资源简介

(共43张PPT)
· 第3章基因的本质
·第一节 DNA是主要的遗传物质
教学目标的确定
课程标准与本节对应的“内容要求”是： “概述多数生物的基因是DNA 分
子的功能片段，有些病毒的基因在RNA 分子上”。这要求学生对科学史有一定
的了解，让学生从科学探索过程中，感悟科学家解决问题的研究方法，并根据对 经典实验的分析，形成DNA是主要的遗传物质的重要概念。
结合课标要求、教材内容和分析学情，确定如下教学目标：
1.阐明科学家探索DNA 是主要的遗传物质的过程。
2.通过对艾弗里实验的学习， 说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
3.说明DNA是主要的遗传物质。
4. 举例说明有些病毒的遗传物质是RNA
教材分析
(一)教学目标
1.阐明DNA 是主要的遗传物质的探索过程。
2.说明DNA 是主要的遗传物质。
3.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。
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。
(二)教学重点和难点
1.教学重点
(1)肺炎链球菌转化实验的原理和过程
(2)噬菌体侵染细菌实验的原理和过程
2.教学难点
(1)肺炎链球菌转化实验的原理和过程
(2)噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
>科学家是怎样证明DNA 是遗传物质的
>为什么说DNA 是主要的遗传物质
>通过科学家揭示DNA 是遗传物质过程的分析，
你对科学发现的过程和方法有哪些领悟
第一节 DNA是主要的遗传物质
本节聚焦：
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.你认为遗传物质应该具有什么特点
① 储存大量的遗传信息
② 结构比较稳定
③ 可以准确地复制并传递给下一代等
2.你认为要想说明某 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。
问题探讨P42
20世纪20年代
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴
含着遗传信息。
没发现其他大分子有类似的结构特点。
……
20世纪30年代
人们认识到DNA 是由许多脱氧核苷酸
聚合而成的生物大分子。
由于对DNA 分子的结构没有清晰的
了解，人们认为蛋白质是遗传物质 的观点仍占主导地位。
1.1 对遗传物质的早期推测
蛋白质是生物体的遗传物质。
磷 酸
脱 氧 核 糖
含氮碱基
A(T 、C 、G)
lle
Glu
Ala
Cys
Asn
His
格里菲思 艾弗里 赫尔希 蔡斯
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!
多糖荚膜 菌落表面特征
毒性
S型细菌 有 光滑(Smooth)
有
R型细 无 粗糙(Rough)
无
格里菲思
实验材料：
小鼠
肺炎链球菌
S 型菌电镜图 S 型光滑菌落 R型粗糙菌落
肺炎链球菌特点
不死亡 死亡 不死亡
第一组 第二组 第三组
将R 型活细
菌与加热致 死的S 型细
菌混合后注
射
死亡
第四组
1.2格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
注射加热 致死的S 型
细菌
注 射R 型
活细菌
注射S 型
活细菌
1.对比第一、第二组的实验现象，说明了什么
R 型活细菌不会使小鼠死亡，而S 型活细菌 可使小鼠死亡。
2.对比第二、第三组的实验现象，说明了什么
加热致死的S 型细菌不会使小鼠死亡。
注射R 型 活细菌 不死亡 注射S型 活细菌 死 亡
注射加热
致死的S型 细菌
不死亡
分析格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
第一组 第二组 第三组
3. 第四组小鼠为什么会死亡 体内分离出的S型细菌从哪里来
4.这种转化产生的S 型活细菌的后代也是有毒性的S 型细菌，又 说明了什么
加热致死的S 型细菌使部分活的R 型
细菌发生了转化，变成了活的S 型细菌，
使小鼠死亡。体内分离出的S 型细菌由 R 型细菌转化而来。
结论：加热杀死的S 型菌含有促成转
化 的 活 性 物 质— “转化因子”
转化因子
R 型 菌
分析格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
将R 型活细
菌与加热致 死的S型细 菌混合后注
射
后代
S 型菌
死亡
第四组
转化的性状 可以遗传
S型 菌
·如果你是艾弗里，想知道转化因子究竟是什么物质，你 有什么思路吗
将 S 型菌各种组分提纯后，再分别去研究它们的作用
· 如果能够获得S 型菌的各组分获得纯净物，你又如何 设计这个实验 请写出实验设计图解。
1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
寻 觅 “转化因子”究竟是什么
采用控制单一变量法，分别研究他们各自的作用
· 实际上由于技术手段的限制，很难人为得到S 型 菌各组分的纯净物，又该怎么办呢
DNA 蛋白质
多糖
脂质
RNA
S型细菌组分图
· 实际上由于技术手段的限制，很难人为得到S 型
菌各组分的纯净物，又该怎么办呢
每个实验组利用酶解法特异性的去除某种物质，研究 去除的这种物质对实验结果的影响。
关键思路：设法去除S 型细菌的各组分后分别与R 型活细菌混合培养，观察是否具有转 化活性。
1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里
蛋白酶(或RNA 酶、酯酶)
有R型
细菌
的培
养基 混合
R型细菌 S 型细菌 只长R型 细 菌
第一组 第二至第四组 第五组
艾弗里证明DNA 是遗传物质的实验示意图
1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
S型 细菌 的细 胞提 取液
有R型 细菌 的培 养基
S型 细菌 的细 胞提 取液
有R型 细菌 的培 养基
S型 细菌 的细 胞提 取液
R型细菌 S型细菌
+
混合
+
混合
DNA酶
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;
第一组
第二至四组
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。
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
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，实验结果是培养基中长出了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。
混合
R 型细菌 S 型细菌
混合
R 型细菌 S 型 细 菌
蛋白酶
(或RNA 酶、酯酶)
S型细菌 的细胞 提取物
S 型细菌 的细胞 提取液
有R型 细菌的 培养液
有R型 细菌的 培养基
+
+
分析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，为什么培养基中只有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。
结 论| DNA 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
DNA酶
S型细菌 的细胞 提取液
混合
只长R型细菌
第五组
有R型 细菌的 培养液
+
1.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不是遗传物质；
2. 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。
S型菌细胞提取物
1.对照组2.蛋白酶3.RNA 酶4.酯酶5.DNA 酶
有R型细菌的培养基
1.3艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
R 型细菌+S型细菌 只R型细菌
注意
1.易错归纳
(1)转化的实质：S 型细菌的DNA 片段整合到了R 型细菌的DNA 中，使其获得了新的遗传信息， 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。
(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。
2.加热的作用原理
(1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其 相应功能，细菌死亡。
(2)加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到55℃左右时， DNA 的结构会恢复，进而 恢复活性。
科学方法
从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么
◆与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。 例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
◆ 与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。
例如： “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，
实验组分别作加温、滴加FeCl 溶液、滴加肝脏研磨液 的处理 。
A.甲组培养皿中只有一部分R型细菌发生了转化
B.乙组培养皿中有光滑和粗糙两种菌落，可推测蛋白酶不能分解转化因子
C. 丙组培养皿中观察到的现象是只长出光滑的菌落
D.该实验可以证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA
1.为研究导致R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化因子是DNA 还是蛋白质，
科学家进行了肺炎链球菌转化实验。其基本过程如图所示：
培养
加热
S型细菌的 有R型细菌
细胞提取物的培养基
甲组
下列叙述错误的是
DNA酶
培养
S型 细 菌 的 细 有R型细菌的 胞提取物 培养基
丙组
蛋白酶 培养
S型 细 菌 的 有R型细菌
细胞提取物的培养基
乙组
高温
2. (2022 · 吉林高一期末)关于肺炎链球菌的转化实验，下列说法正确的是 A.S型细菌有荚膜，形成的菌落表面光滑，无致病性
B.艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
C.格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了S 型肺炎链球菌的DNA 可使R 型细菌发生转化
D.艾弗里的实验中采用了自变量控制中的“加法原理”
头部
DNA
蛋白质
尾部
Long tail fibres
2.1 T2 噬菌体简介
2D 3D
plate
Base
T2噬菌体
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾
部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2 噬菌体侵染 大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内 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。
2.1 T2 噬菌体简介
噬菌体吸附在细菌表面
把DNA 注入到细菌细胞
利用细菌的化学成分和酶系统
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
吸附
注入
合成
组装
释放
2 .2噬菌体增殖的过程
哪一种物质进入了
大肠杆菌体内
放射性同位 素标记
放射性分别标记
DNA和蛋白质
选择什么元素进行
放射性标记
相关信息=
在T2 噬菌体的化学组成中，
60%是蛋白质，40%是DNA 。 对这两种物质的分析表明：仅 蛋白质分子中含有硫，磷几乎 都存在于DNA 分子中。
2. 本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么
用32P和35S 进行标记
蛋 白 质 ： C、H、O、N、S 35S
DNA: C、H、O、N、P 32P
T2 噬菌体侵染细菌的实验
组成 元素
哪一种物质进入了 大肠杆菌体内
3. 能否用14C 和3H 标记噬菌体 能否用32P和35S 同
时标记噬菌体 并说明理由。
放射性同位 素标记 放射性分别标记 DNA和蛋白质
不能用14C和 H标记噬菌体，因为DNA 和蛋白质都含 C 和H, 因此无法确认被标记的是何种物质。
不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为若用32P和35S
同时标记噬菌体，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。
选择什么元素进行 放射性标记
T2 噬菌体侵染细菌的实验
32p 35s
32p or 35s )
2.3噬菌体侵染细菌的实验
利用含放射性的培养基先分别标记细菌
2.3噬菌体侵染细菌的实验
s
短时间
保温
S
离心并检测放射性
让上清液中析出重量较轻
的噬菌体颗粒，沉淀物中 留下被侵染的大肠杆菌。
标记的T2 噬菌 体
侵染大肠杆菌
使吸附在细菌上的
噬菌体与细菌分离
检测子代噬菌体
的放射性
无放射性标
记的细菌
搅拌
沉淀物中。
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
色
s
子代噬菌体
中无35S
T2 噬菌体侵染细菌的实验
1. 用35S 标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是
什么原因造成的
搅拌不充分，有少量含35S 的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到
35S标记的 噬菌体
s
》上清液放射性很低
呢 沉淀物放射性很高
子代噬菌体
中含有32P
2. 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是
什么原因造成的
(1)保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内；
(2)保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代。
说 明 DNA 是 真 正 的 遗 传 物 质
T2噬菌体侵染细菌的实验
32P标记的 噬菌体
呢
艾弗里实验
噬菌体侵染细菌实验
处理方式 不同酶处理细胞提取物
同位素标记法
对照原则 S型细菌的分离物质分别与 R型细菌混合培养对照
分别标记噬菌体DNA和蛋白质 的两组实验相互对照
实验结论 证明DNA是遗传物质，蛋白 质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，但不能 有效证明蛋白质不是遗传物质 (蛋白质没有进入细菌体内)
设计思路 设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究各自不同的遗传功能
2.4两个经典实验的比较
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
【参考答案】1) 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。
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。
思考.讨论(P46)
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
【参考答案】1)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。
2) 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)。
思考.讨论(P46)
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
【参考答案】1) 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、 放 射 性 同
位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。
2) 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。
思考.讨论(P46)
(1)合成T2噬菌体的DNA的模板： 进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质
(2)合成T2 噬菌体的DNA 的原料： 大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸
(3)合成T2 噬菌体的蛋白质的原料： 大肠杆菌提供的氨基酸
(4)合成T2噬菌体蛋白质的场所： 大肠杆菌的核糖体
吸 附 注入 合成核酸
和蛋白质
释 放 装配
1.T2噬菌体的增殖
3. (2022 ·江苏南通高一期末)赫尔希和蔡斯进行了噬菌体侵染细菌的实验，部分步骤
如图所示，结果发现A中放射性很高， B 中放射性很低。下列说法错误的是
A.图中亲代噬菌体的蛋白质被35S 标记
B. 用含放射性同位素标记的大肠杆菌来培养噬菌体
D.本组实验能直接证明进入大肠杆菌体内的只有噬菌体DNA
A
B
子代噬菌体
鲁
亲代噬菌体
8 8 2
4.如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染大肠杆菌，在产生的子代噬菌
体的组成结构中，能够找到的标记元素为
A.在蛋白质外壳中找到15N 和35S
B. 在DNA中找到15N和32P
C.在蛋白质外壳中找到15N
D.在DNA中找到15N、32P和35S
— → 不能得到病毒
患病 得到全新病毒
3.1 RNA是遗传物质的实验证据
1. 烟草花叶病毒侵染烟草的实验
蛋白质
分别侵染健康烟草植株
RNA
结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
不患病
RNA
蛋白质
以 )
A 型的
蛋白质
分离
重组
病毒感染 子代
B 型的RNA
B型的
蛋白质
TMV B 型 B 型的RNA
结论： TMV 的遗传物质是RNA。
3.1 RNA是遗传物质的实验证据
2.烟草花叶病毒 (TMV) 重建实验
TMV A型 A型的RNA
A 型的 蛋白质
B型的 蛋白质
烟草叶病斑
B型的RNA
分离
生物类型 所含核酸 遗传物质
举例
细胞生物 真核生物 DNA和RNA DNA
动物、植物、真菌
原核生物
细菌、蓝细菌
非细胞生物 DNA病毒 DNA DNA
T2噬菌体
RNA病毒 RNA RNA
艾滋病病毒、新型冠状病毒
绝大多数生物遗传物质是DNA, 少数是RNA。 因此，DNA 是主要的遗传物质。
判别生物体内核酸的种类及遗传物质
蛋白质是遗传物质
DNA 是遗传物质
DNA 是主要的遗传物质
肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验
烟草花叶病毒对烟草细胞 的感染实验
绝大多数生物遗传物质是 DNA, 少数是RNA。
推翻
修正
支持
已经加热致死的 S型细菌含有转 化因子
DNA才是使R型 细菌产生稳定遗 传变化的物质
DNA 才是噬菌体 的遗传物质
RNA 是烟草花叶 病毒的遗传物质
格里菲思的肺 炎链球菌转化 实验
艾弗里的肺 炎链球菌转 化实验
噬菌体侵染 细菌的实验
烟草花叶病 毒侵染烟草 的实验
个绝大多
数生物
遗传
物质
少数病毒
RNA 证据
结 论 结 论 结论 结论
DNA
是主 要的 遗传 物质
结 论
总结
证据
DNA

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