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浙科版
《遗传与进化》
第三章 遗传的分子基础
第一节
核酸
是遗传物质
奥地利生物学家孟德尔
G. J. Mendel，1822—1884
1866
通过豌豆杂交
实验，揭示了遗传规律，
提出遗传因子概念。
美国遗传学家萨顿
W. Sutton，1877—1916
1903
通过观察蝗虫细胞
减数分裂提出假说：
基因（遗传因子）
位于染色体上。
丹麦遗传学家约翰逊
W. Johansen，1859—1927
1909
命名“遗传因子”
为基因。
1909-1933
美国生物学家摩尔根
T. H. Morgan，1866—1945
通过果蝇杂交实
验证明：基因位
于染色体上。
问题探讨
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种物质，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物界激烈的讨论。
讨论
1
你认为遗传物质可能具有什么特点？
2
你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
问题探讨
染色体
染色质
DNA
蛋白质
染色体、蛋白质和 DNA 示意图
对遗传物质的早期猜测
遗传物质应该具有什么特点？
1
可储存大量遗传信息，多样性
2
可精确自我复制并遗传给后代，连续性
3
结构和性质比较稳定，稳定性
4
可以控制生物的性状（蛋白质的合成）
对遗传物质的早期猜测
20世纪20年代
蛋白质是生物体的遗传物质
蛋白质基本单位：常见的21种氨基酸
蛋白质中氨基酸的排列顺序多种多样，可能蕴含着遗传信息
对遗传物质的早期猜测
20世纪30年代
DNA基本单位：
4种脱氧核苷酸
科学家本可以意识到DNA的重要性
腺嘌呤(A)
P
脱氧
核糖
鸟嘌呤(G)
P
脱氧
核糖
胸腺嘧啶(T)
P
脱氧
核糖
胞嘧啶(C)
P
脱氧
核糖
不了解DNA的结构，蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
脱氧核苷酸的化学组成
对遗传物质的早期猜测
首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的科学家有哪些？
Matha Chase
蔡斯
Frederick Griffith
格里菲思
Oswald Theodore Avery
艾弗里
Alfred Hershey
赫尔希
实验探究阶段
01 / 肺炎链球菌的转化实验
02 / 噬菌体侵染细菌的实验
03 / 烟草花叶病毒的侵染实验
1.1格里菲思的肺炎链球菌体的活体转化实验
1.2艾弗里的肺炎链球菌体的离体转化实验
肺炎链球菌活体转化实验
01/肺炎链球菌的特点
S型菌
R型菌
表面光滑（Smooth）
表面粗糙（Rough）
菌落
菌体
无多糖类荚膜
致病性
有致病性
可使小鼠患病死亡
无致病性
有多糖类荚膜
R型活细菌
小鼠不死亡
（第一组）
小鼠死亡
（第二组）
小鼠不死亡
（第三组）
小鼠死亡
（第四组）
S型活细菌
S型活细菌
加热杀死的S型细菌
R型活细菌+加热杀死的S型细菌
S型活细菌
02/实验过程与现象
肺炎链球菌活体转化实验
R型活细菌
S型活细菌
加热致死的S型细菌
R型活细菌+加热致死的S型细菌
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
小鼠
注射
结果
注射
结果
注射
结果
注射
结果
【思考1】第一组与第二组的实验现象，说明了什么？
R型活菌不会使小鼠死亡，S型活菌会使小鼠死亡。
【思考2】第四组小鼠为什么会死亡？
体内有S型活菌，会使小鼠死亡。
02/实验过程与现象
肺炎链球菌活体转化实验
R型活菌
+
加热杀死S型菌
S型活菌
格里菲斯
格里菲思推断
加热杀死的S型菌含有某种物质能促使
R型菌转化为S型菌—“转化因子”。
加热杀死S型菌
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是“转化因子”？
肺炎链球菌活体转化实验
探究“转化因子”究竟是什么？你有什么样的设计思路，关键是什么？
将DNA与蛋白质等其他物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
关键思路
肺炎链球菌离体转化实验
肺炎链球菌离体转化实验
含有R细菌的培养基
S型菌的荚膜
R型菌
混合
含有R细菌的培养基
S型菌的蛋白质
R型菌
混合
艾弗里证明DNA是遗传物质的实验示意图
肺炎链球菌离体转化实验
含有R细菌的培养基
S型菌的DNA
艾弗里证明DNA是遗传物质的实验示意图
R型菌
混合
S型菌
含有R细菌的培养基
S型菌的DNA+DNA酶
R型菌
混合
肺炎链球菌离体转化实验
实验结论：
DNA是转化因子，DNA是遗传物质。
本实验能否说明蛋白质不是遗传物质？
可以
液体悬浮培养
菌落的形态
请从以下角度来说明肺炎链球菌的体内转化实验与体外转化实验的关系
区别
项目 体内转化实验 体外转化实验
科学家
细菌培养
实验构思
观察指标
实验结论
格里菲思
小鼠体内
用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验说明发生转化
小鼠是否死亡
已经加热致死的S型细菌体内有转化因子
联系
艾弗里
体外培养基
在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化
培养基中菌落类型
S型细菌的DNA是遗传物质
1
体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验则是前者的延伸。
2
实验设计都遵循_______和___________原则。
对照
单一变量
R型菌转化为S型菌的本质：
基因重组
蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。
荚膜
加热杀死
控制荚膜形成的X基因
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型细菌转化成S型菌
S型菌
注
只是少数R型菌转化为S型菌
拓展
艾弗里等人不仅揭开“格里菲思之谜”，并且在世界上
第一次用实验结果确切地证明遗传基因就在DNA上，具有划
时代的意义。
艾弗里的实验结果不被人接受主要有以下几方面的原因：
1
受技术手段限制，提取的DNA纯度不高。
2
当时科学界深信蛋白质是遗传物质。而艾弗里的实验中含有微量的蛋白质，因此，很多科学家不接受艾弗里的实验结论。
肺炎链球菌离体转化实验
噬菌体侵染细菌实验
01/实验材料
T2 噬菌体
T2噬菌体的模式图
DNA
蛋白质
头部
尾部
生活方式
1
专门寄生于大肠杆菌内的病毒。
噬菌体的成分
2
蛋白质外壳
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
DNA
噬菌体侵染细菌实验
01/实验材料
T2 噬菌体
T2噬菌体的模式图
DNA
蛋白质
头部
尾部
如何确定注入细菌体内的物质是DNA还是蛋白质？
3
同位素标记法
如何标记噬菌体的DNA和蛋白质？
4
探究胰蛋白酶的合成和分泌路径
T2噬菌体 标记
噬菌体侵染细菌实验
01/实验材料
T2 噬菌体
如何标记噬菌体的DNA和蛋白质？
4
3H标记的亮氨酸
豚鼠胰腺腺泡细胞
T2噬菌体
大肠杆菌
含P/含S培养基
噬菌体侵染细菌实验
02/标记T2噬菌体
感染
感染
未标记的T2噬菌体
在含35S的培养基中培养大肠杆菌
在含32P的培养基中培养大肠杆菌
得到
得到
蛋白质被35S标记的噬菌体
DNA被32P标记的噬菌体
噬菌体侵染细菌实验
03/实验过程
① 35S标记的噬菌体侵染细菌
离心后
搅拌后离心
35S标记的噬菌体
噬菌体被
35S标记
上清液的放射性很高
沉淀物的放射性很低
细菌裂解
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
在搅拌器中搅拌、离心后，检测上清液和沉淀物中的放射性物质
35S标记的噬菌体与细菌混合
用标记的噬菌体
侵染未标记的细菌
搅拌
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心
是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
噬菌体侵染细菌实验
03/实验过程
① 35S标记的噬菌体侵染细菌
离心后
搅拌后离心
35S标记的噬菌体
噬菌体被
35S标记
上清液的放射性很高
沉淀物的放射性很低
细菌裂解
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
在搅拌器中搅拌、离心后，检测上清液和沉淀物中的放射性物质
35S标记的噬菌体与细菌混合
用标记的噬菌体
侵染未标记的细菌
搅拌
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心
是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
32P标记的噬菌体
噬菌体被
32P标记
噬菌体侵染细菌实验
03/实验过程
② 32P标记的噬菌体侵染细菌
离心后
搅拌后离心
上清液的放射性很低
沉淀物的放射性很高
细菌裂解
在新形成的噬菌体中检测到32P
在搅拌器中搅拌、离心后，检测上清液和沉淀物中的放射性物质
32P标记的噬菌体与细菌混合
用标记的噬菌体
侵染未标记的细菌
分组 结果 结果分析
对比实验（相互对照） 35S标记的噬菌体 大肠杆菌
32P标记的噬菌体 大肠杆菌
+
+
宿主细胞内无35S，35S主要分布在上清液中
上清液中几乎无32P，32P主要分布在宿主细胞内
35S—蛋白质外壳
未进入宿主细胞内
32P—DNA
进入了宿主细胞内
实验结论
子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的，因此DNA是T2噬菌体遗传物质。
噬菌体侵染细菌实验
04/实验结果分析
用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因？
由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因？
① 保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，导致上清液中出现放射性。
② 保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液，导致上清液中出现放射性。
噬菌体侵染细菌实验
05/实验误差分析
单凭35S标记这一组实验能否证明DNA是遗传物质？
不能。
两组实验一起能否说明蛋白质不是遗传物质？
不能，因为蛋白质没有进入细菌。
噬菌体侵染细菌实验
蛋白质外壳留在外面
DNA进入细菌细胞中
注入
2
合成
3
组装
4
释放
5
吸附
1
噬菌体侵染细菌实验
注意：
噬菌体侵染细菌实验
1.子代噬菌体的DNA合成时，所需的模板、原料、能量分别来自哪里？
2.本实验与肺炎链球菌离体转化实验的设计思路有什么共同点？
3.本实验是否能证明DNA能控制蛋白质是合成？
模板来自噬菌体、其他的来自细菌
将DNA、蛋白质等物质分开
可以
只有DNA是遗传物质么？
烟草花叶病毒侵染实验
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
不患病
患病
不能得到病毒
得到全新病毒
烟草花叶病毒感染实验
RNA A
分别侵染健康
烟草植株
患病
TMV A
烟草花叶病毒感染实验
TMV A
TMV B
蛋白质A
RNA B
蛋白质B
患病
TMV B
实验结论
只有RNA而没有DNA的病毒中， RNA 是遗传物质
格里菲斯的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
烟草花叶病毒感染和重建实验
课堂小结
S型菌中存在转化因子
DNA是转化因子，DNA是遗传物质
（同时也证明蛋白质不是遗传物质）
进一步证明DNA是遗传物质
（不能证明蛋白质不是遗传物质，但也可看出DNA能控制蛋白质合成）
证明RNA是遗传物质（RNA病毒）
格里菲斯的体内转化实验
加热杀死的S型细菌中含有转化因子
转化因子是什么
艾弗里的体外转化实验
肺炎链球菌的转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
RNA是TMV的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据
更多实验证据
DNA是主要的遗传物质
课堂小结
【1】下列关于肺炎双球菌体外转化实验的叙述，错误的是 ( )
A
需对S型细菌中的物质进行分离、提纯和鉴定
B
R型细菌转化为S型细菌的实质是发生了基因重组
C
S型细菌的DNA使部分R型细菌转化为S型细菌
D
该实验的思路是将DNA和蛋白质分开，单独只观察DNA的作用
D
课堂检测
【2】在肺炎链球菌转化实验中，将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，下列能在死亡小鼠体内出现的细菌类型有 ( 　　)
B
① 有致病性的R型活细菌
② 无致病性的R型活细菌
③ 有致病性的S型活细菌
④ 无致病性的S型活细菌
A
①④
B
②③
C
③
D
①③
课堂检测
【3】1952年，赫尔希和蔡斯完成了著名的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，有关该实验的说法正确的是 (　 　)
A
35S标记的噬菌体侵染实验中，若搅拌不充分，上清液中的放射性会降低
B
35S标记的噬菌体侵染实验中，若离心时间短或转速过慢，沉淀物中的放射性会降低
CD选项见下一页
课堂检测
【3】1952年，赫尔希和蔡斯完成了著名的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，有关该实验的说法正确的是 (　 　)
A
C
32P标记的噬菌体侵染实验中，搅拌时间过长或过短都会降低沉淀物中的放射性
D
32P标记的噬菌体侵染实验中，保温时间过长或过短都会降低上清液的放射性
AB选项见上一页
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
课堂检测
【4】下列有关人类对遗传物质探索历程的叙述正确的是 (　 　)
A
格里菲思的体内转化实验证明了DNA是遗传物质
B
艾弗里的体外转化实验采用了物质提纯、鉴定与细菌体外培养等技术
C
赫尔希和蔡斯的实验证明了DNA是生物界中主要的遗传物质
D
烟草花叶病毒侵染烟草的实验证明了蛋白质和RNA是遗传物质
B
课堂检测
【5】关于遗传物质的叙述，正确的是 (　 　)
A
遗传物质是染色体的组成成分，但不是染色质的组成成分
B
没有DNA的生物，也就没有遗传物质
C
原核生物的遗传物质是RNA
D
凡有细胞结构的生物，其遗传物质都是DNA
D
课堂检测
02 肺炎链球菌的转化实验
从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。
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。

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