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(共33张PPT)
孟德尔
生物的性状由遗传因子控制
摩尔根
基因位于染色体上
我们仍然很难放弃这个可爱的假设:就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。
——摩尔根《基因论》
第3章 基因的本质
1.遗传物质应具备哪些条件
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
①应能够储存大量的遗传信息
②可以准确地复制，可以传递给下一代
③可以控制生物的性状
④结构比较稳定
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。
20世纪20年代，人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
到了20世纪30年代，人们才认识到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。组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
一、DNA是遗传物质的证据
快速阅读课本43~46页，思考:
(1)教材介绍了几个与“DNA是遗传物质”相关的经典实验 这些实验选择的生物实验材料分别是什么
实验一：肺炎链球菌(体内)转化实验 (1928年，格里菲思)
材料:肺炎链球菌、小鼠
实验二：肺炎链球菌(体外)转化实验 (20世纪40年代，艾弗里)
材料:肺炎链球菌
实验三：噬菌体侵染细菌实验 (1952年，赫尔希、蔡斯)
材料:噬菌体，大肠杆菌
肺炎链球菌:
粗糙菌落(R)
光滑菌落(S)
R型菌无致病性
R型菌缺乏荚膜，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭
S型菌有致病性
S型菌细胞壁外有一层多糖构成的荚膜，可以抵御吞噬细胞的吞噬
R型细菌：菌体没有多糖类的英膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙不会使人或小鼠患病，因此无致病性。
S型细菌：菌体有多糖类的英膜，在培养基上形成的菌落表面光滑。有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。
实验一：肺炎链球菌(体内)转化实验 (1928年，格里菲思)
注射S型活细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
注射R型活细菌
小鼠不死亡
小鼠不死亡
注射加热致死的S型细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
将R型细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
+
第一组
第二组
第三组
(1)第一组、第二组实验的作用是什么
(2) 第二组中，从死亡小鼠体内分离出S型活细菌，说明什么
(3)如何解释第三组的实验结果
小鼠不死亡
注射S型活细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
注射R型活细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
注射加热致死的S型细菌
将R型细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
+
小鼠不死亡
注射S型活细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
注射R型活细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
注射加热致死的S型细菌
将R型细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
+
对照实验
使小鼠死亡的确实是S型活细菌
加热可看作是灭菌，使S型活细菌死亡，因此不具有毒性，小鼠体内也确实没有肺炎链球菌
实验一：肺炎链球菌(体内)转化实验 (1928年，格里菲思)
注射S型活细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
注射R型活细菌
小鼠不死亡
小鼠不死亡
注射加热致死的S型细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
将R型细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
+
(1)依据第一组和第三组的实验结果，预测第四组的实验结果。
第一组
第三组
第四组
第四组
R型活细菌
S型活细菌
加热杀死的S型细菌
某 种活 性物 质
Ⅹ
无荚膜
无致病性
有荚膜
有致病性
推断: 已经加热杀死的S型细菌中，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
可以控制生物的性状
可以复制，并能传递给下一代
遗传物质
如何设计实验寻找S型肺炎链球菌的遗传物质呢？
聚焦S型肺炎链球菌
寻找“物质”
“分”
将组成S型肺炎双球菌的物质(即：DNA、RNA、蛋白质、脂质、多糖等)分开
加热致死的
S型细菌破碎
去除大部分糖类、蛋白质和脂质
细胞提取物
分别与
R型活细菌混合培养
R型+S型
加入蛋白质酶
R型+S型
加入脂酶
R型+S型
加入DNA酶
R型
实验二：肺炎链球菌(体外)转化实验 (20世纪40年代，艾弗里)
加入RNA酶
R型+S型
加热致死的S型细菌破碎
去除___________
细胞提取物
分别与R型活细菌混合培养
加入蛋白质酶
加入脂酶
加入________
R型
加入RNA酶
R型
+
S型
R型
+
S型
R型
+
S型
R型
+
S型
①
②
③
④
⑤
加热致死的S型细菌破碎
去除___________
细胞提取物
分别与R型活细菌混合培养
加入蛋白质酶
加入脂酶
加入________
R型
加入RNA酶
R型
+
S型
R型
+
S型
R型
+
S型
R型
+
S型
①
②
③
④
⑤
①蛋白质、RNA、脂质不是S型细菌的遗传物质。
②DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
③DNA只有保持分子结构稳定才能行使遗传功能。
实验二：肺炎链球菌(体外)转化实验 (20世纪40年代，艾弗里)
实验能得出怎样的结论
(1)结构: 头部和尾部的外壳由________构成，头部内含有_______
(2) 增殖特点: 在自身遗传物质的作用下，利用__________体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
DNA
蛋白质
头部
尾部
蛋白质
DNA
大肠杆菌
(3)与大肠杆菌的关系:___________:
寄生关系
DNA
蛋白质
头部
尾部
实验三：噬菌体侵染细菌实验 (1952年，赫尔希、蔡斯)
DNA
蛋白质
头部
尾部
实验设计思路：
DNA
蛋白质
头部
尾部
实验三：噬菌体侵染细菌实验 (1952年，赫尔希、蔡斯)
①用放射性同位素对噬菌体的蛋白质外壳和DNA________(分别/同时)进行标记
②让被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌
分别
③一段时间后，通过搅拌将细菌和留在细菌表面的噬菌体残留部分分开，通过离心使大肠杆菌沉积在试管底部，噬菌体残留部分位于上层
④对沉积物(大肠杆菌)和上层清液(噬菌体残留部分)进行检测、对比，从而确定进入大肠杆菌的遗传物质噬菌体的哪一个组分！
DNA
蛋白质
头部
尾部
思考：
DNA
蛋白质
头部
尾部
实验三：噬菌体侵染细菌实验 (1952年，赫尔希、蔡斯)
①如何获得蛋白质与DNA分别被标记的噬菌体呢？
在分别含有放射性同位素和放射性同位素的培养基中培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养噬菌体，得到蛋白质含有标记或DNA含有标记的噬菌体。
含的噬菌体+大肠杆菌→上清液放射性____
沉淀物放射性____
DNA
蛋白质
头部
尾部
实验步骤：
DNA
蛋白质
头部
尾部
实验三：噬菌体侵染细菌实验 (1952年，赫尔希、蔡斯)
第一步
标记大肠杆菌
大肠菌+含的培养基→含______的大肠杆菌
高
大肠菌+含的培养基→含______的大肠杆菌
第二步
获得被标记噬菌体
噬菌体+含的大肠杆菌→含______的噬菌体
噬菌体+含的大肠杆菌→含______的噬菌体
第三步
被标记噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌
含的噬菌体+大肠杆菌→上清液放射性_____
沉淀物放射性_____
高
低
低
DNA
蛋白质
头部
尾部
DNA
蛋白质
头部
尾部
实验三：噬菌体侵染细菌实验 (1952年，赫尔希、蔡斯)
标记的
噬菌体
标记的
噬菌体
细菌裂解，新形成的
部分噬菌体中检测到
细菌裂解，新形成的
噬菌体中没有检测到
①噬菌体分别
被或标记
②被标记的噬菌体侵染未标记的细菌
③搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质
上清液
放射性很低
上清液
放射性很高
沉淀物
放射性很高
沉淀物
放射性很低
标记的
噬菌体
标记的
噬菌体
细菌裂解，新形成的
部分噬菌体中检测到
细菌裂解，新形成的
噬菌体中没有检测到
①噬菌体分别
被或标记
②被标记的噬菌体侵染未标记的细菌
③搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质
上清液
放射性很低
上清液
放射性很高
沉淀物
放射性很高
沉淀物
放射性很低
思考：为什么步骤②选择未被标记的大肠杆菌为噬菌体的侵染对象？
保证后续检测的放射性完全来自噬菌体中的放射性物质。
思考：噬菌体与大肠杆菌混合后为何要短时间保温
使噬菌体充分侵染大肠杆菌。
思考：搅拌、离心的目的分别是
搅拌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心使上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒及噬菌体的残留物外壳，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
思考：标记的一组，放射性同位素主要分布在上清液中， 标记的一组，放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中，说明了什么？
噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在了细胞外
思考：细菌裂解释放出的噬菌体当中可以检测到 标记的DNA，但是不能检测到 标记的蛋白质，说明了什么？
子代噬菌体不具有由亲代提供的蛋白质; 但具有由亲代噬菌体提供的DNA
实验过程及结果：
亲代噬菌体 侵染前的大肠杆菌细胞 侵染后的大肠杆菌细胞 子代噬菌体
第一组实验 含的蛋白质 + 含 的DNA 含 的蛋白质 + 含的DNA
第二组实验 含 的蛋白质 + 含的DNA 含 的蛋白质 + 含的DNA
含的蛋白质
+
含 的DNA
含的蛋白质
+
含 的DNA(部分)
含 的蛋白质
+
含的DNA
含 的蛋白质
+
含的DNA
实验结论：
噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍然留在细胞外。因此，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
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
噬菌体侵染细菌的过程：
搅拌时间过短或者不充分会怎样？
两组放射性都主要出现在沉淀物中
思考：
噬菌体侵染细菌的过程：
保温时间过长或过短对最终检测的放射性分布有什么影响
过长或过短，两组放射性都主要出现在上清液中
思考：
讨论：
（1）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
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
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。
（2）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
(1)个体小，结构简单，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，便于进行遗传相关研究
二、RNA是遗传物质的证据:
结合肺炎链球菌转化实验及噬菌体侵染实验，思考如何证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA 说说你的实验思路。
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
被感染的烟叶
正常的烟叶
核酸是细胞内携带遗传信息的物质
RNA
蛋白质外壳
讨论：1956年，康拉特烟草花叶病毒 (TMV) 侵染烟草实验
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
（2）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
完整病毒
蛋白质
外壳
RNA
RNA+
RNA酶
单独感染
单独感染
单独感染
单独感染
烟草
烟草
烟草
烟草
提取
分离
提取
分离
有
病斑
有
病斑
无
病斑
无
病斑
讨论：1956年，康拉特烟草花叶病毒 (TMV) 侵染烟草实验
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
①吸附
②注入
③合成
④组装
⑤释放
（2）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
实验结论:
烟草花叶病毒的RNA是遗传物质，蛋白质不是。
(2) RNA需保持结构完整，才能行使遗传功能
生物类型 所含核酸 遗传物质 举例
细胞 生物 真核生物 酵母菌、人、玉米等
原核生物 细菌、蓝藻
非细胞生物 大多数病毒 T2噬菌体
极少数病毒 艾滋病病毒、流感病毒、脑炎病毒、SARS病毒
DNA和RNA
仅有DNA
仅有RNA
DNA
DNA
RNA
总结：
1.研究人员模拟肺炎链球菌的转化实验，进行了如下实验，实验对应结果错误的是 （ ）
A. S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射到小鼠体内，小鼠存活
B. R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射到小鼠体内，小鼠死亡
C. R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌DNA→注射到小鼠体内，小鼠死亡
D. S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌DNA→注射到小鼠体内，小鼠存活
C
2.噬菌体侵染细菌后形成了子代噬菌体，子代噬菌体的蛋白质外壳的原料来自于（ ）
A.代噬菌体外壳 B.子代噬菌体外壳
C.噬菌体的化学成分 D.细菌的化学成分
D
3.关于T2噬菌体的叙述，正确的是 ( )
A. T2噬菌体的核酸和蛋白质中含磷元素
B. T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中
C. T2噬菌体的遗传物质是RNA和DNA
D. T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖
D
4.将R型细菌和加热杀死的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠体内S型菌和R型菌的含量变化如图所示。下列有关叙述不正确的是（ ）
A．可以不需要使用显微镜鉴别菌种
B．曲线ab段下降的原因是R型菌被小鼠的免疫系统所消灭
C．曲线bc上升与S型菌使小鼠发病后免疫力下降有关
D．S型菌的DNA整合后，R型菌可直接表达出荚膜多糖并转化为S型菌
D

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