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基因的本质
第三章
考点一、肺炎双球菌转化实验
1.肺炎链球菌的类型
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
有无毒性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 Rough
有
无
荚膜的化学本质是多糖
多糖
荚膜
2.体内转化实验——格里菲思
(1)实验过程及结果
死亡
不死亡
死亡
(2)结论：加热杀死的S型细菌中含有“转化因子”，将无毒性的R型活细菌转化为 。
有毒性的S型活细菌
（3）格里菲思第四组实验中，小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示，则：
①ab段R型细菌数量减少的原因是：
②bc段R型细菌数量增多的原因是：
③后期出现的大量S型细菌的来源:
小鼠进行免疫反应形成大量抗体，致使R型细菌数量减少。
R型细菌转化为S型细菌后，S型细菌增殖使小鼠患病，降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖。
R型细菌转化成的S型细菌繁殖而来。
转化后的S型细菌可稳定遗传。
3.体外转化实验——艾弗里及同事
(1)实验思路：将组成 的各种物质分离提纯，并使其分别与 混合培养，单独观察各种物质的作用。
S型活细菌
R型活细菌
(2)实验过程及结果
S型活菌
R型活菌
R型活菌
R型活菌
(3)实验结论：S型菌的________是使R型细菌发生转化并产生稳定遗传的物质。
DNA
该实验的设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？
“转化因子”是DNA，DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
遵循单一变量原则和对照原则。
其巧妙之处在于：运用“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。（P46)
最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）
结论
（4）艾弗里-肺炎链球菌的体外转化实验分析：
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
培养场所 小鼠体内 培养基(体外)
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 利用不同的酶，每一实验组特异性地去除一种物质，从而观察这种物质对转化的影响
结果观察 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型
实验结论 S型细菌体内有转化因子 S型细菌的DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质
联系：①所用的材料相同：都巧妙选用R型和S型两种肺炎链球菌；②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明S型细菌体内有“转化因子”；体外转化实验则是前者的延伸，进一步证明了“转化因子”是DNA；③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则 4.体内和体外转化实验的比较
考点二、噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体的结构及生活方式
主要组成元素
C、H、O、N、P
主要组成元素
C、H、O、N、S
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。
同位素标记法
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
吸附
注入
合成
组装
释放
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。
思考：细菌为噬菌体繁殖提供了什么呢？
2.实验过程
1.第一步：先标记大肠杆菌
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
2.第二步：再标记T2噬菌体
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
不能用35S、32P标记同一噬菌体
3.第三步：
标记的噬菌体侵染
未标记大肠杆菌
短时间保温后
搅拌
离心
搅拌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
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。
离心使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。
3.第三步：用被标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
35S标记的噬菌体
用35S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
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
不能证明蛋白质不是遗传物质
上清液放射性很高
说明T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。
沉淀物放射性很低
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。
3.第三步：用被标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
32P标记的噬菌体
说明T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。
说明DNA是真正的遗传物质
子代噬菌体中含32P
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
沉淀物放射性很高
上清液放射性很低
培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；
培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
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
子代噬菌体
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：
（4）实验结论：
DNA才是真正的遗传物质。
想一想：这一结果说明了什么？
有32P标记的DNA
无35S标记的蛋白质
子代噬菌体体内有亲代噬菌体的DNA，但没有其蛋白质。
补充：同时还能证明DNA能够指导蛋白质的合成 。
延伸思考
(1)本实验采用的对照方法是什么？
提示　对比实验(相互对照)。
(2)让已标记的噬菌体侵染大肠杆菌要经过短时间的保温，保温的时间有什么要求？
提示　全部噬菌体侵染细菌且未释放。
(3)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，沉淀物有较高放射性的原因是什么？
提示　可能由于搅拌不充分，有含35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
(4)实验过程中，两次涉及大肠杆菌，这两次涉及的大肠杆菌有什么区别？
提示　第一次是有标记的大肠杆菌，第二次是未被标记的大肠杆菌。
(5)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有较高放射性的原因有哪些？
提示　培养时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；培养时间过长或搅拌过于剧烈，部分子代噬菌体已经释放。
(6)能否用3H、14C标记噬菌体？
提示　不能，因为C、H是DNA和蛋白质的共有元素，无法确认被标记的是何种物质。
(7)尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处，你能否具体指出关键之处？
提示　最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。
考点三、烟草花叶病毒感染烟草的实验
【结论】RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
得到全新病毒
不能得到病毒
：
RNA
蛋白质
患病
不患病
是主要的遗传物质，因为实验证明 生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。
生物类型 病毒 原核生物 真核生物
体内核酸种类 ____________ ___________ DNA和RNA
体内碱基种类 __种 种 种
体内核苷酸种类 种 种 种
遗传物质 ___________ ______ ______
实例 T2噬菌体、 烟草花叶病毒 乳酸菌、蓝藻 玉米、小麦、人
DNA或RNA
DNA和RNA
4
5
5
4
8
8
DNA或RNA
DNA
DNA
DNA
绝大多数
总结归纳：不同生物的遗传物质
考点四、DNA的结构
5’
A
T
G
C
T
A
C
G
3’
5’
3’
3',5'-磷酸二酯键
1.由 条单链按_________方式盘旋成_______结构。
反向平行
双螺旋
2
5’
3’
5’
3’
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
磷酸
和 交替连接，构成基本骨架；
2.外侧：
碱基对
内侧:
脱氧核糖
3.碱基互补配对原则
两条链上的碱基通过 连接形成
，且A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作
。
氢键
氢键
T
C
碱基互补配对原则
碱基对
碱基对
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
4.总结：
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
（1）碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的
具n 个碱基对的DNA, 有 种碱基对排列顺序
4n
前提：不知ATGC数量
（2）碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的
（3）稳定性：磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变，
碱基之间互补配对形成氢键方式不变等
多样性
特异性
不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。
双链结构不容易发生变异
DNA的变性：碱基对的氢键断裂，双链变成单链
DNA的复性：变性DNA 在适当条件下，使两条彼此分开的链恢复到双螺旋结构
热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程称之为" 退火"(annealing）
解旋酶、RNA聚合酶、90-95℃
55-60℃
5.DNA的结构特点：
6.DNA中碱基的计算规律：
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2。则在双链DNA中： A = T ， G = C。
A+G=T+C=A+C=T+G=碱基总数的50%
例1：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占（ ）
A. 9 % B.18 % C. 32 % D. 64 %
C
规律一：在双链DNA中 总数与 总数相等，即A＋G等于T＋C
嘌呤碱基
嘧啶碱基
A1 +T1
（A+T）
1
2
=
=
A2 +T2
例2、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量是多少？
24%
（G+C）
1
2
G1 +C1
G2 +C2
=
=
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
规律二：互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中(A+T)/(G+C)＝m，在互补链及整个DNA分子中(A+T)/(G+C)＝m。
A1+G1
T1+C1
=a
T2+C2
A2+G2
=1/a
A1+C1
T1+G1
T2+G2
A2+C2
=
例3：DNA分子中一条单链中，（A+G）/（T+C）=0.4，则互补链中和整个DNA分子中该比值分别是（ ）
A.0.4和0.6 B.2.5和1.0 C.0.4和0.4 D.0.6和1.0
B
规律三：非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA分子的一条链中（A+G）/（T+C）＝a，则在其互补链中（A+G）/（T+C）＝1/a，而在整个DNA分子中（A+G）/（T+C）＝1。
A+G
T+C
=1
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
考点五、DNA的复制
一、对DNA复制的推测
1、全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；
复制一次
亲代DNA
子代DNA
2、半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；
复制一次
3、分散复制（弥散复制）：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的；
复制一次
二、DNA半保留复制的实验证据
时间：1958 年
科学家：梅塞尔森、斯塔尔
材料：大肠杆菌
方法：同位素标记技术、密度梯度离心技术
实验过程：
标记大肠杆菌：先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，大肠杆菌的 DNA 几乎都是15N标记的
转移培养：将大肠杆菌转移到含有 14NH4Cl的普通培养液中
提取DNA、离心：不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心
观察记录：记录离心后试管中DNA位置
含有 15NH4CI 的
培养液培养大肠杆菌
含有 14NH4CI 的培养液培养
大肠杆菌
三、DNA分子复制的过程及其特点
1.场所：
2.时间：
3.条件:
细胞核(主)、线粒体、叶绿体
细胞分裂间期(有丝分裂、减数分裂)
(1)模板：解旋的DNA两条单链
(2)原料：脱氧核苷酸
(3)能量：ATP
(4)酶：解旋酶、DNA聚合酶
4.特点: (1)边解旋边复制
(2)半保留复制
加快复制速度，减少DNA突变可能
保证了复制的准确进行
5.“准确”复制的原理：
（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；
（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。
6.意义：
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
7.过程：
DNA聚合酶
DNA聚合酶
解旋酶
游离的脱氧核苷酸
解
旋
需要细胞提供能量
需要解旋酶的作用
结果：氢键断裂，双链打开
合成子链
模板：
原料：
酶 ：
能量：
原则：
解开的每一条母链
四种脱氧核苷酸
DNA聚合酶等
细胞提供ATP
碱基互补配对原则
①
①
母链
母链
⑤
新合成的子链
第一代
第二代
第三代
第四代
无论DNA复制多少次，含有原来母链的DNA分子永远只有两条
ＤＮＡ分子复制的计算：
规律
总结
一个亲代DNA分子经 n 次复制后，则
（１）DNA分子数
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
③不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
规律总结
④只含亲代母链的DNA分子数：
⑤含有新链的DNA分子数：
0个
2n个
一个亲代DNA分子经 n 次复制后，则
（2）脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
（3）消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m（ 2n-1）
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则在第n次复制时需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m（ 2n-1 ）
考点六、基因通常是有遗传效应的DNA片段
染色体
DNA是主要的 。
蛋白质
DNA
基因
脱氧核苷酸
每个DNA分子含有 个基因
基因是有 的DNA片段（本质）
基因在染色体上呈 。
基因是 的基本单位
染色体是DNA的 。
（DNA的载体还有 和 等）
每条染色体含有 个DNA分子
每个基因含有 个脱氧核苷酸
脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。
主要载体
线粒体
叶绿体
1个或2
遗传物质
多
遗传效应
线性排列
决定生物性状
成千上万
排列顺序
RNA病毒体内的基因是：有遗传效应的RNA片段。
第三章 基因的本质

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