荚膜，而不是起遗传作用”。

已知S型肺炎双球菌中存在能抗青霉素的突变型（这种对青霉素的抗性不是荚膜产生的）。下列实验设计思路能反驳上述观点的是(

)A.R型菌＋抗青霉素的S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌B.R型菌＋抗青霉素的S型菌DNA→预期出现S型菌C.R型菌＋S型菌DNA→预期出现S型菌D.R型菌＋S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌A5.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各组小鼠存活或死亡的原因分别是：

①DNA酶将S型菌的DNA水解，不能使R型菌转化为S型菌；②加入的S型菌使小鼠死亡；③高温加热使R型菌死亡，无活的R型菌,加入S型菌的DNA后不能发生转化；④高温加热使S型菌死亡，DNA酶将S型菌的DNA水解且无活的R型菌，不能发生转化。6.已知甲细菌提取物（含Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ４种有机物且无法进行分离和提纯）中的某种物质能将活的乙细菌转化为甲细菌。请设计实验探究甲细菌提取物中的哪种物质使乙细菌转化为了甲细菌。（要求：写出实验思路并预期结果得出结论）实验思路：取4份甲细菌提取物分别用分解Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ的酶处理，将酶处理后的甲细菌提取物分别加入到四组有活的乙细菌的培养液中，培养一段时间后，检测培养液中是否有甲细菌出现。预期结果得出结论：有一组实验的培养液中没有出现甲细菌，其余三组实验的培养液中出现甲细菌；没有出现甲细菌的实验组中，被酶分解的那种有机物即为使乙细菌转化为甲细菌的物质。加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，DNA氢键断裂；但在加热结束后，DNA随温度的降低又逐渐恢复活性（DNA热稳定性更高）分离出S型和R型

转化的实质：S型菌的DNA片段整合到了R型菌的DNA中。

变异类型：基因重组（主要）质疑2：艾弗里实验中提取的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，在已有实验的基础上如何排除蛋白质是遗传物质的说法？能否将DNA和蛋白质彻底分开，单独地、直接地去观察它们各自的作用呢？更具说服力的“噬菌体侵染细菌的实验”1952年赫尔希和蔡斯质疑1：

对DNA作用的怀疑主要是认为“DNA无法承担携带复杂的遗传信息的任务”。当时生物化学界的权威列文由于受到计量精度的限制，误以为DNA分子中4种碱基含量都是一样的，提出了4种核苷酸组合成一个单元，然后这些单元聚合形成DNA的“四核苷酸假说”，这样的DNA就与糖原一样，是同一结构高度重复的多聚体(ATCGATCG……的高度重复)，很难想象它能承载复杂的遗传信息。有的人获得诺贝尔奖，是为自己增辉，有的人获奖却是为诺贝尔奖增辉。艾弗里没有获得诺贝尔奖，是诺贝尔奖的遗憾，不是艾弗里的遗憾。头部和尾部外壳都是由蛋白质构成，头部内部含有DNA；T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNAT2噬菌体的宿主为大肠杆菌，用培养基和其他非宿主细胞无法培养T2噬菌体无细胞结构，是一种DNA病毒噬菌体必须寄生在活的宿主细胞中才能进行增殖*噬菌体增殖过程中需要的原料（氨基酸、脱氧核苷酸等）、酶、蛋白质合成场所（核糖体），均由宿主大肠杆菌提供，噬菌体自身仅提供最初的遗传物质。三、赫尔希和蔡斯•噬菌体侵染细菌的实验1.实验材料：大肠杆菌和T2噬菌体蛋白质含有：C、H、O、N、PDNA含有：C、H、O、N、S教材P45噬菌体侵染细菌的电镜照片

噬菌体的繁殖过程：→→→→吸附注入合成组装释放2.噬菌体侵染细菌的实验吸附注入合成组装释放噬菌体吸附在细菌表面将DNA注入到细菌细胞利用细菌的化学成分合成噬菌体的DNA、蛋白质新合成的DNA、蛋白质外壳组装成很多子代噬菌体细菌解体，释放出子代噬菌体噬菌体侵染大肠杆菌增殖过程吸附注入合成组装释放特点：T2噬菌体侵染大肠杆菌（宿主细胞）后，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。

（T2噬菌体只提供遗传物质作为模板，脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大肠杆菌提供。子代T2噬菌体

子代T2噬菌体

第一步标记细菌：分别在含32P和35S的营养物质的培养基中培养大肠杆菌第二步标记T2噬菌体：用被35S和32P标记的大肠杆菌分别培养T2噬菌体35S32P教材P45实验方法：放射性同位素标记技术哪一种物质进入了大肠杆菌体内？DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？放射性元素分别标记DNA、蛋白质选择什么元素进行放射性标记3.实验过程（1）大肠杆菌＋含35S的培养基→含35S的大肠杆菌（2）大肠杆菌＋含32P的培养基→含32P的大肠杆菌（1）T2噬菌体＋含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体（2）T2噬菌体＋含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体

保温的目的是让T2噬菌体充分侵染细菌

搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分离离心的目的是让上清液中析出较轻的T2噬菌体第三步：分别用标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌

教材P46：噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面（子代噬菌体不具有亲代噬菌体的蛋白质。）；子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的（子代噬菌体具有亲代噬菌体提供的DNA）。4.结论：DNA是真正的遗传物质

注：子代T2噬菌体外壳的蛋白质分子结构相同，均是由T2噬菌体的DNA在大肠杆菌细胞内指导合成的（教材P47拓展题1）

增殖需要的条件内容模板

的DNA合成T2噬菌体DNA原料_________提供的4种脱氧核苷酸合成T2噬菌体蛋白质原料__________________场所__________________噬菌体大肠杆菌大肠杆菌的氨基酸大肠杆菌的核糖体但是不能证明蛋白质不是遗传物质补充：同时还能证明DNA能够指导蛋白质的合成。

无35S有32P①用35S标记噬菌体的一组实验，沉淀物中也有少量放射性，这是为什么？

搅拌不充分，有少量35S标记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。②用32P标记噬菌体的一组实验，上清液中有少量放射性，原因可能是：保温时间过短：部分噬菌体来不及侵染到大肠杆菌细胞内，离心后分布于上清液中保温时间过长：大肠杆菌裂解，释放子代噬菌体，离心后分布于上清液R型菌（菌落粗糙）S型菌（菌落光滑）(必修2P46—思考与讨论）以细菌或病毒作为遗传物质探索的实验材料的优点是：①细菌是单细胞生物，个体微小，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。病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳，且在侵染过程中，核酸和蛋白质会分开。②都繁殖快。细菌20～30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。

尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处，你能否具体指出关键之处？提示最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。肺炎双球菌体内转化实验肺炎双球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验实验者思路分离方式结论设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。酶解法:分别加入到R型菌中同位素标记法：标记DNA和蛋白质DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质格里菲思艾弗里赫尔希和蔡斯加热杀死的S型菌体内有“转化因子”三个经典实验对比

实验材料：烟草花叶病毒、烟草实验过程：烟草花叶病毒模式图蛋白质RNA分别侵染健康烟草植株得到全新病毒不能得到病毒RNA蛋白质患病不患病

实验结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。教材P46四、RNA是遗传物质的实验证据烟草花叶病毒感染烟草的实验实验思路：设法将RNA与蛋白质分开，单独地、直接地研究它们各自不同的作用。TMV2RNA2蛋白质2蛋白质1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白质1蛋白质2+RNA1TMV1烟草花叶病毒重建实验示意图烟草花叶病毒的遗传物质是RNA：生物类型病毒原核生物真核生物体内核酸种类_______________________DNA和RNA体内碱基种类__种

种

种体内核苷酸种类

种

种

种遗传物质_______________________实例DNA病毒：噬菌体、天花病毒、乙肝病毒RNA病毒：烟草花叶病毒、SARS病毒、HIV（艾滋病）乳酸菌、蓝藻玉米、小麦、人DNA或RNADNA和RNA455488DNA或RNADNADNA不同生物的遗传物质DNA是主要的遗传物质一切生物的遗传物质是核酸。凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又