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基因的本质
第3章
第1节 DNA是主要的遗传物质
本节聚焦
科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？
为什么说DNA是主要的遗传物质？
你对科学发现的过程和方法有哪些领悟
推荐阅读
《赫尔希-蔡斯实验能否证明“蛋白质不是遗传物质”？》
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。
1.你认为遗传物质应该具有什么特点？
2.你认为要想说明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定等。
例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。
一 对遗传物质的早期推测
1.20世纪20年代：
蛋白质是生物体的遗传物质
（蛋白质中氨基酸的排列顺序多种多样，可能蕴含着遗传信息）
一 对遗传物质的早期推测
2.20世纪30年代：
科学家本可以意识到DNA的重要性
（不了解DNA的结构。
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位）
腺嘌呤（A）
P
脱氧核糖
鸟嘌呤（G）
P
脱氧核糖
胸腺嘧啶（T）
P
脱氧核糖
胞嘧啶（C）
P
脱氧核糖
二 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的体内转化实验
（格里菲思）
Frederick Griffith
1918年，欧洲暴发了“西班牙流感”，同年，美国也受到波及。事后统计，全球共有约5 000万人在这场大流感中丧生。这场灾难的真正凶手虽然是甲型H1N1流感病毒，但最终导致人员死亡的真正病因就是由肺炎链球菌引起的细菌性肺炎。
面对肺炎链球菌的肆虐，人们加快了疫苗研制的进度。1928年，英国细菌学家格里菲思（Frederick Griffith)发现了两种不同的肺炎链球菌
S型
R型
S型链球菌（smooth）
R型链球菌（rough）
肺炎链球菌 菌落 荚膜 毒性
R型细菌菌落
S型细菌菌落
粗糙
光滑
无
有
无
有
二 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的体内转化实验
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
小鼠死亡
分析实验现象，提出小鼠之死的可能假说，设计实验验证假说
假说：
①R型活细菌导致小鼠死亡。
②加热杀死的S型菌导致小鼠死亡。
③R型活细菌与加热致死的S型共同起作用导致小鼠死亡。
验证：
用R型活细菌或热杀死的S型菌分别注射小鼠，观察现象。
二 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的体内转化实验
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
R型
活细菌
加热致死的S型细菌
S型
活细菌
二 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的体内转化实验
无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌，而且这种性状的转化是可以遗传的。
（1）前两组实验的作用？
（2）第3组实验与哪一组形成对照？说明什么问题？
（3）第4组实验与哪一组结果相同？说明什么，如何验证？
（4）第4组结果出现的原因是什么？
对照。
与第二组，说明只有活的S型细菌可以使小鼠患败血症死亡。
与第二组，说明第四组产生了活的S型细菌，可以在尸体中分离到S型细菌。
加热杀死S型菌
加热杀死的S型菌含有促成转化的活性物质—“转化因子”
R型活菌 S型活菌
转 化
二 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的体内转化实验
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？
2.肺炎链球菌的体外转化实验
（艾弗里）
二 肺炎链球菌的转化实验
设法去除S型细菌的各组分后分别与R型活细菌混合培养，观察是否具有转化活性。
第五组
实验结果： ①只有加入DNA才转化；
②DNA越纯，转化越有效；
③用DNA酶处理DNA，DNA的水解产物核苷酸不能转化。
艾弗里的肺炎双球菌实验证明了DNA是遗传物质
二、肺炎链球菌的转化实验
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
科学方法
自变量控制中的”加法原理”和“减法原理”
1.加法原理
①与常态比较，人为增加某种影响因素。
②在”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，实验组分别作加热、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
2.减法原理
①与常态比较，人为去除某种影响因素。
②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。
Oswald Theodore Avery
二、肺炎链球菌的转化实验
有的人获得诺贝尔奖，是为自己增辉，有的人获奖却是为诺贝尔奖增辉。艾弗里没有获得诺贝尔奖，是诺贝尔奖的遗憾，不是艾弗里的遗憾。
艾弗里等人的实验不仅揭开了“格里菲思之谜”，并且在世界上第一次用实验结果确切地证明遗传基因就在DNA上。从格里菲斯发现转化现象，到艾弗里发现转化与DNA密切相关，中间过去了十六年。
二、肺炎链球菌的转化实验
噬菌体侵染细菌实验
但由于提纯所得到的 DNA 纯度并非 100% ， 就连艾弗里自己在 1944 年所发表的论文中也谨慎地指出“当然也有可能， 前面谈到的这种物质的生物学活性并不是核酸的一种遗传特性， 而是由于某些微量的其他物质所造成的”。但同时， 他也自信地指出“有可靠的证据充分说明它( DNA) 实际上就是转化因素” 。可惜的是， 由于蛋白质杂质的存在， 这一划时代的研究成果在当时并未很快被科学家所接受。
不过， 对 DNA 作用的怀疑主要还是来自于“DNA无法承担携带复杂的遗传信息的任务”这一根深蒂固的认识。
不幸的是， 当时生物化学界的权威列文由于受到计量精度的限制， 误以为 4 种碱基含量都是一样的， 提出了 4 种核苷酸组合成一个单元， 然后这些单元聚合形成 DNA 的“四核苷酸假说”， 这样的DNA 就与糖原一样， 是同一结构高度重复的多聚体( ATCGATCG……的高度重复) ， 很难想象它能承载复杂的遗传信息
第一节（一）DNA是主要的遗传物质
一、对遗传物质的早期推测
二、肺炎链球菌转化实验
格里菲思： R型活细菌 S型活细菌
艾弗里： R型活细菌 S型活细菌
思路：将DNA和蛋白质分开，单独观察它们各自的实验现象
结论：DNA是遗传物质，蛋白质等物质不是遗传物质
课堂小结
死的S型细菌
S型菌的DNA

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