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(共43张PPT)
必修二 遗传与进化
遗传：亲子之间以及子代个体之间性状存在相似性，表明性状可以从亲代传递给子代，这种现象称为遗传
遗传物质：亲代与子代之间传递遗传信息并且能够控制生物性状物质。
1.能够携带大量的遗传信息
2.分子结构具有相对的稳定性
3.能够自我复制，在前后代之间传递遗传信息
4.能控制蛋白质的合成，进而控制生物的性状和新陈代谢
5.能产生可遗传的变异
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。
问题探讨
对遗传物质的早期推测
1、20世纪20年代认为蛋白质是生物体的遗传物质
①蛋白质中_____________________________，可能蕴含着遗传信息。
②当时没有发现其他生物大分子有类似的结构特点
③蛋白质可以直接“控制”生物的性状和代谢。
氨基酸多种多样的排列顺序
2、20世纪30年代人们认识了DNA的组成
①只是认识到了DNA的分子的组成
DNA是由许多____________聚合而成的生物大分子。
脱氧核苷酸
②由于对_______的结构不清楚，认为________是遗传物质的观点仍占主导地位。
DNA
蛋白质
对遗传物质的早期推测
肺炎链球菌的转化实验（格里菲斯—小鼠体内培养）
肺炎链球菌的转化实验（艾弗里—体外培养）
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素标记法）
DNA是遗传物质
科学家们对遗传物质的探索历程
肺炎链球菌 (肺炎双球菌)
S（Smooth）型：菌落光滑，菌体有多糖类的荚膜，是有毒性的球形菌，可以使人患肺炎或小鼠患败血症。
R（Rough）型：菌落粗糙，菌体无多糖的荚膜，是无毒的球形菌。
一、肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲思：肺炎链球菌体内转化实验
一、肺炎链球菌的转化实验
肺炎链球菌 菌落 荚膜 毒性
R型细菌菌落
S型细菌菌落
粗糙
光滑
无
有
无
有
1.格里菲思：肺炎链球菌体内转化实验
①两种肺炎链球菌的比较
荚膜
某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质，主要成分是多糖。
无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物后，容易被吞噬细胞吞噬消灭，有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
小鼠不死亡
小鼠死亡，
体内分离出S型活细菌
小鼠死亡，
体内分离出S型活细菌
小鼠不死亡
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
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
第一组
第二组
第三组
第四组
S型活细菌
对照组
实验组
1.格里菲思：肺炎链球菌体内转化实验
②实验过程
R型活细菌
加热致死的S型细菌
无毒
S型活细菌（有毒）
实验结论：已经被加热杀死的S细菌中，
必然含有某种促成这一转化的活性物质（转化因子）。
这种转化因子究竟是什么物质呢
1.格里菲思：肺炎链球菌体内转化实验
无毒
2.艾弗里：肺炎链球菌体外转化实验
①实验思路：
设法逐步去除S型细菌的各组分后分别与R型活细菌混合培养，观察是否具有转化活性。
思考：如何去除细菌各组分？
蛋白酶 —— 去除蛋白质
RNA酶 —— 去除RNA
酯酶 —— 去除脂质
DNA酶 —— 去除DNA
②过程：肺炎链球菌的(体外)转化实验示意图
2.艾弗里：肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里的肺炎链球菌转化实验过程和结论
组别 处理步骤 结果 结论
1 S型细菌的细胞提取物，不做处理 加入R型活细菌的培养基中，混合后培养
2 S型细菌的细胞提取物+蛋白酶 3 S型细菌的细胞提取物+RNA酶 4 S型细菌的细胞提取物+酯酶 5 S型细菌的细胞提取物+DNA酶 R+S
R+S
R+S
R+S
R
DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质。
进一步的提纯转化因子:↗蛋白质+R型无毒细菌→小鼠存活S型活细菌→DNA+R型无毒细菌 →小鼠死亡↘多糖+R型无毒细菌→小鼠存活DNA的纯度越高，转化就越有效“转化因子”是DNA结论：DNA是遗传物质2.艾弗里：肺炎链球菌体外转化实验
科学方法
自变量控制中的”加法原理”和“减法原理”
1.加法原理
①与常态比较，人为增加某种影响因素。
②在”比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加热、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
2.减法原理
①与常态比较，人为去除某种影响因素。
②在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。

讨论
②从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路（巧妙之处）是什么？
从控制自变量的角度: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)。
在实际操作过程中最大的困难是什么？
加热致死的作用原理：
蛋白质和核酸对高温的耐受力是不同的。
在80-100℃的温度内，蛋白质变性失活，DNA双链解开；当温度降至55 ℃以下时，DNA双链能够重新恢复原状，
而蛋白质的活性不能恢复。
R型活细菌
加热致死的S型细菌
无毒 无毒
S型活细菌（有毒）
1952，Hershey & Chase 用T2噬菌体做材料，利用同位素示踪法进行实验。
事件
T2噬菌体：
结构特点：无细胞结构，
只含有DNA和蛋白质，
且两种物质是分开的。
生活特性：
T2噬菌体专性寄生在大肠杆菌体内，侵染进入细菌体内，在自身遗传物质的指导下，利用细菌物质合成自身物质，组装子代噬菌体进行增殖，一定时间后释放出大量子代噬菌体。
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
过程
控制者
原料
合成场所 提供者
能量
T2噬菌体DNA
大肠杆菌
尾部
头部
DNA
蛋白质
思考：如何将噬菌体的DNA和蛋白质分开分别观察其作用？
(C、H、O、N、P)
(C、H、O、N、S)
(放射性)同位素标记
32
35
如何将噬菌体的DNA和蛋白质分别标记上放射性同位素呢？
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
放射性同位素标记法
再用标记好的大肠杆菌去培养噬菌体
实验方法：
含35S的培养基 + 大肠杆菌 → 被35S标记的大肠杆菌
含32P的培养基 + 大肠杆菌 → 被32P标记的大肠杆菌
首先标记大肠杆菌
被35S标记
的噬菌体
→
噬菌体
+
被35S标记
的大肠杆菌
→
大肠
杆菌
含35S的
培养基
+
被32P标记
的噬菌体
→
噬菌体
+
被32P标记
的大肠杆菌
→
大肠
杆菌
含32P的
培养基
+
被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
如果35S进入大肠杆菌，那么…….
如果32P进入大肠杆菌，那么…….
设想
蛋白质是遗传物质。
DNA是遗传物质。
怎样才能知道同位素所标记的物质是否进入了大肠杆菌体内？
检测放射性：
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
放射性同位素发出的射线与物质相互作用时会产生电离和激发效应。可以通过专用探测器来检测这些射线，并据此判断放射性的存在、放射性同位素的性质和强度。
过程
控制者：
原料
合成场所 提供者
能量
T2噬菌体的DNA
大肠杆菌
T2噬菌体：
结构特点：无细胞结构，只含有DNA和蛋白质，且两种物质是分开的。
生活特性：
T2噬菌体专性寄生在大肠杆菌体内，侵染进入细菌体内，在自身遗传物质的指导下，利用细菌物质合成自身物质，组装子代噬菌体进行增殖，一定时间后释放出大量子代噬菌体。
尾部
头部
DNA
蛋白质外壳
(C、H、O、N、P)
32
35
(C、H、O、N、S)
放射性同位素标记法
再用标记好的大肠杆菌去培养噬菌体
实验方法：
含35S的培养基 + 大肠杆菌 → 被35S标记的大肠杆菌
含32P的培养基 + 大肠杆菌 → 被32P标记的大肠杆菌
首先标记大肠杆菌
被35S标记
的噬菌体
→
噬菌体
+
被35S标记
的大肠杆菌
→
大肠
杆菌
含35S的
培养基
+
被32P标记
的噬菌体
→
噬菌体
+
被32P标记
的大肠杆菌
→
大肠
杆菌
含32P的
培养基
+
被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
过程
1.分别标记噬菌体
2. 标记噬菌体侵染普通细菌：
分别用DNA标记被32P或蛋白质被35S标记的T2噬菌体去感染未标记大肠杆菌。
3.检测放射性：
经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌，离心，上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，
而沉淀物是重量较重的细菌，其中含有被感染的细菌。
DNA被32P标记T2噬菌体
或蛋白质被35S标记的T2噬菌体
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
35S标记
的噬菌体
35S标记的噬菌体与细菌混合
上清液的
放射性很高
沉淀物的
放射性很低
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
①用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
2.实验过程及结果
小结：
T2噬菌体的蛋白质外壳并没进入大肠杆菌内，也没遗传给子代噬菌体。
32P标记
的噬菌体
32P标记的噬菌体与细菌混合
上清液的
放射性很低
沉淀物的
放射性很高
在新形成的噬菌体中检测到32P
②用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
小结：
T2噬菌体的DNA进入大肠杆菌内,并且遗传给子代噬菌体。
再用标记好的大肠杆菌去培养噬菌体
首先标记大肠杆菌
被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌
2. 标记噬菌体侵染普通细菌：
1.分别标记噬菌体
3.检测放射性：
短时间的保温
搅拌
离心
上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，
沉淀物是重量较重的细菌
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
实验结论
35S标记的实验 32P标记的实验
标记部位
放射性情况 上清液 很高 很低
沉淀物 很低 很高
子代噬菌体 无 有
说明
蛋白质
DNA
蛋白质未进入细菌中,
子代噬菌体也没有
DNA进入细菌中
子代噬菌体中含有
子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的DNA遗传的。
DNA才是噬菌体的遗传物质。
在噬菌体亲代与子代之间具有连续性的是DNA
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
① 35S标记的噬菌体 → 侵染细菌 → 搅拌
→离心 → 放射性检测
② 32P标记的噬菌体 → 侵染细菌 → 搅拌
→离心 → 放射性检测
上清液
沉淀物
上清液
沉淀物
高
低
低
高
①.用35S标记实验时,沉淀物出现少量放射性
搅拌不充分,有少量噬菌体的蛋白质外壳仍吸附在大肠杆菌表面,随大肠杆菌离心到沉淀物中,使沉淀物中出现少量的放射性.
②.用32P标记实验时,上清液出现少量放射性
保温时间过长或过短
过短，一部分噬菌体没有将DNA注入到细菌内，经离心后也会分布在上清液中,会使上清液放射性含量升高.
过长,噬菌体在大肠杆菌体内增殖后释放出子代噬菌体
实验结果的分析
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）
艾弗里实验和赫尔希等人的实验设计思路有共同之处，他们最关键的实验设计思路是什么？
肺炎双球菌转化实验 T2噬菌体侵染细菌实验 思路相同 处理方法区别
设法将DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。
酶解法分离：分别加入DNA酶、蛋白质酶 等与R型细菌混合培养
同位素标记法:
分别用32P标记DNA、
35S蛋白质
3、噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素示踪法）

讨论
①艾佛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？
细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点：
个体很小，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。

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？
启示：科学成果的取得必须有技术手段作为保证，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。
艾弗里实验 细菌的培养技术、
物质的提纯与鉴定技术等
赫尔希实验 噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提取与分离技术等
肺炎双球菌的转化实验（格里菲斯—小鼠体内培养）
肺炎双球菌的转化实验（艾弗里—体外培养）
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希、蔡斯的同位素标记法）
DNA是遗传物质
推论：S菌体内含有某种“转化因子”
将DNA与其他物质分开，分别进行实验，单独观察实验结果。
科学家们对遗传物质的探索历程
是否所有生物的遗传物质都是DNA？
烟草花叶病毒示意图
图(左)和电镜照片(右)
RNA
蛋白质外壳
思考：
如何证明烟草花叶病毒(TMV)的遗传物质是RNA？
设法将RNA和蛋白质分开，
直接地去观察RNA或蛋白质的作用。
科学家们对遗传物质的探索历程
4.烟草花叶病毒的侵染实验
侵染
侵染
结果
结果
RNA
蛋白质
1、侵染实验：
用烟草花叶病毒的RNA单独去侵染，烟草______，
用烟草花叶病毒的蛋白质单独去侵染烟草，烟草________。
患病
不患病
科学家们对遗传物质的探索历程
A型TMV
B型TMV
侵染
侵染
4.烟草花叶病毒的重建侵染实验
B型TMV
A型TMV
2、重组侵染实验：用A型烟草花叶病毒的RNA和B型烟草花叶病毒的蛋白质组成的新病毒侵染烟草，产生的后代为：_______烟草花叶病毒；用A型烟草花叶病毒的蛋白质和B型烟草花叶病毒的RNA组成的新病毒侵染烟草，产生的后代为：_______烟草花叶病毒；
A型
B型
1、侵染实验：用烟草花叶病毒的RNA单独去侵染，烟草______，用烟草花叶病毒的蛋白质单独去侵染烟草，烟草________。
2、重组侵染实验：用A型烟草花叶病毒的RNA和B型烟草花叶病毒的蛋白质组成的新病毒侵染烟草，产生的后代为：_______烟草花叶病毒；用A型烟草花叶病毒的蛋白质和B型烟草花叶病毒的RNA组成的新病毒侵染烟草，产生的后代为：_______烟草花叶病毒；
3、结论：________是遗传物质，________不是遗传物质
患病
不患病
A型
B型
RNA
蛋白质
总结：烟草花叶病毒侵染和重建实验
4.烟草花叶病毒的侵染实验
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
DNA是主要的遗传物质
总结
提醒：具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，
不能加“主要”二字。
生物类型 病毒 原核生物 真核生物
体内核酸的种类 DNA或RNA DNA和RNA DNA和RNA
碱基种类 4 5 5
核苷酸种类 4 8 8
遗传物质 DNA或RNA DNA DNA
示例 烟草花叶病毒、 噬菌体 大肠杆菌 人
因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，
所以说DNA是主要的遗传物质。
第1节 DNA是主要的遗传物质
总结

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