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遗传物质的探究历程
2
把“遗传因子”命名为
基因
约翰逊
3
提出
基因在染色体上的假说
萨 顿
4
实验证明
基因位于染色体上
摩尔根
提出“遗传因子”，并总结遗传规律
孟德尔
1
到底基因是什么物质？
第3章 基因的本质
3.1
3.1 DNA是主要的遗传物质
科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？
为什么说DNA是主要的遗传物质？
通过对科学家揭示DNA是遗传物质过程的分析，你对科学发现的过程和方法有哪些领悟？
本节聚焦
染色质
染色体
蛋白质
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；控制生物的性状和代谢等。
问题探讨
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分子
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
20世纪20年代

①(21种)氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
②没有发现可能蕴含遗传信息的其他生物大分子。

20世纪30年代
DNA是有许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。


蛋白质是生物体的遗传物质
意识到DNA的重要性，但对DNA的分子结构没有清晰的了解，蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
脱氧核糖
A
脱氧核糖
G
脱氧核糖
C
脱氧核糖
T
一、对遗传物质的早期推测
S型菌落(smooth)
R型菌落(rough)
二、肺炎双球菌的转化实验
（一） 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
1、实验材料：
小鼠
肺炎链球菌
菌落表面光滑，不被免疫系统识别，有多糖荚膜，使人患肺炎或小鼠得败血症，有毒性。
菌落表面粗糙，被免疫系统识别，没有荚膜，无毒性。
肺炎链球菌
S型：
R型：
注射
R型
活细菌
不死亡
第一组
注射
S型
活细菌
死亡,从小鼠体内分离出S型活菌
第二组
注射加热致死的
S型细菌
不死亡
第三组
死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
第四组
将R型活细菌与加热致死的S型菌混合后注射
对照原则、单一变量原则
也有R型活菌
（一） 格里菲思的体内转化实验
2、实验过程
小鼠体内有 S型活细菌
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
R 型活细菌从杀死的 S 型细菌获得某种物质，导致R型细菌 → S型细菌
二、肺炎双球菌的转化实验
（一） 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
③第4组中的小鼠为什么死亡了？
①对比第1.2组实验，说明了什么？
S型活细菌会使小鼠死亡。
②对比第2.3组实验，说明了什么？
加热杀死的S型细菌无致病性。
④第4组中小鼠体内的 S 型活细菌从何而来？
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.加热杀死的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:
转化因子
2.这种性状的转化是可以遗传的。
二、肺炎双球菌的转化实验
（一） 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
“转化因子”究竟是什么物质呢
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
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“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、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”
科学方法—
自变量控制中的“加法原理” 和“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”。
艾弗里
提取液
加入有R型活细菌的培养基，进行体外转化测试
去除
荚膜多糖
R型＋S型
R型＋S型
R型＋S型
R型＋S型
去除绝大部
分蛋白质
去除绝大
部分脂质
……
R型＋S型
初纯化的转化因子
加热杀死的
S型细菌
二、肺炎双球菌的转化实验
（二） 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
纯化的转化因子是哪一类物质？
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)
二、肺炎双球菌的转化实验
（二） 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
实验过程
结果表明：转化因子很可能是DNA
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA极为的相似。
二、肺炎双球菌的转化实验
（二） 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
还可以利用哪些方法把DNA和蛋白质等其他物质区分开？
元素分析、
特定试剂鉴定、
电泳分析 ……
①DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
实验结论：
②蛋白质等其他物质不是遗传物质。
有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
噬菌体的结构模式图
①T2噬菌体的核酸为DNA，存在于内部，尾部及头部外侧为蛋白质。
三、 噬菌体侵染细菌的实验
DNA
蛋白质
2．实验材料：
1．实验者：
赫尔希和蔡斯
大肠杆菌、T2噬菌体
T2噬菌体：一种专门吸附在大肠杆菌上的病毒。
②T2噬菌体的生活方式是活细胞寄生，宿主细胞为细菌，不能在培养基上繁殖。
吸附
注入
复制、合成
组装
释放
3.噬菌体侵染细菌的过程：
三、 噬菌体侵染细菌的实验
侵入别的细菌
复制、合成
组装
释放
吸附
注入
①合成的蛋白质是噬菌体的还是细菌的？
②复制的DNA是噬菌体还还是细菌的？
③合成的蛋白质的原料来源是噬菌体还是细菌？
④复制的DNA的原料是
噬菌体的还是细菌的？
√
√
√
√
噬菌体侵染
大肠杆菌
搅拌
离心
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
使噬菌体（外壳）存在上清液中，大肠杆菌存在沉淀中。
三、 噬菌体侵染细菌的实验
T2噬菌体DNA和蛋白质已经分隔开，DNA在大肠杆菌细胞内，蛋白质在细胞外，但都混合在培养液中，如何分离？
三、 噬菌体侵染细菌的实验
放射性同位素标记
DNA
1、哪一种物质进入了大肠杆菌体内？
2、DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
3、选择什么元素进行放射性标记？
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
（32P标记DNA）
（35S标记蛋白质）
蛋白质的组成元素：
DNA 的组成元素：
4、可以将35S和32P同时标记在同一个噬菌体上吗 实验设置几组？
不行；放射性检测仪只能检测有放射性的部位，不能确定是何种元素的放射性；因此实验要分成两组。
思考·讨论
三、 噬菌体侵染细菌的实验
噬菌体必须寄生在活细胞中，不能单独直接在培养基中培养。
5、可不可以直接用含同位素的培养基培养标记噬菌体
思考·讨论
大肠杆菌
大肠杆菌
噬菌体
噬菌体
实验组别 DNA是遗传物质的 预期实验结果 实际实验结果 子代噬菌体放射性情况
32P标记 DNA
35S标记 蛋白质
沉淀有较高放射性
放射性主要在沉淀中
放射性主要在上清液中
有
无
空壳噬菌体
4、实验过程
上清液有较高放射性
35S标记的噬菌体
35S标记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
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
搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，随细菌离心到沉淀物中。
5、结果分析
32P标记的噬菌体
沉淀物放射性很高
子代噬菌体中含32P
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
上清液放射性很低
35S标记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
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
5、结果分析
噬菌体的DNA进入大肠杆菌，并复制出若干DNA，合成子代噬菌体，噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌中。
实验结论：
三、 噬菌体侵染细菌的实验
细菌裂解后，在释放的T2噬菌体中，可检测到32P标记的DNA，却不能检测到35S标记的蛋白质。说明了什么
DNA才是T2噬菌体的遗传物质。
以下噬菌体侵染细菌的实验中，放射性主要出现在哪个位置
子代噬菌体会不会有放射性？
①用35S标记的噬菌体侵染未被标记的细菌。
②用未被标记的噬菌体侵染35S标记的细菌。
③用32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌。
④用未被标记的噬菌体侵染32P标记的细菌。
⑤用3H标记的噬菌体侵染未被标记的细菌。
⑥用未被标记的噬菌体侵染3H标记的细菌。
上清液；子代噬菌体无放射性。
沉淀；子代噬菌体有放射性。
沉淀；子代噬菌体有放射性。
沉淀；子代噬菌体有放射性。
上清液和沉淀；子代噬菌体有放射性。
沉淀；子代噬菌体有放射性。
目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
只有DNA是遗传物质吗？下面这些生物的遗传物质是什么？
蛋白质
RNA
分
离
感染
烟草
感染
烟草
实验
结果
出现病斑
不出现病斑
实验
结果
四、烟草花叶病毒的感染实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。
实验结论：
生
物
界
细胞生物
非细胞生物
（病毒）
RNA病毒：HIV病毒、流感病毒(如H1N1、H7N9)
SARS病毒、烟草花叶病毒等
DNA病毒：噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等
原核生物：衣原体、支原体、蓝细菌、细菌、
放线菌等
真核生物：植物、动物、真菌、原生生物
遗传物质是RNA
遗传物质是DNA
核酸是一切生物的遗传物质，包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的，因此DNA是主要的遗传物质。
只有一种核酸
两种核酸都有
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
更多实验证据
DNA是主要的遗传物质
TMV感染实验实验

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