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(共43张PPT)
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
遗传物质究竟是蛋白质还是DNA呢
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？
第3章 基因的本质
第1节 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）。
DNA
蛋白质
染色质
染色体
一.对遗传物质的早期推测
1.20世纪20年代：
——蛋白质是遗传物质
2.20世纪30年代：
——蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含遗传信息。
胰岛素的氨基酸排列顺序
①DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
②但是对DNA分子的结构没有清晰的了解。
艾弗里
赫尔希
蔡斯
肺炎链球菌
体外转化实验
噬菌体侵染细菌的实验
格里菲思
肺炎链球菌
体内转化实验
证明DNA是遗传物质的经典实验
一.格里菲思——肺炎链球菌的体内转化实验
1.两种肺炎链球菌的比较
肺炎链球菌种类 菌落 荚膜 致病性
R型细菌菌落
S型细菌菌落
粗糙
光滑
无
有
无致病性
有致病性。可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡
多糖
荚膜
R型
S型
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。
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。
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）
2.实验过程及结果分析
R型活细菌
S型活细菌
加热致死的S型细菌
说明加热致死的S型细菌没有致病性。
说明R型活细菌没有致病性，S型活细菌有致病性。
不死亡
第一组
死亡
第二组
不死亡
第三组
R型活细菌+加热致死的S型细菌
死亡
第四组
(1)一、二组对照说明什么？
(2)二、三组对照说明什么？
(3)对比前面三组，第四组小鼠为何死亡？
第四组死亡小鼠体内分离出了S型活细菌。
1.第四组死亡小鼠体内分离出S型活细菌,请推测导致小鼠死亡的S型活细菌是从哪里来的？
R型活细菌+加热致死的S型细菌
死亡
第四组
假设1：S型细菌没有被彻底杀死
假设2：S型细菌死而复活
假设3：混合后重新出现的
2.为什么R型活细菌和加热致死的S型细菌,混合后会出现S型活细菌？
3.实验结论：已经被加热杀死的_____细菌中，必然含有某种促使_____活细菌_____为_____活细菌的活化物质——___________ 。
转化因子
S型
R型
转化
S型
思考讨论:
1.加热可以致死的原理是什么？
热稳定性DNA>蛋白质
①在加热杀死的S型细菌中，其蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的，温度降低后蛋白质活性也不可恢复。
②DNA加热过程中双链解开，氢键被打开，但温度降低后，DNA双链仍可恢复活性。
2.这种转化产生的S型活细菌的后代也是有致病性的S型细菌，这说明什么？
这种性状的转化是可以遗传的。
3.格里菲思的肺炎链球菌转化实验能说明DNA是遗传物质吗？
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。
这种转化因子究竟是什么物质呢？如何设计实验来证明？
【合作探究】---寻觅“转化因子”
　思考：如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是哪一种物质，你该如何设计这个实验？
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
S型细菌
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
实验设计思路
由于当时的技术限制，并不能彻底提纯这些物质。因此可用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。
含R型活细菌的培养基
分别加入
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
含R型活细菌的培养基
提取液
全部加入
加入酶除去特定物质
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用
分离提纯法
酶解处理法
二.艾弗里——肺炎链球菌的体外转化实验
有R型细菌的培养液
S型菌的细胞提取物
第一组
+
S型细菌
R型细菌
混合
核酸等有机物
（1)如何得到第一组S型细菌的细胞提取物？
1.实验过程及结果分析
加热致死的S型细菌被破碎，去除大部分的糖类、蛋白质和脂质后制成细胞提取物。
（2）第一组的实验结果说明什么？
S型细菌的细胞提取物（中含有转化因子
（3）本实验起什么作用？
对照作用
（4）本实验能确定转化因子是哪种物质吗？
不能
有R型细菌的培养液
S型菌的细胞提取液
第二组至第四组
+
S型细菌
R型细菌
混合
蛋白酶或RNA酶、酯酶
（3)二、三、四组说明什么？
（1）加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
蛋白酶水解蛋白质。
RNA 酶水解RNA。
酯酶水解脂质。
RNA、蛋白质、和脂质都不是转化因子
有R型细菌的培养液
S型菌的细胞提取液
第五组
+
仅R型细菌
混合
DNA酶
（1）加DNA酶的作用是什么？
（2）加DNA酶后只长R型菌说明什么？
水解DNA
说明细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA。
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：
2.实验结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
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
①DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
遵循单一变量原则和对照原则。其巧妙之处在于运用 “减法原理”，人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。
思考：1.该实验的自变量、因变量是什么？
2.该实验的设计遵循哪些原理 其巧妙之处是什么？（P46科学方法）
3.第一至四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？
②DNA是遗传物质，蛋白质等物质不是遗传物质。
自变量：是否加入酶及酶的种类；因变量：培养基中是否有活的S型细菌。
S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。
减法原理
加法原理
含义：与常态比较，人为增加某种影响因
素的称为“加法原理”。
举例：“比较过氧化氢在不同条件下的
分解”
含义：与常态比较，人为去除某种影响因
素的称为“减法原理”。
举例：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”
每个实验组特异性去除了一种物质，
从而鉴定出DNA是遗传物质。
对照组
实验组
实验组
实验组
对照组
实验组
实验组
科学方法 —“加法原理”和“减法原理”
【要点提示】
1.肺炎链球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。即发生了 。
2.一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中（或小鼠体内）的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
3.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。
基因重组
S型细菌的DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质
S型细菌体内有转化因子
实验
结论
培养基中菌落类型
小鼠是否死亡
结果
观察
将物质酶解后，直接、单独地观察某种物质在实验中所起的作用
用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化
实验
构思
S型细菌各成分的作用进行对照
R型细菌与S型细菌的毒性进行对照
实验原则
培养基(体外)
小鼠体内
细菌培养场所
艾弗里及其同事
格里菲思
科学家
体外转化实验
体内转化实验
体内转化实验和体外转化实验的区别
例1：
例2.艾弗里和其同事用R型和S型肺炎链球菌进行实验，结果如下表。从表中内容可知(　　)
实验组号 接种菌型 加入S型细菌的物质 培养皿长菌情况
① R 蛋白质 R型
② R 荚膜多糖 R型
③ R DNA R型、S型
④ R DNA(经DNA酶处理) R型
A．①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子
B．②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性
C．③和④说明S型细菌的DNA是转化因子
D．①～④说明DNA是主要的遗传物质
C
有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
质疑
Question
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
三.赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染细菌的实验
1.实验方法——
放射性同位素标记技术
T2噬菌体模式图
2.实验材料——
T2噬菌体
①外壳：头部和尾部的外壳都是由_______构成的，
②遗传物质：头部含有_____。
③生活方式：它是一种专门寄生在___________体内的病毒。
④增殖方式：它侵入大肠杆菌后，在_____________ 的作用下，利用_________________的物质为原料来合成自身的组成成分。
蛋白质
DNA
大肠杆菌
自身遗传物质
大肠杆菌体内
（DNA病毒）
⑤侵染过程：
吸附
注入
合成
组装
释放
噬菌体只将DNA注入大肠杆菌体内，而蛋白质的外壳留在外面
a.合成子代T2噬菌体DNA的模板：
b.合成子代T2噬菌体DNA的原料：
c.合成子代T2噬菌体蛋白质的原料：
d.合成子代T2噬菌体蛋白质的场所：
注入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质
大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸
大肠杆菌提供的游离的氨基酸
大肠杆菌提供的核糖体
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。
如何证明DNA是遗传物质？
3.实验待解决的问题
(1)如何将DNA和蛋白质分开，直接地单独地去观察它们各自的作用
(2)如何特异性分别标记噬菌体的DNA和蛋白质？
(3)能否在含放射性同位素的培养基中直接标记噬菌体？
(4)如何对T2噬菌体进行标记呢？
DNA（主要元素是C、H、O、N、P）
（32p标记DNA）
（35s 标记蛋白质）
蛋白质（主要元素是C、H、O、N、S）
放射性同位素标记法。
T2噬菌体是病毒，病毒无细胞结构，不能独立新陈代谢，必须寄生在活细胞中才能生存。因此，不能用培养基培养病毒。
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。
(5)是同时还是分别用32P和35S标记大肠杆菌？为什么
分别标记，因为若用32P和35S同时标记大肠杆菌，DNA和蛋白质同时被标记，离心后上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
含32P的培养基培养大肠杆菌
用噬菌体侵染
含32P的大肠杆菌
32P标记DNA的噬菌体
含35S的培养基培养大肠杆菌
用噬菌体侵染
含35S的大肠杆菌
35S标记蛋白质的噬菌体
蛋白质外壳带放射性
DNA带放射性
4.实验思路
标记大肠杆菌
标记
噬菌体
标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
（短时间保温）
搅拌
离心
观察放射性的分布
“短时间”：促使噬菌体充分侵染大肠杆菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体
“保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性
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T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌
上清液
沉淀物
T2噬菌体
大肠杆菌
5.实验过程及结果分析
(1)用35S标记的噬菌体浸染未标记大肠杆菌
上清液放射性很高说明？
T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌,留在外面
沉淀物出现放射性原因？
搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳没有和大肠杆菌分离。随大肠杆菌离心到沉淀物中。
(2)用32P标记的噬菌体浸染未标记大肠杆菌
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。
沉淀物放射性很高说明？
上清液出现放射性原因？
②保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放，经离心后分布于上清液中。
①保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；经离心后分布于上清液中
6.实验结论：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。
1、赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，下列被标记的部分组合是（ ）
A.①② B.①③ C.①④ D.③④
A
练一练
　　2.下图是利用同位素32P标记噬菌体的DNA，侵染未标记的细菌保温一定时间后搅拌并离心，获得上清液和沉淀。下列相关叙述中，正确的是（　　　）
　　A. 上清液中不具有放射性
　　B. 子代噬菌体不具有放射性
　　C. 若保温时间过长，则上清液中放射性增强
　　D. 若搅拌时间过短，则沉淀物中放射性增强
C
肺炎链球菌 体内转化实验 肺炎链球菌 体外转化实验 噬菌体侵
染细菌实验
实验者
思 路
处理方式
结 论
设法将DNA与其他物质分开，或特异性地去除某一物质，单独地研究它们的功能。
①DNA是遗传物质，
②蛋白质等不是遗传物质。
酶解法:
分别加入到R型菌中
放射性同位素标记法：
分别标记DNA和蛋白质
①DNA是遗传物质,
②不能证明蛋白质不是遗传物质
格里菲思
艾弗里及其同事
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”
思考： 下面这些生物的遗传物质是什么？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
所有生物的遗传物质都是DNA吗？
1.实验材料：烟草花叶病毒(只含有 和 )、烟草。
2.实验过程（1）烟草花叶病毒的转化实验
蛋白质
RNA
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
RNA
蛋白质
3.实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。
四.RNA是遗传物质的实验证据
A型
B型
B型
（2）烟草花叶病毒的重组侵染实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
四、DNA是主要的遗传物质
细胞结构生物
非细胞结构生物（病毒）
（含有DNA和RNA）
（含有DNA或RNA）
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质为RNA
遗传物质为DNA
真核生物
原核生物
生物
生物界中绝大多数生物的遗传物质是DNA
DNA是主要的遗传物质
注意：
①对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质
②对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字
③一种生物遗传物质只有一种。
五.DNA是主要的遗传物质
①一切有细胞结构的生物遗传物质都是 ；
③只有极少数病毒的遗传物质是 。
②大多数病毒的遗传物质是 ；
【总结】因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
DNA
RNA
DNA
【思考】
DNA或RNA
DNA
DNA
2.烟草的遗传物质是什么？
DNA
1.动物和人体的遗传物质是什么？
3.细菌的遗传物质是什么？
7.一切生物的遗传物质是什么？
6.病毒的遗传物质是什么？
核 酸
4.噬菌体的遗传物质是什么？
5.烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
DNA
RNA
小结
DNA是主要的遗传物质
格里菲斯的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
转化因子是什么
加热杀死S型细菌中含有转化因子
肺炎链球菌的转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
RNA是烟草花病毒的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据
更多实验证据
练习与应用（P47）
1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中提取的某种物质，加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌结果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是（ ）
A.多肽 B.多糖 C.组氨酸 D.DNA
D
一、概念检测
2.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明（ ）
A.DNA是遗传物质 B.遗传物质包括蛋白质和DNA
C.病毒中有DNA，但没有蛋白质 D.细菌中有DNA，但没有蛋白质
A
二、拓展应用
1.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。请分析子代噬菌体的蛋白质外壳的来源。
实验表明噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个特点：①能够精确的自我复制；②能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程；③具有储存遗传信息的能力；④结构比较稳定，等等。
三、噬菌体侵染细菌的实验

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