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(共38张PPT)
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？
通过对科学家揭示DNA是遗传物质过程的分析，你对科学发现的过程和方法有哪些领悟？
3.1 DNA是主要的遗传物质
对遗传物质的早期推测
这两种物质，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物界激烈的讨论。你认为遗传物质可能具有什么特点？
1.储存大量的遗传信息
2.可以准确地复制，并传递给下一代
3.结构比较稳定等
历时回顾
孟德尔豌豆杂交实验：
发现了遗传的两大定律
给“遗传因子”新的名字：
基因
约翰逊命名：
提出基因在染色体上的假说
萨顿：
摩尔根：
通过果蝇实验证明基因位于染色体上
科学家发现:
染色体主要组成成分是蛋白质和DNA
对遗传物质的早期推测
20世纪30年代：
DNA是由4种脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。4种脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏遗传信息。
20世纪20年代：
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。21种氨基酸排列顺序蕴藏遗传信息。
蛋白质
基本单位：常见的21种氨基酸
核酸
基本单位：4种脱氧核苷酸
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
对DNA的结构没有清晰的了解
使人们意识到DNA的重要性
一、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
1.科学家：
格里菲思
2.实验材料：
肺炎链球菌、小鼠
项目 S型细菌 Smooth R型细菌 Rough
菌落 毒性
菌体
有荚膜有毒
表面光滑
无荚膜无毒
表面粗糙
荚膜
Q1：荚膜的化学本质是什么？
Q2：荚膜有什么作用？
多糖
对细菌起保护作用
一、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
不死亡
注射R型
活细菌
说明R型细菌无毒
死亡
说明S型细菌有毒
注射S型
活细菌
不死亡
说明加热致死的S型细菌无毒
注射加热致死的S型细菌
死亡
说明什么？
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
实验过程（P43图3—2）：
一、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
Q1：第四组小鼠为什么会死亡呢？
体内有活的S型细菌的作用
Q2：第四组中分离出的S型活菌，是加热杀死的S型细菌复活了吗？为什么？
不是，通过第三组可以排除这种可能
Q5：这种转化产生的S型活细菌的后代也是有致病性的S型细菌，这说明什么？
一、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
Q3：大胆猜测第4组活的S型细菌如何出现？
R型活菌 S型活菌
转化
“转化因子”
这种性状的转化是可以遗传的
Q4：格里菲思的肺炎链球菌转化实验能说明DNA是遗传物质吗？
不能
“转化因子”是什么？
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
Q：转化因子究竟是什么物质？如何设计这个实验？
分离提纯
酶处理
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
实验设计思路
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。
因此可用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。
含R型细菌的培养基
分别加入
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
加法原理
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
含R型细菌的培养基
提取液
全部加入
加入酶除去特定物质
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
减法原理
科学方法 —“加法原理”和“减法原理”（P46）
减法原理
加法原理
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：“比较过氧化氢在不同条件下的
分解”
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：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”
每个实验组特异性去除了一种物质，
从而鉴定出DNA是遗传物质。
对照组
实验组
实验组
实验组
对照组
实验组
实验组
二、艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
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
二、艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
Q2:第一组实验结果说明什么？
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。
Q3：加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
Q4：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。
水解蛋白质、RNA、酯类
Q5：为什么第五组培养皿中只有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。
结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定
遗传变化的物质
Q1：实验的变量是什么？
不同种类的酶
二、艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
基因重组
R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？
S型菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型菌转化成S型菌
实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。
活细菌全部S型吗？
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。
比较两个肺炎链球菌的转化实验
项目 肺炎链球菌体内转化实验 肺炎链球菌体外转化实验
科学家
培养细菌 体内培养 体外培养
巧妙构思 用加热杀死的 和 活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化 每个实验组用 特异性地去除S型细菌细胞提取物中的一种物质，然后培养R型活菌，看能否发生转化
观察指标
实验结论 已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种促使R型活菌转化为S型活菌的活性物质——“ ” 是S型细菌的遗传物质
蛋白质等其他物质不是遗传物质
联系 ①所用材料相同，都是 ； ②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有 ，体外转化实验进一步说明 ； ③实验设计都遵循 原则 小鼠
培养基
转化因子
DNA
某种“转化因子”
“转化因子”是DNA
R型和S型肺炎双球菌
对照原则、单一变量
S型细菌
R型
酶解法
小鼠是否死亡及体内是否有活的S菌
培养基中菌落类型
格里菲思
艾弗里
肺炎链球菌的转化实验
①格里菲斯-肺炎链球菌转化实验（体内转化实验）
②艾弗里-肺炎链球菌转化实验（体外转化实验）
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型细菌的活性物质——转化因子
DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质
实际上，艾弗里实验中无法真正去除蛋白质，纯度最高时仍存在0.02%蛋白质和DNA混在一起，因此有人对实验结论表示怀疑。
Q：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？
艾弗里
三、噬菌体侵染细菌的实验
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新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。
赫尔希 蔡斯
一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒
1.实验材料：
T2噬菌体
选用T2噬菌体做实验材料的优点P46：
①结构简单：
无细胞结构，只有核酸（DNA）和蛋白质外壳
②繁殖快：
病毒短时间内可大量繁殖
③严格寄生生物：
专门寄生在大肠杆菌体内
三、噬菌体侵染细菌的实验
2.噬菌体的繁殖过程： → → → →
特性：T2噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞，蛋白质外壳留在外面
吸附
注入
合成
组装
释放
噬菌体借尾丝吸附在细菌表面。
把DNA注入到细菌细胞。
利用细菌的化学成分、酶系统和核糖体合成出噬菌体的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。
三、噬菌体侵染细菌的实验
3.T2噬菌体增殖的场所是哪里？
增殖产生子代的遗传物质来自谁？
所需原料、主要条件有哪些？
由谁提供？
大肠杆菌细胞内
T2噬菌体
脱氧核苷酸、氨基酸、酶、ATP等
宿主细胞——大肠杆菌
总结：
T2噬菌体增殖过程中：
T2噬菌体只提供遗传物质作为模板
合成子代所需场所、原料、酶、ATP等都由大肠杆菌提供
三、噬菌体侵染细菌的实验
同位素标记法
哪一种物质进入了大肠杆菌体内？
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
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
同位素标记法
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
主要组成元素
C、H、O、N、P
主要组成元素
C、H、O、N、S
4.实验方法:
三、噬菌体侵染细菌的实验
同位素标记法
4.实验方法:
Q1：是同时还是分别用32P和35S标记噬菌体？为什么
分别标记。因为若用32P和35S同时标记噬菌体，DNA和蛋白质同时被标记，离心后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
Q2：能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？为什么？
不能。噬菌体是病毒，其生命活动离不开活细胞，无法单独在培养基上存活
Q3：如何标记噬菌体？
先标记细菌
含35S的大肠杆菌
含32P的大肠杆菌
再标记噬菌体
含35ST2的噬菌体
含32PT2的噬菌体
含35S的培养基+大肠杆菌
+T2噬菌体
含32P的培养基+大肠杆菌
+T2噬菌体
三、噬菌体侵染细菌的实验
同位素标记法
4.实验方法:
Q4：带标记的T2噬菌体去侵染什么样的大肠杆菌呢？
无放射性标记的细菌
无放射性标记的细菌
三、噬菌体侵染细菌的实验
5.实验过程（图3—6）：
阅读教材P45分析：
1.归纳实验步骤？
2.保温目的？
搅拌目的？
离心目的？
3.离心后的上清液中是什么？
沉淀中是什么？
4.放射性如何分布？
子代噬菌体能否检测到放射性？
三、噬菌体侵染细菌的实验
5.实验过程（图3—6）：
标记细菌
标记
噬菌体
标记噬菌体侵染未标记细菌
（短时间保温）
搅拌
离心
观察放射性的分布
“短时间”：促使噬菌体充分侵染细菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体
“保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性
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
上清液
沉淀物
T2噬菌体
大肠杆菌
三、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果（预期理论结果）：
放射性？
上清液
放射性？
沉淀物
放射性？
子代噬菌体
放射性？
上清液
放射性？
沉淀物
放射性？
子代噬菌体
有放射性
无放射性
无放射性
有放射性
无放射性
部分有放射性
三、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果（实际）：
搅拌不充分，导致少量含35S的噬菌体蛋白质外壳还吸附在细菌表面，离心时随细菌到沉淀物中
原因
35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因
三、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果（实际）：
32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因
原因
三、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果（实际）：
32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因
保温时间长
理论上
上清液
沉淀物
部分释放出来
未来得及侵染
实际上
释放
保温时间短
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖，后子代噬菌体释放出来；
①保温时间过短，部分噬菌体DNA还未侵染到细菌细胞内；
三、噬菌体侵染细菌的实验
7.实验结论：
标记部位 35S标记的蛋白质 32P标记的DNA
放射性情况 上清液 很高 很低
沉淀物 很低 很高
子代噬菌体 没有检测到35S 检测到32P
DNA是T2噬菌体的遗传物质
Q1：两组实验大肠杆菌内放射性的分布情况说明什么？
亲代噬菌体的DNA传递给了子代噬菌体，蛋白质则没有
蛋白质外壳未进入大肠杆菌中，DNA进入到大肠杆菌中
Q2：子代噬菌体有标记的DNA，却没有标记的蛋白质。说明什么？
Q3：噬菌体侵染细菌实验能证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质吗？
不能，因为噬菌体的蛋白质外壳未注入细菌细胞质内,无法判断
P46思考·讨论
Q：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：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，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。
赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。
三个经典实验的对比
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
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们的功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是。
酶解法:
分别加入到R型菌中
放射性同位素标记法：
分别标记DNA和蛋白质
证明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
格里菲思
艾弗里及其同事
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”
DNA是唯一的遗传物质吗？
四、DNA是主要的遗传物质
冠状病毒因其形态在电镜下观察类似“王冠” 而得名。2019新型冠状病毒(2019-nCoV)和2003年非典期间致病的冠状病毒(SARS-CoV)以及2012年中东沙特发现的中东呼吸综合征(MERS)致病的冠状病毒(MERS-CoV)均属于冠状病毒。
冠状病毒的遗传物质是RNA，此外小儿麻痹病毒、脑炎病毒、流感病毒和艾滋病病毒等的遗传物质都是RNA。
四、DNA是主要的遗传物质
SARS病毒
艾滋病病毒
少数病毒不含DNA，只含蛋白质和RNA
流感病毒
埃博拉病毒
烟草花叶病毒(TMV)
被烟草花叶病毒感染的烟草
如何实验探究呢？
四、DNA是主要的遗传物质
烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验
蛋白质
RNA
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
RNA
蛋白质
分别侵染健康烟草植株
四、DNA是主要的遗传物质
烟草花叶病毒重建实验示意图
蛋白质1
TMV2
RNA2
蛋白质2
蛋白质1+RNA2
TMV2
TMV1
RNA
蛋白质2+RNA1
TMV1
结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
四、DNA是主要的遗传物质
细胞结构生物
非细胞结构生物（病毒）
（含有DNA和RNA）
（含有DNA或RNA）
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质为
RNA
遗传物质为
DNA
真核生物
原核生物
生物
生物界中绝大多数生物的遗传物质是DNA
DNA是主要的遗传物质
注意：
对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质
对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字
小结
DNA是主要的遗传物质
格里菲斯的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
转化因子是什么
加热杀死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是烟草花病毒的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据
更多实验证据
练习与应用（P47）
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
D
一、概念检测
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
A
练习与应用（P47）
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。
实验表明噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质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。
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：①能够精确的自我复制；②能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程；③具有储存遗传信息的能力；④结构比较稳定，等等。

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