资源简介

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第三章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
本节聚焦
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？
通过对科学家揭示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
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教学目标
阐述格里菲思、艾弗里肺炎链球菌转化实验的过程
阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程
举例说明证明遗传物质的实验思路
生命观念：认同DNA是主要的遗传物质
科学思维：通过分析与综合，理解转化实验和侵染实验的实验方法和实验原理
科学探究：尝试设计实验，探索生物的遗传物质
课程内容
核心素养
对遗传物质的早期预测
　　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。
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？
蛋白质
DNA
对遗传物质的早期预测
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
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
脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基、脱氧核糖。意识到DNA的重要性，但对DNA结构没有清晰认识
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位
20世纪20年代
20世纪30年代
肺炎链球菌的转化实验
时间：1928 年
科学家：格里菲思
实验材料：小鼠、肺炎链球菌
实验原理：S型菌使小鼠患败血症死亡，R型菌无毒性
S型细菌 R型细菌
菌体 有 无
菌落 光滑Smooth 粗糙Rough
特点 有致病性 无致病性
图解
肺炎链球菌的转化实验
第一组 第二组 第三组 第四组
小鼠不死亡
从死亡的小鼠体内分离出S型活细菌
小鼠不死亡
方法
现象
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
从死亡的小鼠体内分离出S型活细菌
说明R型细菌无毒
说明S型细菌有毒
说明加热致死的S型细菌无毒
说明R型细菌转化成了S型细菌
结论
肺炎链球菌的转化实验
实验结论
已经加热杀死的 S 型细菌中，可能含有某种物质使 R 型细菌转化为 S 型细菌的物质，该物质被称为转化因子 。
S 型细菌的主要组成成分是什么？
能使 R 型细菌转化为 S 型细菌的物质(转化因子)是什么？
如何科学的设计实验找出转化因子？
肺炎链球菌的转化实验
时间：20世纪40年代
科学家：美国微生物学家艾弗里和他的同事
将加热致死的 S 型细菌破碎后，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
将细胞提取物加入有 R 型活细菌的培养基中。
出现了 S 型活细菌。
肺炎链球菌的转化实验
第一组 第二～四组 第五组
R型细菌
S型细菌
混合
R型细菌
S型细菌
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
混合
DNA酶
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
R型细菌
肺炎链球菌的转化实验
实验结果
S 型菌的DNA能使R型菌发生转化
S 型菌的蛋白质等其他物质不能使R型菌发生转化。
实验结论
DNA是遗传物质，蛋白质和多糖不是遗传物质，DNA赋予了生物的遗传特性。
噬菌体侵染细菌的实验
时间：1952年
科学家：美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯
实验材料：T2 噬菌体、大肠杆菌
使用技术：噬菌体侵染细菌
实验目的：探究遗传物质是 DNA，还是蛋白质
噬菌体侵染细菌的实验
T2噬菌体
定义：是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
结构：头部和尾部
成分：头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部含有DNA
T2 噬菌体侵入细菌的过程：
吸附 → 注入 → 合成 → 组装 → 释放
注入的是遗传物质 DNA，蛋白质外壳留在外面。
噬菌体侵染细菌的实验
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
离心后
离心后
上清液的
放射性很高
沉淀物的
放射性很低
细菌裂解
细菌裂解
沉淀物的
放射性很高
上清液的
放射性很低
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
在新形成的部分噬菌体中检测到32P
用标记的噬菌体侵染未标记的细菌
在搅拌器中搅拌、离心，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
32P标记的噬菌体与细菌混合
噬菌体分别被35S或32P标记
搅拌后离心
搅拌后离心
噬菌体侵染细菌的实验
蛋白质被35S标记的噬菌体
DNA被32P标记的噬菌体
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
未标记的T2噬菌体
标记T2噬菌体
感染
感染
得到
得到
噬菌体侵染细菌的实验
35S 标记的噬菌体 32P 标记的噬菌体
大肠杆菌细胞外 放射性高 放射性低
大肠杆菌细胞内 无放射性 放射性高
子代噬菌体 无放射性 有放射性
结论 ① 蛋白质没有进入细菌细胞 ② DNA 进入到细菌的细胞中 ③ DNA 才是真正的遗传物质
噬菌体侵染细菌的实验
为何在 35S 标记的一组，沉淀物中会含有较低的放射性？
搅拌不充分，噬菌体吸附在大肠杆菌表面而没有分开。
为何在 35P 标记的一组，上清液中会含有较低的放射性？
保温时间过长或过短。时间过短噬菌体还未来得及侵入大肠杆菌，时间过长噬菌体使细菌裂解，被释放出来了。
噬菌体侵染细菌的实验
实验结果
噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞，而蛋白质外壳留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。
实验结论
DNA是噬菌体的遗传物质
噬菌体侵染细菌的实验
后来的研究证明，遗传物质除 DNA 外，还有 RNA
有些病毒不含有 DNA ，只含有蛋白质和 RNA
SARS病毒
艾滋病病毒（HIV）
流感病毒
COVID--19
烟草花叶病毒感染烟草的实验
烟草花叶病毒TMV是由RNA蛋白质组成和的，在感染烟草时，会出现致病斑。
RNA
蛋白质外壳
烟草花叶病毒感染烟草的实验
烟草花叶病毒，感染烟草→烟叶出现病斑
提取烟草花叶病毒的RNA，感染烟草→烟叶出现病斑，并提取出烟草花叶病毒
提取烟草花叶病毒的蛋白质，感染烟草→烟叶无病斑
各种生物的遗传物质
生物类别 核酸种类 举例 遗传物质
细胞 生物 真核生物 DNA和RNA 变形虫、玉米、人 DNA
原核生物 DNA和RNA 细菌、蓝藻 非细胞生物 （以病毒为例） DNA 噬菌体 RNA 烟草花叶病毒、HIV等 RNA
结论：绝大多数生物的遗传物质是 DNA。所以说 DNA 是主要的遗传物质。
科学方法
在对照实验中，控制自变量可采用“加法原理”或“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”
在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加 FeCl3 溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”
科学方法
在对照实验中，控制自变量可采用“加法原理”或“减法原理”
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“加法原理”
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，就利用了“减法原理”
肺炎链球菌的转化实验
小结
DNA 是主要的遗传物质
DNA 是主要的遗传物质
噬菌体侵染
细菌的实验
烟草花叶病毒的实验
体内转化实验
体外转化实验
RNA 病毒感染实验
RNA 病毒重建实验
存在“转化因子”
“转化因子”是DNA
DNA 是遗传物质
RNA 使烟草花叶患病
RNA 是遗传物质
THANKS
感谢聆听

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