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第三章基因的本质
本节重难点
1.理解遗传的物质性及其与染色体的关系
2.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
3.通过设计相关实验，探究遗传物质的本质
第1节 DNA是主要的遗传物(第1课时)
遗传物质探索之路
19世纪中期：孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由遗传因子控制。
1909年：约翰逊把遗传因子命名为基因
1903年：萨顿通过对蝗虫细胞观察得出假说：基因位于染色体上。
1909年：摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于染色体上。
20世纪中期：科学家发现：染色体主要组成成分DNA和蛋白质。
一. 对遗传物质的早期推测
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？
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
①将某物质(DNA)与其他物质(蛋白质)分离开，单独直接观察某物质的作用；②设计对照实验，用DNA酶使DNA分解，从而观察DNA作用；③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。
DNA
蛋白质
染色质
染色体
【问题探讨】
①能够准确地复制自己，传递给下一代；
②结构比较稳定；
③能贮存大量的遗传信息；
④能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和代谢。
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。
20世纪20年代，人们已近认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。氨基酸的不同排列顺序可能蕴含着遗传信息。当时还没有发现其他大分子具有类似的特征，因此，大多数科学家认为蛋白质是遗传物质。
蛋白质（氨基酸）多种多样：遗传物质
染色体
DNA（结构不清楚）：？
一. 对遗传物质的早期推测
1. 20世纪20年代
——蛋白质是遗传物质
氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息
2. 20世纪30年代后
——DNA才是遗传物质
基本单位：
脱氧核糖核苷酸
是蛋白质！
是DNA
一. 对遗传物质的早期推测
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
20世纪40年代以后，科学家通过一系列实验，才以确凿的事实证明了生物体内遗传物质是DNA，而不是蛋白质。
格里菲思
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
【知识链接】
艾弗里
二. 肺炎链球菌的转化实验
1.科学家：
格里菲斯【英】
2.实验材料：
肺炎链球菌、小鼠
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
有无毒性
表面光滑
表面粗糙
可致病，使人和小鼠患肺
炎，小鼠并发败血症死亡
无
（一）格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
多糖类的荚膜
二. 肺炎链球菌的转化实验
R型菌
S型菌
肺炎链球菌菌落
（一）格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
二. 肺炎链球菌的转化实验
菌落是由细菌在固体培养基中形成的肉眼可见的细胞群落。R型肺炎链球菌无多糖类荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙。R型细菌感染人或动物时，容易被吞噬细胞吞噬并杀死，因此R型细菌不具有致病性。S型肺炎链球菌有多糖类荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑。S型细菌的荚膜可以抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生活繁殖，有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。
R型
活细菌
S型
活细菌
小鼠不死亡
（第一组）
小鼠死亡
（第二组）
S型
活细菌
加热杀死的
S型细菌
小鼠不死亡
（第三组）
R型活细菌+加热
杀死的S型细菌
小鼠死亡
（第四组）
S型
活细菌
（一）格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
二. 肺炎链球菌的转化实验
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
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
思考
(1)格里菲思实验自变量是什么 因变量是什么？
自变量：给小鼠注射的细菌种类及是否有活性；
因变量：小鼠是否能存活及体内是否有活的S菌。
(2)该实验遵循了什么原则？
对照原则、单一变量原则
（3）1.2组实验对照，说明了什么？
R型细菌无致病性，无毒。S型细菌有致病性，能使小鼠死亡。
（4）2.3组的实验，说明了什么？
加热杀死的S型细菌无致病性。
二. 肺炎链球菌的转化实验
（一）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
(5)第4组中的小鼠为什么死亡了？
由于体内有活的S型细菌的作用
(6)第4组活的S型细菌如何出现？
活的R型细菌转变成了活的S型细菌。
(7)什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
加热杀死S型细菌使活R型细菌发生了转化。
二. 肺炎链球菌的转化实验
（一）格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
R型活菌 S型活菌
转化
格里菲斯推断：
加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——“转化因子”
加热杀死S型菌
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
S型细菌
多糖
多糖
脂质
蛋白质
RNA
DNA
脂质 蛋白质
RNA DNA……
S型死菌
二. 肺炎链球菌的转化实验
转化因子究竟是什么物质？
艾弗里
“当我读到格里菲思的结果时，我开始对“转化因子”的化学本质感兴趣，于是我和我的同事们开始了用培养基去替代小鼠实验 ……”
加法原理：
与常态比较，人为增加某种影响因素。
①常温放置
H2O2溶液
②90℃加热
③加2滴FeCl3溶液
④加2滴H2O2酶
二. 肺炎链球菌的转化实验
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
实验思路：把S型细菌的各种物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
【科学方法】自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
S型细菌的细胞提取物（含DNA、RNA、蛋白质等）
去掉蛋白质
去掉RNA
去掉DNA
减法原理：
与常态比较，人为去除某种影响因素。
二. 肺炎链球菌的转化实验
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
“酶解法”：将物质一个个排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子
【科学方法】自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
“减法原理”：即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。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。
实验过程：
细胞提取液中含有转化因子，DNA是转化因子(DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质;DNA只有保持结构完整性才能作为转化因子)。
实验结论：
二. 肺炎链球菌的转化实验
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
空白对照
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；
③蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。
S型菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型菌转化成S型菌
基因重组
R型细菌转化为S型细菌的本质：
二. 肺炎链球菌的转化实验
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
体内转化与体外转化实验的关系
1.区别
项目 体内转化实验 体外转化实验
科学家 格里菲思 艾弗里及其同事
细菌培养 小鼠体内 体外培养基
实验构思 用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化
观察指标 _____________ ________________
实验结论 __________________________________ _______________
小鼠是否死亡
培养基中菌落类型
已经加热致死的S型细菌体内有转化因子
转化因子是DNA
2.联系
①体内转化实验是体外转化实验的 ，体外转化实验则是前者的延伸。
②实验设计都遵循 和 原则。
基础
对照原则
单一变量
二. 肺炎链球菌的转化实验
随堂练习
1、肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是小鼠细胞的核糖体。 （ ） 2、将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，一段时间后培养基中会有两种菌落。（ ）
3、艾弗里的实验结论是DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，理由是只有DNA才能是R型细菌转化为S型细菌。（ ）
4、加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂，失去活性（ ）
5、如果把S型细菌的DNA提取出来直接注射小鼠体内，也能从小鼠体 内分离得到S型细菌。（ ）
6.在转化实验中，S型细菌的DNA使小鼠死亡(　　)
×
√
√
×
×
二. 肺炎链球菌的转化实验
　×　
7．科学方法
在对照实验中，控制________可以采用“加法原理”或“减法原理”。
(1)加法原理：与常态比较，人为________某种影响因素的称为“加法原理”。如比较过氧化氢在不同条件下的分解实验。
(2)减法原理：与常态比较，人为________某种影响因素的称为“减法原理”。如艾弗里的肺炎链球菌转化实验，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。
自变量
增加　
去除
二. 肺炎链球菌的转化实验
随堂练习
“是蛋白质！”
“是DNA……”

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