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(共38张PPT)
第一节 DNA是主要的遗传物质
第二章 遗传的分子基础
在抗生素还没被发现之前，一个人患上由肺炎链球菌引发的肺炎，往往是致命的。一位英国科学家用肺炎链球菌开展研究，谁也没有想到，他的研究对揭示遗传物质的化学本质起到奠基作用。那么肺炎链球菌作为实验材料，它有哪些主要特征呢？
课前引入
积极思维
肺炎链球菌有哪些主要特征？
事实：
1.肺炎链球菌（又称为肺炎双球菌）是一种细菌，它结构筒单、繁殖速度快，是生物学研究常用的实验材料。
2.肺炎链球菌是法国科学家巴斯德等人从一些肺炎患者的痰液中分离出来的。肺炎链球菌多数不致病，部分有致病力的菌株在菌体外一般具有由多糖构成的英膜。致病菌株可引起人患肺炎，鼠患败血症。
3.英国科学家格里菲斯在研究中选择肺炎链球菌作为实验材料，进行了一系列实验。
肺炎链球菌透射电镜照片
肺炎链球菌模式图
积极思维
肺炎链球菌有哪些主要特征？
思考：
1.分析 科学家为什么常用细菌作为实验材料？
2.推理 为什么有的肺炎链球菌可以使人患病，而多数肺炎链球菌并不具有致病性？
在探究遗传物质的过程中，科学家需要选用合适的实验材料，还需要进行科学思维。20世纪早期，科学家根据以下结果：组成蛋白质分子的常见氨基酸有20种，其排列组合的数量十分巨大，而DNA分子只含有四种核苷酸，其排列组合的数量一定没有蛋白质那样多，通过推理得出：遗传物质应该是蛋白质。这个推论正确吗？科学家究竟是如何通过实验确定遗传物质是什么的呢？
对遗传物质的早期推测
蛋白质是由多种氨基酸连接而成
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含遗传信息
20世纪20年代
20世纪30年代
认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子
对DNA结构没有清晰的了解
蛋白质是遗传物质
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
1.实验材料：
小鼠、肺炎链球菌
阅读课本43页，填写两种肺炎链球菌的特点：
类型　 菌体表面特点 致病性 菌落表面特点
S型细菌
R型细菌
何为荚膜？有何作用？
荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围胶状物质，成分为多糖
有致病性
人患肺炎
小鼠患肺炎，并发败血症
无致病性
光滑
Smooth
粗糙
Rough
对细菌起保护作用
1.实验材料：
小鼠、肺炎链球菌
阅读课本43页，填写两种肺炎链球菌的特点：
类型　 菌体表面特点 致病性 菌落表面特点
S型细菌
R型细菌
有致病性
人患肺炎
小鼠患肺炎，并发败血症
无致病性
光滑
Smooth
粗糙
Rough
何为菌落？
细菌等微生物在固体培养基中形成的肉眼可见的子细胞群体
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
不死亡
注射R型
活细菌
说明R型细菌无毒
死亡
说明S型细菌有毒
注射S型
活细菌
不死亡
说明加热致死的S型细菌无毒
注射加热致死的S型细菌
死亡
说明？
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
2.实验过程：
R活+S死——>S活
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
格里菲斯的实验表明，被注射S型活细菌的小鼠因患败血症而死亡，被注射R型活细菌的小鼠能正常生活。那么，是荚膜导致了病症吗？为了回答这个问题，格里菲斯又开展了新的研究。
基因重组
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
只是少数R型细菌转化为S型细菌
R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？
破坏了谁？保留了谁？
深入分析
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
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”
3.实验结论：
活性物质
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
R型菌
S型菌
转化：是指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质，而表现出后者的某些遗传性状或发生遗传性状改变的现象。
S型菌的遗传物质
注意：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。
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
转化只能发生在小鼠体内吗？
体外转化实验
格里菲思的体外转化实验失败
转化要依赖于小鼠才能实现
1931年艾弗里团队的体外转化实验成功
转化不需要依赖小鼠，完全源自加热杀死的S型细菌中含有转化因子
否定
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
思考：
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
由上述实验得出结果：加热后的S型死细菌不能使小鼠死亡；而把加热后的S型死细菌和R型活细菌混合后，将混合液注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。这些结果表明，不是荚膜而是$型活细菌导致了小鼠死亡，说明有部分R型活细菌转化为S型活细菌，而且转化后的S型活细菌的后代也是有致病性的。格里菲斯认为被加热杀死的S型细菌中可能含有某种转化因子，使R型细菌转化为S型细菌，而且这种转化是可以遗传的。
实验设计思路
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此可用酶解法，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。
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
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
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
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
没有转化因子
转化因子很可能就是DNA。
实验表明：
艾弗里的结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
S型细胞提取物
R型活细菌
+
③
加DNA酶
艾弗里实验可以证明蛋白质不是遗传物质吗？
可以
实验设计思路
只长R型细菌
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
S型细菌
R型细菌
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
S型细菌
R型细菌
混合
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
实验结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。
积极思维
艾弗里的肺炎链球菌转化实验说明了什么？
积极思维
艾弗里的肺炎链球菌转化实验说明了什么？
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
项目 肺炎链球菌体内转化实验 肺炎链球菌体外转化实验
科学家
培养细菌 体内培养 体外培养
巧妙构思 用加热杀死的 和 活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化 每个实验组用 特异性地去除S型细菌细胞提取物中的一种物质，然后培养R型活菌，看能否发生转化
观察指标
实验结论 已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种促使R型活菌转化为S型活菌的活性物质——“ ” 是S型细菌的遗传物质
蛋白质等其他物质不是遗传物质
联系 ①所用材料相同，都是 ； ②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有 ，体外转化实验进一步说明 ； ③实验设计都遵循 原则 小鼠
培养基
转化因子
DNA
某种
“转化因子”
“转化因子”是DNA
R型和S型肺炎双球菌
对照原则、单一变量
S型细菌
R型
酶解法
小鼠是否死亡及体内是否有活的S菌
培养基中菌落类型
格里菲思
艾弗里
比较两个肺炎链球菌的转化实验
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的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验，说明DNA是遗传物质。
赫尔希 蔡斯
他们因此获得了诺贝尔奖！
有没有比细菌更好的材料、更好的方法可将DNA和蛋白质彻底分开，单独去观察它们的作用呢？
噬菌体侵染细菌实验
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
DNA
蛋白质外壳
噬菌体侵染细菌实验
1.实验材料：
大肠杆菌、T2噬菌体
②T2噬菌体如何侵染大肠杆菌？
噬菌体借尾丝吸附在细菌表面。
把DNA注入到细菌细胞。
利用细菌的化学成分、酶系统和核糖体合成出噬菌体的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。
噬菌体侵染细菌实验
实验过程
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
再标记T2噬菌体
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体
赫尔希和蔡斯
积极思维
为什么说噬菌体侵染细菌的实验更有说服力？
积极思维
：
上清液放射性很高，
子代噬菌体中无35S
35S标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
搅拌
使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离
离心
沉淀物放射性很低。
让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌
说明蛋白质未进入大肠杆菌
为什么说噬菌体侵染细菌的实验更有说服力？
上清液放射性很低，
沉淀物放射性很高。
子代噬菌体中含32P
使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离
让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌
说明蛋白质未进入大肠杆菌
积极思维
为什么说噬菌体侵染细菌的实验更有说服力？
35S标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
搅拌
离心
实验结果
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
子代噬菌体有无放射
蛋白质
很高
DNA
很低
无
有
很高
很低
积极思维
为什么说噬菌体侵染细菌的实验更有说服力？
搅拌不充分，导致少量含35S的噬菌体蛋白质外壳还吸附在细菌表面，离心时随细菌到沉淀物中
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放
原因
原因
积极思维
为什么说噬菌体侵染细菌的实验更有说服力？
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
①35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？
保温时间长
实际上
部分噬菌体未侵染
大肠杆菌
理论上
上清液
沉淀物
部分噬菌体释放出来
释放
实际上
保温时间短
②32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？
积极思维
为什么说噬菌体侵染细菌的实验更有说服力？
积极思维
为什么说噬菌体侵染细菌的实验更有说服力？
实验结论
注意：
A. 不能证明蛋白质不是遗传物质（其蛋白质没有进入细菌）
B. 不能证明：DNA是主要的遗传物质。
在噬菌体DNA的指导下，新组装并释放出来的子代噬菌体与侵染大肠杆菌的噬菌体完全相同。上述实验证明了DNA才是真正的遗传物质。
科学家发现许多病毒中只含有蛋白质和RNA，没有DNA，比如烟草花叶病毒。
烟草花叶病毒示意图和电镜照片
为了弄清这种病毒中遗传物质是蛋白质还是RNA，科学家进行了烟草花叶病毒的感染实验。
RNA是某些病毒的遗传物质
新冠病毒
SARS病毒
艾滋病病毒
埃博拉病毒
流感病毒
RNA是某些病毒的遗传物质
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
实验：烟草花叶病毒组分单独侵染烟草实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
RNA是某些病毒的遗传物质
含义
绝大多数生物以DNA为遗传物质
凡是有DNA的生物
凡是细胞结构的生物
极少数生物没有DNA，只有RNA一种核酸，则RNA是遗传物质，如烟草花叶病毒、艾滋病病毒HIV、大多数流感病毒等
在真核生物的细胞中，既有DNA，也有RNA，它们都是遗传物质吗？科学家经过深入研究发现，真核生物细胞中的遗传物质是DNA，不是RNA。由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
DNA是主要的遗传物质
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
加热杀死的S型细菌中含有转化因子
转化因子是什么？
艾弗里的体内转化实验
肺炎链球菌的转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
支持
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
更多实验证据表明
RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
更多实验证据表明
RNA是RNA病毒的遗传物质
DNA是主要的遗传物质
课堂小结
随堂小测
1.格里菲思将加热杀死的S型肺炎链球菌与R型肺炎链球菌混合培养后注入小鼠体内，小鼠死亡。下列有关S型细菌、R型细菌及小鼠的叙述，错误的是( )
A.两种细菌及小鼠的体细胞内均含有8种核苷酸
B.从死亡小鼠体内分离出的细菌都是S型细菌
C.S型细菌的DNA能够进入R型细菌细胞中发挥作用
D.由实验可推测加热杀死的S型细菌中含“转化因子”
答案：B
解析：A、S型细菌、R型细菌及小鼠的细胞内均含有4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸，共8种核苷酸，A正确；B、从死亡小鼠体内分离出的细菌既有R型细菌，也有S型细菌，B错误；CD、将加热杀死的S型细菌与R型细菌混合培养，能获得S型细菌，说明加热杀死的S型细菌中含“转化因子”，结合基因控制生物体的性状，这种转化因子很可能是DNA，S型细菌的DNA能够进入R型细菌细胞中发生基因重组并发挥作用，最终表达出S型细菌的多糖荚膜，CD正确。故选B。
随堂小测
2.下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，错误的是( )
A.用35S标记噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，大肠杆菌菌体内新形成的T2噬菌体仍能检测到 S
B.用32P标记噬菌体的实验中，上清液中检测到了少量放射性，可能是因为保温时间过短
C.DNA分子中不含S、蛋白质分子中几乎不含P，是选择32P、35S标记T2噬菌体的依据
D.通过两组实验相互对照，说明DNA是T2噬菌体的遗传物质
答案：A
解析：A、35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，蛋白质外壳不进入大肠杆菌菌体内，因此，用35S标记噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，大肠杆菌菌体内新形成的T2噬菌体不能检测到35S，A错误；B、32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌时，进入到细菌体内的是含有32P标记的DNA，因此，用32P标记噬菌体的实验中，若上清液中检测到了少量放射性，可能是因为保温时间过短，有的噬菌体未侵染，也可能是保温时间过长，带有放射性的子代噬菌体被释放出来造成的，B正确；C、DNA分子中不含S、蛋白质分子中几乎不含P，是选择32P、35S标记T2噬菌体的依据，据此可分别观察DNA和蛋白质的走向，进而能得出相应的结论，C正确；D、对比实验中两组实验相互对比，本实验通过两组实验相互对照，说明DNA是T2噬菌体的遗传物质，D正确。故选A。
随堂小测
3.如图为烟草花叶病毒的感染和病毒重建实验部分示意图，相关描述正确的是( )
A.“B型后代”的组成是RNAB和蛋白质A
B.“A型后代”的蛋白质包含蛋白质A和蛋白质B
C.两种烟草花叶病毒具有不同的RNA和蛋白质
D.重组病毒的感染实验，证明了该病毒的遗传物质是核糖核苷酸
答案：C
解析：A、图中“B型后代”的组成是RNAB和蛋白质B，A错误；B、“A型后代”的蛋白质为蛋白质A，B错误；C、具题图可知，两种烟草花叶病毒具有不同的RNA和蛋白质，TMVA的RNA为RNAA，蛋白质为蛋白质A；TMVB的RNA为RNAB，蛋白质为蛋白质B，C正确；D、重组病毒的感染实验，证明了该病毒的遗传物质是核糖核酸（RNA），D错误。故选C。
感谢观看
汇报人

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