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第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
生物的性状之所以能够由亲代遗传给子代是由于生物体内具有对遗传起决定作用的物质。
通过对细胞有丝分裂、减数分裂和受精过程的研究，人们了解到染色体在生物的传宗接代过程中，能够保持一定的稳定性和连续性。因此，人们认为染色体在遗传上起着主要作用。
蛋白质
DNA
染色体的成分
你认为遗传物质可能具有什么特点？
遗传物质的性质必须稳定，要能储存大量的遗传信息，可以准确地复制出并传递给下一代等。
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代
——蛋白质是遗传物质
◇氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息
一、对遗传物质的早期推测
20世纪30年代，人们才认识到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。
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。
脱氧核糖核苷酸
脱氧
核糖
含氮碱基
磷酸
二、肺炎双球菌的转化实验
1、格里菲思的体内转化实验
（1）实验材料：S型和R型肺炎链球菌、小鼠
S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
毒性
光滑
有多糖类荚膜
无多糖类荚膜
粗糙
有毒性，使小鼠患败血症死亡
无毒
S型活细菌
注射
（2）实验过程及结果
（3）结论：加热杀死的S型细菌中含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。
二、肺炎双球菌的转化实验
？
R型活细菌
注射
不死亡
加热后杀死的S型细菌
注射
R型活细菌+
加热后杀死的S型细菌
注射
死亡，分离出S型活细菌
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
研究表明，小鼠体内的两种细菌含量变化如图所示：
S型活细菌是怎样产生的？
S型细菌是有毒性的，据此推测曲线bc段上升的原因是什么？
O
S型细菌
R型细菌
a
b
c
加热致死的S型细菌含有的转化因子将R型细菌转化为S型细菌。
有毒的S型细菌在小鼠体内增殖，导致小鼠的免疫力降低，R型细菌、S型细菌数量都增加。
二、肺炎双球菌的转化实验
2、艾弗里的体外转化实验
（1）实验材料：S型和R型活菌、培养基
（2）实验目的：探究S型细菌中的“转化因子”是DNA还是蛋白质或多糖？
二、肺炎双球菌的转化实验
转化因子
多糖
脂类
蛋白质
RNA
DNA
2、艾弗里的体外转化实验
S型活菌
细胞提取物
细胞提取物
+蛋白酶/RNA酶/酯酶
细胞提取物+DNA酶
R型活菌
混合培养
R型活菌，S型活菌
R型活菌，S型活菌
R型活菌
（4）结论：S型细菌的DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。
（3）实验过程及结果
二、肺炎双球菌的转化实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
含特征元素P
含特征元素S
T2噬菌体模式图
噬菌体侵染细菌的过程：
吸附
侵入
复制、合成
组装
释放
1、实验材料：噬菌体和大肠杆菌等
2、实验方法：放射性同位素标记法
噬菌体的复制式增殖
增殖需要的条件 内容
模板
合成噬菌体DNA的原料
合成噬菌体蛋白质 原料
场所
噬菌体的DNA
大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸
大肠杆菌的氨基酸
大肠杆菌的核糖体
三、噬菌体侵染细菌的实验
3、实验过程及结果
（1）标记噬菌体
大肠杆菌
含35S的细菌培养基
含35S的大肠杆菌
含32P的细菌培养基
含32P的大肠杆菌
（2）噬菌体侵染细菌
用32P或35S标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、离心。搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是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。
噬菌体
培养
培养
含35S标记的噬菌体
含32P标记的噬菌体
三、噬菌体侵染细菌的实验
含35S的噬菌体
含32P的噬菌体
普通大肠杆菌
普通大肠杆菌
上清液放射性高，沉淀物放射性低
4、实验结果分析
（1）噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面。
（2）子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA遗传的。
侵染
搅拌、离心后检测放射性
上清液放射性低，沉淀物放射性高
三、噬菌体侵染细菌的实验
5、结论
赫尔希和蔡斯的实验表明：
噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。
DNA才是真正的遗传物质。
三、噬菌体侵染细菌的实验
噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
（1）32P噬菌体侵染大肠杆菌
①保温时间合理
全部噬菌体
侵染细菌且未释放
上清液为噬菌体外壳——无放射性
沉淀物为包含噬菌体DNA的大肠杆菌——有放射性
②保温时间过短
部分噬菌体
未侵染大肠杆菌
③保温时间过长
离心后上清液有放射性
部分噬菌体
增殖后释放出来
离心后上清液有放射性
三、噬菌体侵染细菌的实验
噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
（2）35S噬菌体侵染大肠杆菌
35S噬菌体与大肠杆菌混合、保温后
①搅拌充分
上清液为噬菌体外壳——有放射性
沉淀物为包含噬菌体DNA的大肠杆菌——无放射性
②搅拌不充分
少量35S噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面
上清液放射性高
沉淀物放射性低
三、噬菌体侵染细菌的实验
四、肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
肺炎双球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验
设计思路
处理方法
结论
设法将DNA与其他物质分开，单独、直接研究它们各自不同的遗传功能
直接分离：分离S型菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型菌混合培养
同位素标记法：分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA
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
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
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？
细菌和病毒作为实验材料，具有的优点：（1）个体很小，结构简单，容易看出遗传物质改变导致的结构和功能的变化。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。（2）繁殖快，细菌20~30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
四、肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
思考·讨论
四、肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
思考·讨论
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？
实验设计思路是单独研究DNA、蛋白质、糖类等物质在特化中的作用。艾弗里分别用蛋白酶、RNA酶或酯酶去除S型细菌提取物中的蛋白质、RNA和脂质，由于这些不能将相应的物质全部分解，因此去除得不彻底，不能完全排除这些物质在转化中的作用。
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。
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”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，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，就利用了“减法原理”。
四、肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
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有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希等人采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。科学成果的取得必须有技术手段做保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持相互促进的。
五、DNA是主要的遗传物质
(TMV）
蛋白质
RNA
实验证明：烟草花叶病毒（TMV）的遗传物质是RNA
1、DNA是主要的遗传物质
真核生物与原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。生物界绝大多数的生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而DNA是主要的遗传物质。
五、DNA是主要的遗传物质
黑斑羚
大肠杆菌
新冠状病毒
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
体内核苷酸种类
遗传物质
实例
DNA或RNA
DNA和RNA
DNA和RNA
4种
5种
5种
4种
8种
8种
DNA或RNA
DNA
DNA
DNA病毒：噬菌体等
RNA病毒：烟草花叶病毒、新冠肺炎病毒等
蓝藻、细菌、放线菌
动物、植物、真菌
五、DNA是主要的遗传物质
练习与应用
一、概念检测
1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中提取的某种物质，加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌，结果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是（ ）
A.多肽 B.多糖 C.组氨酸 D.DNA
2.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明（ ）
A.DNA是遗传物质 B.遗传物质包括蛋白质和DNA
C.病毒中有DNA，但没有蛋白质 D.细菌中有DNA，但没有蛋白质
D
A
练习与应用
二、拓展应用
1.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。请分析子代噬菌体的蛋白质外壳的来源。
实验表明，噬菌体侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而蛋白质外壳却留在大肠杆菌外面。因此,大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息,以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
练习与应用
二、拓展应用
2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个特点：能够准确地自我复制；能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定；等等。

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