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第1节
DNA是主要的遗传物质
第3章 基因的本质
第1章
第2章
第3章
遗传因子的发现
基因和染色体的关系
基因的本质
抽象的因子
具体的单位
“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》
复习导入
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。
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
例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等等。
DNA
蛋白质
染色质
染色体
20世纪20年代
（1）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方式排列，形成不同的蛋白质。
（2）氨基酸的多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
蛋白质是生物体的遗传物质
对遗传物质的早期推测
20世纪30年代
（1）DNA 是由许多脱氧核苷酸连接而成的生物大分子。
（2）脱氧核苷酸有4种,每种有一个特定的碱基。但人们对 DNA 的结构尚无清晰了解。
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位
1928年，英国的格里菲思用一种细菌——肺炎链球菌感染小鼠实验。
多糖类荚膜
S型细菌
R型细菌
格里菲思的体内转化实验
S型细菌
R型细菌
光滑
粗糙
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
　有毒性，可致死
无毒性
形态
结构
毒性
多糖类荚膜
菌落表面
肺炎链球菌类型
(使人患肺炎,使老鼠患败血症)
格里菲思的体内转化实验
1.将R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。
2.将S型活细菌注射到小鼠体内，患败血症死亡。
3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。
4.将R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后注射到
小鼠体内，小鼠患败血症死亡。
实验过程
格里菲思的体内转化实验
第一组：
R型活细菌+小鼠
小鼠不死亡
第二组：
S型活细菌+小鼠
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
第三组：
加热后杀死的S型细菌+小鼠
小鼠不死亡
R型活细菌是无毒的。
S型活细菌是有毒的
加热后杀死的S型细菌是无毒的。
格里菲思的体内转化实验
第四组：
R型活细菌+加热后杀
死的S型细菌+小鼠
小鼠死亡,从小鼠体内分离出R型活细菌、S型活细菌
无毒性的R型活细菌在与被加热后杀死的S型细菌混合后，转化为 型活细菌，而且这种性状 (是/否)可以遗传的。
有毒性的S
是
实验过程
格里菲思推论：
加热后杀死的S型细菌
某一活性物质——“转化因子”
R型活细菌
S型活细菌
转化
格里菲思的体内转化实验
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
但究竟哪一个才是转化因子呢？
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
对S型细菌中的物质进行提纯和鉴定
获得S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等物质
哪种物质将R型细菌转化为S型细菌，则该物质就是转化因子
分别与R型细菌混合培养
艾弗里的研究思路：
艾弗里的体外转化实验
第一组：
实验结果：
培养基上出现了两种菌落，一种表面光滑S型细菌、一种表面粗糙R型细菌。
艾弗里的体外转化实验
实验结果：
其它组别：
培养基上只出现一种表面粗糙的菌落R型细菌。
实验初步结论：
DNA是“转化因子”，蛋白质不是。
艾弗里的体外转化实验
实验结果：
进一步验证：
培养基上只出现一种表面粗糙的菌落R型细菌。
实验结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA才是“转化因子”，是遗传物质，蛋白质不是。
艾弗里的体外转化实验
1.体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？
实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。
2.在证明DNA是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？
必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。
项目 体内转化实验 体外转化实验
培养 细菌 _____体内培养 _______体外培养
实验 原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌体内各成分的相互对照
实验 结果 已经被加热杀死的S型细菌能使R型活细菌转化为_________ ______________能使R型细菌转化为S型细菌
小鼠
培养基
S型细菌
S型细菌的DNA
格里菲思肺炎链球菌转化实验和艾弗里肺炎链球菌转化实验的比较
实验 结论 已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种“_________” _____是S型细菌的遗传物质，而蛋白质等其他物质不是遗传物质
联系 ①所用材料相同，都是R型和S型肺炎链球菌； ②体内转化实验是基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有________________，而体外转化实验则进一步说明___________ _________； ③实验设计都遵循对照原则、单一变量原则
转化因子
DNA
某种“转化因子”
“转化因子”
就是DNA
格里菲思肺炎链球菌转化实验和艾弗里肺炎链球菌转化实验的比较
(1)体内转化实验不能简单地说成 S 型细菌的 DNA 可使小鼠死亡，而是具有毒性的 S 型细菌，使小鼠致死。
(2)在转化过程中并不是所有的 R 型细菌均转化成 S 型细菌，只有少部分 R 型细菌转化为 S 型细菌。
(3)在加热杀死的 S 型细菌中，其蛋白质变性失活，但不要认为 DNA 也变性失活。 DNA 在加热过程中，双螺旋解开,氢键被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
易错提醒
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，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
有没有比细菌更简单的实验材料及更有说服力的实验呢？
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记法完成了一个更有说服力的实验。
实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌
T2噬菌体中60%是蛋白质,40%是DNA
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
① 是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
② 头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。
③在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌。
④ 子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。
噬菌体
大肠杆菌
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
T2噬菌体特点：
侵入别的细菌
注入
合成
释放
吸附
组装
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
侵染过程：
吸附——注入——合成——组装——释放
DNA和蛋白质,应分别标记哪一种元素？为什么？
1、实验设计思路：
把蛋白质和DNA区分开，直接地、单独地观察DNA和蛋白质的作用。
2、实验方法：放射性同位素标记法
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
蛋白质的组成元素：
DNA的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N 、P
S
P
（用35S做标记）
（用32P做标记）
32P
35S
标记
DNA
蛋白质
标记
如何使最初的噬菌体带有放射性呢？能否直接在液体培养基中培养噬菌体？
（3）噬菌体侵染细菌
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
（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
1、短时间保温： 使T2噬菌体的遗传物质侵入大肠杆菌繁殖子代
2、搅拌:使吸附在细菌上的T2噬菌体与大肠杆菌分离
3、离心：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
4、检测：沉淀物留下被感染的大肠杆菌
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
实验说明：
被标记的35S-蛋白质外壳未进入大肠杆菌，也未参与子代噬菌体的形成。
35S标记
的噬菌体
35S标记的噬菌
体与细菌混合
细菌裂解
沉淀物的
放射性很低
上清液的
放射性很高
没有检测到35S
搅拌后离心
离心后
35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌的实验
实验说明：被标记的32P -DNA进入大肠杆菌，且参与子代噬菌体的形成。
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
32P标记
的噬菌体
32P标记的噬菌
体与细菌混合
细菌裂解
沉淀物的
放射性很高
上清液的
放射性很低
检测到32P
搅拌后离心
离心后
32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的实验
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体
上清液
沉淀物
子代噬菌体
结论
放射性很高
放射性很低
无放射性
放射性很高
放射性很低
有放射性
◇蛋白质没有进入细菌细胞
◇DNA进入到细菌的细胞中
◇DNA才是噬菌体的遗传物质
不能证明蛋白质不是遗传物质
放射性分析
1、在第一组实验中为什么沉淀物有放射性？
搅拌不充分，被标记的35S-蛋白质没有从大肠杆菌表面脱落，离心机离心后会随着大肠杆菌沉于试管底部。
2、在第二组实验中为什么上清液有放射性？
(1)保温时间过短，部分噬菌体未侵染大肠杆菌，受到离心作用浮于上清液中。
(2)保温时间过长，部分噬菌体从大肠杆菌体中释放出来，经过离心作用会浮于上清液中。
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
子代噬菌体组成物质来源分析
1、蛋白质外壳来源
寄主细胞提供原料氨基酸,在寄主细胞的核糖体上合成,与亲代菌体的蛋白质外壳无关。
2、DNA来源
释放的众多子代菌体中,只有少数含有亲代噬菌体 DNA 的单链,其余子代菌体的 DNA 均由寄主细胞提供原料合成,不含亲代菌体的 DNA 。
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
DNA是唯一的遗传物质吗？
烟草花叶病毒
冠状病毒
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。
如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
RNA是遗传物质的实验
RNA
蛋白质
感染
不感染
烟草花
叶病毒
烟叶
烟叶
得花叶病
不得花叶病
结论：烟草花叶病毒的RNA控制其性状，RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。
RNA是遗传物质的实验
细胞结构生物
原核生物
真核生物
遗传物质是DNA
非细胞结构生物
遗传物质是RNA
只含DNA的病毒
只含RNA的病毒
生物
4、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。但肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质。
3、在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。
2、凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物质是DNA。
1、一切生物的遗传物质是核酸。
总结归纳
1.（1）从格里菲思第四组实验中的病死小鼠体内分离得到的肺炎链球菌只有S型细菌而无R型细菌(　　)
（2）格里菲思的肺炎链球菌转化实验直接证明了DNA是“转化因子”(　　)
（3）艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是主要的遗传物质(　　)
（4）在艾弗里的实验中，DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型细菌发生转化(　　)
×
×
×
√
基础测试
基础测试
2、关于“噬菌体侵染细菌实验”的叙述，正确的是 （ ）
A、分别用含有35S和32P的培养基培养噬菌体
B、分别用35S和32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，需长时间恒温培养
C、用35S标记噬菌体，离心后沉淀物中存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D、此实验证明DNA是主要的遗传物质
C
基础测试
C
3、下列关于遗传物质的说法，错误的是（ ）
①真核生物的遗传物质是DNA　
②原核生物的遗传物质是RNA　
③细胞核的遗传物质是DNA　
④细胞质的遗传物质是RNA　
⑤HIV病毒的遗传物质是DNA或RNA
A．①②③ B．②③④
C．②④⑤ D．③④⑤
谢谢观看
第3章 基因的本质

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