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3.1DNA是主要的遗传物质
问题探讨
讨论
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？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。
1.你认为遗传物质应该具有什么特点？
人染色体的扫描电镜照片
2.你认为要想说明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
结构比较稳定；能储存大量遗传信息；可准确复制，传递给下一代等。
一、对遗传物质的早期推测
1.早期推测蛋白质是遗传物质
蛋白质中氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
对DNA结构认识不足。
2.组成DNA的脱氧核苷酸有4种
A（腺嘌呤）
G（鸟嘌呤）
T（胸腺嘧啶）
C（胞嘧啶）
二、肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲斯的体内转化实验
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
有
无
S型菌
R型菌
多糖类的荚膜
注入活的S型细菌
注入活的R型细菌
注入加热杀死
的S型细菌
注入加热杀死的S型细菌＋活的R型细菌
分离出S型细菌
1、2组对照，说明R型细菌__________，S型细菌_________。
无毒性
有毒性
1、3组说明，加热可以杀死S型细菌，使其失去_______。
思考1.第4组实验导致小鼠死亡是活的S型细菌的作用，并从体内分离出S型活菌。为什么将R型活细菌和加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，会如何出现活的S型细菌？
毒性
注入活的S型细菌
注入活的R型细菌
注入加热杀死
的S型细菌
注入加热杀死的S型细菌＋活的R型细菌
分离出S型细菌
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” 。
实验结论：
思考2.如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是哪一种物质，你会如何设计这个实验？
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
思路1：将加热致死S型菌各种物质分离提纯后与R型菌混合，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。
关键思路：将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用。
思考2.如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是哪一种物质，你会如何设计这个实验？
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
关键思路：将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用。
由于当时的技术有限，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。
2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
二、肺炎链球菌的转化实验
自变量：
因变量：
加热杀死的S型菌中各种物质成分
R型菌是否被转化
空白对照
2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
二、肺炎链球菌的转化实验
实验结论：
DNA是转化因子 。
自变量控制中的“加法原理”和“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”。
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
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。
转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。
【拓展】加热致死的S型细菌中DNA仍能起作用的原因：
由于DNA的热稳定性比蛋白质要高，所以加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质永久变性失活，DNA的结构也会被破坏，但DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性，但蛋白质却不能恢复。
格里菲斯的体内转化实验表明：加热杀死的S型细菌中含有转化因子，能将R型细菌转化为S型细菌。
艾弗里的体外转化实验表明：DNA是使R型细菌产生稳定性遗传变化的物质基础，DNA就是转化因子。
噬菌体小组（核心成员德尔布鲁克、卢里亚和赫尔希）对艾弗里的实验结果持保留态度，他们对于艾弗里采用的生化分析有着深入到骨髓中的排斥。
一个偶然的发现促使了噬菌体小组中的赫尔希和蔡斯将研究关注于噬菌体的遗传物质。
T2噬菌体专性寄生在大肠杆菌体内，含有双链的DNA。
噬菌体是一类感染细菌的病毒。
噬菌体的类型很多，多数噬菌体含有DNA（双链或单链均有），也有少数噬菌体含有RNA。
DNA
蛋白质
思考2.噬菌体的遗传物质是什么？
吸附
注入
合成
组装
释放
什么物质进入了大肠杆菌体内？
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
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
三、T2噬菌体侵染细菌的实验
1.实验方法：放射性同位素标记法。
32P（35S）标记的噬菌体侵染大肠杆菌
搅拌
离心并检测上清液和沉淀的放射性
检测子代噬菌体的放射性
2.实验过程：
蛋白质的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
（标记32P）
（标记35S）
DNA的组成元素：
（1）分别用35S和32P标记噬菌体
①标记大肠杆菌
②标记T2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
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌 → 含35S的T2噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌 → 含32P的T2噬菌体
搅拌后离心
上清液
沉淀物
细菌裂解
搅拌后离心
离心后
上清液
沉淀物
细菌裂解
离心后
保温
保温
（2）已标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
搅拌后离心
上清液
沉淀物
细菌裂解
搅拌后离心
离心后
上清液
沉淀物
细菌裂解
离心后
保温
保温
（3）搅拌：使吸附在大肠杆菌上的_________与___________分离开。
大肠杆菌
噬菌体
（4）离心：
使上清液中析出质量较轻的_________________，而离心管沉淀物中留下被侵染的_____________。
T2噬菌体颗粒
大肠杆菌
（5）放射性检测
搅拌后离心
上清液
沉淀物
细菌裂解
搅拌后离心
离心后
上清液
沉淀物
细菌裂解
离心后
保温
保温
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
3.实验结果
搅拌后离心
上清液
沉淀物
细菌裂解
搅拌后离心
离心后
上清液
沉淀物
细菌裂解
离心后
保温
保温
4.实验结论
噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌中而蛋白质外壳留在细胞外。DNA才是噬菌体的遗传物质。
搅拌后离心
上清液
沉淀物
细菌裂解
搅拌后离心
离心后
上清液
沉淀物
细菌裂解
离心后
保温
保温
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。
①保温时间过短
思考3.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？
思考4.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？
部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。
噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。
②保温时间过长
四、烟草花叶病毒感染烟草的实验
烟草花叶病病斑
TMV电镜图和模式图
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
1.烟草花叶病毒组分单独侵染烟草实验
实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
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
2.烟草花叶病毒重建实验
实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
格里菲斯的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
转化因子是什么？
加热杀死的S型细菌中含有转化因子
肺炎链球菌的转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
RNA是TMV的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据表明
更多实验证据表明
DNA是主要的遗传物质
支持
提醒：具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。
1.艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，对加热杀死的S型细菌的细胞提取物进行不同的处理后，再加入到有R型活细菌的培养基中，处理方法及培养结果如下表所示。由表可知（ ）
实验组号 处理方法 培养基中长菌情况
① 不处理 R型、S型细菌
② 加入蛋白酶 R型、S型细菌
③ 加入酯酶 R型、S型细菌
④ 加入RNA酶 R型、S型细菌
⑤ 加入DNA酶 R型细菌
A.本实验的自变量控制利用了“加法原理”
B.实验①和⑤说明DNA酶使S型细菌的细胞提取物失去转化活性
C.实验①和⑤说明R型细菌的DNA是转化因子
D.实验①～⑤说明DNA是主要的遗传物质
B
随堂练习
In-class practice

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