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《DNA是主要遗传物质》的经典 实验解读及实例分析
一、 DNA是遗传物质的实验解读
1、格里菲思的肺炎双球菌的体内转化实验（过程图解）
（1）肺炎双球菌的类型及特点：S型,有荚膜，菌落表面光滑，有毒(会降低小鼠免疫力）；R型，无荚膜，菌落表面粗糙，无毒（容易被机体的免疫系统清除），所以可以根据菌落的形态特点来判断是否发生了转化。
(2)加热杀死的S型细菌与活的R型细菌混合注射到小白鼠体内，小白鼠体内发生了转化，两种细菌的数量变化如右图。
① 段 型细菌数量减少的原因是小鼠体内形成大量的抗 型细菌的抗体,致使 型细菌数量减少。
② 段 型细菌数量增多的原因是 点之前,已有少量 型细菌转化为 型细菌, 型细菌能降低小鼠的免疫力,造成 型细菌大量繁殖。
③后期出现的大量 型细菌是由 型细菌转化成的 型细菌繁殖而来的。
（3）实验结论：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。
2、艾弗里的体外转化实验（过程图解）
（1）设计思路：设法把DNA与蛋白质、多糖等物质分开，单独地直接去观察它们的作用。
（2）巧妙之处：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”，人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。
（3）R型细菌转化为S型细菌的三个知识点：转化对象—活的R型细菌、转化因子—S型细菌DNA、转化实质—基因重组。
（4）实验结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
上清液放射性很高，
沉淀物放射性很低。
对比实验
或
相互对照
35S标记的噬菌体
(蛋白质)
子代噬菌体中无35S
上清液放射性很低，
沉淀物放射性很高。
分别用35S或32P标记噬菌体
用被标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
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
32P标记的噬菌体
（DNA）
3、T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验（过程图解）
（1）设计思路：设法把DNA与蛋白质分开，单独地直接去观察它们的作用
（2）搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离；离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒。
（3）35S标记噬菌体、32P标记噬菌体制备过程：先分别在含有35S、32P的培养基上培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，即可得到DNA含有32P标记或蛋白质含有35S标记的噬菌体。
（4）实验过程及结果分析（正常结果和异常结果）
①用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含大量放射性的原因：保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，上清液中出现大量放射性；保温棉时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后子代释放出来，经离心后分布于上清液，也会使上清液中出现大量放射性。
②用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有大量放射性的原因：由于搅拌不充分，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。
由左图可知，保温时间是否过长可以以被侵染的大肠杆菌作为参照，若被侵染的大肠杆菌为100%，说明保温时间适宜，否则保温时间过长被侵染的大肠杆菌会裂解；搅拌时间超过两分钟，细胞外（即上清液）35S放射性达到最高，且搅拌时间不会影响32P的分布。
（5）实验结论：
①证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质
②说明DNA能控制蛋白质的合成
③说明DNA能自我复制
肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵
染细菌实验
实验者
思路 分离方式
结论以及各实验的关系
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
①证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质
②说明了遗传物质可发生可遗传的变异
直接分离:
分别加入到R型菌中
同位素标记法：
标记DNA和蛋白质
①证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质
②说明DNA能控制蛋白质的合成
③说明DNA能自我复制
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”,是体外转化实验的基础。
4、三个经典实验对比
例析1：某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵入细菌实验，进行了以下4个实验：①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌 ②用 32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌③用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌 ④用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌以上4个实验，经过一段时间后离心，检测到放射性主要部位是（　　）
A．沉淀、沉淀、沉淀和上清液、沉淀和上清液
B．沉淀、上清液、沉淀、沉淀和上清液
C．上清液、上清液、沉淀和上清液、上清液
D．沉淀、沉淀、沉淀、沉淀和上清液
D
点评：上清液主要含有噬菌体蛋白质外壳，沉淀主要含有被噬菌体入侵的细菌；35S标记的细菌的蛋白质，32P标记的噬菌体的DNA，3H标记的细菌的蛋白质和DNA，15N标记的噬菌体蛋白质和DNA。
例析2.如果用3H、15N、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌(无放射性),下列分析正确的是(　　)
A.只有噬菌体的蛋白质被标记了,DNA没有被标记
B.子代噬菌体的外壳中可检测到3H、15N、35S
C.子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N
D.子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、15N、32S
点评： 3H、15N、既标记了蛋白质外壳，有标记了核酸DNA，35S仅标记蛋白质外壳。
C
D
点评：32P和35S可标记细菌中含P、S的所有化合物，包括DNA和蛋白质
；子代噬菌体的蛋白质外壳全部都有35S标记，DNA都有32P标记。
例析3、用32P和35S的培养基培养细菌，将一个未标记的噬菌体在此群细菌中培养9小时，经检测共产生了64个子代噬菌体，下列叙述正确的是(　　)
A．32P和35S只能分别标记细菌的DNA和蛋白质
B．子代噬菌体只有DNA具有放射性
C．DNA具有放射性的噬菌体占子代噬菌体的1/32
D．噬菌体繁殖一代的时间约1.5小时
二、遗传物质探索的四种方法总结
（1）酶解法（DNA水解酶、RNA水解酶、蛋白酶等），如：艾弗里的实验
（2）放射性同位素标记法，如：赫尔希和蔡斯的实验
（3）病毒重组法，如下图：
美国生化学家康拉特（H. Fraenkel-Conrat, 1910—1999 ）利用烟草花叶病毒（TMV ）做了一系列病毒重组实验，表明在RNA病毒中RNA才是遗传物质。
烟草花叶病毒重组实验
4、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。但肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质。
3、含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感）
中，RNA才作为遗传物质。
2、凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，但遗传物质是DNA。
1、一切生物的遗传物质是核酸。
三、生物遗传物质的总结
例析1、研究人员欲通过实验来了解H5N1禽流感病毒（RNA病毒）侵入家禽的一些过程，设计实验如下图所示．一段时间后，检测⑥试管中子代H5N1病毒的放射性。以下叙述不正确的是（ ）

四、实例分析：
A. ⑥试管中子代H5N1病毒的蛋白质全部有35S标记
B. ⑥试管中子代H5N1病毒RNA中能检测到32P标记
C. ⑥试管中子代H5N1病毒蛋白质外壳中无35S标记，但RNA有32P标记
D. ⑥试管中子代H5N1病毒蛋白质外壳中有35S标记，同时RNA也有32P标记
C
点评：先明确亲代噬菌体的标记情况，再明确被入侵的宿主细胞标记情况，再结合病毒的代谢特点，病毒以自身的核酸为模板，利用宿主细胞中的物质为原料，核糖体为蛋白质合成场所合成自身的相关物质。
例析2．细菌转化是指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的一些含有特定基因的DNA片段，从而获得供体细菌的相应遗传性状的现象，如肺炎双球菌转化实验。S型肺炎双球菌有荚膜，菌落光滑，可致病，对青霉素敏感。在多代培养的S型菌中分离出了两种突变型：R型，无荚膜，菌落粗糙，不致病；抗青霉素的S型(记为PenrS型)。现用PenrS型菌和R型菌进行下列实验，对其结果的分析最合理的是(　　)
D
A．甲实验中部分小鼠患败血症，注射青霉素治疗后均可康复
B．乙实验中可观察到两种菌落，加青霉素后仍有两种菌落继续生长
C．丙实验培养基中含有青霉素，所以生长的菌落是PenrS型菌
D．丁实验中因为DNA被水解而无转化因子，所以无菌落生长
点评：此类问题应抓住转化对象、转化因子两个方面进行分析。甲中R型细菌已被青霉素杀死，不能发生转化。转化形成的PenrS型菌与原PerS型菌的遗传物质及遗传特性大多相同，因为转化形成的PenrS型菌含有R型菌的遗传物质。
例析3、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）思路（通常比实验步骤简单些）
甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，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胸腺嘧啶的培养基中，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。
（2）结果及结论
若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
点评：其实还可以标记尿苷（胸苷）或尿嘧啶核糖核苷酸（胸腺嘧啶脱氧核苷酸），但题干有提示不发生碱基互换，所以最佳答案为胸腺嘧啶或尿嘧啶。
例析4、下面是兴趣小组为探究某种流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA设计的实验步骤，请将其补充完整。
（1）实验目的：略。
（2）材料用具：显微注射器，该流感病毒的核酸提取液，猪胚胎干细胞，DNA水解酶和RNA水解酶等。
（3）实验步骤：
第一步：把该流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组，____________________________________________________。
第二步：取等量的猪胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组猪胚胎干细胞中。
第三步：将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间，然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品，检测是否有该流感病毒产生。
分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶
处理A、B两组核酸提取液，C组不做处理
（3）实验步骤：
第一步：把该流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组，________________________________________。
第二步：取等量的猪胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组猪胚胎干细胞中。
第三步：将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间，然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品，检测是否有该流感病毒产生。
分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水
解酶处理A、B两组核酸提取液，C组不做处理
（4）请预测结果及结论：
①_________________________________________________
②_________________________________________________
③若三组均出现该流感病毒，则该流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
若B、C两组出现该流感病毒，A组没有
出现，则该流感病毒的遗传物质是DNA
若A、C两组出现该流感病毒，B组没有
出现，则该流感病毒的遗传物质是RNA

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