资源简介

(共33张PPT)
染色体与DNA
肺炎链球菌
烟草花叶病毒
噬菌体侵染细菌
3.1 DNA是主要的遗传物质
学习目标
1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程（科学思维）。
2.说明DNA是主要的遗传物质（生命观念）。
3.说明自变量控制中“加法原理”和“减法原理”（科学思维）。
4.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用（科学思维、社会责任）。
学习重难点
教学重点：
1. 肺炎链球菌转化实验的原理和过程；
2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
教学难点：
1.肺炎链球菌转化实验的原理和过程；
2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
遗传物质的探讨
“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞”这一则谚语体现了遗传是生物的基本特征之一。
问题探讨
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。
讨论：
1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
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。
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等，合理即可。
蛋白质？
DNA？
对遗传物质的早期推测
时期：
蛋白质是生物体的遗传物质。
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子，氨基酸的多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
20世纪20年代
观点：
原因：
胰岛素的氨基酸排列顺序
对遗传物质的早期推测
时期：
DNA也具有遗传物质的特点
DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖，脱氧核苷酸由4种，每一种有一个特定的碱基。
20世纪30年代
观点：
认识：
五碳
糖
磷酸
含N碱基
A 腺嘌呤
T 胸腺嘧啶
C 胞嘧啶
G 鸟嘌呤
对遗传物质的早期推测
关于遗传物质的争论持续了很长时间，最终在一些确凿的、有说服力的实验论证下，这个争论终于尘埃落定，事实证明：DNA是主要的遗传物质。
让我们一起走进漫漫历史长河，感受科学家探索遗传物质的历程，见证科学的迷人风采吧。
Frederick Griffith
Oswald Theodore Avery
Alfred Hershey
Matha Chase
PART
01
肺炎链球菌的转化实验
● 肺炎链球菌特点
● 肺炎链球菌体内转化实验
● 肺炎链球菌体外转化实验
肺炎链球菌体内转化实验
1928年
时间
人物
格里菲思
荚膜 菌落 致病性 形态
R型菌
S型菌
肺炎链球菌
选材
无
有
表面粗糙
表面光滑
无
有
荚膜是某些细菌细胞壁外包围的一层胶状物质。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并消灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生存和繁殖。
肺炎链球菌体内转化实验
实验方案
格里菲思设置了4组实验：
第一组
注射R型活细菌
第二组
注射S型活细菌
第三组
注射加热致死的S型细菌
第四组
注射R型活细菌+
加热致死的S型细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡
小鼠不死亡
小鼠死亡
结果
肺炎链球菌体内转化实验
1. 第一、二两组实验在整个实验中起什么作用？
第一组和第二组实验起相互对比的作用，通过这两组实验的结果可知：R型细菌不会导致小鼠死亡，S型细菌会导致小鼠死亡。
2. 对比第二、三组实验，说明什么？
第二组和第三组实验起相互对比的作用，通过这两组实验的结果可知：S型活细菌会导致小鼠死亡，加热致死的S型细菌不会导致小鼠死亡。
肺炎链球菌体内转化实验
3. 第四组小鼠为何死亡？死亡小鼠体内能分离出S型活菌，说明什么？推测导致小鼠死亡的S型活菌是从哪里来的？
根据实验结果知道，第四组死亡小鼠体内分离出了S型活细菌，说明小鼠死亡原因是S型细菌致死。这说明S型死细菌与R型活菌混合可以产生S型活细菌。
推测其原因，可能是已经加热致死的S型细菌，含有某种转化因子。该转化因子可以促使R型活细菌转化为S型活细菌。
这种转化因子究竟是什么呢
肺炎链球菌体外转化实验
20世纪40年代
时间
人物
艾弗里和他的同事
实验方案
将加热致死的S型细菌破碎后，设法除去绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
第一组 第二组 第三组 第四组 第五组
实验处理 R型细菌+S细胞提取物 R型细菌+S细胞提取物+蛋白酶 R型细菌+S细胞提取物+RNA酶 R型细菌+S细胞提取物+酯酶 R型细菌+S细胞提取物+DNA酶
实验结果
R、S型
活细菌
R、S型
活细菌
R、S型
活细菌
R、S型
活细菌
R型活细菌
肺炎链球菌体外转化实验
实验分析
第一组实验可知：细胞提取物中加入R型活细菌会出现S型活细菌，这一点与格里菲思实验结果一致；
第二、三、四组实验可知：分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶除去细胞提取物中相应的蛋白质、RNA和脂质后，细胞提取物仍然有转化活性；
第五组实验可知：用DNA酶除去细胞提取物中相应的DNA后，细胞提取物失去了转化活性。
细胞提取物中的转化因子很可能是DNA！
肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性与DNA的极为相似；
于是，艾弗里提出了不同于当时大多数科学家的观点的结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
Oswald Theodore Avery
艾弗里的实验结论一经发表就引发了质疑，主要质疑的是：转化因子究竟是DNA还是与DNA混在一起的少量蛋白质。这确实是一个客观存在的情况，那怎么才能把蛋白质和DNA彻底分开呢？
PART
02
噬菌体侵染细菌实验
● t2噬菌体
● 噬菌体侵染细菌实验
噬菌体侵染细菌实验
1952年
时间
人物
赫尔希和蔡斯
实验材料
蛋白质
DNA
尾部
头部
T2噬菌体
结构组成：头部和尾部都是由蛋白质构成，头部含有DNA。
增殖特点：T2噬菌体侵染大肠杆菌后，会利用大肠杆菌体内的物质合成自身组成成分，进行大量增殖，增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量噬菌体。
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
噬菌体侵染细菌实验
噬菌体侵染细菌的过程
噬菌体侵染细菌实验
在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA 。要证明T2噬菌体的遗传物质究竟是DNA还是蛋白质，实验中最关键的设计思路是什么？
想办法将蛋白质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用。
如何将蛋白质和DNA分开？
分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。
蛋白质：C、H、O、N、S
DNA：C、H、O、N、P
放射性同位素标记法
噬菌体侵染细菌实验
实验步骤
第一步：获得标记的噬菌体：蛋白质用放射性同位素35S标记，DNA用放射性同位素32P标记；
能不能在培养基中加标记物对噬菌体直接进行标记？如何进行标记？
不能，噬菌体是病毒，只能在宿主细胞中才能生存和繁殖。
应该先用还有放射性同位素35S和32P的培养基培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体。
大肠杆菌＋含35S的培养基→ 含35S的大肠杆菌
大肠杆菌＋含32P的培养基→ 含32P的大肠杆菌
2．标记噬菌体
噬菌体＋含35S的大肠杆菌→ 含35S的噬菌体（A组）
噬菌体＋含32P的大肠杆菌→ 含32P的噬菌体（B组）
1．标记宿主细胞：大肠杆菌
噬菌体侵染细菌实验
实验步骤
第一步：获得标记的噬菌体；
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
A组：未标记的大肠杆菌＋含35S标记的噬菌体
B组：未标记的大肠杆菌＋含32P标记的噬菌体
搅拌目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心目的：让上清液析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
噬菌体侵染细菌实验
实验步骤
第二步：标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌；
第三步：经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、离心；
短时间保温目的：给噬菌体侵染细菌一定时间，但不导致细菌裂解。
噬菌体侵染细菌实验
实验步骤
第四步：离心后检查上清液和沉淀物的放射性。
实验结果
A组（35S标记蛋白质）：放射性同位素主要分布在上清液中；
B组（32P标记DNA）：放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中。
这说明了什么？
说明噬菌体侵染细菌时，DNA进入了宿主细胞，而蛋白质外壳留在了外面。
噬菌体侵染细菌实验
进一步观察发现：在细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记DNA，但不能检测到35S标记蛋白质。
这又说明了什么？
说明亲代噬菌体和子代噬菌体之间传递的物质是DNA。
DNA才是噬菌体的遗传物质！
1953年，赫尔希-蔡斯的实验与DNA双螺旋结构模型同时在冷泉港的学术会议上展示，自此，科学家才普遍接受了DNA是遗传物质。
思考 讨论：
（1）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。容易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20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
1. 艾弗里与赫尔希等人的实验选用了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？
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？
从自变量角度，艾弗里在每个实验组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，如何彻底地去除细胞中含有的某种物质。
思考 讨论：
艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。
科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。
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？
PART
03
烟草花叶病毒感染实验
● 烟草花叶病毒感染实验
● 科学方法：加法原理和减法原理
烟草花叶病毒感染实验
后来研究发现，遗传物质除了DNA外，还有RNA。有些病毒不含DNA，只含有RNA和蛋白质。
烟草花叶病毒
结构示意图
RNA
蛋白质外壳
RNA
分别侵染健康烟草植株
患病
得到全新病毒
不能得到病毒
不患病
蛋白质
实验结果表明：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
DNA是主要的遗传物质
常见的以RNA为遗传物质的病毒还有：
天花病毒
HIV病毒
冠状病毒
除了这些RNA病毒外，绝大多数的生物遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。
“加法原理”——与常态相比，人为施加某种影响因素；
例如：在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别加温、加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
“减法原理”——与常态相比，人为去除某种影响因素；
例如：在“艾弗里的肺炎链球菌转化”实验中，与对照组相比，实验组分别特异性地去除了一种物质。
课堂小结
肺炎链球菌转化实验
R、S型细菌特点
格里菲思体内转化实验
烟草花叶病毒侵染实验
补充RNA是遗传物质的实例
科学方法：加法原理和减法原理
艾弗里体外转化实验
T2噬菌体特点
噬菌体侵染细菌实验
噬菌体侵染细菌实验分析
噬菌体侵染细菌实验方案
谢
谢

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