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第三章 基因的本质
第一节 DNA是主要的遗传物质
1
2
3
4
5
孟德尔通过豌豆实验证明
生物的性状由遗传因子控制
染色体在遗传上的
连续性和稳定性
摩尔根通过果蝇实验
证明基因位于染色体上
科学家发现：染色体主要
组成成分蛋白质和DNA
遗传物质是DNA
还是蛋白质
对遗传物质的早期推测
一、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。
但由于对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。
20世纪20年代：
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。
一、对遗传物质的早期推测
格里菲思
艾弗里
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验
细菌的菌落
S型肺炎链球菌
R型肺炎链球菌
光滑（Smooth）
有多糖荚膜
有毒性，可致死
粗糙（Rough)
无多糖荚膜
无毒性
肺炎链球菌的转化实验
不死亡
死亡
不死亡
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
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
说明加热致死的S型细菌无毒
说明S型细菌有毒
说明R型细菌无毒
说明R型细菌转化成了S型细菌
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
组别 实验过程 实验结果
1 R 型活细菌 小鼠不死亡
2 S 型活细菌 小鼠死亡
3 S 型死菌 小鼠不死亡
4 R 型活细菌 + S 型死菌 小鼠死亡
什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。
活R
死S
活S
活性物质
设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
证明哪种物质是转化因子，实验中最关键的设计思路是什么？
肺炎链球菌的体外转化实验
三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
1.实验过程：
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
第一组
+
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
第二至第四组
+
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
第五组
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
讨论1：第一组实验有什么作用？
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。
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。
例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
科学方法
有没有比细菌更简单的实验材料及更有说服力的实验呢？
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。
虽然艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。另外，当时科学界普遍认为蛋白质是遗传物质。
1. 实验者：
赫尔希和蔡斯
2. 实验材料：
T2噬菌体
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。
T2噬菌体：a.细菌病毒，仅能在大肠杆菌内繁殖
b.成分只有DNA和蛋白质
c.繁殖时，仅将遗传物质导入大肠杆菌，其他物质保留在大肠杆菌外
实验方法：放射性同位素标记法
35S（蛋白质
32P（DNA
：C、H、O、N、S（Se、Fe)）（仅蛋白质含有S）
：C、H、O、N 、P） (磷几乎存在于DNA中)
DNA和蛋白质不能直接观察，怎么办？
用14C和18O同位素标记可行吗？
噬菌体不是整个进入大肠杆菌体内。
研究表明：空壳噬菌体能吸附但不能产生子代噬菌体，因此空壳噬菌体不含遗传物质，遗传物质在侵染时注入了大肠杆菌体内。
吸附
注入
合成
组装
释放
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
3.实验过程
思考：如何让噬菌体带上标记呢？
含35S的细菌培养基
＋
大肠杆菌
培养
含35S的细菌
＋噬菌体
培养
35S标记的
噬菌体
含32P的细菌培养基
＋
大肠杆菌
培养
含32P的细菌
＋噬菌体
培养
32P标记的
噬菌体
离心
含35S或32P
培养基
含35S或32P
细菌
噬菌体侵染含35S或32P细菌
32P标记
35S标记
或
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。
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
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
噬菌体侵染细菌的实验
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
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
6.实验结果：
子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。
7.实验结论：
肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵
染细菌实验
实验者
思 路 分离方式
结 论
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是
酶解法:
分别加入到S型菌中
同位素标记法：
标记DNA和蛋白质
DNA是遗传物质
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”
三个经典实验对比
五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验
烟草花叶病毒(TMV)是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。
实验结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。
DNA是主要的遗传物质
六、DNA是主要的遗传物质
真核生物
原核生物
DNA病毒
RNA病毒
绝大多数生物的遗传物质是DNA
具有细胞结构生物
不具细胞结构：病毒
DNA
DNA
RNA
（大多数病毒，如T2噬菌体）
（烟草花叶病毒，流感病毒和艾滋病病毒）
【知识总结】

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