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第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
问题探讨
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：基因在染色体上
摩尔根证明基因在染色体上
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
遗传物质是蛋白质还是DNA
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代：
氨基酸 多肽 蛋白质
认为蛋白质是生物体的遗传物质
20世纪30年代：
4种脱氧核苷酸
DNA
蛋白质是生物体主要的遗传物质观点仍占主导地位。
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
A
脱氧核糖
T
脱氧核糖
C
脱氧核糖
G
脱氧核糖
挑战
？
艾弗里
VS
艾弗里提出挑战的证据是什么？
1.科学家：
格里菲斯【英】
2.实验材料：
肺炎链球菌、小鼠
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
二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
第一组
不死亡
第二组
死亡
第三组
不死亡
第四组
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
合作探究：
1.对比第一、二组的实验现象，说明了什么？
2.对比第二、三组的实验现象，说明了什么？
3. 第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型细菌从哪里来？
R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。
加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
加热杀死的 S型菌
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
格里菲思推论：
已经加热致死的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。
【典例1】格里菲思在小鼠身上进行了著名的肺炎链球菌转化实验，下列关于该实验的结论，错误的是 (　　)
A．说明肺炎链球菌的遗传物质是DNA
B．说明R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌
C．说明R型活细菌是无毒性的
D．说明加热致死的S型细菌是无致病性的
A
哪种物质是转化因子？
加热杀死的S型细菌
多糖
DNA
蛋白质
脂类
？
RNA
三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
（把各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。）
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”。
1、实验设计思路：
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，制成细胞提取物
2、自变量控制的原理：p46
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
S型细菌
R型细菌
②-④
⑤
①
结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
实验过程：
1、某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验，进行了以下4个实验：
①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠
②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是(　)
存活、死亡、存活、存活　
跟踪训练
2、在肺炎双球菌的转化实验中，在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中，依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是(　　)
A．3和4 B．1、3和4 C．2、3和4 D．1、2、3和4
D
被转化的R型细菌只是少量
有没有比细菌结构更为简单的实验材料？
赫尔希
实验者：
赫尔希、蔡斯
实验材料：
T2噬菌体
实验方法：
放射性同位素标记
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。
有
1. 实验者：
赫尔希和蔡斯
2. 实验材料：
T2噬菌体
四、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
四、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？
放射性元素分别标记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？
四、噬菌体侵染细菌实验
培养大肠杆菌
培养T2噬菌体
噬菌体-蛋白质（ 35S）
含32P培养基
含35S培养基
培养大肠杆菌
培养T2噬菌体
大肠杆菌（32P）
噬菌体-DNA（ 32P）
大肠杆菌（35S）
① 培养带标记的噬菌体：
四、噬菌体侵染细菌实验
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
四、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。
②噬菌体侵染大肠杆菌
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。
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
四、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。
2、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。
3、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：
1、能不能用14C和15N同位素来标记噬菌体？
不能，因为C、N这些元素是蛋白质和DNA共有的元素，不能把DNA和蛋白质分开。
【典例1】(不定项)某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，过程如图所示。下列有关分析不正确的是(　　)
A．理论上，b和c中不应具有放射性
B．实验中b含少量放射性与过程①中培养时间过长或过短有关
C．实验中c含有放射性与过程④中搅拌不充分有关
D．该实验证明了DNA是遗传物质
BC
2.科学家用含15N的培养基培养大肠杆菌，再用该大肠杆菌培养T2噬菌体，待大肠杆菌解体后，15N（ ）
A．不出现在子代噬菌体中
B．仅发现于子代噬菌体的DNA中
C．发现于子代噬菌体的外壳和DNA中
D．仅发现于子代噬菌体的外壳中
C
3.噬菌体在细菌体中合成自己的蛋白质需要（ ）
A.噬菌体的DNA和氨基酸
B.噬菌体的DNA和细菌的氨基酸
C.细菌的DNA和氨基酸
D.细菌的DNA和噬菌体的氨基酸
B
五、RNA是遗传物质的实验证据
背景知识
烟草花叶病毒（TMV）是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。
烟草花叶病毒
左：正常烟叶 右：病叶
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
1.烟草花叶病毒侵染烟草实验
生物类型 所含核酸 遗传物质 举例
细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌
原核生物 细菌、蓝细菌
非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体
RNA病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
RNA
DNA
2.DNA是主要的遗传物质：绝大多数生物的遗传物质是_____，只有极少数生物的遗传物质是_____。因此，_____是主要的遗传物质。
DNA
RNA
DNA
D
【典例】下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是(　　)
A．豌豆的遗传物质主要是DNA
B．HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸
C．T2噬菌体的遗传物质含有硫元素
D．酵母菌的遗传物质主要分布在细胞核中
具体的某种生物的遗传物质的化学本质是唯一确定的，豌豆的遗传物质是DNA
酵母菌的遗传物质是DNA,DNA主要分布在细胞核中，细胞质（如线粒体）中，也有少量DNA。
【针对训练】烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别感染健康烟叶，结果如图乙。科学家将不同病毒的遗传物质与蛋白质重新组合形成“杂种病毒”，然后感染健康烟叶，如图丙。依据实验，下列推论正确的是(　　)
C
A．图甲实验结果说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶
B．图乙实验结果说明TMV的蛋白质外壳能感染烟叶
C．图丙实验结果是烟叶被感染，并且出现b病斑
D．杂种病毒产生的子代具有TMV的蛋白质外壳

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