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(共44张PPT)
第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
目录
01
02
03
肺炎链球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
对遗传物质的早期推测
04
DNA是主要的遗传物质
思考1：现代采用什么方法进行亲子鉴定？
DNA鉴定
思考2：为什么DNA可以用来进行亲子鉴定？
DNA是遗传物质
科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。
DNA
染色体在遗传上的连续性和稳定性

蛋白质
孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由遗传因子控制
摩尔根通过果蝇实验证明基因位于染色体上
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
20世纪30年代后
——DNA才是遗传物质
一、对遗传物质的早期推测
脱氧核糖
磷酸
含氮碱基
对DNA结构没有清晰认识
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质
“我们表示怀疑！”
艾弗里
赫尔希
格里菲思
蔡斯
肺炎链球菌的转化实验
格里菲思体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
噬菌体侵染细菌的实验
赫尔希
蔡斯
格里菲思
艾弗里
证明DNA是遗传物质的实验
20世纪初，肺炎大爆发，美国每年有5万人因肺炎去世。而引发肺炎的罪魁祸首是肺炎链球菌。
肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀伤力，使小鼠患肺炎，并发败血症死亡。
肺炎链球菌
小鼠死亡
二、肺炎链球菌转化实验
活动一：自主学习课P43内容，归纳总结肺炎链球菌的特性。
1.科学家：
格里菲斯
2.实验材料：
肺炎链球菌（S型菌、R型菌）、小鼠
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
有无毒性
表面光滑
表面粗糙
可致病，使人和小鼠患肺
炎，小鼠并发败血症死亡
无
多糖类的荚膜
1.格里菲斯——肺炎链球菌体内转化实验
R型
活细菌
S型
活细菌
小鼠不死亡
（第一组）
小鼠死亡，从小鼠体内分离出
S型活细菌
（第二组）
S型
活细菌
加热杀死的
S型细菌
小鼠不死亡
（第三组）
R型活细菌+加热
杀死的S型细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出
S型活细菌
（第四组）
S型
活细菌
（1）第一、二组实验对比说明什么？
说明R活菌无毒性，S活菌有毒性
（2）第二、三组实验对比说明什么？
说明加热致死的S菌无毒性
3.结果分析：
加热致死的作用原理：
蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80～100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开;当温度降至55 ℃以下时，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质不能恢复活性。
R活菌 S活菌
+S死细菌
转化
4.实验结论：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”。
（3）第四组实验导致小鼠死亡是什么菌？
活的S型细菌，从体内分离出S型活菌
（4）将R型活细菌和加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，会如何出现活的S型细菌？
加热杀死S型菌
R型活菌 S型活菌
转化
格里菲斯推断：
加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——“转化因子”
1.格里菲斯——肺炎链球菌体内转化实验
当堂练习
1.格里菲思用肺炎链球菌感染小鼠进行了著名的转化实验，关于实验的结论错误的是：( )
A.说明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA
B.说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型活细菌
C.说明了R型活细菌不具有致病性，S型活细菌具有致病性
D.说明了加热致死的S型细菌不具有致病性
A
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
你会如何设计实验进一步探究？
实验思路：
设法把S型细菌的各种物质分开，单独、分别观察它们的作用。
“转化因子”会是谁？
1、科学家：20世纪40年代，艾弗里及其同事
2、实验思路
巧妙之处在于：运用“减法原理”，即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化
S型细菌
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA
奥斯瓦德·西奥多·艾弗里
2.艾弗里——肺炎链球菌体外转化实验
“转化因子是哪个？”
适应范围：在对照实验中，控制自变量可以采用。
含义：与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。
举例：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FeC13溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。
加法原理
含义：与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
举例：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”。
减法原理
对照组
实验组
实验组
实验组
对照组
实验组
实验组
科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
实验设计：
+糖苷酶
+蛋白酶
+RNA酶
+DNA酶
含R型菌的液体培养基混合培养
含R型菌的液体培养基混合培养
含R型菌的液体培养基混合培养
含R型菌的液体培养基混合培养
观察R型菌转化情况（是否出现S型活菌）
+脂酶
含R型菌的液体培养基混合培养
1、实验思路：
减法原理
(P46)
2、实验方案：
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。
S型细菌的化学组分图
多糖
脂质
蛋白质
核酸
RNA
DNA
S型菌
破碎
S型菌提取液
现有材料：固体培养基、含R型菌的液体培养基、S型菌提取液（含糖类、蛋白质、脂质、RNA和DNA）、糖苷酶、酯酶、蛋白酶、RNA酶、DNA酶。请根据上述实验材料，设计实验探究转化因子的成分，写出实验思路、实验方案和预期实验结果。
3、预期实验结果：
活动二：设计实验探究转化因子成分
只有加入DNA，R型细菌才能转化成S型细菌
将加热致死的S型菌破碎后，首先设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
注意：只有DNA酶能阻止转化实验，表明DNA极有可能就是细胞提取物中有活性的转化因子。
结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
体内转化实验 体外转化实验
科学家
培养场所
实验结论
联系
1.所用材料相同：R型和S型两种肺炎链球菌
2.两实验都遵循对照原则、单一变量原则
3.体内转化实验是基础，仅说明S型细菌含有某种转化因子，体外转化实验进一步证明转化因子是DNA
S型细菌含有某种转化因子，能使R型活细菌转化为S型活细菌
DNA是遗传物质
小鼠体内 培养基（体外）
格里菲思 艾弗里及其同事
总结 :肺炎链球菌两个转化实验的比较
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
当堂练习
2.下列关于艾弗里和格里菲思肺炎双球菌转化实验的叙述，正确的是( )
A.艾弗里的实验中，加入S型菌的DNA后，R型菌全部转化为了S型菌
B.艾弗里的实验证明了DNA是使S型菌转化为R型菌的转化因子
C.格里菲思的实验结论是蛋白质是使R型菌产生稳定遗传变化的物质
D.艾弗里和格里菲思肺炎双球菌转化实验都没有使用同位素标记法
D
有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质完全分开，单独去观察它们的作用呢？
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纯DNA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。
1.科学家：赫尔希和蔡斯
2.实验材料：T2噬菌体（病毒）
蛋白质外壳
DNA
（含C、H、O、N、P）
（1）组成：
蛋白质外壳
和DNA
（2） 生活方式：
专门寄生于大肠杆菌中
（3） 病毒侵染细菌的过程：
吸附
注入
合成
组装
释放
T2噬菌体只提供遗传物质(DNA)，脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶、核糖体等均由大肠杆菌提供。
（含C、H、O、N、S）
三、赫尔希、蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验
3.实验过程
（1952年，赫尔希与蔡斯）
（1）实验方法：
32P
35S
思考:
如何标记T2噬菌体的DNA和蛋白质？
提示问题：
1、能不能用培养基单独培养噬菌体？
2、在培养噬菌体之前先培养什么？怎么培养？
第一步：获得被标记的T2噬菌体
放射性同位素标记法（分别标记蛋白质和DNA）
三、赫尔希、蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验
大肠杆菌＋含35S的培养基→ 含35S的细菌
②：标记噬菌体
噬菌体＋含35S的大肠杆菌→ 含35S的噬菌体
①：标记细菌
第一步：获得被标记的T2噬菌体
第二步：用 去感染 。
第三步：短时间培养，搅拌、离心，观察上清液和沉淀物的放射性
未被标记的大肠杆菌
标记的T2噬菌体
三、赫尔希、蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验
噬菌体侵染细菌的实验
被标记的噬菌体
侵染大肠杆菌
短时间保温后搅拌
离心
搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心：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。
35S标记的噬菌体
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
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
上清液放射性很高，沉淀物放射性很低
35S标记的噬菌体侵染细菌
实验结果
蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
原因分析
32P标记的噬菌体
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌
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
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
上清液放射性很低，沉淀物放射性很高
32P标记的噬菌体侵染细菌
实验结果
原因分析
搅拌不充分
理论上
上清液
沉淀物
其中一个
大肠杆菌
实际上
4.放射物分布情况误差分析
①误差分析：35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？
搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
保温时间长
理论上
上清液
沉淀物
实际上
部分噬菌体未侵染
大肠杆菌
部分噬菌体释放出来
释放
实际上
保温时间短
4.放射物分布情况误差分析
②误差分析：32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？
活动三：【小组讨论】下列实验结果能否直接证明
DNA是遗传物质？为什么？能否证明蛋白质不是？
第一组实验 35S标记蛋白质 放射性同位素分布在上清液中。
子代噬菌体无放射性
第二组实验 32P标记DNA 放射性同位素分布在沉淀物中。
子代噬菌体有放射性
结论：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。
噬菌体侵染细菌的实验
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
结论
放射性高
放射性低
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
◇DNA才是噬菌体的遗传物质
不能证明蛋白质不是遗传物质
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 ？
①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。
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。
当堂练习
3.某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，实验过程如图所示，下列有关分析不正确的是( ）
A.理论上，b和c中不应具有放射性
B.b含少量放射性与②过程搅拌不充分有关
C.c含有放射性与③过程中培养时间过长或过短有关
D.该实验证明了DNA是主要的遗传物质
D
4.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。
肺炎双球菌转化实验和噬菌体感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条件：
①能够精确地复制自己；
②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；
③具有贮存遗传信息的能力；
④结构比较稳定等。
当堂练习
肺炎链球菌 体内转化实验 肺炎链球菌 体外转化实验 噬菌体侵
染细菌实验
实验者
思路
分离方式
结论以及各实验的关系
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究其作用
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。
放射性同位素标记法：
标记DNA和蛋白质
更有力地说明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”,是体外转化实验的基础。
能否说明DNA是自然界所有生物的遗传物质？
三个经典实验对比
将S型细菌细胞提取物分别进行不同处理，单独观察其作用
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
患病
不患病
可提取得到病毒
不能提取得到病毒
：
RNA
蛋白质
如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
1.RNA是遗传物质的实验证据
四、DNA是主要的遗传物质
SARS病毒
艾滋病病毒（HIV）
COVID--19
流感病毒
埃博拉病毒
RNA可作为某些病毒的遗传物质
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
总结:
就整个生物界来说，绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的， 少数以RNA为遗传物质，所以DNA是主要的遗传物质。
四、DNA是主要的遗传物质
生物的核酸和遗传物质
生物类型 核酸种类 遗传物质 实例
有细胞结构的生物 真核生物 玉米、人
原核生物 乳酸菌、蓝藻
无细胞结构的生物 DNA病毒 噬菌体
RNA病毒 烟草花叶病毒
DNA 和RNA
DNA
DNA
DNA
RNA
RNA
5.下列关于遗传物质的说法，错误的是(　　)
①真核生物的遗传物质是DNA　
②原核生物的遗传物质是RNA　
③细胞核的遗传物质是DNA　
④细胞质的遗传物质是RNA　
⑤HIV病毒的遗传物质是DNA或RNA
A．①②③ B．②③④ C．②④⑤ D．③④⑤
C
当堂练习
课后作业
1.金太阳导学案对应的课后精炼重达标---固学案P29
2.用一张A4纸画出本节内容的详细思维导图
遗传物质
DNA是遗传物质的证据
RNA是遗传物质的证据
肺炎链球菌体内转化实验（格里菲思）
肺炎链球菌体外转化实验（艾弗里）
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯）
烟草花叶病毒侵染烟草的实验
课堂小结
DNA是主要的遗传物质
完结撒花
感谢聆听

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