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第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
孟德尔
摩尔根
生物的性状是由遗传因子（基因）决定的
基因位于染色体上
染色体主要由蛋白质和DNA组成
【问题探讨】 P42
遗传物质应具备的特点？
（1）结构比较 ；
（2）能储存大量 ；
（3）可准确 ，传递给下一代。
染色体＝DNA＋蛋白质
遗传信息
稳定
复制
在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢
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。
一、对遗传物质的早期推测 P42
20世纪30年代
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
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。
大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质
是吗？我不信！
艾弗里
赫尔希
格里菲思
1. 格里菲思——肺炎链球菌的体内转化实验
2. 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验
一、肺炎链球菌的转化实验
S型细菌 R型细菌
菌体
菌落
毒性
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
① 肺炎链球菌
② 小白鼠
多糖荚膜
——格里菲思
（1）实验材料：
1. 肺炎链球菌的体内转化实验
表面光滑
表面粗糙
有
无
P43
R型活菌
S型活菌
加热杀
死的S型菌
1. 肺炎链球菌的体内转化实验——实验过程
②S型活菌注射小鼠→小鼠___________；说明S型菌对小鼠____（有/无）致病性。
①R型活菌注射小鼠→小鼠___________；说明R型菌对小鼠_____（有/无）致病性。
③加热杀死S型菌注射小鼠→小鼠 ；说明死的S型菌对小鼠____（有/无）致病性。
死亡
有
不死亡
无
不死亡
无
P43
R型活菌
S型活菌
加热杀
死的S型菌
加热杀死的S型菌
＋R型活菌
R型活细菌
S型活细菌
S型死细菌
某种活性物质
推断：已经加热杀死的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
小鼠体内提取出S型活细菌和R型活细菌
1. 肺炎链球菌的体内转化实验——实验过程
P43
小试牛刀
（1）加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体中提取到的细菌全部是S型活细菌（　　）
（2）格里菲思的实验证明S型肺炎链球菌的DNA可以使小鼠死亡（　　）
×
×
加热致死的S型细菌内有什么物质呢？
问题激疑
加热致死的S型细菌
细胞膜（糖类、脂质和蛋白质）
DNA、RNA、蛋白质
设法将物质区分开，单独看其作用
研究大致思路：
（1）实验材料：
培养基、R型活细菌、S型细菌的细胞提取物、
蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶
（2）如何获得细胞提取物？提取物中含有什么？
将加热致死的S型细菌破碎，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
细胞提取物中主要含有少量蛋白质、脂质和RNA、DNA。
2. 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验
P44
结论： 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
DNA
2. 艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验
②没有蛋白质
③没有RNA
④没有脂质
没有DNA
P44
自变量控制中的“加法原理”与“减法原理”
“加法原理”和“减法原理”是在对照实验中，控制变量时可以采用的科学方法。
减法原理：在对照实验中，与常态比较，人为去除某种影响因素称为“减法原理”。
加法原理：在对照实验中，与常态比较，人为施加某种影响因素称为“加法原理”。
A. 在肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
B. 在比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，给予高温、施加酶、Fe3+等条件，观察实验结果
减法原理
加法原理
（单一变量）
P46
肺炎链球菌的转化实验体外转化实验的设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？
“转化因子”是 ， 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
实验结论
遵循单一变量原则和对照原则。
其巧妙之处在于：运用“减法原理”，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。
最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）
P44
DNA
DNA
知识建构
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
存在“转化因子”
“转化因子”是DNA
DNA
是
遗传物质
巩固训练
1. 肺炎链球菌的转化实验中，发现无致病性R型活细菌和被加热致死的有致病性S型细菌混合后，在小鼠体内找到了下列哪些类型的细菌（ ）
①有致病性R型细菌　
②无致病性R型细菌　
③有致病性S型细菌　
④无致病性S型细菌
A. ①②　　 B. ③④　　 C. ②③　　 D. ②④
C
2. 如图，在肺炎链球菌转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4号四支试管中，加入相应的物质，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是（ ）
A. 3和4 B. 1、3和4 C. 2、3和4 D. 1、2、3和4
D
3. 某研究人员模拟肺炎链球菌的转化实验，进行了以下3个实验：
①S型细菌的细胞提取物＋DNA酶与R型活细菌混合——注入小鼠体内
②加热致死的S型细菌与R型活细菌混合——注入小鼠体内
③S型细菌的DNA与高温加热后冷却的R型细菌混合——注入小鼠体内
以上3个实验中小鼠存活的情况依次是（ ）
A. 存活、存活、存活　　 B. 存活、死亡、存活
C. 死亡、死亡、存活　　 D. 存活、死亡、死亡
B
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的技术，完成了另一个有说服力的实验。
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。
思考：
有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
P44
（含C、H、O、N、S）
（含C、H、O、N、P）
（含S）
（含P）
——用32P标记
——用35S标记
噬菌体结构模式图
三、噬菌体侵染细菌的实验
1. T2噬菌体
（病毒）
（1）组成：
蛋白质外壳
DNA
（2）生活方式：
专门寄生于大肠杆菌中
P44、45
（3）噬菌体侵染细菌的过程：
T2噬菌体只提供遗传物质(DNA)作为模板，脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大肠杆菌提供。
吸附
注入
复制、合成
组装
释放
侵入别的细菌
P45
与未标记的
细菌混合，保温
上清液：
沉淀物：
未进入细菌的噬菌体
被侵染的大肠杆菌
标记噬菌体
搅拌后离心
检测上清液和沉淀中的放射性
思考：
（1）搅拌和离心的目的分别是什么？
（2）上清液和沉淀物中分别是什么？
（3）实验能否用32P和35S同时标记噬菌体？
2. 赫尔希和蔡斯的实验过程
不能，因为放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定是哪种元素的放射性；若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
P45
大肠杆菌
大肠杆菌
噬菌体
噬菌体
①用35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA
2. 赫尔希和蔡斯的实验过程
（4）能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？
不能，噬菌体只能寄生在活细胞中，不能在培养基上存活。
P45
分别用35S或32P标记噬菌体侵染未标记大肠杆菌
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
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
上清液放射性很
沉淀物放射性很
子代噬菌体中无35S
上清液放射性很
沉淀物放射性很
子代噬菌体中含32P
高
低
低
高
②实验过程：
P45
35S标记的实验 32P标记的实验
标记部位
放射性情况 上清液
沉淀物
有无放射性原因
蛋白质
很高
DNA
很低
蛋白质未进入细菌中
DNA进入细菌中
很高
很低
③ 实验结果：
④实验结论：
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。
P45、46
用35S标记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
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
噬菌体侵染细菌的实验
回看
①实验中采用搅拌和离心等手段，目的是：
②仅有图上的实验过程， （能或不能）说明蛋白质不是遗传物质，原因是 。
让噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌（内含噬菌体的DNA分子）分离。
不能
蛋白质外壳没有进入细菌体内
35S标记的噬菌体
P45
用35S标记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
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
③35S标记的实验发现沉淀物中也有放射性，可能是什么原因造成的？
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。
35S标记的噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
回看
P45
32P标记的噬菌体
④32P标记的实验发现上清液中也有放射性，可能是什么原因造成的？
培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；
培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
噬菌体侵染细菌的实验
回看
P45
肺炎双球菌 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，单独地研究它们遗传功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。
直接分离:
分别加入到R型菌中
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
目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
思考： 只有DNA是遗传物质吗
下面这些生物的遗传物质是什么？
P46
RNA
RNA是遗传物质的实验证据
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
烟草花叶病毒组分单独侵染烟草实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
P46
格里菲思的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
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是烟草花叶病毒的遗传物质
DNA是细胞生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据表明
更多实验证据表明
DNA是主要的遗传物质
支持
转化因子是DNA
【归纳】不同生物体内遗传物质的区别
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 DNA和RNA DNA 玉米、小麦、人
原核生物 乳酸菌、蓝细菌、大肠杆菌
无细胞结构的生物 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体、乙肝病毒
RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒、新型冠状病毒、艾滋病病毒
DNA是主要的遗传物质。
P46
1.（1）动物和人体的遗传物质是什么？
（2）烟草的遗传物质是什么？
（3）细菌的遗传物质是什么？
（4）一切生物的遗传物质是什么？
（5）病毒的遗传物质是什么？
DNA或RNA
DNA
DNA
DNA
核酸（DNA或RNA）
课堂练习：
2. 下列有关核酸与遗传物质关系的叙述中，不正确的是(　　)
A. DNA是绝大多数生物的遗传物质
B. 有些生物的遗传物质是RNA
C. 在真核生物中，DNA和RNA都是遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质
D. 核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质
3. 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，运用的科学方法主要是（　）
A. 模型构建法 B. 取样器取样法
C. DNA测序法 D. 同位素标记法
C
D
4. 如图是赫尔希和蔡斯“噬菌体侵染细菌实验”的部分实验过程图解。下列叙述正确的是（　　）
A. 将噬菌体培养在含32P标记的培养基中可获得被32P标记的噬菌体B. 实验中上清液中含有放射性的原因可能是搅拌不充分C. 保温时间过短或过长都会影响上清液中放射性的高低，且影响相同D. 若用细菌与含35S标记的噬菌体混合液进行实验，充分搅拌会使结果与图示一致
C
5. 请根据噬菌体侵染细菌的实验过程，回答下列问题。（1）噬菌体作为该实验的材料，它具有 的特点。它是否属于生命系统的结构层次 。
说明理由 。（2）噬菌体寄生大肠杆菌中，由大肠杆菌提供 （答出三点即可）合成子代噬菌体。（3）该实验在设计思路上的关键点是 。（4）该实验，证实了进入大肠杆菌的只是噬菌体DNA，而大肠杆菌破裂后，释放出很多子代噬菌体，体现了DNA的哪些功能？ 。
结构简单，只含有蛋白质和DNA
不属于
病毒一旦离开了活细胞，病毒就无法进行生命活动
脱氧核苷酸、氨基酸、能量、酶
设法将DNA和蛋白质分开，研究各自的效应
DNA是噬菌体的遗传物质

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