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(共37张PPT)
第3章　基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质　
问题探讨
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。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？
P42
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
01
对遗传物质的早期推测
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
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。
20世纪20代
20世纪30年代
没发现其他大分子有类似的结构特点。
蛋白质是生物体的遗传物质
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
对遗传物质的早期推测
DNA是遗传物质的证据
赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验
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
格里菲思
艾弗里
赫尔希
蔡斯
02
肺炎链球菌的转化实验
1.科学家：
格里菲斯【英】
2.实验材料：
肺炎链球菌、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
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
不死亡
死亡
不死亡
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体内转化实验
说明加热致死的S型细菌无毒
说明S型细菌有毒
说明R型细菌无毒
说明R型细菌转化成了S型细菌
格里菲思推论：
已经加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化成为S型活细菌的活性物质------转化因子
R型菌
S型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
转化因子究竟是什么物质？
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
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？
究竟哪一个才是转化因子呢？
思考：
艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
“酶解法”，将物质一个个排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
应用场景：对照实验
加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。
（eg. 比较过氧化氢在不同条件下的分解实验）
减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。
（eg. 艾弗里的肺炎链球菌转化实验）
实验过程：
破碎加热杀死的S型细菌，设法去除绝大部分的糖类、蛋白质和脂质
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质（转化因子）。
实验结论：
艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
实验过程归纳
结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
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；
1.艾弗里的体外转化实验同时证明了蛋白质等不是遗传物质；
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：
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
体内转化实验 体外转化实验
科学家 格里菲思 艾弗里及其同事
培养场所
对照设置
实验结论
联系 小鼠体内
培养基
将R型与S型细菌的毒性对照
S型细菌各成分的作用进行对照
S型细菌中存在某种转化因子让R→S
DNA才是使R型菌
产生稳定遗传变化的物质
材料相同；体内转化实验是体外转化实验的基础
03
噬菌体侵染细菌实验
1. 实验者：
赫尔希和蔡斯
2. 实验材料：
T2噬菌体
噬菌体侵染细菌实验
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
侵入别的细菌
合成
组装
释放
吸附
注入
噬菌体侵染大肠杆菌过程
噬菌体侵染细菌实验
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
3.实验方法：放射性同位素标记法
组成元素
蛋白质:
DNA：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
35S
32P
怎样标记噬菌体呢？
噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体
噬菌体侵染细菌实验
① 培养带标记的噬菌体：
4.实验过程
含放射性同位素35S
培养大肠杆菌
大肠杆菌35S
T2噬菌体35S
培养噬菌体
含放射性同位素32P
培养大肠杆菌
大肠杆菌32P
T2噬菌体32P
培养噬菌体
噬菌体侵染细菌实验
4.实验过程:②噬菌体侵染大肠杆菌
标记的T2噬菌体
侵染大肠杆菌
搅拌
离心并检测放射性
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噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
短时间保温
噬菌体侵染细菌实验
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
35S标记的噬菌体
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
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
噬菌体侵染细菌实验
说明蛋白质没有进入大肠杆菌；
子代噬菌体不具有亲代噬菌体的蛋白质。
32P标记的噬菌体
子代噬菌体中含32P
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
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
结论：DNA是真正的遗传物质
噬菌体侵染细菌实验
注意：不能说蛋白质不是遗传物质。
说明DNA进入大肠杆菌；
子代噬菌体具有亲代噬菌体提供的DNA。
35S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。
32P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？
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
思考：
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。
思考：
实验能不能用32P和35S同时标记噬菌体？
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？
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。
繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
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？
艾弗里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。
最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）
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：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
思考·讨论
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。
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 减法原理
同位素标记法
S型细菌的提取物加酶与
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）
两个经典实验的比较
RNA是遗传物质的实验证据
烟草花叶病毒
左：正常烟叶 右：病叶
1.烟草花叶病毒侵染烟草实验
如果让你设计证明RNA也是遗传物质，你会怎么做？
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
得到全新病毒
不能得到病毒
：
RNA
蛋白质
患病
不患病
烟草花叶病毒侵染烟草实验
DNA是主要的遗传物质
细胞生物含有DNA和RNA
病毒含有
DNA或RNA
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质是DNA
遗传物质是RNA
绝大多数生物的
遗传物质是DNA
判断：酵母菌的遗传物质主要是DNA。
因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所有说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。
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：能够精确地自我复制；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的过程；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定等等。

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