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第三章 基因的本质
第一节
DNA是主要的遗传物质
本节聚焦
1.科学家怎样证明DNA是遗传物质的？
2.为什么说DNA是主要的遗传物质？
3.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？
一、科学家的探索历程
孟德尔.
约翰逊.
摩尔根.
性状是由 决定的。
遗传因子
将遗传因子改名为 。
基因
基因在 上。
染色体
二、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。
讨论
1.你认为遗传物质可能具有什么特点
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些
①能够自我复制，使前后代保持一定的连续性 ；
②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程；
③能贮存大量遗传信息；
④结构比较稳定，但又能产生可遗传的变异。
作为遗传物质所必须具备的特点：
三. 对遗传物质的早期推测
1、20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质：当时人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。当时对于其他生物大分子的研究，还没有发现与此类似的结构特点。
2、20世纪30年代，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位：此时人们已认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖。组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
注射R型活细菌
第一组
注射S型活细菌
第二组
注射加热杀死的S型细菌
第三组
R型菌+加热杀死的S型细菌
第四组
四、肺炎链球菌的转化实验
（一）体内转化实验（1928年）
1、实验的自变量是什么？如何进行对照？不同对照的结论是什么？
2、对于D组的实验结果你怎么解释，你会做出怎样的假设？
理论推测
实验求证
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。
假说二：R菌以某种方式使加热杀死的S型菌“复活”
假说三：在死亡的S菌作用下，R菌突变为S菌
假说五：死亡S型菌的“某物质”进入R型菌，使其转化为活S菌 合成出荚膜
假说一：少量残余S菌大量繁殖
假说四：Ｓ死菌刺激小鼠体内产生免疫物质，后者刺激Ｒ菌突变成了Ｓ菌
×
×
建立假说要注意一定的有效性
高温使蛋白质结构破坏不可逆
假说……
肺炎链球菌的转化实验（体内转化）
资料：格里菲思了解到肺炎双球菌有很多类型，S菌有Ⅰ-S、Ⅱ-S、Ⅲ-S，R菌有Ⅰ-R、Ⅱ-R、Ⅲ-R,且自然状态下会有S菌突变为同型R菌，如：Ⅱ-S可突变为Ⅱ-R，但不会突变为Ⅲ-R。转化实验中用到的材料是Ⅱ-R菌与Ⅲ-S菌，且第四组实验小鼠体内提取出来的活S菌为Ⅲ-S
假说三：在死亡的S菌作用下，R菌突变为S菌
假说五：死亡S型菌的“某物质”进入R型菌，使其转化为活S菌 合成出荚膜
假说四：Ｓ死菌刺激小鼠体内产生免疫物质，后者刺激Ｒ菌突变成了Ｓ菌
×
×
推断：已经被加热杀死的S型细菌中，含有某种促成这一转化的活性物质——转化因子。
（一）肺炎链球菌的转化实验（体内转化）
讨论:
假如你是当时科学家你应该怎样来设计”证明转化因子是什么物质”的实验
20世纪40年代，艾弗里和他的同事将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。将细胞提取物加人有R型活细菌的培养基中，结果出现了S型活细菌。
肺炎双球菌内有DNA、蛋白质、多糖等化学成分，到底哪种成分是转化因子呢？
新问题
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
DNA酶
酶解法
(二)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
结论：
DNA是使R型菌产生稳定遗传变化的物质；
DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
科学方法：
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
加法原理：
与常态比较，人为增加某种影响因素。
减法原理：
与常态比较，人为去除某种影响因素。
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验——减法原理
1952年，美国的科学家赫尔希和蔡斯利用噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另外一个有说服力的实验。
他们因此获得了诺贝尔奖！
五、噬菌体细菌的实验
T2噬菌体是一种专门寄生
在大肠杆菌体内的病毒，
由蛋白质外壳和DNA组成。
T2噬菌体的化学组成中60%是蛋白质,40%是DNA。对两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在DNA分子中。
1.吸附
2.注入
3.合成
4.组装
5.释放
噬菌体侵染细菌示意图
新合成的噬菌体，原料来自于哪里？
蛋白质外壳含35S
DNA含32P
1.实验步骤:
五. 噬菌体侵染细菌的实验
五. 噬菌体侵染细菌的实验
五. 噬菌体侵染细菌的实验
2.实验过程
实验过程：用32P和35S标记两种T2噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，经过短时间保温后，搅拌、离心，检查上清液和沉淀的放射性。
短时间保温：有利于噬菌体侵染大肠杆菌，但来不及释放
搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
离心：使上清液中析出重量较轻的T2噬菌体，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌
3.实验现象
35S标记时，上清液放射性很高，沉淀物放射性很低，子代噬菌体没有检测到35S
32P标记时，上清液放射性很低，沉淀物放射性很高，子代噬菌体检测到32P
4.实验结论：噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。
DNA才是噬菌体的遗传物质。
五. DNA是主要的遗传物质
1、少数病毒的遗传物质是RNA
证据：从烟草花叶病毒中提取的蛋白质，不能使烟草感染病毒，但是，从这些病毒中提取的RNA，却能使烟草感染病毒。
2、RNA病毒
实例：烟草花叶病毒、新冠病毒、HIV、流感病毒
3、DNA是主要的遗传物质：因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
以DNA作遗传物质的生物：所有的细胞生物（真核生物，原核生物），DNA病毒
以RNA作遗传物质的生物：RNA病毒
注意：一种生物只有一种遗传物质，例如人体内虽然同时含DNA和RNA，但人的遗传物质就是DNA。
具有细胞结构的生物
真核生物的遗传物质
原核生物的遗传物质
DNA
多数病毒的遗传物质是DNA
少数病毒的遗传物质是RNA
绝大多数生物的遗传物质是DNA
小结：DNA是主要的遗传物质
例：病毒的遗传物质是（ ）
人的遗传物质是 （ ）
A、DNA B、RNA
C、DNA和RNA D、DNA或RNA
D
A
练习
某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：
①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠
②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是
A．存活、存活、存活、死亡
B．存活、死亡、存活、死亡
C．死亡、死亡、存活、存活
D．存活、死亡、存活、存活
C
练习
练习
甲、乙为两种不同的RNA病毒，经病毒重建成
“杂种病毒”丙，用丙病毒侵染植物细胞，在植物细胞内产生的新一代病毒可表示为（ ）
D

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