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(共36张PPT)
3.1DNA是主要的遗传物质
必修二《遗传与进化》第3章 基因的本质
目录
CONTENTS
1
对遗传物质的早期推测
2
肺炎双球菌转化实验
3
噬菌体侵染细菌实验
4
烟草花叶病毒转化与重建实验
1
对遗传物质的早期推测
科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。
DNA
染色体在遗传上的连续性和稳定性

蛋白质
孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由遗传因子控制
摩尔根通过果蝇实验证明基因位于染色体上
合作讨论：作为遗传物质需要具备哪些条件？
1
对遗传物质的早期推测
20世纪30年代：
DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。4种脱氧核苷酸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。
★如何储备多样的遗传信息？
活动1：阅读教材P43-44页肺炎链球菌的转化实验
要求提炼：如何对肺炎链球菌进行分类？不同菌种的菌体及菌落有何特点、如何观察？
2
肺炎双球菌的转化实验
无菌条件下培养得到的一个菌落是一个种群
2
肺炎双球菌的转化实验
固体
培养基
液体
培养基
实验材料：
菌体特点 （一个细菌） 菌落特点 （一群细菌） 毒性
（动物实验）
S型细菌
R型 细菌
无毒
有毒
无荚膜
有荚膜
粗糙
Rough
光滑Smooth
R型 和 S型肺炎链球菌
荚膜的化学本质是_______
多糖
人肺炎
小鼠败血症死亡
2
肺炎双球菌的转化实验
S型细菌菌落
R型活菌菌落
2
肺炎双球菌的转化实验
2
肺炎双球菌的转化实验·格里菲斯（体内）
格里菲思肺炎链球菌转化实验
活的R+加热杀死S
活的S
后代也是S
稳定遗传
2
肺炎双球菌的转化实验·格里菲斯（体内）
从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以判断：已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子” 。
反思：
1.第四组小鼠为何死亡？
2.死亡小鼠体内能分离出S型活菌，说明什么？
3.推测导致小鼠死亡的S型活菌是从哪里来的？
2
肺炎双球菌的转化实验·格里菲斯（体内）
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
？
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
“谁在转化实验中起作用”，“转化因子究竟是什么物质”
2
肺炎双球菌的转化实验·艾弗里（体外）
要解决的问题——
转化因子是什么物质？
已有背景知识——
构成细胞的主要物质有蛋白质、DNA、酯类、荚膜多糖等物质
如何设计实验？
思路1：将加热致死S型菌各种物质分离提纯后与R型混合，观察 是否发生转化。
思路2：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型菌转化。
活动2：设计实验寻找转化因子
2
肺炎双球菌的转化实验·艾弗里（体外）
转化因子是什么？
如何判断？
检测的因变量指标是什么？
实验目的：
实验材料：
自变量：
因变量：
肺炎链球菌
加热杀死的S型菌中各种物质成分
R型菌是否被转化
菌落特征为R型还是S型
肺炎链球菌体外转化实验
活动2：设计实验寻找转化因子
2
肺炎双球菌的转化实验·艾弗里（体外）
R型菌培养液
S型菌的细胞提取液
第1组（空白对照）
+
S型菌
R型菌
混合
R型菌
培养液
S型菌的细胞提取液
第2组至 第4组
+
S型菌
R型菌
混合
蛋白酶或RNA酶、酯酶
有R型细菌的培养液
S型菌的细胞提取液
第5组
+
仅R型菌
混合
DNA酶
实验结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质（转化因子）。
讨论1：从控制变量的角度，艾弗里的实验思路是什么？在实际操作过程中遇到的最大困难是什么？
减法原理：即每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出谁是遗传物质。最大的困难是如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）。
讨论2：变量分析？
自变量：是否加入酶及酶的种类；
因变量：固体培养基中是否有活的S菌光滑的菌落
条件对照
2
肺炎双球菌的转化实验·艾弗里（体外）
2
肺炎双球菌的转化实验·艾弗里（体外）
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
蛋白质变性失活，但DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复其活性
2
肺炎双球菌的转化实验·艾弗里（体外）
体内转化实验 体外转化实验
培养场所
巧妙构思
实验结论
体内转化实验和体外转化实验区别
为什么格里菲思的实验中加热杀死的S型细菌还能使R型活细菌转化为S型活细菌？（加热灭活了什么物质？没有灭活什么物质？）
如果将S型菌的DNA直接注射到小鼠体内，会完成转化吗？
体内实验中从死老鼠体内提取的为何只有活S，但体外转化中S和R都有？
小鼠体内
液体和固体培养基
将R型与加热杀死的S型注入小鼠体内作为对照来说明确实发生转化
用减法原理分别用酶将各种物质水解，观察各物质的作用
存在某种转化因子（未知）让R→S
DNA才是使R型菌
产生稳定遗传变化的物质，
且蛋白质不是！
3
噬菌体侵染细菌实验
DNA结构
DNA纯度
DNA作用
质疑：DNA是遗传物质。
【合作探究】---寻觅“转化因子”
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。
赫尔希 蔡斯
他们因此获得了诺贝尔奖！
思考：有没有更好的材料、更好的方法将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
1. 实验材料：噬菌体（教材P45第一段），关键信息
★病毒，专门感染细菌（T2噬菌体专攻大肠杆菌）
★成分简单：60%蛋白质和40%DNA
对这两种物质的分析表明，仅蛋白质分子中
含硫S，磷P几乎都存在于DNA分子中
★繁殖时能将遗传物质注入细菌，而不带其它物质
蛋白质外壳
DNA
头部
尾部
尾丝
DNA
T2噬菌体电镜图和模式图
3
噬菌体侵染细菌实验
3
噬菌体侵染细菌实验
噬菌体侵染细菌实验
噬菌体（寄生）与细菌共培养菌落被消解产生噬菌斑
3
噬菌体侵染细菌实验
问题：噬菌体的遗传物质是什么？
作为噬菌体遗传物质的条件
进入细菌细胞中，指导子代噬菌体的形成。
可将遗传信息传递到子代噬菌体，保持亲子代噬菌体性状的连续性、稳定性。
推测：哪种成分进入，则哪种成分是遗传物质。
蔡斯(左)赫尔希(右)
思考1：如何知道哪种成分进入菌体内？
3
噬菌体侵染细菌实验
DNA
C、H、O、N、P
蛋白质
C、H、O、N、S
31
32
32
35
思考1：如何知道哪种成分进入菌体内？
放射性同位素示踪（标记）法
设计思路：
设法把DNA与蛋白质分开，单独地直接去观察它们的作用。
研究方法：
卡片资料：
噬菌体病毒体积和质量都大大小于细菌，在繁殖时，会注入遗传物质，若此时将细菌和噬菌体分离，细菌将会位于离心管底部沉淀，噬菌体将会析出至上清液中
3
噬菌体侵染细菌实验
思考2：如何对噬菌体的DNA和蛋白质进行标记
分两组各自标记？还是一组均标记？
利用含放射性的培养基先标记细菌
带标记的噬菌体
分别得到
32P培养基培养细菌
35S培养基培养细菌
3
噬菌体侵染细菌实验
制备含有放射性标记的噬菌体
标记大肠杆菌
标记T2噬菌体
T2噬菌体+含35s的大肠杆菌 含35sT2的噬菌体
T2噬菌体+含32p的大肠杆菌 含32pT2的噬菌体
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
3
噬菌体侵染细菌实验
思考3：带标记的T2噬菌体去侵染什么样的大肠杆菌呢？
无放射性标记的细菌
无放射性标记的细菌
3
噬菌体侵染细菌实验
★搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的菌体与细菌分离
★离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌
3
噬菌体侵染细菌实验
3
噬菌体侵染细菌实验
Waring 搅拌器
[保存在斯普林港实验室的档案室]
搅拌后
离心后
思考4：怎样使菌体外侧的噬菌体与大肠杆菌分开
3
噬菌体侵染细菌实验
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
有无放射性原因
蛋白质
很高
DNA
很低
蛋白质未进入细菌中
DNA进入细菌中
很高
很低
结论：DNA是遗传物质。
能不能说明蛋白质不是遗传物质？
不能，因为蛋白质外壳并没有进入大肠杆菌，既不能证明是遗传物质，也不能证明不是遗传物质所以，所以，只能证明遗传物质是DNA。
为什么会有放射性？
为什么会有放射性？
35S组：搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
32P组：培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；
培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
3
噬菌体侵染细菌实验
思考：
1.被侵染的细菌在搅拌时间范围内保持100%的含义？
2.保温时间太长？
3.保温时间太短？
4.若搅拌不充分？
思考5：为什么35S标记组沉淀物还是有较低的放射性？
提示：标记的T2噬菌体与大肠杆菌保温的时间？
上清液
上清液
4
烟草花叶病毒转化与重建实验
质疑：DNA是唯一的遗传物质吗？以下生物的遗传物质是什么呢？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
4
烟草花叶病毒转化与重建实验
正常烟草
被烟草花叶病毒感染的烟草病斑
TMV模式图
4
烟草花叶病毒转化与重建实验
RNA是遗传物质的证明实验
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
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
：
RNA
蛋白质
4
烟草花叶病毒转化与重建实验
烟草花叶病毒实验拓展--重建实验
TMV 2
RNA 2
蛋白质 2
蛋白质 1+RNA 2
TMV 2
TMV 1
RNA 1
蛋白质 1
蛋白质 2+RNA 1
TMV 1
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
孟德尔:
提出“遗传因子”遗传规律
萨顿假说：
遗传因子在染色体上
摩尔根:
果蝇杂交实验：
基因在染色体上
格里菲思:
肺炎双球菌转化实验
艾弗里:
肺炎双球菌体外转化实验
1952年
赫尔希和蔡斯：噬菌体侵染实验
1866年
1903年
1910年
1928年
1944年
1896年
约翰逊:
将“遗传因子”改为“基因”
感谢
同学们！

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