资源简介

(共47张PPT)
情境导入——科学家的历史足迹
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：基因和染色体存在平行关系
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
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）。
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。
问题探讨
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，可以变异等等。
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的
可行方法有哪些
例如，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。
DNA
蛋白质
染色质
染色体
对遗传物质的早期推测
20世纪20年代
——蛋白质是遗传物质
蛋白质的单体氨基酸多种多样排列顺序，可能蕴含着遗传信息
20世纪30年代
——蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
脱氧核糖
磷酸
含氮碱基
认识到DNA由许多脱氧核苷酸组成，但对DNA结构没有清晰认识
艾弗里
赫尔希
蔡斯
“我们表示怀疑！”
大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质
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
通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战。
PART
01
肺炎链球菌转化实验--
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
1.格里菲思用了几种肺炎链球菌？有何致病性？
2.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验流程是怎样的？
3.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验的结论是什么？
【自主学习一】阅读教材并思考问题。
菌落与培养基
无菌条件下培养得到的一个菌落是一个种群。
知识卡
菌落：由单个细菌(或其他微生物)细胞或一堆同种细胞在适宜固体培养基表面或内部生长繁殖到一定程度，形成肉眼可见的子细胞集团。
固体培养基
菌落与培养基
液体培养基
一、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
（1）实验材料：肺炎链球菌
比较 菌体特点 菌落特点 毒性
S型 细菌
R型 细菌
无毒
有毒
人和小鼠患肺炎
小鼠并发败血症死亡
无多糖荚膜
有多糖荚膜
光滑Smooth
粗糙 Rough
思考：S型细菌有致病性，R型细菌无致病性的原因是什么？
P32相关信息
（2）实验过程：
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
一、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
Q1：对比第一、二组的实验现象，说明了什么？
Q2：对比第二、三组的实验现象，说明了什么？
问题探讨
Q3：第四组小鼠为什么会死亡呢？
体内有活的S型细菌的作用
Q4：第四组中分离出的S型活菌，是加热杀死的S型细菌复活了吗？为什么？
不能复活，通过第三组可以排除这种可能
Q5：大胆猜测第4组活的S型细菌如何出现？实质是什么？
Q6：格里菲思的肺炎链球菌转化实验能说明DNA是遗传物质吗？
不能
问题探讨
实验结论：已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子” ；基因重组。
“转化因子”是什么？
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
Q：转化因子究竟是什么物质？如何设计这个实验？
分离提纯
酶处理
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
实验设计思路
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
由于当时的技术有限，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
加法原理
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
减法原理
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”（P46）
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
二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
运用“减法原理”。
遵循单一变量原则和对照原则。
组别 S型细菌细胞提取物的处理方法 实验结果
第一组
第二组 第三组 第四组 第五组
不作处理
蛋白酶
RNA酶
脂酶
DNA酶
加人有R型活细菌的培养基中
S型细菌细胞提取物
R型细菌
S型细菌
R型细菌
【自主学习一】阅读教材并思考问题。
该实验的设计遵循哪些原理 实验中自变量控制的方法是什么
1. 第一组将加热致死的S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养，实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？
S型细菌的细胞提取物（蛋白质、脂质和RNA、DNA）中含有促使R型细菌转化为S型细菌的物质——转化因子。
二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
2. 实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
加入蛋白酶是为了证明实现转化的不是蛋白质；
加入RNA酶是为了证明实现转化的不是RNA；
加入酯酶是为了证明实现转化的不是酯类物质。
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？
S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。
二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
4.第五组，用DNA酶处理S型细菌的细胞提取液之后再与R型活细菌混合培养，为什么培养皿中只有R型细菌？
DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使其丧失转化功能。
5. 据此分析，该转化实验的结论是什么？
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
结论
肺炎链球菌的转化实验
Oswald Theodore Avery
①格里菲斯-肺炎链球菌转化实验（体内转化实验）
②艾弗里-肺炎链球菌转化实验（体外转化实验）
已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型细菌的活性物质——转化因子
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
艾弗里的实验引起了人们的注意。但是，由于艾弗里实验中无法真正提取出纯DNA来进一步验证遗传物质就是DNA。因此，仍有人对实验结论表示怀疑。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
PART
02
噬菌体侵染细菌实验
1.人物、实验材料？
2.噬菌体的结构组成和增殖特点？
3.实验方法是什么？
【自主学习三】阅读教材并思考问题。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1952年
时间
人物
赫尔希和蔡斯
实验材料
T2噬菌体
赫尔希 蔡斯
蛋白质
DNA
尾部
头部
三、噬菌体侵染细菌的实验
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。
蛋白质
DNA
尾部
头部
三、噬菌体侵染细菌的实验
噬菌体的繁殖过程
特性：T2噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞，蛋白质外壳留在外面
吸附
注入
合成
组装
释放
噬菌体借尾丝吸附在细菌表面。
把DNA注入到细菌细胞。
利用细菌的化学成分、酶系统和核糖体合成出噬菌体的DNA、蛋白质。
新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体。
细菌解体，释放出噬菌体。
三、噬菌体侵染细菌的实验
噬菌体侵染细菌的过程
吸附
注入
合成
组装
释放
三、噬菌体侵染细菌的实验
3.实验方法：
主要组成元素
C、H、O、N、P
主要组成元素
C、H、O、N、S
用35S标记噬菌体的蛋白质，用32P标记噬菌体的DNA。
放射性同位素标记技术
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
选择什么元素进行放射性标记？
1.用14C、18O或3H等标记行吗？为什么？
不能，因为DNA和蛋白质都含C、O、H，因无法确认被标记的是何种物质
2.是同时还是分别用32P和35S标记噬菌体？为什么
分别标记，因为若用32P和35S同时标记噬菌体，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。
3.能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？为什么？
不能，噬菌体是病毒，其生命活动离不开活细胞，无法单独在培养基上存活
4.如何标记噬菌体？
延伸思考：
①先标记大肠杆菌
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再标记T2噬菌体
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体
4.实验过程：
三、噬菌体侵染细菌的实验
培养大肠杆菌
培养T2噬菌体
噬菌体-蛋白质（ 35S）
32P
35S
培养大肠杆菌
培养T2噬菌体
大肠杆菌（32P脱氧核苷酸）
噬菌体-DNA（ 32P）
大肠杆菌（35S氨基酸）
三、噬菌体侵染细菌的实验
标记细菌
标记
噬菌体
③标记噬菌体侵染未标记细菌
（短时间保温）
④搅拌
离心
⑤观察放射性的分布
阅读教材P45分析：
1.保温目的？ 搅拌目的？离心目的？
2.离心后的上清液中是什么？沉淀中是什么？
3.放射性如何分布？
三、噬菌体侵染细菌的实验
标记细菌
标记
噬菌体
标记噬菌体侵染未标记细菌
（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细菌；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
三、噬菌体侵染细菌的实验
5.实验结果（预期理论结果）：
放射性？
上清液
放射性？
沉淀物
放射性？
子代噬菌体
放射性？
上清液
放射性？
沉淀物
放射性？
子代噬菌体
有放射性
无放射性
无放射性
有放射性
无放射性
部分有放射性
三、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果（实际）：
搅拌不充分，导致少量含35S的噬菌体蛋白质外壳还吸附在细菌表面，离心时随细菌到沉淀物中
原因
35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性的原因
三、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果（实际）：
32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因
原因
三、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果（实际）：
32P标记的一组，上清液中出现少量放射性的原因
保温时间长
理论上
上清液
沉淀物
部分释放出来
未来得及侵染
实际上
释放
保温时间短
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖，子代噬菌体释放出来；
①保温时间过短，部分噬菌体DNA还未侵染到细菌细胞内；
三、噬菌体侵染细菌的实验
标记部位 35S标记的蛋白质 32P标记的DNA
放射性情况 上清液 很高 很低
沉淀物 很低 很高
子代噬菌体 没有检测到35S 检测到32P
DNA是T2噬菌体的遗传物质
Q1：两组实验大肠杆菌内放射性的分布情况说明什么？
亲代噬菌体的DNA传递给了子代噬菌体，蛋白质则没有
蛋白质外壳未进入大肠杆菌中，DNA进入到大肠杆菌中
Q2：子代噬菌体有标记的DNA，却没有标记的蛋白质。说明什么？
7.实验结论：
思考讨论
1.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、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；2、繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖；3、严格寄生生物：专门寄生在大肠杆菌体内
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？
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）
问题探讨
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？
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。
三个经典实验的对比
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 分离方式
结 论
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们的功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是。
酶解法:
分别加入到R型菌中
放射性同位素标记技术：
分别标记DNA和蛋白质
证明DNA是T2噬菌体的遗传物质。
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”
DNA是唯一的遗传物质吗？
四、DNA是主要的遗传物质
冠状病毒因其形态在电镜下观察类似“王冠” 而得名。2019新型冠状病毒(2019-nCoV)和2003年非典期间致病的冠状病毒(SARS-CoV)以及2012年中东沙特发现的中东呼吸综合征(MERS)致病的冠状病毒(MERS-CoV)均属于冠状病毒。
冠状病毒的遗传物质是RNA，此外小儿麻痹病毒、脑炎病毒、流感病毒和艾滋病病毒等的遗传物质都是RNA。
四、DNA是主要的遗传物质
SARS病毒
艾滋病病毒
少数病毒不含DNA，只含蛋白质和RNA
流感病毒
埃博拉病毒
烟草花叶病毒(TMV)
被烟草花叶病毒感染的烟草
如何实验探究它的遗传物质呢？
四、DNA是主要的遗传物质
烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验
蛋白质
RNA
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
RNA
蛋白质
分别侵染健康烟草植株
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。
结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
四、DNA是主要的遗传物质
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数病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
RNA
DNA
注意：
对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质
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
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
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
DNA
是
主
要
的
遗
传
物
质
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
练习与应用（P47）
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。
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能够指导蛋白质合成，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，又可以变异等。
谢
谢

展开更多......

收起↑