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(共67张PPT)
第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
问题探讨
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种
物质，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物界激烈的讨论。
讨论：你认为遗传物质可能具有什么特点？
①储存大量的遗传信息。
②可以准确地复制，并传递给下一代。
③结构比较稳定等。
着丝粒
DNA
蛋白质
染色体
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子；
氨基酸多种多样排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
没发现其他生物大分子有类似的结构特点
时间：20世纪20年代——蛋白质是生物体的遗传物质
对遗传物质的早期推测
时间：20世纪30年代——蛋白质是遗传物质的观点占主导地位
对遗传物质的早期推测
①DNA（全称：脱氧核糖核酸，是生物大分子）②DNA的基本单位—脱氧核糖核苷酸
P
含N碱基
脱氧
核糖
O
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
T 胸腺嘧啶
含有元素：C H O N P
时间：20世纪30年代——蛋白质是遗传物质的观点占主导地位
DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子；
脱氧核苷酸化学组成包括磷酸、脱氧核糖、碱基；
脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。
但是，对DNA结构没有清晰认识。
对遗传物质的早期推测
一.格里菲思--肺炎链球菌的体内转化实验
二.艾弗里----肺炎链球菌的体外转化实验
三.赫尔希和蔡斯--噬菌体侵染细菌的实验
证明DNA是遗传物质的经典实验
实验思路：设法把DNA和蛋白质分开，然后单独、直接观察
DNA和蛋白质各自的作用。
菌落：细菌在培养基上通过二分裂形成的，肉眼可见的，一片细菌群体。
格里菲思---肺炎链球菌的体内转化实验
不同的菌落在大小、形状、光泽度、颜色、透明度等方面具有一定的特征（可作为菌种鉴定的依据）
培养基
格里菲思---肺炎链球菌的体内转化实验
实验材料
多糖类荚膜
S型细菌，菌体有荚膜，
菌落光滑，有毒性，
人和小鼠患肺炎；小鼠败血症
R型细菌, 菌体无荚膜，无毒性，菌落粗糙。
---小鼠、两种肺炎链球菌
第一组：注射R型活菌
不死
第二组：注射S型活菌
死亡
无毒
有毒
第三组：注射加热杀死后的S型菌
不死
无毒
有毒
第四组：注射R型活菌
+加热杀死后的S型菌
死亡
小鼠体内分离出R型活菌和S型活菌，繁殖出来全是S型活菌。
格里菲思实验结果推论：
弗雷德里克·格里菲斯（Frederick Griffith）
有毒
第四组：注射R型活菌
+加热杀死后的S型菌
死亡
小鼠体内分离出R型活菌和S型活菌，繁殖出来全是S型活菌。
加热杀死的S型菌中含有某种“转化因子”，使无毒的R型菌转化成了有毒的S型菌，并且这种转化是可以遗传的。
格里菲斯不知道转化因子是什么。
格里菲斯只能证明有转化因子，不能证明这个转化因子是DNA,更不能证明DNA是遗传物质。
热稳定性DNA>蛋白质
在加热杀死的S型细菌中，其蛋白质变性失活；但DNA加热过程中双螺旋解开，氢键被打开，但温度降低后，DNA结构会恢复。
艾弗里--肺炎链球菌的体外转化实验
格里菲思所说的转化因子是什么？
实验思路：将DNA和蛋白质等物质分开，单独地、直接地
研究他们的作用
S型菌的
细胞提取物
少量的糖类
少量的蛋白质
少量的脂质
DNA
RNA
实验方法：酶解法
肺炎链球菌体外转化实验
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
第一组
S型细菌
R型细菌
第二至四组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
蛋白酶
S型细菌
R型细菌
第五组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
DNA酶
只长R型细菌
RNA酶、脂肪酶
艾弗里实验结论：（转化因子是DNA，而蛋白质、RNA等其他物质不是）DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。DNA是遗传物质，而蛋白质、RNA等其他物质不是
注意事项：
艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，
同时证明了蛋白质等其他物质不是遗传物质；
b.被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细
菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数。
C.在体内转化实验中，使小鼠致死的是S型菌，
不是S型菌的DNA.
S型细菌
R型细菌
科学方法
自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理”
与常态相比，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如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，这利用了“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，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，利用了“加法原理”；
实验:比较H2O2在不同条件下的分解
2H2O2
①加热
2H2O+O2
2H2O2
② FeCl3 (无机催化剂)
③ H2O2酶 (有机催化剂)
1
2
2ml
H2O2
无明显气泡
有明显气泡
90℃水浴
带火星的
卫生香无
复燃性
无复燃性
3
4
较多气泡
更多气泡
2滴 FeCl3 (无机催化剂)
2滴肝脏研磨液
H2O2酶(有机催化剂)
复燃性较强
复燃性更强
有催化作用
催化效率高
2ml
H2O2
2ml
H2O2
2ml
H2O2
肺炎链球菌体外转化实验
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
第一组
S型细菌
R型细菌
第二至四组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
蛋白酶
S型细菌
R型细菌
第五组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
DNA酶
只长R型细菌
RNA酶、脂肪酶
第二节课
噬菌体侵染细菌的实验
1952年，赫尔希和蔡斯 ①实验材料：T2噬菌体
②实验方法 放射性同位素标记法
T2噬菌体（DNA病毒）
①是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒（DNA病毒）；
②头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。
噬菌体侵染细菌的电镜照片
实验材料：T2噬菌体（DNA病毒）
培养基
病毒无细胞结构，不能独立新陈代谢，只能寄生在活细胞中生活,因此，只能用活细胞来培养病毒，不能用培养基培养病毒。
噬菌体侵染大肠杆菌的过程：
吸附
注入
复制合成
组装
释放
实验思路：设法把DNA和蛋白质分开，然后单独、直接
观察DNA和蛋白质的作用。
噬菌体侵染细菌的实验
如何证明DNA是遗传物质？
第三节课
噬菌体侵染细菌的实验
（）
C、H、O、N、S （特有）
C、H、O、N 、P（特有）
T2噬菌体（DNA病毒）
实验方法：放射性同位素标记法
32P
35S
放射性同位素标记法
用35S标记噬菌体蛋白质外壳
①短时间保温
②搅拌③离心
大肠杆菌
35S
35S
上清液:主要是重量较轻的噬菌体外壳。
沉淀物：
被感染的大肠杆菌
（放射性主要分布于上清液）
说明：蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
未标记的
大肠杆菌
（放射性很低）
搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在大肠杆菌上，
离心时随细菌到沉淀物中。
35S
32S
35S
32S
用32P标记噬菌体的DNA
上清液
放射性低
结论：噬菌体侵染细菌时，DNA进入大肠杆菌中，而蛋白质外壳留在了外面，子代噬菌体的各种性状，通过DNA传递的，DNA才是真正的遗传物质。
32P
31P
32P
不能证明蛋白质不是遗传物质
未标记的大肠杆菌
①保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；
②保温时间过长，部分子代噬菌体被大肠杆菌释放。
沉淀物：放射性很高
被感染的大肠杆菌
①短时间保温
②搅拌③离心
31P
31P
如何让噬菌体的蛋白质外壳标记上35S
大肠杆菌
含35S的培养基
1.在含有35S的培养基上培养大肠杆菌，
先让大肠杆菌蛋白质带上35S。
2.再让噬菌体去侵染带有35S的大肠杆菌，
噬菌体的蛋白质就有了35S标记
35S
如何让噬菌体的DNA标记上32P
大肠杆菌
含32P的培养基
1.在含有的32P培养基上培养大肠杆菌，
先让大肠杆菌DNA带上32P。
2.再让噬菌体去侵染带有32P的大肠杆菌，
噬菌体的DNA就有了32P标记
32P
1.在分别含有放射性同位素32p 和35s的培养基中培养大肠杆菌。
2.分别用上述细菌培养T2噬菌体，制备含32p 的噬菌体和含35s的噬菌体。
3.分别用含32p 的噬菌体和含35s的噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌。
实验过程
一.噬菌体有DNA和蛋白质两种组分，用35S和32P分别标记噬菌
体的哪一种组分？用14C和18O等同位素可行吗，为什么？
S标记的是蛋白质外壳，32P标记的DNA。不能用C、H、O等的同位素，因为DNA、蛋白质都含有这些元素。
二.与艾弗里实验比较，两者共有的实验设计思路是什么？
实验思路：设法把DNA和蛋白质分开，然后单独、直接观察DNA和蛋白质的作用。
（）
C、H、O、N、（S）特有
C、H、O、N 、P（特有）
T2噬菌体（DNA病毒）
实验方法：放射性同位素标记法
32P
35S
RNA
蛋白质
感染
不感染
烟草花
叶病毒
（RNA病毒)
烟草
烟草
花叶病
无花叶病
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，而蛋白质不是。
烟草花叶病毒侵染烟草
病毒重组实验
生下的
甲病毒
乙病毒
生物
界
具有细胞结构生物
不具细胞结构生物：
病毒
原核细胞(DNA+RNA)
真核细胞(DNA+RNA)
DNA病毒：只有DNA。
RNA病毒：只有RNA.
遗传物质是DNA
噬菌体
新冠病毒，流感病毒，HIV病毒
DNA是主要
的遗传物质
绝大多数生物遗传物质是DNA
少数生物遗传物质是RNA
结论：
结论：加热杀死的S型菌中含有某种“转化因子”，使无毒的R型菌转化成了有毒的S型菌，并且这种转化是可以遗传的。
肺炎链球菌体内转化实验（格里菲思）
结论：DNA才是使R型菌产生稳定变化的物质（转化因子是DNA），DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质
只能证明有转化因子，不能证明DNA是遗传物质。
肺炎链球菌体外转化实验（艾弗里）
烟草花叶病毒侵染烟草
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是。
噬菌体侵染细菌的实验
结论：DNA是遗传物质。
不能证明蛋白质不是遗传物质
讨论以下问题，展示学习成果：
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？
思考·讨论
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；繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。。
讨论以下问题，展示学习成果：
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？
思考·讨论
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
肺炎链球菌体外转化实验
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
第一组
S型细菌
R型细菌
第二至四组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
蛋白酶
S型细菌
R型细菌
第五组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
DNA酶
只长R型细菌
RNA酶、脂肪酶
讨论以下问题，展示学习成果：
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？
思考·讨论
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、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。
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。
格里菲思实验结果推论：
弗雷德里克·格里菲斯（Frederick Griffith）
有毒
第四组：注射R型活菌
+加热杀死后的S型菌
死亡
小鼠体内分离出R型活菌和S型活菌，繁殖出来全是S型活菌。
加热杀死的S型菌中含有某种“转化因子”，使无毒的R型菌转化成了有毒的S型菌，并且这种转化是可以遗传的。
格里菲斯不知道转化因子是什么。
注射R型活菌+加热杀死后的S型菌
(1)ab段R型细菌数量减少的原因是
____________________________________________________________。
(2)bc段R型细菌数量增多的原因是
_____________________________________________________________________________________________。
(3)后期出现的大量S型细菌是由______________________________而来的。
小鼠体内形成大量的抗R型细菌的抗体，致使R型细菌数量减少
b之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖。
R型细菌转化成的S型细菌繁殖
注射R型活菌
+加热杀死后的S型菌
死亡
核酸
脱氧核糖核酸（DNA）
核糖核酸（RNA）
一.核酸(生物大分子)
二.核酸的基本单位----核苷酸
P
含N碱基
五碳糖
O
1.一分子磷酸，一分子五碳糖和一分子含氮碱基
2.只含有元素：C H O N P
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
脱氧
核糖
碱基
磷酸
核糖
碱基
磷酸
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
T 胸腺嘧啶
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
U 尿嘧啶
核苷酸共
8种
(DNA的基本单位4种)
(RNA的基本单位4种)
脱氧
核糖
A
磷酸
脱氧
核糖
G
磷酸
脱氧
核糖
C
磷酸
脱氧
核糖
T
磷酸
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
胞嘧啶脱氧核糖核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
(DNA的基本单位4种)
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
脱氧
核糖
碱基
磷酸
核糖
碱基
磷酸
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
T 胸腺嘧啶
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
U 尿嘧啶
核苷酸共
8种
(DNA的基本单位4种)
(RNA的基本单位4种)
核糖
A
磷酸
核糖
G
磷酸
核糖
C
磷酸
核糖
U
磷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
鸟嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
(RNA的基本单位4种)
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
脱氧
核糖
碱基
磷酸
核糖
碱基
磷酸
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
T 胸腺嘧啶
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
U 尿嘧啶
核苷酸共
8种
(DNA的基本单位4种)
(RNA的基本单位4种)
1.4种脱氧核糖核苷酸，4种核糖核苷酸。一共8种核苷酸。
2.一共有5种碱基。
1、小麦细胞中共有多少种核酸，多少种核苷
酸，多少种碱基？
2、小麦细胞中的遗传物质中多少种核酸，
多少种核苷酸，多少种碱基？
不同生物含有的核酸、核苷酸及碱基种类的分析
生物类别 核酸 核苷酸 碱基 遗传物质 举例
原核和真 核细胞 DNA和RNA 8种 5种 DNA 细菌、人
病毒 只含DNA 4种 4种 DNA 噬菌体
只含RNA 4种 4种 RNA 烟草花
叶病毒
P5
结论：
噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。因此子代噬菌体的各种性状，是通过亲代DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。
（不能证明蛋白质不是遗传物质）
吸附--注入--复制、合成--组装--释放
自由组合定律的细胞学基础
次级精母细胞
减一后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合
次级精母细胞
次级精母细胞
初级精母细胞
精原细胞
精细胞
P： XX（♀） × XY（♂）
X Y
XX XY
1/2 1/2
X
F1
女性
男性
女儿
儿子
卵细胞
精子
间期
减一前期
中期
减一后期
减二前期
中期
后期
末期
次级精母细胞
X
Y
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
间期
减一前期
中期
减一后期
减二前期
中期
后期
末期
次级精母细胞
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
例：若一个人的性染色体为XXY、 XYY，
请分析可能的原因：
XXY
X
XY
XXY
XX
Y
XYY
X
YY

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