DNA是主要的遗传物质-高一下学期生物人教版必修2

第3章基因的本质第一节DNA是主要的遗传物质教学目标的确定

课程标准与本节对应的“内容要求”是：“概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上”。这要求学生对科学史有一定的了解，让学生从科学探索过程中，感悟科学家解决问题的研究方法，并根据对经典实验的分析，形成DNA是主要的遗传物质的重要概念。结合课标要求、教材内容和分析学情，确定如下教学目标：1.阐明科学家探索DNA是主要的遗传物质的过程。2.通过对艾弗里实验的学习，说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”3.说明DNA是主要的遗传物质。4.举例说明有些病毒的遗传物质是RNA教材分析(一)教学目标1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。2.说明DNA是主要的遗传物质。3.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。4.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。(二)教学重点和难点1.教学重点（1）肺炎链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2.教学难点（1）肺炎链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。本节聚焦：第一节DNA是主要的遗传物质科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？为什么说DNA是主要的遗传物质？通过科学家揭示DNA是遗传物质过程的分析，

你对科学发现的过程和方法有哪些领悟?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.你认为遗传物质应该具有什么特点？2.你认为要想说明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？①储存大量的遗传信息②结构比较稳定③可以准确地复制并传递给下一代等例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。P42由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，人们认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。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。1.1对遗传物质的早期推测20世纪20年代氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。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。20世纪30年代通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战！艾弗里赫尔希格里菲思蔡斯1.1对遗传物质的早期推测格里菲思实验材料：小鼠肺炎链球菌肺炎链球菌特点多糖荚膜菌落表面特征毒性S型细菌R型细菌有光滑（Smooth）有无粗糙（Rough）无S型菌电镜图S型光滑菌落R型粗糙菌落1.2格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验第一组不死亡第二组死亡第三组不死亡第四组死亡注射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1.2格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验1.对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。2.对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。分析格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验3.

第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型细菌从哪里来？4.

这种转化产生的S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，又说明了什么？转化的性状可以遗传

加热致死的S型细菌使部分活的R型细菌发生了转化，变成了活的S型细菌，使小鼠死亡。体内分离出的S型细菌由R型细菌转化而来。分析格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验R型菌S型菌

转化因子S型菌

后代结论：加热杀死的S型菌含有促成转化的活性物质—“转化因子”1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验DNA蛋白质

RNA脂质多糖寻觅“转化因子”究竟是什么？S型细菌组分图如果你是艾弗里,想知道转化因子究竟是什么物质，你有什么思路吗?将S型菌各种组分提纯后，再分别去研究它们的作用如果能够获得S型菌的各组分获得纯净物，你又如何设计这个实验?请写出实验设计图解。采用控制单一变量法，分别研究他们各自的作用实际上由于技术手段的限制，很难人为得到S型菌各组分的纯净物，又该怎么办呢？艾弗里1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验实际上由于技术手段的限制，很难人为得到S型菌各组分的纯净物，又该怎么办呢？

每个实验组利用酶解法特异性的去除某种物质，研究去除的这种物质对实验结果的影响。关键思路：设法去除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。1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验艾弗里证明DNA是遗传物质的实验示意图1.

第一组将加热致死的S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养，实验结果是培养基中长出了S型活细菌。这说明什么？

S型细菌的细胞提取物（蛋白质、脂质和RNA、DNA）中含有促使R型细菌转化为S型细菌的物质-转化因子。2.

实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？加入蛋白酶是为了证明实现转化的不是蛋白质；加入RNA酶是为了证明实现转化的不是RNA；加入酯酶是为了证明实现转化的不是酯类物质。3.

第一至四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？

S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验4.第五组，用DNA酶处理S型细菌的细胞提取液之后再与R型活细菌混合培养，为什么培养基中只有R型细菌？DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使其丧失转化功能。DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质结

论分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验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；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。1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验注意1.易错归纳(1)转化的实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，使其获得了新的遗传信息，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。(2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。2.加热的作用原理(1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。(2)加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55℃左右时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？例如：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。科学方法例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。1.为研究导致R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化因子是DNA还是蛋白质，科学家进行了肺炎链球菌转化实验。其基本过程如图所示：下列叙述错误的是A.甲组培养皿中只有一部分R型细菌发生了转化B.乙组培养皿中有光滑和粗糙两种菌落，可推测蛋白酶不能分解转化因子C.丙组培养皿中观察到的现象是只长出光滑的菌落D.该实验可以证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA√2.(2022·吉林高一期末)关于肺炎链球菌的转化实验，下列说法正确的是A.S型细菌有荚膜，形成的菌落表面光滑，无致病性B.艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质C.格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了S型肺炎链球菌的DNA可使R型细菌发生转化D.艾弗里的实验中采用了自变量控制中的“加法原理”√2.1T2噬菌体简介2.1T2噬菌体简介T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，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2.1T2噬菌体简介1.赫尔希等人选用病毒作为实验材料，以病毒作为实验材料具有哪些优点？结构简单,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，病毒短时间内可大量繁殖。引自BrockBiologyofMicroorganisms(13thEdition)T2噬菌体侵染细菌的实验2.2噬菌体增殖的过程吸附注入合成组装释放噬菌体吸附在细菌表面把DNA注入到细菌细胞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T2噬菌体侵染细菌的实验哪一种物质进入了大肠杆菌体内？放射性分别标记DNA和蛋白质选择什么元素进行放射性标记2．本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用32P和35S进行标记？DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？放射性同位素标记组成元素蛋白质:C、H、O、N、SDNA：C、H、O、N、P32P35ST2噬菌体侵染细菌的实验哪一种物质进入了大肠杆菌体内？放射性分别标记DNA和蛋白质选择什么元素进行放射性标记DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？放射性同位素标记3．能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？并说明理由。不能用14C和3H标记噬菌体，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质。不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，离心后上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。2.3噬菌体侵染细菌的实验利用含放射性的培养基先分别标记细菌标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌搅拌离心并检测放射性检测子代噬菌体的放射性短时间保温无放射性标记的细菌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。2.3噬菌体侵染细菌的实验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？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。35S标记的噬菌体上清液放射性很高沉淀物放射性很低子代噬菌体中无35ST2噬菌体侵染细菌的实验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？（1）保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内；（2）保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代。32P标记的噬菌体上清液放射性很低沉淀物放射性很高子代噬菌体中含有32P说明DNA是真正的遗传物质T2噬菌体侵染细菌的实验2.4两个经典实验的比较艾弗里实验噬菌体侵染细菌实验处理方式对照原则实验结论设计思路不同酶处理细胞提取物同位素标记法S型细菌的分离物质分别与R型细菌混合培养对照分别标记噬菌体DNA和蛋白质的两组实验相互对照设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究各自不同的遗传功能证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质证明DNA是遗传物质，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内）思考.讨论（P46）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？【参考答案】1）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。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。思考.讨论（P46）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？【参考答案】1）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。2）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）。思考.讨论（P46）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？【参考答案】1）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、放射性同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。2）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。1.T2噬菌体的增殖(1)合成T2噬菌体的DNA的模板：(2)合成T2噬菌体的DNA的原料：(3)合成T2噬菌体的蛋白质的原料：(4)合成T2噬菌体蛋白质的场所：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸大肠杆菌提供的氨基酸大肠杆菌的核糖体3.(2022·江苏南通高一期末)赫尔希和蔡斯进行了噬菌体侵染细菌的实验，部分步骤如图所示，结果发现A中放射性很高，B中放射性很低。下列说法错误的是A.图中亲代噬菌体的蛋白质被35S标记B.用含放射性同位素标记的大肠杆菌来培养噬菌体C.理