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第1节
DNA是主要的遗传物质
第3章　基因的本质
人教版高中生物 必修2
1
说出对遗传物质的早期推测。
2
阐述肺炎链球菌转化实验的过程和结论(重、难点)。
3
阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程和结论以及烟草花叶病毒感染实验的过程和结论(重、难点)。
4
说明DNA是主要的遗传物质。
复习导入
科学家的足迹
1
1866年
孟德尔发现遗传定律
遗传物质是蛋白质还是DNA
2
1891年
科学家描述减数分裂全过程
3
1903年
萨顿假说：基因和染色体存在平行关系
5
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
1909年
4
摩尔根证明：
基因在染色体上
目标一
(1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。
(2)控制生物体的性状和新陈代谢过程。
(3)能储存大量的遗传信息。
(4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可
遗传变异。
你认为遗传物质可能具有什么特点？
问题探讨
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目标一
对遗传物质的早期推测和
肺炎链球菌的转化实验
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
1.2 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
毒性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 rough
小鼠不致死
可使小鼠致死
多糖类的荚膜
了解肺炎链球菌
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。
活动1
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。
活动1
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
1.3 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
RNA
脂质
多糖
1. 寻觅“转化因子”究竟是什么？
2. 你有什么样的设计思路，关键是什么？
S型细菌组分图
1. 概述该实验的设计思路。
用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后，观察能否将R型细菌转化。
活动2
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
2. 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，实验结果是培养皿中长出了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。
3. 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。
4. 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。
活动2
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
5.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，为什么培养皿中只有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
活动2
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
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.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。
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
√
解析　R型细菌转化形成S型细菌的转化效率非常低，因此甲组培养皿中只有一部分R型细菌发生了转化，A正确；
蛋白酶只能分解蛋白质，不能分解DNA，DNA是转化因子，因此乙组中有R型和S型两种细菌，即光滑和粗糙两种菌落，B正确；
DNA酶能分解DNA，因此丙组中无转化因子，最终培养基上只有一种R型细菌，没有荚膜，属于粗糙型，C错误；
该实验分别用DNA酶和蛋白酶处理，观察是否能将R型细菌转化为S型细菌，从而证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA，D正确。
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”
√
解析　S型细菌的菌体有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑，有致病性，A错误；
格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了S型肺炎链球菌中存在某种转化因子，并未证明转化因子是什么，C错误；
艾弗里的实验中采用了自变量控制中的“减法原理”，D错误。
“四核苷酸假说”
提取的DNA分子和DNA酶纯度不够？
DNA只是对荚膜的形成有直接效应，而非遗传物质？
蔡斯(左)赫尔希(右)
来自外界的质疑：
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目标一
噬菌体侵染细菌的实验
2.1 T2 噬菌体简介
2.1 T2 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
2.1 T2 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Brock Biology of Microorganisms (13th Edition)
活动3
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
活动3
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、S
DNA：
C、H、O、N、P
32P
35S
活动3
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
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
带标记的噬菌体
分别得到
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
4．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35S
活动3
T2噬菌体侵染细菌的实验
5．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
活动3
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 直接分离
同位素标记法
S型细菌的分离物质分别与
R型细菌混合培养相互对照
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）
1.T2噬菌体的增殖
(1)合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。
(2)合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。
(3)合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌提供的氨基酸。
(4)合成T2噬菌体的场所：大肠杆菌的核糖体。
2.噬菌体侵染细菌的实验中应注意的问题
(1)病毒营寄生生活，T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，而不能侵染其他细菌。
(2)标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。
3.使用不同元素标记后子代放射性有无的判断
4.DNA作为遗传物质所具备的特点
(1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。
(2)能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程。
(3)能储存大量的遗传信息。
(4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可遗传变异。
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.理论上B无放射性的原因是噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
D.本组实验能直接证明进入大肠杆菌体内的只有噬菌体DNA
√
解析　本实验只做了标记噬菌体蛋白质外壳的一组实验，缺少标记噬菌体DNA的实验，因此不能直接证明进入大肠杆菌体内的只有噬菌体DNA，D错误。
4.如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染大肠杆菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的标记元素为
A.在蛋白质外壳中找到15N和35S
B.在DNA中找到15N和32P
C.在蛋白质外壳中找到15N
D.在DNA中找到15N、32P和35S
√
解析　合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到15N和35S，A、C错误；
噬菌体的DNA中不含S元素，D错误。
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目标一
DNA是主要的遗传物质
3.1 RNA是遗传物质的实验证据
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
2. 烟草花叶病毒（TMV）重建实验
3.1 RNA是遗传物质的实验证据
结论：TMV的遗传物质是RNA。
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数病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
RNA
DNA
绝大多数生物遗传物质是DNA，少数是RNA。因此，DNA是主要的遗传物质。
活动4
判别生物体内核酸的种类及遗传物质
5.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个毒株，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验中，实验过程与实验结果不对应的是
实验 编号 实验过程 实验结果 病斑类型 病斑中分离出的病毒类型
① a型TMV→感染植物 a型 a型
② b型TMV→感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
A.实验① B.实验②
C.实验③ D.实验④
√
解析　实验①：a型TMV→感染植物，病斑类型是a型，病斑中分离出的病毒类型是a型，A正确；
实验②：b型TMV→感染植物，病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型是b型，B正确；
实验③：组合病毒的RNA来自b型TMV的RNA，由于RNA病毒中RNA是遗传物质，因此组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物，病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型是b型，C错误。
6.(2022·陕西临渭高一期末)下列关于生物遗传物质的叙述，正确的是
A.细胞生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是RNA
B.染色体是生物的遗传物质，DNA也是生物的遗传物质
C.T2噬菌体的遗传物质是DNA，烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
D.新型冠状病毒的遗传物质是DNA
解析　病毒的遗传物质是DNA或RNA，A错误；
生物体的遗传物质是DNA或RNA，染色体是遗传物质的主要载体，B错误；
T2噬菌体是DNA病毒，其遗传物质是DNA，烟草花叶病毒是RNA病毒，其遗传物质是RNA，C正确；
新型冠状病毒是RNA病毒，其遗传物质是RNA，D错误。
√
蛋白质是遗传物质
DNA是遗传物质
DNA是主要的遗传物质
╳
推翻
肺炎链球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
修正
烟草花叶病毒对烟草细胞的感染实验
支持
绝大多数生物遗传物质是DNA，少数是RNA。
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