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第1节
第3章　基因的本质
人教版高中生物 必修2
DNA是主要的遗传物质
学习目标
1.阐述肺炎链球菌转化实验的过程和结论(重、难点)。
2.阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程和结论(重、难点)。
3.阐述烟草花叶病毒感染实验的过程和结论。
4.说明DNA是主要的遗传物质。
1891年
1866年
1909年
1903年
孟德尔发现遗传定律
科学家描述减数分裂全过程
萨顿假说：基因和染色体存在平行关系
摩尔根证明基因在染色体上
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
遗传物质是蛋白质还是DNA
情境导入
科学家的历史足迹
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
噬菌体侵染细菌的实验
二
DNA是主要的遗传物质
三
目录
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
1、对遗传物质的早期推测
(1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。
(2)控制生物体的性状和新陈代谢过程。
(3)能储存大量的遗传信息。
(4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可
遗传变异。
你认为遗传物质可能具有什么特点？
蛋白质的单体氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
没发现其他大分子有类似的结构特点。
20世纪20年代
蛋白质是生物体的遗传物质。
20世纪30年代
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、脱氧核糖。
对DNA的结构没有清晰的了解。
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
1、对遗传物质的早期推测
艾弗里
赫尔希
格里菲思
蔡斯
“我们表示怀疑！”
比较 菌体特点 菌落特点 毒性
S型 细菌
R型 细菌
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
2、肺炎链球菌的类型
无毒
有毒
人和小鼠患肺炎
小鼠并发败血症死亡
无荚膜
有荚膜
光滑Smooth
粗糙 Rough
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
3、格里菲思的肺炎链球菌转化实验
第一组
不死亡
第二组
死亡
第三组
不死亡
第四组
死亡
注射R型
活细菌
注射S型
活细菌
注射加热致死的S型细菌
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
格里菲思的肺炎链球菌的转化实验
任务1
1.对比第一、二组的实验现象，说明了什么？
R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。
2.对比第二、三组的实验现象，说明了什么？
加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。
格里菲思的肺炎链球菌的转化实验
任务1
3. 第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型细菌从哪里来？
4.这种转化产生的S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌，又说明了什么？
转化的性状可以遗传
加热致死的S型细菌使部分活的R型细菌发生了转化，变成了活的S型细菌，使小鼠死亡。体内分离出的S型细菌由R型细菌转化而来。
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
加热杀死的 S型菌
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
3、格里菲思的肺炎链球菌转化实验
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——转化因子
结论
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
4、艾弗里的肺炎链球菌转化实验
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
“转化因子”究竟是什么？
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
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。
你有什么样的设计思路，关键是什么？
4、艾弗里的肺炎链球菌转化实验
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
混合
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
混合
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
S型细菌
R型细菌
只长R型细菌
第一组
第二至四组
第五组
S型细菌
R型细菌
艾弗里的肺炎链球菌的转化实验
任务2
1. 概述该实验的设计思路。
用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后，观察能否将R型细菌转化。
2. 第一组将加热致死的S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养，实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？
S型细菌的细胞提取物（蛋白质、脂质和RNA、DNA）中含有促使R型细菌转化为S型细菌的物质——转化因子。
艾弗里的肺炎链球菌的转化实验
任务2
3. 实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
加入蛋白酶是为了证明实现转化的不是蛋白质；
加入RNA酶是为了证明实现转化的不是RNA；
加入酯酶是为了证明实现转化的不是酯类物质。
4. 第一至四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？
S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。
艾弗里的肺炎链球菌的转化实验
任务2
5.第五组，用DNA酶处理S型细菌的细胞提取液之后再与R型活细菌混合培养，为什么培养皿中只有R型细菌？
DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使其丧失转化功能。
6. 据此分析，该转化实验的结论是什么？
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
结论
4、艾弗里的肺炎链球菌转化实验
1. 艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质；
2. 被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数。
注 意
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“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”。
从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？
例如：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
科学方法
核心归纳
1、易错归纳
(1)转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组，从而使R型细菌转化为S型细菌。
(2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
核心归纳
2.加热对蛋白质和DNA的影响
(1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。
(2)加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55 ℃左右时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。
A．甲组培养皿中只有一部分R型细菌发生了转化
B．乙组培养皿中有光滑和粗糙两种菌落，可推测蛋白酶不能分解转化因子
C．丙组培养皿中观察到的现象是只长出光滑的菌落
D．该实验可以证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA
导练
1．为研究导致R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化因子是DNA还是蛋白质，科学家进行了肺炎链球菌转化实验。其基本过程如图所示，下列叙述错误的是(　　)
DNA酶分解DNA（转化因子），无法转化，培养基中只有R型细菌（无荚膜，粗糙型）
转化率很低，只有极少数R型细菌转化为S型细菌，大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
既证明了DNA是遗传物质，
同时证明了蛋白质等不是遗传物质
导练
2．(2023·吉林高一期末)关于肺炎链球菌的转化实验，
下列说法正确的是(　　)
A．S型细菌有荚膜，形成的菌落表面光滑，无致病性
B．艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
C．格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了S型肺炎链球菌的DNA可使R型细菌发生转化
D．艾弗里的实验中采用了自变量控制中的“加法原理”
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。（P43）
使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡
只证明某种转化因子促使R型活细菌转化为S型活细菌，没有证明转化因子是哪种物质
每组实验都用酶去掉某种物质，所以采用的是“减法原理”
“四核苷酸假说”
提取的DNA分子和DNA酶纯度不够？
DNA只是对荚膜的形成有直接效应，而非遗传物质？
蔡斯(左) 赫尔希(右)
来自外界的质疑：
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
噬菌体侵染细菌的实验
二
DNA是主要的遗传物质
三
目录
噬菌体侵染细菌的实验
二
尾部
头部
DNA
蛋白质
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，头部内含有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。
1、实验材料——T2噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
二
1、实验材料——T2噬菌体
T2噬菌体侵染细菌的实验
任务3
1. 赫尔希等人选用病毒作为实验材料，以病毒作为实验材料具有哪些优点？
(1)病毒结构简单，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。
(2)繁殖快，病毒短时间内可大量繁殖。
引自Brock Biology of Microorganisms (13th Edition)
噬菌体侵染细菌的实验
二
2、噬菌体侵染大肠杆菌过程
噬菌体侵染细菌的实验
二
2、噬菌体侵染大肠杆菌过程
吸附
注入
合成
组装
释放
噬菌体吸附在细菌表面
把DNA注入到细菌细胞
利用细菌的化学成分和酶系统合成出噬菌体的DNA、蛋白质
新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体
细菌解体，释放出噬菌体
T2噬菌体侵染细菌的实验
任务3
2. 本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用32P和35S进行标记？
蛋白质：
DNA：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
标记 35S
标记 32P
组成元素
哪一种物质进入了大肠杆菌体内？
放射性分别标记DNA和蛋白质
选择什么元素进行放射性标记
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
放射性同位
素标记
T2噬菌体侵染细菌的实验
任务3
3. 能否用14C和3H标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？并说明理由。
哪一种物质进入了大肠杆菌体内？
放射性分别标记DNA和蛋白质
选择什么元素进行放射性标记
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
放射性同位
素标记
不能用14C和3H标记噬菌体，因为DNA和蛋白质都含C和H，因此无法确认被标记的是何种物质。不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，离心后上清液和沉淀物中均会有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
噬菌体侵染细菌的实验
二
3、噬菌体侵染细菌的实验
1、利用含放射性的培养基先分别标记细菌
2、用噬菌体分别侵染上述细菌
带标记的噬菌体
分别得到
3、制备分离只含35S或只含32P的噬菌体。
制备含35S和32P的噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
二
3、噬菌体侵染细菌的实验
35S标记的T2噬菌体
侵染大肠杆菌
搅拌
离心并检测放射性
适宜时间保温
无放射性标记的细菌
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
检测子代噬菌体的放射性
子代噬菌体中无35S
噬菌体侵染细菌的实验
二
3、噬菌体侵染细菌的实验
32P标记的噬菌体
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
子代噬菌体中含有32P
噬菌体侵染细菌的实验
二
3、噬菌体侵染细菌的实验
32P标记的噬菌体
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
子代噬菌体中含有32P
35S标记的噬菌体
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
35S标记的噬菌体
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
T2噬菌体侵染细菌的实验
任务3
4、用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？
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。
搅拌不充分
少量放射性
T2噬菌体侵染细菌的实验
任务3
5、用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
32P标记的噬菌体
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
子代噬菌体中含有32P
保温时间过短
上清液中放射性也较高
保温时间过短，部分噬菌体来不及侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。
T2噬菌体侵染细菌的实验
任务3
5、用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
32P标记的噬菌体
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
子代噬菌体中含有32P
保温时间过长
上清液中放射性也较高
保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。
T2噬菌体侵染细菌的实验
任务3
5、用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
(1)保温时间过短，部分噬菌体来不及侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中。
(2)保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，经离心后分布于上清液中。
比较异同
艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验
处理方式
对照原则
实验结论
设计思路 直接分离
同位素标记法
S型细菌的分离物质分别与
R型细菌混合培养相互对照
分别标记噬菌体DNA和蛋白质
的两组实验相互对照
设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究各自不同的遗传功能
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内）
核心归纳
1.T2噬菌体的增殖
(1)合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。
(2)合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。
(3)合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌提供的氨基酸。
(4)合成T2噬菌体的蛋白质的场所：大肠杆菌的核糖体。
核心归纳
2．噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”
(1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌体未侵染细菌或子代噬菌体被释放出来。
(2)搅拌要充分——如果搅拌不充分，35S组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，这样会造成沉淀物中放射性偏高。
核心归纳
3．使用不同元素标记后子代放射性有无的判断
核心归纳
4．DNA作为遗传物质所具备的特点
(1)能自我复制，使得亲子代具有一定的连续性。
(2)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。
(3)能储存大量的遗传信息。
(4)结构比较稳定，但是在特殊情况下会发生可遗传变异。
导练
3．赫尔希和蔡斯进行了噬菌体侵染细菌的实验，部分步骤如图所示，结果发现A中放射性很高，B中放射性很低。下列说法错误的是(　　)
本实验只做了标记噬菌体蛋白质外壳的一组实验，缺少标记噬菌体DNA的实验，因此不能直接证明进入大肠杆菌体内的只有噬菌体DNA
A．图中亲代噬菌体的蛋白质被35S标记
B．用含放射性同位素标记的大肠杆菌来培养噬菌体
C．理论上B无放射性的原因是噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
D．本组实验能直接证明进入大肠杆菌体内的只有噬菌体DNA
导练
4．如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染大肠杆菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的标记元素为(　　)
A．在蛋白质外壳中找到15N和35S
B．在DNA中找到15N和32P
C．在蛋白质外壳中找到15N
D．在DNA中找到15N、32P和35S
成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到15N和35S
噬菌体的DNA中不含S元素
对遗传物质的早期推测和肺炎链球菌的转化实验
一
噬菌体侵染细菌的实验
二
DNA是主要的遗传物质
三
目录
DNA是主要的遗传物质
三
1、RNA是遗传物质的实验证据
1. 烟草花叶病毒侵染烟草的实验
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
RNA
蛋白质
DNA是主要的遗传物质
三
1、RNA是遗传物质的实验证据
2. 烟草花叶病毒（TMV）重建实验
TMV的遗传物质是RNA
结论
判别生物体内核酸的种类及遗传物质
任务4
生物类型 所含核酸 遗传物质 举例
细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌
原核生物 细菌、蓝细菌
非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体
RNA数病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
RNA
DNA
绝大多数生物遗传物质是DNA，少数是RNA。
因此，DNA是主要的遗传物质。
结论
导练
5．科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个毒株，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验中，实验过程与实验结果不对应的是(　　)
实验 编号 实验过程 实验结果 病斑类型 病斑中分离出的病毒类型
① a型TMV→感染植物 a型 a型
② b型TMV→感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④
组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)的RNA来自b型TMV的RNA，由于RNA病毒中RNA是遗传物质，因此，病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型是b型
导练
6．(2023·江苏南京高一段考)下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是(　　)
A．豌豆的遗传物质主要是DNA
B．HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸
C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素
D．酵母菌的遗传物质主要分布在细胞核中
具体的某种生物的遗传物质的化学本质是唯一确定的，豌豆的遗传物质是DNA
HIV的遗传物质是RNA,初步水解的产物是四种核糖核苷酸
T2噬菌体的遗传物质是DNA,元素组成是C、H、O、N、P，没有S
酵母菌的遗传物质是DNA,DNA主要分布在细胞核中，细胞质（如线粒体）中，也有少量DNA。
推翻
修正
支持
肺炎链球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
烟草花叶病毒对烟草细胞的感染实验
绝大多数生物遗传物质是DNA，少数是RNA。
蛋白质是遗传物质
DNA是遗传物质
DNA是主要的遗传物质
╳
1.肺炎链球菌的类型及特点
S型细菌：菌落表面光滑，有多糖类的荚膜，有致病性。
R型细菌：菌落表面粗糙，无多糖类的荚膜，无致病性。
2.格里菲思的实验结论：加热致死的S型细菌中存在转化因子可以使R型活细菌转化为S型活细菌。
3.艾弗里的肺炎链球菌转化实验的设计思路
用酶解法分别去除细胞提取物中某种成分后，观察剩余成分能否将R型细菌转化为S型细菌。
五分钟查落实
【要语必背】
4.艾弗里的肺炎链球菌转化实验中用到了自变量控制中的减法原理，实验结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
5.T2噬菌体侵染细菌实验的误差分析
(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含较高放射性的原因是保温时间过短或过长。
(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因是搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
6.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；原核生物(如细菌)的遗传物质是DNA，真核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。
1.T2噬菌体的侵染实验中为什么用32P和35S进行标记
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
2.如何用35S和32P标记噬菌体？
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【长句表达】
在T2噬菌体的结构组成中，P是噬菌体DNA特有的元素，S是噬菌体蛋白质特有的元素，用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用
首先在分别含有放射性同位素32P和35S的培养基中培养大肠杆菌；再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，分别得到DNA含有32P标记或蛋白质含35S标记的噬菌体
3.搅拌的目的是_________________________________。
4.离心的目的是________________________________________________
______________________________。
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌

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