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(共46张PPT)
第3章 第1节
学习目标：
1.阐述肺炎链球菌转化实验的过程和结论(重、难点)。
2.阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程和结论(重、难点)。
3.阐述烟草花叶病毒感染实验的过程和结论。
4.说明DNA是主要的遗传物质。
重走遗传物质的探索之路
1891年
1866年
1909年
1903年
孟德尔发现遗传定律
科学家描述减数分裂全过程
萨顿假说：基因和染色体存在平行关系
摩尔根证明基因在染色体上
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
一.对遗传物质的早期推测
20世纪30年代：
DNA是由4种脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。4种脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏遗传信息。
20世纪20年代：
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。21种氨基酸排列顺序蕴藏遗传信息。
蛋白质
基本单位：常见的21种氨基酸
核酸
基本单位：4种脱氧核苷酸
对DNA的结构没有清晰的了解
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
使人们意识到DNA的重要性
一.对遗传物质的早期推测
关于遗传物质的争论持续了很长时间，最终在一些确凿的、有说服力的实验论证下，事实证明：DNA是主要的遗传物质。
Frederick Griffith
Oswald Theodore Avery
Alfred Hershey
Matha Chase
艾弗里
赫尔希
蔡斯
格里菲思
“我们表示怀疑！”
大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质
PART
01
肺炎链球菌的转化实验
● 肺炎链球菌特点
● 肺炎链球菌体内转化实验
● 肺炎链球菌体外转化实验
二.肺炎链球菌的转化实验
1928年
时间
人物
格里菲思
多糖荚膜 菌落 致病性 形态
R型菌
S型菌
肺炎链球菌
选材
无
有
表面粗糙
表面光滑
无
有
荚膜是某些细菌细胞壁外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后，容易被吞噬细胞吞噬并消灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生存和繁殖。
二.肺炎链球菌的转化实验
不死亡
死亡
不死亡
注射R型活细菌+加热致死的S型菌
注射加热致死的S型细菌
注射S型活细菌
注射R型活细菌
死亡
第一组
第二组
第三组
第四组
分离出S型活细菌
分离出S型活细菌
第1、2组对照，说明R型细菌__________，S型细菌_________。
无毒性
有毒性
第2、3组说明，加热可以杀死S型细菌，使其失去_______。
毒性
实验过程
结果
二.肺炎链球菌的转化实验
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
加热杀死的 S型菌
③.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？
①. 第四组小鼠为什么会死亡？
②.第四组小鼠体内分离出的S型细菌从哪里来？
由于体内有活的S型细菌的作用
转化的性状可以遗传（即遗传物质）
起死回生？
改头换面？
二.肺炎链球菌的转化实验
（1) 实验结论：
注意：
该实验不能证明DNA是遗传物质。
加热杀死S型菌
R型活菌 S型活菌
转化
已经加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质 ——“转化因子”
活性物质
(2) 实验方法：
控制单一变量，设置对照组
总结
A
A.说明了肺炎链球菌的遗传物质是
B.说明了 型活细菌在一定条件下能够转化为 型活细菌
C.说明了 型活细菌不具有致病性， 型活细菌具有致病性
D.说明了加热致死的 型细菌不具有致病性
例1 格里菲思用肺炎链球菌感染小鼠，进行了著名的转化实验，关于实验的结论错误
的是( ) 。
对点练1 （2023·泰安校考）某科研小组在格里菲思实
验的基础上利用相同实验材料增加了相关实验，实验
过程如图所示，下列叙述正确的是( ) 。
D
A.活菌甲是 型细菌，活菌乙是 型细菌
B.该实验证明了 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
C.从鼠2血液中分离出来的活菌都能使小鼠死亡
D.从鼠5体内分离出的活菌在培养基上培养，都会产生光滑菌落
二.肺炎链球菌的转化实验
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟转化因子是什么？
多糖
加热杀死
的S型细菌
脂类
蛋白质
RNA
DNA
关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用
含R型细菌的培养基
分别加入
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
加法原理
含R型细菌的培养基
提取液
全部加入
加入酶除去特定物质
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
减法原理
由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。
二.肺炎链球菌的转化实验
减法原理
加法原理
含义：与常态比较，人为增加某种影响因
素的称为“加法原理”。
举例：“比较过氧化氢在不同条件下的
分解”
含义：与常态比较，人为去除某种影响因
素的称为“减法原理”。
举例：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”
每个实验组特异性去除了一种物质，
从而鉴定出DNA是遗传物质。
对照组
实验组
实验组
实验组
对照组
实验组
实验组
科学方法P46
二.肺炎链球菌的转化实验
20世纪40年代
时间
人物
艾弗里和他的同事
实验方案
将加热致死的S型细菌破碎后，设法除去绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
二.肺炎链球菌的转化实验
①.第一组实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？
②.实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
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？
④.第五组，为什么培养皿中只有R型细菌？
⑤该实验的自变量和因变量是什么？
S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。
分别除去S型细菌细胞提取物中的蛋白质、RNA和酯类物质，以明确这些物质是不是转化因子。
S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。
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。
自变量：是否加入酶及酶的种类；因变量：培养基中是否有活的S菌
二.肺炎链球菌的转化实验
（1）实验结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
（2）实验方法：
控制单一变量，设置对照（①是对照组，②~⑤是实验组）
（3）转化原理和实质：
①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，培养基中R型菌的菌落占多数
转化的原理和实质
转化原理
转化实质
加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活；DNA在加热过程中，双链解开，当缓慢冷却后，其结构可恢复。
S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
总结
例2 艾弗里和其同事用 型和 型肺炎链球菌进行实验，结果如下表。从表中内容可
知( ) 。
实验组号 接种菌型 经不同处理的 型细菌的细胞提取物 培养皿长菌情况
① 不作处理 型、 型
② 加蛋白酶 ？
③ 加 酶 型、 型
④ 加酯酶 型、 型
⑤ 加 酶 型
C
A.②培养皿中只出现 型细菌
B.该实验不能证明蛋白质不是遗传物质
C.该实验说明 型细菌的 很可能是转化因子
D.①~⑤组的结果说明 是主要的遗传物质
对点练2 下列关于艾弗里肺炎链球菌的转化实验的叙述，错误的是( ) 。
C
A.该实验是在格里菲思实验的基础上进行的
B.该实验过程中需要进行细菌的培养
C.该实验运用了酶解法和同位素标记法
D.实验过程中，可通过观察菌落的特征来判断是否发生了转化
例3 在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。下列实验设计中
采用了“加法原理”的是( ) 。
C
A.“验证 是植物生活的必需元素”实验中，完全培养液作为对照，实验组是缺 培养液
B.“验证光是光合作用的条件”实验中，对照组在光下进行实验，实验组作遮光处理
C.格里菲思将 型活细菌和加热致死的 型细菌混合后注射到小鼠体内，观察小鼠是
否存活
D.在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，几个实验组分别添加蛋白酶、酯酶或 酶等
二.肺炎链球菌的转化实验
实际上，艾弗里实验中无法真正去除蛋白质，纯度最高时仍存在0.02%蛋白质和DNA混在一起，因此有人对实验结论表示怀疑。
有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质完全分开，单独去观察它们的作用呢？
①格里菲斯-肺炎链球菌转化实验（体内转化实验）
②艾弗里-肺炎链球菌转化实验（体外转化实验）
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型细菌的活性物质——转化因子
DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质
PART
02
噬菌体侵染细菌实验
● t2噬菌体
● 噬菌体侵染细菌实验
三.噬菌体侵染细菌的实验
1952年
时间
人物
赫尔希和蔡斯
实验材料
T2噬菌体
结构组成：头部和尾部都是由蛋白质构成，头部含有DNA。
增殖特点：T2噬菌体侵染大肠杆菌后，会利用大肠杆菌体内的物质合成自身组成成分，进行大量增殖，增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量噬菌体。
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
尾部
头部
DNA
蛋白质
噬菌体侵染大肠杆菌过程:吸附-注入-合成-组装-释放
三.噬菌体侵染细菌的实验
三.噬菌体侵染细菌的实验
实验思路
想办法将蛋白质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用。
如何将蛋白质和DNA分开？
分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。
蛋白质：C、H、O、N、35S
DNA：C、H、O、N、32P
放射性同位素标记法
要证明T2噬菌体的遗传物质究竟是DNA还是蛋白质，实验中最关键的设计思路是什么？
三.噬菌体侵染细菌的实验
阅读教材P45：
1.归纳实验步骤？
2.保温目的？
搅拌目的？
离心目的？
3.离心后的上清液中是什么？
沉淀中是什么？
4.放射性如何分布？
子代噬菌体能否检测到放射性？
三.噬菌体侵染细菌的实验
大肠杆菌＋含35S/32P的培养基→ 含35S/32P的大肠杆菌
2．标记噬菌体
噬菌体＋含35S的大肠杆菌→ 含35S的噬菌体（A组）
噬菌体＋含32P的大肠杆菌→ 含32P的噬菌体（B组）
1．标记宿主细胞：大肠杆菌
实验步骤
第一步：获得标记的噬菌体；
（用被标记的大肠杆菌培养获得被标记的噬菌体）
三.噬菌体侵染细菌的实验
A组：未标记的大肠杆菌＋含35S标记的噬菌体
B组：未标记的大肠杆菌＋含32P标记的噬菌体
搅拌目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心目的：让上清液析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
实验步骤
第二步：分别被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌；
第三步：经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、离心；
第四步：离心后检查上清液和沉淀物的放射性强度。
短时间保温目的：促使噬菌体充分侵染细菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体。
三.噬菌体侵染细菌的实验
实验结果
A组（35S标记蛋白质）：放射性同位素主要分布在上清液中；
B组（32P标记DNA）：放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中。
这说明了什么？
说明噬菌体侵染细菌时，DNA进入了宿主细胞，而蛋白质外壳留在了外面。
三.噬菌体侵染细菌的实验
进一步观察发现：
在细菌裂解释放出的子代噬菌体中，可以检测到32P标记DNA，但不能检测到35S标记蛋白质。
这又说明了什么？
说明T2噬菌体的DNA进入大肠杆菌，并复制出若干DNA，蛋白质未进入大肠杆菌。亲代噬菌体和子代噬菌体之间传递的物质是DNA。
DNA才是噬菌体的遗传物质！
1953年，赫尔希-蔡斯的实验与DNA双螺旋结构模型同时在冷泉港的学术会议上展示，自此，科学家才普遍接受了DNA是遗传物质。
三.噬菌体侵染细菌的实验
①.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。
②.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？
③. 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？
不能，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。
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有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
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。
保温时间过短，部分噬菌体来不及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。
思考与讨论
（1）个体很小，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。容易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20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
1. 艾弗里与赫尔希等人的实验选用了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？
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？
从自变量角度，艾弗里在每个实验组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，如何彻底地去除细胞中含有的某种物质。
思考与讨论
艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。
科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。
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？
三.噬菌体侵染细菌的实验
①.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。
②.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？
③. 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？
不能，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。
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有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
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。
保温时间过短，部分噬菌体来不及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。
例4 某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验，实验过程
如图所示。下列有关分析正确的是( ) 。
实验1
实验2
A.理论上 和 中不应具有放射性
B.实验中 含有少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关
C.实验中 含有放射性与④过程中搅拌不充分有关
D.该实验证明了 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
√
对点练4 如果用 、 、 、 标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，在
产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的标记元素为( ) 。
B
A.可在外壳中找到 、 和 B.可在 中找到 、 和
C.可在外壳中找到 、 D.可在 中找到 、 、
PART
03
烟草花叶病毒感染实验
● 烟草花叶病毒感染实验
● 科学方法：加法原理和减法原理
四.烟草花叶病毒感染实验
背景知识
烟草花叶病毒（TMV）是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。
自主探究：
根据以上科学家的实验思路，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
1、 烟草花叶病毒侵染烟草的实验
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
RNA
蛋白质
结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。
RNA
四.烟草花叶病毒感染实验
2、烟草花叶病毒（TMV）重建实验
结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。
RNA
四.烟草花叶病毒感染实验
生物类型 所含核酸 遗传物质 举例
细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌
原核生物 细菌、蓝细菌
非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体
RNA病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
RNA
DNA
DNA是主要的遗传物质：绝大多数生物的遗传物质是_____，只有极少数生物的遗传物质是_____。因此，_____是主要的遗传物质。
DNA
RNA
DNA
五.DNA是主要的遗传物质
注意：
对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质
对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字
例5 （2023·南通校考）下图表示科研人员探究“烟草花叶病毒 遗传物质”的实验
过程，由此可以判断( ) 。
A
A.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和
B. 的蛋白质不能进入烟草细胞中
C.侵入烟草细胞的 与烟草的蛋白质组装成新的病毒
D. 是 的主要遗传物质
对点练5 （2023·延安期末）下列关于遗传物质的叙述，正确的是( ) 。
B
A.烟草花叶病毒的遗传物质是
B.细胞生物的遗传物质一定是
C.原核生物的遗传物质有些是
D.新型冠状病毒的遗传物质是 或
网络构建
DNA
是
主
要
的
遗
传
物
质
肺炎链球菌转化实验
R、S型细菌特点
格里菲思体内转化实验
烟草花叶病毒侵染实验
补充RNA是遗传物质的实例
科学方法：加法原理和减法原理
艾弗里体外转化实验
T2噬菌体特点
噬菌体侵染细菌实验
噬菌体侵染细菌实验分析
噬菌体侵染细菌实验方案
练习与应用（P47）
1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中提取的某种物质，加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌结果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是（ ）
A.多肽 B.多糖 C.组氨酸 D.DNA
D
一、概念检测
2.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明（ ）
A.DNA是遗传物质 B.遗传物质包括蛋白质和DNA
C.病毒中有DNA，但没有蛋白质 D.细菌中有DNA，但没有蛋白质
A
练习与应用（P47）
二、拓展应用
1.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。请分析子代噬菌体的蛋白质外壳的来源。
实验表明噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个特点：①能够精确的自我复制；②能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程；③具有储存遗传信息的能力；④结构比较稳定，等等。

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