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第三章 基因的本质
第一节 DNA是主要的遗传物质
一.遗传物质的探索
历史的步伐
DNA

蛋白质
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
科学家的足迹
遗传物质是蛋白质还是DNA
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
作为遗传物质，应该具备哪些特点？
你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独地、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。
(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。
蛋白质
DNA
一.遗传物质的探索
一.对遗传物质的早期推测
氨基酸之间脱水缩合形成肽链
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
一.对遗传物质的早期推测
20世纪30年代
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
——DNA也可能是遗传物质
脱氧核苷酸的排列顺序可能蕴含着遗传信息
DNA大分子
脱氧核苷酸
脱氧核苷酸聚合
二.肺炎链球菌的转化实验
项目 S型细菌 R型细菌
菌体
菌落
致病性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 Rough
无致病性
有致病性
有多糖类荚膜
1.了解肺炎链球菌
无荚膜
容易被吞噬细胞吞噬并杀灭
可抵抗吞噬细胞的吞噬,利于生活并繁殖
二.肺炎链球菌的转化实验
2.实验过程
第一组
第二组
死亡
第三组
不死亡
第四组
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
死亡
不死亡
死亡
不死亡
体内转化
二.肺炎链球菌的转化实验
对比第一、第二组的实验现象，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。
对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？
加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。
第一组
第二组
死亡
第三组
不死亡
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
二.肺炎链球菌的转化实验
本实验能得出什么结论？
已经加热制死的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。
第四组
死亡
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
第四组小鼠为什么会死亡？
活的R型细菌转变了活的S型细菌
体内分离出的的S型细菌来自哪里？
体内有活的S型细菌的作用
什么使R型细菌转变成活的S型细菌
加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。
活R
死S
活S
转化因子
加热杀死S型细菌使蛋白质等生物大分子失去活性，但DNA分子没有失活。
部分
二.肺炎链球菌的转化实验
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
要进一步证明哪种物质是转化因子，实验中最关键的设计思路是什么？用什么方法分离？
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？
设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
通过”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。
蛋白酶
RNA酶
DNA酶
酯酶
多糖酶
1.实验思路与方法
二.肺炎链球菌的转化实验
2.实验过程
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
+
混合
R型细菌
S型细菌
第一组
蛋白酶(或RNA酶、酯酶)
+
混合
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
R型细菌
S型细菌
第二至四组
+
混合
DNA酶
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
只长R型细菌
第五组
结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
既证明了完整的DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质
被转化为S型菌只是少量,培养基中R型菌占多数
体外转化
二.肺炎链球菌的转化实验
3.实验转化的原理和实质
转化的原理和实质
转化原理
转化实质
加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活；DNA在加热过程中，双链解开，当缓慢冷却后，其结构可恢复。
S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
基因重组
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。
二.肺炎链球菌的转化实验
科学方法
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。
该实验的设计遵循哪些原理
遵循单一变量原则和对照原则。
三.噬菌体侵染细菌的实验
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
实验要如何设计才更具有说服力呢？
质疑
三.噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体
专门寄生在大肠杆菌体内的病毒
(1)代谢:
(2)组成:
蛋白质外壳和DNA
蛋白质
DNA
尾部
头部
T2噬菌体的模式图
DNA
头部
尾部
DNA
蛋白质
40%
60%
注入
合成
组装
释放
(3)繁殖:
吸附
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
三.噬菌体侵染细菌的实验
合成子代T2噬菌体的DNA
合成子代T2噬菌体的蛋白质
模板：
原料：
原料：
场所：
大肠杆菌的氨基酸
大肠杆菌的核糖体
大肠杆菌提供的4种脱氧核苷酸
亲代噬菌体的DNA
三.噬菌体侵染细菌的实验
2.实验方法
(1)标记方法：
放射性同位素标记法
DNA
(C、H、O、N、P)
（C、H、O、N、S等）
蛋白质
头部
尾部
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
(2)分离方法：
离心法
三.噬菌体侵染细菌的实验
3.实验过程
(1)标记T2噬菌体：
含有35S的培养基+大肠杆菌
含35S的大肠杆菌
噬菌体侵染
含35S的噬菌体
含有32P的培养基+大肠杆菌
含32P的大肠杆菌
噬菌体侵染
含32P的噬菌体
不能直接培养
三.噬菌体侵染细菌的实验
3.实验过程
(2)标记的噬菌体分别侵染细菌：
搅拌后离心
35S标记的噬菌体
35S标记的噬菌体与未标记细菌混合
离心后
上清液
沉淀物
上清液的放射性很高
沉淀物的放射性很低
细菌裂解
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌,留在外面
有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面
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噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
（短时间保温）
侵染:保证噬菌体DNA进入大肠杆菌(一代以内)
三.噬菌体侵染细菌的实验
3.实验过程
(2)标记的噬菌体分别侵染细菌：
搅拌后离心
32P标记的噬菌体
32P标记的噬菌体与未标记细菌混合
离心后
上清液的放射性很低
沉淀物的放射性很高
细菌裂解
在新形成的部分噬菌体中检测到32P
上清液
沉淀物
用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
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噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
T2噬菌体的DNA进入了大肠杆菌
(1)保温时间过短,部分噬菌体还未侵染细菌；
(2)保温时间过长,部分子代噬菌体已经释放。
（短时间保温）
侵染:保证噬菌体DNA进入大肠杆菌(一代以内)
三.噬菌体侵染细菌的实验
3.实验结果
（1）两组实验初代大肠杆菌内放射性的分布情况，说明：
子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。
噬菌体侵染细菌时,DNA 进入细菌的细胞中,而蛋白质仍留在细胞外。
（2）子代噬菌体有标记的DNA，却没有35P标记蛋白质，说明：
4.实验结论
DNA才是噬菌体的遗传物质
补充：不能证明蛋白质不是遗传物质，但能证明DNA能够指导
蛋白质的合成。
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，单独地研究它们遗传功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。
酶解法:
分别加入到R型菌中
同位素标记法：
标记DNA和蛋白质
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”
三.噬菌体侵染细菌的实验
三个经典实验的比较
三.噬菌体侵染细菌的实验
证明DNA是遗传物质的实验
讨论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？
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？
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？
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。
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）
艾弗里技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
赫尔希技术手段：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。
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。
四.生物的遗传物质
1.烟草花叶病毒侵染烟草的实验
烟草花叶病毒 、烟草。
蛋白质
RNA
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
烟草花叶病毒的遗传物质是 ，不是 。
RNA
蛋白质
(2)实验过程：
(1)实验材料：
(3)结论：
(只含有 和 )
四.生物的遗传物质
TMV 2
RNA 2
蛋白质 2
蛋白质 1+RNA 2
TMV 2
TMV 1
RNA 1
蛋白质 1
蛋白质 2+RNA 1
TMV 1
烟草花叶病毒重建实验示意图
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
拓 展
四.生物的遗传物质
SARS病毒
艾滋病病毒
少数病毒的遗传物质是RNA
COVID--19
流感病毒
埃博拉病毒
四.生物的遗传物质
细胞生物
非细胞生物
(病毒)
原核生物
真核生物
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
DNA是主要的遗传物质
提醒：
具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。
DNA和RNA
DNA或RNA
生物
作为遗传物质，应该具备哪些特点？
④能储存大量的遗传信息。
蛋白质
DNA
四.生物的遗传物质
①结构比较稳定,但是在特殊情况下能发生可遗传变异。
②能自我复制,使得前后代具有一定的连续性。
③指导蛋白质的合成，控制生物体的性状和新陈代谢过程。
四.生物的遗传物质
不同生物的遗传物质
是主要的遗传物质，因为实验证明 生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。
生物类型 病毒 原核生物 真核生物
体内核酸种类 ____________ ___________ DNA和RNA
体内碱基种类 __种 种 种
体内核苷酸种类 种 种 种
遗传物质 ___________ ______ ______
实例 T2噬菌体、 烟草花叶病毒 乳酸菌、 蓝细菌 玉米、小麦、人
DNA或RNA
DNA和RNA
4
5
5
4
8
8
DNA或RNA
DNA
DNA
DNA
绝大多数

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