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荧光水母
荧光猪
荧光猪会发出与水母同样的绿色荧光，是因为科学家将发光水母中与发出绿色荧光有关的遗传物质导入了猪的细胞中。荧光猪身上具有了水母的某些性状表现，归根结底离不开遗传物质对生物体性状的控制。遗传物质到底是什么呢？
第三章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
基因的本质
肺炎链球菌体内转化实验
噬菌体侵染细菌实验
DNA是主要的遗传物质
随堂练习
肺炎链球菌体外转化实验
DNA是主要的遗传物质
目录
基因的本质
19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明了：生物的性状是由遗传因子（基因）控制的。
20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明了：基因位于染色体上。
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。
遗传物质是什么呢？
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子
没发现其他大分子有类似的结构特点。
蛋白质是生物体的遗传物质。
意识到DNA的重要性，但对DNA结构没有清晰认识。
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。
20世纪20年代
20世纪30年代
基因的本质
虽然主流观点认为蛋白质是遗传物质，但是以下几个人却通过确凿的实验证据向该说法提出了挑战
艾弗里
赫尔希
格里菲思
基因的本质
肺炎链球菌
无荚膜
菌落粗糙
有荚膜
菌落光滑
有毒性
R型菌
多糖类荚膜
S型菌
无毒性
实验材料：
小鼠、两种肺炎链球菌
荚膜是某些细菌的细胞外的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的可抵抗吞噬，利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
格里菲思的肺炎链球菌（体内）转化实验
肺炎链球菌体内转化实验
无荚膜
菌落粗糙
无毒性
小鼠、两种肺炎链球菌
R型菌
S型菌
第四组
第二组
第三组
注射
R型
活细菌
小鼠不死亡
第一组
注射
S型
活细菌
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
注射加热致死的S型细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
肺炎链球菌体内转化实验
R型活菌
第一组
S型活菌
第二组
致死的S菌
第三组
第四组
R菌与致死的S型菌混合
加热杀死的S型菌中，含有某种促R型活菌转化为S型菌的活性物质——“转化因子”
这种转化因子究竟是什么物质呢？
①对比一、二组实验现象，这说明了什么？
④什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
由于体内有活的S型细菌的作用。
活的R型细菌转变成了活的S型细菌。
加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。
格里菲思的实验：
②第四组小鼠为什么会死亡呢？
③第四组活的S型细菌如何出现？
S型活细菌会使小鼠死亡。
肺炎链球菌体内转化实验
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
要确定“转化因子”是什么，关键思路是什么？
关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。
先去除大量糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物
肺炎链球菌体外转化实验
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）
“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。
同时证明了蛋白质等不是遗传物质。
肺炎链球菌体外转化实验
这个实验的设计遵循哪些原理？
单一变量原则和对照原则。
其巧妙之处是什么？
运用“减法原理”
与常态相比，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
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”。
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”。
实验中的加减法原理
肺炎链球菌体外转化实验
基因重组
R型细菌转化为S型细菌的本质：
S型细菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型细菌
X基因吸附在R型细菌表面
X基因进入R型细菌
重组
R型细菌转化成S型细菌
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中无法真正提取出的纯DNA（0.02%蛋白质）来进一步验证遗传物质就是DNA，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，完成了另一个有说服力的实验。
肺炎链球菌的体外转化实验不能证明DNA是主要的遗传物质，只能证明DNA是遗传物质
肺炎链球菌体外转化实验
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。
T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
T2噬菌体的遗传物质到底是蛋白质还是DNA呢？
蛋白质的组成元素：
DNA的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N 、P
——用32P标记
——用35S标记
同位素标记法
噬菌体侵染细菌实验
侵入别的细菌
注入
复制、合成
吸附
组装
释放
吸附
注入
复制、合成
组装
释放
噬菌体侵染细菌实验
噬菌体侵染细菌的过程
那该怎么标记噬菌体呢？
可以直接用含有放射性同位素的培养基来培养噬菌体吗
不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体。
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
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
噬菌体侵染细菌实验
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
35S标记的噬菌体
噬菌体侵染细菌实验
32P标记的噬菌体
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
实验设计：
预期结果：
上清液放射性 沉淀物放射性
35S标记
32P标记
放射性高
无放射性
放射性低或无放射性
放射性高
标记的噬菌体
侵染大肠杆菌
短时间保温后搅拌
离心
搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
噬菌体侵染细菌实验
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
注
意
搅拌时间短的影响
35S实验
32P实验
沉淀物会出现放射性
搅拌时间长的影响
无影响
无影响
无影响
标记的噬菌体
侵染大肠杆菌
短时间保温后搅拌
离心
离心的目的：
噬菌体侵染细菌实验
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
注
意
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。
标记的噬菌体
侵染大肠杆菌
短时间保温后搅拌
离心
保温时间要适宜：
噬菌体侵染细菌实验
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
注
意
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；导致上清液中放射性升高
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。导致上清液放射性升高
35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体
上清液
沉淀物
子代噬菌体
放射性高
无放射性
无放射性
放射性高
放射性低
有放射性
蛋白质没有进入细菌细胞
DNA进入到细菌的细胞中
说明DNA才是噬菌体的遗传物质
不能证明蛋白质不是遗传物质
噬菌体侵染细菌实验
结论：
现象：
2.从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？
在实际操作过程中最大的困难是什么？
艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）
噬菌体侵染细菌实验
1.艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？
个体小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。
繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
P46：思考讨论
3.艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？
艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。
噬菌体侵染细菌实验
P46：思考讨论
烟草花叶病毒（TMV）只含蛋白质和RNA
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
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
DNA是主要的遗传物质
只有DNA是遗传物质吗？
DNA是主要的遗传物质这句话的含义是：
①绝大多数生物以DNA为遗传物质
凡是有DNA的生物
凡是细胞结构的生物
②极少数生物没有DNA，只有RNA一种核酸，则RNA是遗传物质，
如烟草花叶病毒、艾滋病病毒HIV、大多数流感病毒等
就整个生物界来说，绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的，所以DNA是主要的遗传物质；但对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA。
DNA是主要的遗传物质
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
课
堂
小
结
随堂训练
A
1．下列研究过程中运用了“减法原理”的是（ ）
A．在艾弗里实验中，在加热杀死的S型细菌制成的细胞提取物中加入蛋白酶
B．验证钾是植物的必需元素时，植株出现症状后在缺钾培养液中加入钾
C．研究不同反应条件对淀粉分解的影响时，在可溶性淀粉溶液中加入唾液
D．在探究温度对酶活性影响的实验中，底物和酶混合前在底物中加入缓冲物质
随堂训练
2．下列关于科学家探究遗传物质的相关实验的叙述，正确的是（ ）
A．格里菲思通过肺炎链球菌转化实验得出DNA是转化因子的结论
B．艾弗里研究发现将S型菌的DNA与R型菌混合培养会出现S型活菌
C．赫尔希和蔡斯利用T2噬菌体侵染细菌实验证明DNA是主要的遗传物质
D．用烟草花叶病毒（TMV）的蛋白质感染烟草在烟草细胞中发现了TMV
B
随堂训练
C
3．DNA用32P标记、蛋白质用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，结果复制出来的绝大多数子代噬菌体（ ）
A．不含32P和35S B．含32P和35S
C．不含32P，含35S D．含32P，不含35S
4．下列有关T2噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是（　　）
A．分别用32P和35S标记T2噬菌体的蛋白质和DNA
B．分别用含有32P或35S的T2噬菌体侵染大肠杆菌
C．保温时间的长短不会影响该实验的结果
D．该实验证明了DNA是主要的遗传物质
B
A
5．在噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，35S和32P分别标记（ ）
A．蛋白质和DNA B．蛋白质和RNA
C．DNA和蛋白质 D．RNA和蛋白质
随堂训练
C
6．下列是对肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验异同点进行的总结，其中正确的是（ ）
A．两个实验均证明DNA是主要的遗传物质
B．两个实验均符合对照原则，且都采用同位素标记法
C．两个实验均选用结构简单、增殖迅速的生物为材料
D．两个实验的实验思路不相同
Thank You
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