资源简介

(共42张PPT)
3.1 DNA是主要的遗传物质
第三章
基因的本质
遗传物质的探索
1
提出“遗传因子”，并总结遗传规律
孟德尔
2
把“遗传因子”命名为基因
约翰逊
3
提出基因在染色体上的假说
萨 顿
4
实验证明基因位于染色体上
摩尔根
染色体的主要组成成分是 DNA和蛋白质
5
科学家发现
20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。
1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
问题探讨
遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定，等等。
20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些
问题探讨
例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现，等等。
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，人们认识到人体内的蛋白质是由多种氨基酸通过脱水缩合而来，而且氨基酸多种多样的排列顺序中可能蕴藏着遗传信息。
1、对蛋白质的认识
20世纪30年代：DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
但由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，
人们认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2、对DNA的认识
1、肺炎链球菌
类型 R型 S型
菌体 无荚膜
有荚膜
菌落 表面粗糙 表面光滑
毒性/原理 无致病性 有致病性，使人和小鼠患肺
炎，小鼠并发败血症死亡
二、肺炎链球菌体内转化实验
2、体内转化实验（格里菲思）
（1）过程：
分析：
①②对照：
②③对照：
R活 无毒 S活 有毒
S活 有毒 S死 无毒
拓展—
加热致死的作用原理
1、蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。
2、在80~100℃的温度范围内，蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。
3、在80~100℃的温度范围内，DNA双链解开；当温度降至55℃以下时，DNA双链能够重新恢复，进而恢复活性。但蛋白质活性不能恢复。
▲什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
加热杀死的S型细菌中，含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”，使活的R型细菌发生了转化
▲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？
说明转化的性状可以遗传
▲第四组小鼠为什么会死亡呢？
体内有活的S型细菌的作用
▲第四组活的S型细菌如何出现？
部分活的R型细菌转变成了活的S型细菌
（2）结论
格里菲思推断 : 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。
多糖
加热杀死
的S型细菌
脂类
蛋白质
RNA
DNA
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟转化因子是什么？
思考讨论:
三、肺炎链球菌体外转化实验
20世纪40年代，艾弗里和他的同事
消化糖的酶
破碎加热致死的S型细菌
有机试剂
去除部分蛋白质、脂类等
去除分解糖类的酶
有机试剂
分解糖类物质
1、制备S型细菌的细胞提取液
S型细菌的提取物
与含有R型细菌的培养基混合
培养基中出现两种菌落
与含有R型细菌的培养基混合
添加蛋白酶
培养基中出现两种菌落
与含有R型细菌的培养基混合
培养基中出现两种菌落
与含有R型细菌的培养基混合
培养基中出现两种菌落
添加RNA酶
添加酯酶
与含有R型细菌的培养基混合
培养基中没有出现S型菌落
添加DNA酶
未处理
2、过程
从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？
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。
▲第一组的实验结果说明什么？
说明S型细菌的细胞提取物中含有转化因子
▲实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
分别除去S型细菌细胞提取物中的蛋白质、RNA和酯类物质，以明确这些物质是不是转化因子
▲第一至第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
▲第五组用DNA酶处理S型细菌的细胞提取物之后再与R型活细菌混合培养，为什么培养皿中只有R型细菌？
DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构稳定，使其丧失转化功能
4、实验结论
三、肺炎链球菌体外转化实验
1）DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
2）蛋白质等其他物质不是遗传物质。
注意：
该实验不能证明DNA是主要的遗传物质。
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”。
例如：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，实验组分别作加热、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。
1.S型细菌的DNA可使小鼠死亡。( )
2.艾弗里实验中自变量的控制采取了减法原理。( )
3.格里菲思的实验结果没有具体证明哪一种物质是遗传物质。( )
4.艾弗里的实验证明转化因子是DNA。( )
×
√
√
√
肺炎链球菌的转化实验
一些科学家质疑的主要是转化因子究竟是DNA还是和DNA混在一起的少量蛋白质。他们选择质疑，既与“细胞提取物不够纯”的实际情况有关，还与当时科学界深信蛋白质是遗传物质密不可分。
艾弗里的结论一经发表就引发质疑
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？
DNA
蛋白质外壳
1、实验材料：T2噬菌体（病毒）
四、噬菌体侵染细菌的实验
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。
（赫尔希与蔡斯）
T2噬菌体侵染细菌的过程
吸附
注入
合成
组装
释放
（1）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。
（2）噬菌体不是整个进入大肠杆菌体内。
（3）研究表明：空壳噬菌体能吸附但不能产生子代噬菌体，因此空壳噬菌体不含遗传物质，遗传物质在侵染时注入了大肠杆菌体内。
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
噬菌体借尾丝吸附在细菌细胞壁
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
组成元素
C、H、O、N、P
主要组成元素
C、H、O、N、S
2、实验方法:
3、过程：
思考：能否用含35S、32P的培养基分别直接培养噬菌体的蛋白质和DNA？不能，请写出培养的过程？
+
培养
培养
35S标记的 _______
32P标记的 _______
T2噬菌体
T2噬菌体
T2噬
菌
体
+
培养
含32P的
_________
大肠杆菌
含32P的细菌培养基
大肠杆菌
含35S的
_________
大肠杆菌
含35S的细菌培养基
+
培养
大肠杆菌
甲组
乙组
注意：必须分两组分别标记进行实验，不能同时对噬菌体既标记35S又标记32P。
T2噬
菌
体
+
(1)甲组
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
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
上清液放射性很高
实验分析
上清液放射性很高说明？
T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。
沉淀物出现放射性原因？
搅拌不完全，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面。
使吸附在细菌上的噬菌体和细菌分离
让上清液析出质量较轻的噬菌体，而沉淀物留下较重的被侵染的大肠杆菌
特别注意：不是使DNA和蛋白质分离
(2)乙组
32P标记的噬菌体
部分子代噬菌体中含32P
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
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
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。
沉淀物放射性很高说明？
上清液出现放射性原因？
培养（保温）时间较短，少数噬菌体还未侵染细菌。
实验分析
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
想一想：这一结果说明了什么？
部分有32P标记的DNA
无35S标记的蛋白质
子代噬菌体体内有亲代噬菌体的DNA，但没有其蛋白质。
4、实验结论
1）子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。
2）DNA能进行自我复制，DNA可以控制蛋白质的合成。
（5）如果第二组（32P标记的噬菌体）保温时间过短或过长，会对实验结果产生什么影响？
上清液会出现较高的放射性，原因是培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；或培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
延伸思考
（1）本实验采用的对照方法是什么？
　对比实验(相互对照)。
（2）实验过程中，两次涉及大肠杆菌，这两次涉及的大肠杆菌有什么区别？
第一次是有标记的大肠杆菌，第二次是未被标记的大肠杆菌。
（3）能否用3H、14C标记噬菌体？
不能，因为C、H是DNA和蛋白质的共有元素，无法确认被标记的是何种物质。
（4）如果第一组（35S标记的噬菌体）搅拌不充分，会对实验结果产生什么影响？
沉淀物会出现较高的放射性，原因是搅拌不充分导致部分噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
1.某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，进行了以下4个实验：
①用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌　
②未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌　
③用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌　
④用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌
一段时间后离心，以上4个实验检测到放射性的主要部位是　　
A．沉淀、沉淀、沉淀和上清液、沉淀和上清液
B．沉淀、沉淀、沉淀和上清液、沉淀
C．沉淀、上清液、沉淀、沉淀和上清液
D．上清液、上清液、沉淀和上清液、上清液
B
阿尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）和助手玛莎·蔡斯（女）（Martha Chase）的这项研究分享1969年诺贝尔生理学或医学奖。
思考.讨论（P46）
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？
【参考答案】
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。
思考.讨论（P46）
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？
【参考答案】
1）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。
2）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（P46）
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？
【参考答案】
1）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。
赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、放射性同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。
2）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。
5.噬菌体侵染细菌实验比肺炎链球菌转化实验更具有说服力。（ ）
6.T2 噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。（ ）
7.分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体。（ ）
8.离心管的沉淀物中主要是被侵染的大肠杆菌。（ ）
×
√
√
√
生物的遗传物质
蛋白质
RNA
烟草花叶病毒的示意图(上)和电镜照片(下)
烟草花叶病毒的示意图(上)和电镜照片(下)
只有DNA是遗传物质吗
有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA。
如烟草花叶病毒
五、RNA是遗传物质的实验证据
实验1：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
五、RNA是遗传物质的实验证据
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
实验2 烟草花叶病毒重建实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
拓 展
细胞生物：（细胞核、细胞质）
DNA
RNA：RNA病毒（只有RNA，无DNA），仅限于某些病毒的遗传物质（烟草花叶病毒、艾滋病病毒、流感病毒、新冠病毒等）
DNA病毒（只有DNA，无RNA）
DNA、RNA同时存在
DNA是主要的遗传物质
遗传物质
核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA。因此，DNA是主要的遗传物质。
“主要”：是针对生物界的所有生物。
当具体为某一种生物时，DNA/RNA就是某生物的遗传物质。
9.DNA是所有生物的遗传物质( )
10.酵母菌的遗传物质主要是DNA( )
11.病毒的遗传物质是DNA或RNA( )
12.艾滋病病毒的遗传物质是DNA或RNA( )
×
√
×
×
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TMV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
1、能够准确地自我复制并传递给下一代
2、能够指导蛋白质的合成，控制生物体的性状和新陈代谢的过程
3、具有储存遗传信息的能力
4、具有稳定的双螺旋结构
DNA作为遗传物质具备的特点：
[2017·全国卷Ⅰ] 根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。
简要写出(1)实验思路 (2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
答案
(1)思路
甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)结果及结论
若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。

展开更多......

收起↑