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第三章 基因的本质
第一节 DNA是主要的遗传物质
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4
5
孟德尔通过豌豆实验证明
生物的性状由遗传因子控制
染色体在遗传上的
连续性和稳定性
摩尔根通过果蝇实验
证明基因位于染色体上
科学家发现：染色体主要
组成成分蛋白质和DNA
遗传物质是DNA
还是蛋白质
对遗传物质的早期推测
一、对遗传物质的早期推测
20世纪30年代：
DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
但由于对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。
20世纪20年代：
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。
DNA是遗传物质的证据
赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌实验
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
格里菲思
艾弗里
赫尔希
蔡斯
一、对遗传物质的早期推测
格里菲思
艾弗里
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
细菌的菌落
S型细菌
R型细菌
光滑（Smooth）
有多糖荚膜
有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡
粗糙（Rough)
无多糖荚膜
无致病性
肺炎链球菌的转化实验
蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。
在80~100℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；
当温度降至55℃以下时，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质活性不能恢复。
加热致死的作用原理：
R型
活细菌
S型
活细菌
小鼠不死亡
（第一组）
小鼠死亡
（第二组）
S型
活细菌
加热杀死的
S型细菌
小鼠不死亡
（第三组）
R型活细菌+加热
杀死的S型细菌
小鼠死亡
（第四组）
S型
活细菌
肺炎链球菌的转化实验——格里菲思体内转化实验
加热杀死S型菌
R型活菌 S型活菌
转化
教材推断：
已经加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——“转化因子”
肺炎链球菌的转化实验——格里菲思体内转化实验
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
你会如何设计实验进一步探究？
实验思路：
设法把S型细菌的各种物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
1.实验过程：
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
第一组
+
S型细菌
R型细菌
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
第二至第四组
+
S型细菌
R型细菌
混合
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
第五组
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
肺炎链球菌的转化实验——艾弗里体外转化实验
自变量：
因变量：
设置第一组的目的：
肺炎链球菌的转化实验——艾弗里体外转化实验
加入酶的种类
培养基中肺炎链球菌的种类
作为对照
艾弗里采用的技术手段：
细菌培养技术、物质提纯和鉴定技术
甲组有S型细菌转化成功，可以证明S型细菌中存在某种“转化因子”
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
肺炎链球菌的转化实验——艾弗里体外转化实验
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。
科学方法
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。
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的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。
虽然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。另外，当时科学界普遍认为蛋白质是遗传物质。
1. 实验者：
赫尔希和蔡斯
2. 实验材料：
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。
噬菌体侵染细菌的实验——赫尔希、蔡斯
思考1：
噬菌体是如何侵染大肠杆菌？
噬菌体不是整个进入大肠杆菌体内。
研究表明：空壳噬菌体能吸附但不能产生子代噬菌体，因此空壳噬菌体不含遗传物质，遗传物质在侵染时注入了大肠杆菌体内。
吸附
注入
合成
组装
释放
噬菌体借尾丝吸附在细菌细胞壁
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
繁殖过程
子代噬菌体蛋白质外壳来源？
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。
合成子代噬菌体的蛋白质外壳所需要的模板mRNA是由噬菌体DNA转录形成的
思考2：
如何才能知道噬菌体的DNA和蛋白质有没有进入细菌？
思考3：
能不能用3H、14C标记噬菌体？
哪一种物质进入了大肠杆菌体内？
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
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？
实验方法：放射性同位素标记
组成元素
蛋白质:
DNA：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
35S 标记蛋白质
32P标记DNA
T2噬菌体侵染细菌实验
思考4：
能不能同时用32P和35S标记噬菌体？
思考5：
如何标记噬菌体？
可不可以直接将T2噬菌体放在培养基中培养？
实验过程：
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
第二步：标记T2噬菌体
噬菌体＋含35S的大肠杆菌→ 含35S的噬菌体
噬菌体＋含32P的大肠杆菌→ 含32P的噬菌体
第一步：标记大肠杆菌
第三步：已标记噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
35S标记的噬菌体
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
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
上清液放射性很高，沉淀物放射性很低
35S标记的噬菌体侵染细菌
实验结果
蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
原因分析
搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
离心：上清液中析出质量较轻的噬菌体颗粒，离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌
保温：使噬菌体完成侵染过程
32P标记的噬菌体
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌
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
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
上清液放射性很低，沉淀物放射性很高
32P标记的噬菌体侵染细菌
实验结果
原因分析
35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？
32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？
35S标记的实验 32P标记的实验
标记部位
放射性情况 上清液
沉淀物
有无放射性原因
蛋白质
很高
DNA
很低
很高
很低
误差分析
蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
噬菌体中DNA进入大肠杆菌
搅拌不充分
理论上
上清液
沉淀物
其中一个
大肠杆菌
实际上
①35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？
搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
保温时间长
理论上
上清液
沉淀物
实际上
部分噬菌体未侵染
大肠杆菌
部分噬菌体释放出来
释放
实际上
保温时间短
②32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
35S标记的实验 32P标记的实验
标记部位
放射性情况 上清液
沉淀物
有无放射性原因
蛋白质
很高
DNA
很低
很高
很低
6.实验结果：
子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。
7.实验结论：
噬菌体中DNA进入大肠杆菌
蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验
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：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
患病
不患病
得到病毒
不能得到病毒
：
RNA
蛋白质
遗传物质的现代发现
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？
六、DNA是主要的遗传物质
真核生物
原核生物
DNA病毒
RNA病毒
绝大多数生物的遗传物质是DNA
具有细胞结构生物
不具细胞结构：病毒
DNA
DNA
RNA
（大多数病毒，如T2噬菌体）
（烟草花叶病毒，流感病毒和艾滋病病毒）
【知识总结】
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
肺炎链球菌的转化实验——艾弗里体外转化实验
艾弗里的实验说明DNA是遗传物质，
但不能说明DNA是主要遗传物质
思
1、能够准确地自我复制并传递给下一代
2、能够指导蛋白质的合成，控制生物体的性状和新陈代谢的过程
3、具有储存遗传信息的能力
4、具有稳定的双螺旋结构
DNA作为遗传物质具备的特点：
THANK YOU

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