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(共40张PPT)
DNA是主要的遗传物质
本节重难点
通过设计相关实验，探究遗传物质的本质
分析肺炎双球菌转化实验及噬菌体侵染细菌实验，理解实验的具体过程
理解遗传的物质性及其与染色体的关系
预习检测
蛋白质的单体是什么？其组成成分包括什么？
DNA的单体是什么？其组成成分包括什么？
氨基酸
至少含有一个氨基一个羧基在同一个中心C上，还有一分子H和R基。
脱氧核糖核苷酸
一分子磷酸，一分子脱氧核糖，
一分子含氮碱基
蛋白质
核酸
基本单位：4种脱氧核苷酸
基本单位：常见的21种氨基酸
导入
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。在这两种给物质中，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。
1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
DNA
蛋白质
染色质
染色体
(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。
例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等等。
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些
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
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
新授内容
对遗传物质的早期推测
20世纪20年代：
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。
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。
肺炎链球菌的转化实验
格里菲斯
艾弗里
肺炎链球菌体内转化实验
肺炎链球菌体外转化实验
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
肺炎链球菌体内转化实验（格里菲思）
①英国微生物学家：格里菲思
②实验材料：两种肺炎链球菌、小鼠
荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
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对比第一、二组的实验现象，这说明了什么？
S型活细菌会使小鼠死亡。
②第四组小鼠为什么会死亡呢？
活的R型细菌转变成了活的S型细菌。
③第四组活的S型细菌如何出现？
④什么使活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。
体内有活的S型细菌。
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？
R 型活细菌 + S 型死菌
S 型活细菌
转化
某种物质
S 型活细菌
繁殖
1.加热致死的S型细菌，含有某种促成R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。
格里菲思的实验说明了:
究竟是什么物质呢
转化因子
2.这种性状的转化是可以遗传的。
RNA
脂质
多糖
S型细菌组分图
艾弗里（美国）20世纪40年代（肺炎链球菌的体外转化实验）：
将加热致死的S型菌破碎后，首先设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物，然后将细胞提取物加入有R型细菌的培养基，观察它们的作用，才能确定DNA是不是遗传物质。
但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子，这就是实验设计的“减法原理”
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？
设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
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。
自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理”
在对照实验中控制自变量，可以采用“加法或减法原理”；
与常态比较，人为增加某种影响因素的称为加法原理。例如在必修一酶一节中“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别做了加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，利用了“加法原理”；
与常态相比，人为去除某种影响因素的称为减法原理。例如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，这利用了“减法原理”。
科学方法
第一组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
第二至四组
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
混合
混合
第五组
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
混合
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
S型细菌
R型细菌
S型细菌
R型细菌
只长R型细菌
肺炎链球菌体外转化实验
对照原则、
单一变量原则
实验过程归纳
结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质；
2.被转化的R型菌只是少量，转化效率不高；
1.实验表明，S型细菌细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA；
科学方法“减法原理”
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
课外拓展
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。
艾弗里实验最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的其它物质。
“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)
噬菌体侵染细菌的实验
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，其他物质保留在体外
实验材料：
将蛋白质和DNA完全分开，单独观察他们的作用
实验思路：
T2噬菌体
（含C、H、O、N、 ）
组成：
（含C、H、O、N、 ）
蛋白质和DNA
生活方式：
专门寄生于大肠杆菌中
P
S
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)
用14C和18O同位素标记可行吗？
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。
吸附
注入
合成
组装
释放
吸附
注入
合成
组装
释放
T2噬菌体增殖的场所是哪里？
增殖所需原料有哪些？由谁提供？
T2噬菌体只提供遗传物质(DNA)作为模板，脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大肠杆菌提供。
①标记细菌　　　
②标记噬菌体
③噬菌体侵染细菌
（短时间保温）
④搅拌、离心　
⑤观察放射性的分布
短时间保温的目的：让T2噬菌体的DNA刚好进入大肠杆菌
搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离
离心的目的：让上清液中析出质量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
实验过程
用含35S和32P的培养基分别培养大肠杆菌
用上述大肠杆菌培养T2噬菌体
用上述T2噬菌体分别侵染没有被标记的大肠杆菌
如何获得被标记的噬菌体？
噬菌体侵染细菌实验
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
离心的目的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。
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
上清液放射性很高
35S标记的噬菌体
实验分析
35S标记的噬菌体
为什么上清液放射性很高？
T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。
沉淀物出现放射性原因？
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。
实验结论
不能证明蛋白质不是遗传物质。
噬菌体侵染细菌实验
用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
32P标记的噬菌体
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。
为什么沉淀物放射性很高？
上清液出现放射性原因？
培养时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；
培养时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
32P标记的噬菌体
实验分析
实验结论
DNA是真正的遗传物质
DNA的模板：
DNA的原料：
蛋白质的原料：
蛋白质的场所：
进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的DNA
大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸
大肠杆菌的氨基酸
大肠杆菌的核糖体
合成T2噬菌体的
在噬菌体中,亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA, 也就是说,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才是噬菌体的遗传物质。
实验结论:
实验误差原因分析
（1）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吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
（2）为什么用32P标记的实验中，上清液中也有少量放射性？
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，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，也会使上清液中出现放射性。
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）
COVID--19
SARS病毒
艾滋病病毒
流感病毒
只有DNA是遗传物质么？
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
烟草花叶病毒（TMV）重建实验
结论：TMV的遗传物质是RNA。
生物类型 核酸种类 遗传物质 实例
细胞结构 生物 真核生物 DNA和RNA DNA 玉米、小麦、人
原核生物 乳酸菌、蓝细菌
病毒 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体
RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒
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

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