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第三章 基因与的本质
第1节：DNA是主要的遗传物质
遗传物质早期推测
肺炎链球菌转化实验
噬菌体侵染细菌的实验
DNA是主要的遗传物质
DNA是主要的遗传物质
01
02
03
历史的步伐
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
遗传物质是蛋白质还是DNA
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
对遗传物质的早期推测
肺炎链球菌的转化实验
一
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。
情境一
作为遗传物质，应该具备哪些特点？
你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，
单独地、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。
(1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。
(2)控制生物体的性状和新陈代谢过程
(3)能储存大量的遗传信息。
(4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可遗传变异。
蛋白质
DNA
情境一
【任务1】
简单梳理对遗传物质的早期推测
时期 20世界20年代 20世纪30年代
对大分 子认识 蛋白质由多种 _______连接而成 的生物大分子 ①DNA是由许多____________ 聚合而成的生物大分子
②脱氧核苷酸有4种,包含四种碱基
。
观点 是生物体 的遗传物质 是遗传物质
的观点仍占主导地位
理由 氨基酸的 可 能蕴含着遗传信息 人们对DNA分子的结
构没有清晰的了解
氨基酸
脱氧核苷酸
A、T、C、G
蛋白质
蛋白质
排列顺序
情境二
对于遗传物质的探索、人类经历了一个漫长而复杂的过程、其中三个先后进行的经典实验，运用不同的实验思路和方法、共同证明了“DNA是遗传物质”这一科学认识。
艾弗里
赫尔希
格里菲思
蔡斯
比较 菌体特点 菌落特点 毒性
S型 细菌
R型 细菌
1.肺炎链球菌的类型
无毒
有毒
人和小鼠患肺炎
小鼠并发败血症死亡
无荚膜
有荚膜
光滑Smooth
粗糙 Rough
【任务2】
分析格里菲思实验的原理及过程
第一组
第二组
死亡
第三组
不死亡
第四组
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
死亡
不死亡
死亡
不死亡
2.肺炎链球菌的转化实验示意图
【任务2】
分析格里菲思实验的原理及过程
①R型活细菌
②S型活细菌
③加热致死的S型细菌
④R型活细菌+加热致死的S型细菌
小
鼠
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
注射
注射
注射
混合
注射
3.结合教材，分析格里菲思的肺炎链球菌小鼠体内转化实验，回答下列问题
(1)实验①②对比说明____________________________________。
(2)实验②③对比说明______________________________。
(3)实验②③④对比说明__________________________。
R型细菌无致病性，S型细菌有致病性
被加热杀死的S型细菌无致病性
R型细菌可转化为S型细菌
【任务2】
分析格里菲思实验的原理及过程
(3)将S型细菌DNA提取后直接注入小鼠体内,能从小鼠体内分离出s型细菌吗
①R型活细菌
②S型活细菌
③加热致死的S型细菌
④R型活细菌+加热致死的S型细菌
小
鼠
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
注射
注射
注射
混合
注射
3.结合教材，分析格里菲思的肺炎链球菌小鼠体内转化实验，回答下列问题
S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌的前提是S型细菌的DNA能与R型细菌的DNA发生重组，直接将S型细菌的DNA注入小鼠体内,DNA分子会被小鼠体内的DNA酶分解而失去作用,如果小鼠体内没有R型细菌,也无法转化为S型细菌。
【任务2】
分析格里菲思实验的原理及过程
(4)本实验能得出什么结论？
加热杀死的S型细菌中存在某种转化因子，能使R型细菌转化为S型细菌。
①R型活细菌
②S型活细菌
③加热致死的S型细菌
④R型活细菌+加热致死的S型细菌
小
鼠
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
不死亡
死亡，分离出S型活细菌
注射
注射
注射
混合
注射
3.结合教材，分析格里菲思的肺炎链球菌小鼠体内转化实验，回答下列问题
【任务2】
分析格里菲思实验的原理及过程
“转化因子”究竟是什么？
你有什么样的设计思路，关键是什么？
多糖
加热杀死
的S型细菌
脂质
蛋白质
RNA
过渡
DNA
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？
思考:
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
混合
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
混合
S型细菌
R型细菌
只长R型细菌
第一组
第二至四组
第五组
S型细菌
R型细菌
DNA酶
蛋白酶\RNA酶\酯酶
【任务3】
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的原理及过程
破碎加热致死的S型细菌
设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质
不作处理
蛋白酶
RNA酶
酯酶
DNA酶
分别与R型细菌混合培养
S型细菌的细胞提取物
R型S型
R型S型
R型S型
R型S型
R型
①
②
③
④
⑤
处理
(1)概述该实验的设计思路。
用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后,观察能否将R型细菌转化
(2)从对照实验设计角度分析，实验的自变量是什么
向R型细菌培荞基中加入的S型细菌提取物中去除的物质种类
(3)实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么
分别除去S型细菌细胞提取物中的蛋
白质、RNA和酯类物质,以明确这些物质是不是转化因子。
【任务3】
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的原理及过程
破碎加热致死的S型细菌
设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质
不作处理
蛋白酶
RNA酶
酯酶
DNA酶
分别与R型细菌混合培养
S型细菌的细胞提取物
R型S型
R型S型
R型S型
R型S型
R型
①
②
③
④
⑤
处理
(4)前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。
(5)第五组用DNA酶处理S型细菌的细胞提取物之后再与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分子的结构稳定,使其丧失转化功能。
【任务3】
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的原理及过程
破碎加热致死的S型细菌
设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质
不作处理
蛋白酶
RNA酶
酯酶
DNA酶
分别与R型细菌混合培养
S型细菌的细胞提取物
R型S型
R型S型
R型S型
R型S型
R型
①
②
③
④
⑤
处理
(7)据此分析，该转化实验的结论是什么？
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。
(6)该实验其巧妙之处是什么
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质(蛋白质等不是遗传物质)
【任务3】
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的原理及过程
基因重组
(8)R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？
S型菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型菌转化成S型菌
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。
【任务3】
分析艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的原理及过程
1.格里菲思在小鼠身上进行了著名的肺炎链球菌转化实验，下列关于该实验的结论，错误的是 ( )
A.说明肺炎链球菌的遗传物质是DNA
B.说明R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌
C.说明R型活细菌是无毒性的
D.说明加热致死的S型细菌是无致病性的
课堂检测
A
2.肺炎链球菌的转化实验中，能够使小鼠死亡的是( )
A.S型细菌的蛋白质＋蛋白酶＋R型细菌
B.S型细菌的DNA＋R型细菌
C.S型细菌的RNA＋RNA酶＋R型细菌
D.S型细菌的DNA＋DNA酶＋R型细菌
课堂检测
B
噬菌体侵染细菌的实验
二
继格里菲思和艾弗里之后，1952年遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料，进行了一个极具说服力的实验——噬菌体侵染细菌实验。
情境三
专门寄生在大肠杆菌体内的病毒
(1)代谢:
(2)组成:
头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。
1.T2噬菌体的结构
【任务4】
认识T2噬菌体
吸附
注入
合成
组装
释放
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.T2噬菌体的繁殖
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
【任务4】
认识T2噬菌体
DNA
(C、H、O、N、P)
（C、H、O、N、S等）
蛋白质
头部
尾部
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
放射性同位素标记法
(2)如何获得分别含35S、32P标记的噬菌体？请用最简要的语言描述!
分别用含32p和35s的培养基培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体
3.T2噬菌体的标记
(1)标记方法：
【任务4】
认识T2噬菌体
(1)如上图所示，其中搅拌的目的是________________________________。
(2)沉淀物出现放射性原因是？
1952年，赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记的新技术，完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤：
35S标记的噬菌体
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
上清液放射性很高
用35S标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
搅拌不充分,少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面。
【任务5】
噬菌体侵染细菌的实验过程
(3)离心的目的:______________;
(4)第四步离心后上清液放射性很高说明_______________。
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。
侵染时,噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内
1952年，赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记的新技术，完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤：
35S标记的噬菌体
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
上清液放射性很高
用35S标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
【任务5】
噬菌体侵染细菌的实验过程
(5)沉淀物放射性很高说明 ;
(6)在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，若保温 ，上清液的放射性含量升高，其原因是__________________________________。
32P标记的噬菌体
子代噬菌体中含32P
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌
另一组实验用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上，上清液不含放射性，沉淀物具有很高的放射性；由此对实验过程进行误差分析：
部分含32P的噬菌体被细菌裂解释放
过长
【任务5】
噬菌体侵染细菌的实验过程
(7)在实验中,如果因为保温时间 ，有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,将____(填“是”或“不是”)误差的来源，理由是_____________。
32P标记的噬菌体
子代噬菌体中含32P
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
是
含32P的噬菌体没有侵染细菌，离心后含32P的噬菌体会到上清液中
过短
另一组实验用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上，上清液不含放射性，沉淀物具有很高的放射性；由此对实验过程进行误差分析：
【任务5】
噬菌体侵染细菌的实验过程
(8)该实验证明了“T2噬菌体的遗传物质是DNA”，支持该结论的重要实验现象是____________________________________________。
32P标记的噬菌体
子代噬菌体中含32P
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
用32P标记的组别中,放射性主要出现在沉淀物中
另一组实验用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上，上清液不含放射性，沉淀物具有很高的放射性；由此对实验过程进行误差分析：
【任务5】
噬菌体侵染细菌的实验过程
1.某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，过程如图所示。下列有关分析正确的是( )
A.理论上，b和c中不应具有放
射性
B.实验中b含少量放射性与过程
①中培养时间过长或过短有关
C.实验中c含有放射性与过程④
中搅拌不充分有关
D.该实验证明了RNA是遗传物质
课堂检测
A
2.用不同标记的噬菌体侵染不同标记的细菌，经短时间的保温培养、充分搅拌和离心处理后，下列预期的实验结果中，错误的是（ ）
A.用含3H标记的噬菌体侵染未被标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放
射性
B.用未标记的噬菌体侵染14C标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性
C.用含32P标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，上清液和沉淀物中可能均有
放射性
D.用含35S标记的噬菌体侵染32P标记的细菌，上清液和沉淀物中均有放射性
课堂检测
B
DNA是主要的遗传物质
三
RNA
蛋白质
TMV在感染烟草时，会出现致病斑。
情境四
烟草是雌雄同花植物，易受烟草花叶病毒的侵染，导致有的叶片呈现黄色斑驳，有的整株黄化。能使烟草大幅度减产
科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同的品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。据下表中回答问题：
实验 编号 实验过程 实验结果 病斑类型 分离出的TMV类型
① 用a型TMV感染烟草植物 a型 a型
② 用b型TMV感染烟草植物 b型 b型
③ 用组合病毒（a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA）感染烟草植物 b型 b型
④ 用组合病毒（b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA）感染烟草植物 a型 a型
①组和④组的实验结果相同，②组和③组的实验结果相同，说明？
a、b两个不同品系的TMV的RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
该实验的设计思路是：
将TMV的RNA和蛋白质分开,单独研究各自的功能
【任务6】
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
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。
【任务7】
判别生物体内核酸的种类及遗传物质
项目 肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 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
将DNA与蛋白质等分开，单独研究它们遗传功能
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。
利用“减法原理”，通过酶解法:分别加入到R型菌中
同位素标记法：
标记DNA和蛋白质
DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”
【任务1】
列表比较三个经典实验对比
科学方法
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“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”。
从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？
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FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
1.下列关于生物的遗传物质的说法，正确的是（ ）
A.同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA
B.DNA是主要的遗传物质是指一种生物的遗传物质主要是DNA
C.真核生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质都是RNA
D.艾弗里的肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是
主要的遗传物质
课堂检测
A
2.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别感染健康烟叶，结果如图乙。科学家
将不同病毒的遗传物
质与蛋白质重新组合
形成“杂种病毒”，
然后感染健康烟叶，
如图丙。依据实验，
下列推论正确的是（ ）
课堂检测
A.图甲实验结果说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶
B.图乙实验结果说明TMV的蛋白质外壳能感染烟叶
C.图丙实验结果是烟叶被感染，并且出现b病斑
D.杂种病毒产生的子代具有TMV的蛋白质外壳
C
本节小结
DNA是主要的遗传物质
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
加热杀死的S型细菌中含有转化因子
RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
烟草花叶病毒侵染烟草的实验

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