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(共35张PPT)
第16讲 DNA是主要的遗传物质
第六单元 基因的本质和表达
课标要求 阐明DNA是主要遗传物质的探索历程

新旧内容比较
内容 要求 人类对遗传物质的探索过程
与旧教 材对比 增: ①荚膜的解释(相关信息)；
②自变量控制中的加法和减法原理。
改: ①肺炎双球菌改为肺炎链球菌；
②艾弗里实验内容；
③T2噬菌体改为T2噬菌体。
相关信息
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。
考点一 肺炎链球菌的转化实验
　　 特点 类型　　　 菌落 荚膜 致病性
S型 _____ ___ ___
R型 _____ ___ ___
1.肺炎链球菌类型的比较
光滑
有
有
粗糙
无
无
原理: S型细菌有荚膜，有毒，
可使小鼠患败血症死亡。
2. 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
实验过程 结果分析 结论
第一组: 型活细菌 小鼠④_________
第二组: 型活细菌 小鼠⑤_______ 型活细菌
第三组: 加热致死的 型细菌 小鼠⑥_________
小鼠⑦_______ ⑧_______活细菌
不死亡
死亡
不死亡
死亡
S型
R型细菌无致病性
S型细菌有致病性
加热致死的S型细菌已失活
R型细菌转化为_______细菌,且性状可以遗传
S型
已经加热致死的S型细菌,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
3.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
出现了

只长R型细菌
S型细菌
(1)实验过程及结果
①第二~四组去除多糖、蛋白质、RNA、脂质后,细胞提取物仍然具有转化活性;
(2)实验分析
②第五组去除DNA后细胞提取物失去转化活性。
3.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
出现了

只长R型细菌
S型细菌
(3)结论:
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
【注意2】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S型菌的菌落占少数。
【注意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；
4.比较肺炎链球菌体内和体外转化实验
项目 体内转化实验 体外转化实验
培养细菌 体内培养 体外培养
实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性 对照 S型细菌体内各成分的相互对照
实验结果 已经被加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为________ 能使R型细菌转化为S型细菌
小鼠
培养基
S型细菌
S型细菌的DNA
4.比较肺炎双球菌体内和体外转化实验
实验结论 已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种“ ” 是S型细菌的遗传物质，而蛋白质等其他物质不是遗传物质
联系 ①所用材料相同，都是R型和S型肺炎链球菌； ②体内转化实验是基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有 ，而体外转化实验则进一步说明 ； ③实验设计都遵循对照原则、单一变量原则
转化因子
DNA　
某种“转化因子”
“转化因子”就是DNA
(1)转化的实质是基因重组而非基因突变。
肺炎链球菌转化实验是指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(属于广义上的)。
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
(1)转化的实质是基因重组而非基因突变。
肺炎链球菌转化实验是指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(属于广义上的)。
(2)加热并没有使DNA完全失去活性。
加热致死的S型细菌的蛋白质变性失活,但是其内部的DNA在加热结束后随着温度的降低又逐渐恢复活性。
(3)并非所有的R型细菌都能转化为S型细菌。
事实上转化的效率很低，并且转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。
深挖教材
格里菲思的第四组实验中, 小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示, 则:
(1)ab段R型细菌数量减少的原因是
____________________________________________________________________________。
(2)bc段R型细菌数量增多的原因是___________________________________________________________________________________________。
(3)后期出现的大量S型细菌主要是由_____________________________而来的。
小鼠的免疫系统将外来的R型细菌杀死，并产生相应抗体，致使R型细菌数量减少
b之前，已有少量R型细菌转化为S 型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖
R型细菌转化成的S型细菌繁殖
在对照实验中，控制自变量可以采用 “加法原理” 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,“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中, 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, 就利用了“加法原理”与常态比较。
自变量控制中的 “加法原理” 和 “减法原理”
滴入2滴FeCl3溶液
滴入2滴肝脏研磨液
90℃水浴
不处理
在对照实验中，控制自变量可以采用 “加法原理” 或 “减法原理”;
自变量控制中的 “加法原理” 和 “减法原理”
　　与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”；
例如: 艾弗里的肺炎链球菌(体外)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；
S型细菌的提取物
有 R 型 活 细 菌 的 培 养 基
R型菌落和S型菌落
DNA酶
只有R型菌落
对照组
蛋白酶
RNA酶
酯酶
A. 与R型菌相比，S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关
B. S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成
C. 加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响
D. 将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌
【检测】(2021.全 国乙卷) 在格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内,从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验，结合现有生物学知识所做的下列推测中，不合理的是( )
D
用DNA酶处理S型菌的DNA后，其DNA会被分解而失去功能，与R型菌混合后，不能使R型菌发生转化，不能得到S型菌
【检测】(2020·浙江卷) 下列关于“肺炎链球菌转化实验”的叙述，正确的是(　　)
A. 活体转化实验中，R型菌转化成的S型菌不能稳定遗传
B. 活体转化实验中，S型菌的荚膜物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌
C. 离体转化实验中，蛋白质也能使部分R型菌转化成S型菌且可实现稳定遗传
D. 离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
D
考点二 噬菌体侵染细菌的实验
1. 实验材料和方法
(1)实验材料: ___________和 。
(2)实验方法:___________________法，该实验中用35S、32P分别标记_______________。
2. 实验思路: 将______与蛋白质等分开, _________、________去观察DNA的作用。
T2噬菌体
放射性同位素标记　
蛋白质和DNA
DNA
直接地　
单独地
大肠杆菌
3. 实验过程
(1)T2噬菌体的结构
蛋白质外壳
S
DNA
P
寄生
【注意】不用14C和18O，也不能用35S、32P标记同一噬菌体
(专门寄生在大肠杆菌体内)
【思考】为什么不能用18O和14C标记细菌，再用被标记的细菌来培养噬菌体？
DNA和蛋白质都含有O和C，用这两种元素标记，结果是噬菌体的蛋白质外壳和DNA都被标记，导致进行噬菌体侵染细菌实验时，不能确定是哪一种物质进入细菌，从而不能确定哪一种物质是遗传物质。
【教材中的隐性知识】教材必修2 P46 “思考·讨论”: 艾弗里与赫尔希等人以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？
①个体小，结构简单；
②繁殖快。
(2)噬菌体的增殖
增殖需要的条件 内容
模板
合成T2噬菌体DNA原料
合成T2噬菌体蛋白质 原料
场所
噬菌体的DNA
大肠杆菌提供的4种脱氧核苷酸
大肠杆菌的氨基酸
大肠杆菌的核糖体
4.实验过程及结果
(1)标记噬菌体
(2)噬菌体侵染细菌
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。
①搅拌的目的是:
把吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离；
②离心的目的是:
(2)噬菌体侵染细菌
噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，离心后存在上清液中。
①用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有放射性很高的原因是什么？
由于搅拌不充分，还有少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
②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是什么？
(2)噬菌体侵染细菌
③用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌, 沉淀物中含放射性很高的原因是什么？
由于32P标记的噬菌体的DNA进入大肠杆菌，离心后大肠杆菌存在沉淀物中。
a. 保温时间过短，有一部分标记的噬菌体还末侵染细菌；
b. 保温时间过长，则有部分子代噬菌体已释放出来；
④用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因是什么？
5. 实验结果分析
(1)噬菌体侵染细菌时，__________进入细菌细胞中，
而______________留在外面。
(2)子代噬菌体的各种性状是通过____________遗传的。
6. 结论:
________是遗传物质。
DNA
蛋白质外壳
亲代的DNA
DNA
但从历史背景来看, 能证明蛋白质不是遗传物质。
7.比较肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验
项目 肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验
设计思路 设法将 与其他物质分开，单独地、直接地研究它们各自不同的遗传功能
处理方法 放射性同位素标记法: 分别用同位素_________标记_____________
检测方式 观察__________ 检测______________________
结论
DNA
35S、32P
蛋白质和DNA
菌落类型
放射性同位素存在位置
酶解法: 对细胞提取物分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶处理后，与R型细菌混合培养
证明DNA是遗传物质，而蛋白质等不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，但从历史背景来看, 能证明蛋白质不是遗传物质
【提醒】子代噬菌体的组成物质来源分析
(1)从蛋白质外壳方面分析: 由寄主细胞提供原料氨基酸，在寄主细胞的核糖体上合成，与亲代噬菌体的蛋白质外壳无关。
(2)从DNA方面分析: 由亲代噬菌体提供模板，利用寄主细胞提供的脱氧核苷酸，通过半保留复制的方式合成子代噬菌体的DNA。
(3)从子代噬菌体方面分析: 释放的众多子代噬菌体中，只有少数含有亲代噬菌体DNA的单链，其余子代噬菌体的DNA均由寄主细胞提供原料合成。
【检测】在证明DNA是遗传物质的实验中，赫尔希和蔡斯分别用32P和35S标记T2噬菌体的DNA和蛋白质，据图分析标记元素所在部位在哪并说出理由。该实验不能标记H、N这些元素的原因是什么？
H、N是DNA和蛋白质共有的元素，若选择共有元素做标记，则无法通过放射性将DNA和蛋白质进行区分。
标记元素所在部位分别是①④。
①是磷酸基团，标记DNA，即标记此处的P；
氨基酸的R基(④)中可能含有S，标记蛋白质，即标记此处的S；
【检测】(2022·河南郑州商丘市名师联盟教学质量检测) 某研究人员分别进行了如下三组实验: ①35S标记的T2噬菌体＋不含放射性的细菌；②32P标记的T2噬菌体＋不含放射性的细菌；③14C标记的T2噬菌体＋不含放射性的细菌。下列相关分析正确的是(　　)
A. 未做标记的T2噬菌体在含35S、32P和14C的培养基中培养可获取含放射性标记的T2噬菌体
B. 若第②组保温时间过短或过长，则离心后上清液中放射性均偏高
C. 若第③组进行充分搅拌，则离心后沉淀物中没有放射性
D. 比较第①组与第②组的实验结果，说明DNA是主要的遗传物质
B
病毒只能在宿主细胞中增殖，在普通培养基中无法培养和标记
C项: 14C可标记DNA和蛋白质，无论第③组是否充分搅拌，离心后上清液和沉淀物均有放射性。
D项: 对比两组实验结果,
只能说明DNA是遗传物质。
考点三 生物的遗传物质
1. 验证RNA也是遗传物质的实验
(1)实验材料: 烟草花叶病毒和烟草，烟草花叶病毒的化学组成成分是_______________。
蛋白质和RNA
正常
RNA　
患病
RNA
(2)实验过程及结果:
(3)实验结果分析与结论:
烟草花叶病毒的______能自我复制，控制其遗传性状，
因此______是它的遗传物质。
RNA
2. 不同生物的遗传物质
生物类型 病毒 原核生物 真核生物
体内核酸种类 ______________ _____________ _____________
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 噬菌体,烟草花叶病毒 乳酸菌、蓝细菌 玉米, 小麦, 人
DNA或RNA
DNA和RNA
4
5
5
4
8
8
DNA或RNA
DNA
DNA
DNA和RNA
3. DNA是主要的遗传物质
②病毒的遗传物质是 。
①真核生物与原核生物的遗传物质是 ；
生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而DNA是 。
是对整个生物界而言；
就生物个体而言，其遗传物质是唯一的
DNA
DNA或RNA
主要的遗传物质
【检测】(2017·全国卷Ⅰ) 根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出: (1)实验思路；(2)预期实验结果及结论即可。(要求: 实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
(1)实验思路:
甲组: 将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶(U)的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
乙组: 将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶(T)的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
【检测】(2017·全国卷Ⅰ) 根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出: (1)实验思路；(2)预期实验结果及结论即可。(要求: 实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
(2)预期结果及结论:
若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，则为RNA病毒；
反之则为DNA病毒。

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