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(共44张PPT)
3.1 DNA是主要的遗传物质
（第一课时）
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。
染色体
DNA
蛋白质
讨论
1. 你认为遗传物质可能具有什么特点？
2. 你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方
法有哪些？
问题探讨
染色体
DNA
蛋白质
讨论
1. 你认为遗传物质可能具有什么特点？
能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢的过程。
在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地自我复制，使得前后代具有一定的连续性。
具有储存大量遗传信息的潜能
结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。
问题探讨
染色体
DNA
蛋白质
讨论
2. 你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方
法有哪些？
将待定的物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等等
对遗传物质的早期推测
20世纪20年代认为蛋白质是生物体的遗传物质
依据
蛋白质中氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传物质。
当时没有发现其他生物大分子有类似的结构特点。
蛋白质可以直接“控制”生物性状和代谢
对遗传物质的早期推测
② 20世纪30年代人们认识了DNA的组成
DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子
O
腺嘌呤（A）
脱氧核糖
P
腺嘌呤脱氧核苷酸
O
胸腺嘧啶（T）
脱氧核糖
P
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
O
脱氧核糖
P
鸟嘌呤（G）
鸟嘌呤脱氧核苷酸
O
脱氧核糖
P
胞嘧啶（C）
胞嘧啶脱氧核苷酸
但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
肺炎链球菌的转化实验
1. 格里菲思
肺炎链球菌体内转化实验
① 两种肺炎链球菌的比较
肺炎链球菌 菌落 荚膜 毒性
R型细菌菌落
S型细菌菌落
粗糙
光滑
无
有
无
有
肺炎链球菌的转化实验
1. 格里菲思
肺炎链球菌体内转化实验
① 两种肺炎链球菌的比较
是指由单个微生物细胞在适宜固体培养基表面或内部生长繁殖到一定程度，形成以母细胞为中心的一团肉眼可见的、由一定形态、构造等特征的子细胞集团。
菌落
R型菌落
S型菌落
肺炎链球菌的转化实验
1. 格里菲思
肺炎链球菌体内转化实验
① 两种肺炎链球菌的比较
某些细菌的细胞壁外面包围胶状物质。
无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
荚膜
多糖荚膜
肺炎链球菌的转化实验
② 实验过程
注射
R型
活细菌
小鼠不死亡
01
02
注射
S型
活细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
03
小鼠不死亡
注射加热致死的S型细菌
04
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
肺炎链球菌的转化实验
③ 实验结论
对比第一、二组的实验现象，这说明了什么？
S型活细菌会使小鼠死亡。
第四组小鼠为什么会死亡呢？
由于体内有活的S型细菌的作用。
第四组活的S型细菌如何出现？
活的R型细菌转变成了活的S型细菌。
什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。
加热杀死的S型细菌中，含有某种促R型活细菌转化为S型细菌的活性物质——“转化因子”
肺炎链球菌的转化实验
2.艾弗里
肺炎链球菌体外转化实验
① 实验思路
设法逐步去除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。
思考：
如何去除细菌各组分？
蛋白酶
去除蛋白质
RNA酶
去除RNA
DNA酶
去除DNA
酯酶
去除脂质
肺炎链球菌的转化实验
② 实验过程
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
+
混合
R型细菌
S型细菌
第一组
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
+
混合
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
R型细菌
S型细菌
第二至四组
+
混合
DNA酶
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
只长R型细菌
第五组
肺炎链球菌的转化实验
③ 实验结论
组别 处理步骤 结果 结论
一 S型细菌的细胞提取物，不做处理 加入R型活细菌的培养基中，混合后培养 R+S DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质
二 S型细菌的细胞提取物+蛋白质酶 R+S 三 S型细菌的细胞提取物+RNA酶 R+S 四 S型细菌的细胞提取物+酯酶 R+S 五 S型细菌的细胞提取物+DNA酶 R
肺炎链球菌的转化实验
④ 实验分析
该实验的设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？
遵循单一变量原则和对照原则。
其巧妙之处在于：运用“减法原理”，即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。
最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）
肺炎链球菌的转化实验
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
与常态比较，人为增加某种因子的称为“加法原理”。
例如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。
1
2
2
3
3
4
4
肺炎链球菌的转化实验
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
例如，在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就是利用了“减法原理”。
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
+
混合
+
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
+
混合
DNA酶
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
拓展：R型链球菌转化为S型链球菌的理解
转化的原理和实质
转化原理
转化实质
加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活；DNA在加热过程中，双链解开，当缓慢冷却后，其结构可恢复。
S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
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
练习：
1. 肺炎链球菌转化实验中，发现无致病性的R型细菌和加热杀死的有致病性的S
型细菌混合后，在小鼠体内找到了下列哪些类型的细菌 （ ）
① 有致病性的R型 ② 无致病性的R型
③ 有致病性的S型 ④ 无致病性的S型
A. ① ② B. ③ ④ C. ② ③ D. ② ④
C
练习：
2. 为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎链球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：
下列叙述正确的是 （ ）
C
甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性
乙组培养皿中R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质
丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNA
该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA
练习：
3. 肺炎链球菌有许多类型，有荚膜的S型细菌有毒性，能引起人患肺炎或引起小鼠患败血症死亡，无荚膜的R型细菌无毒性。下图为所做的细菌转化实验。下列相关说法错误的是 （ ）
丙组为空白对照，实验结果为小鼠不死亡
能导致小鼠患败血症死亡的有甲、丁两组
戊组实验表明，加入S型细菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型细菌
丁组产生的有毒性的肺炎链球菌不能将该性状遗传给后代
D
温故知新
早期认为蛋白质是遗传物质
对遗传物质的探索
格里菲思
肺炎链球菌体内转化实验
R 型细菌
S 型细菌
S 型细菌中
转化因子
艾弗里
转化因子是什么？
肺炎链球菌体外转化实验
R 型细菌
S 型细菌
S 型细菌的DNA
更具有说服力的实验
赫尔希和蔡斯
噬菌体侵染细菌的实验
噬菌体侵染细菌的实验
1. T2噬菌体
① T2 噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
头部
尾部
DNA
蛋白质
它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。
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。
噬菌体侵染细菌的实验
1. T2噬菌体
② T2 噬菌体侵染大肠杆菌的过程
吸附
注入
合成
组装
释放
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，进行大量繁殖。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。
噬菌体侵染细菌的实验
2. 实验思路
将蛋白质和DNA完全分开，单独观察他们的作用
3. 实验方法
放射性同位素标记法（分别标记DNA和蛋白质）
DNA
蛋白质
元素组成
C、H、O、N、P
元素组成
C、H、O、N、S
32P
35S
噬菌体侵染细菌的实验
4. 如何标记噬菌体
含有35S的培养基+大肠杆菌
含35S的大肠杆菌
噬菌体侵染
含35S的噬菌体
含有32P的培养基+大肠杆菌
含32P的大肠杆菌
噬菌体侵染
含32P的噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
4. 如何标记噬菌体
问：能否在含有放射性同位素的培养基中标记噬菌体？
问：实验能否用和同时标记噬菌体？
不能，噬菌体只能寄生在活细胞中，不能在培养基上存活。
不能，因为放射性检测时，只能检测到放射部位，不能确定是那种元素的放射性；
噬菌体侵染细菌的实验
5. 实验过程
搅拌后离心
35S标记的噬菌体
35S标记的噬菌体与细菌混合
离心后
上清液
沉淀物
上清液的放射性很高
沉淀物的放射性很低
细菌裂解
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
噬菌体侵染细菌的实验
5. 实验过程
搅拌后离心
32P标记的噬菌体
32P标记的噬菌体与细菌混合
离心后
上清液
沉淀物
上清液的放射性很低
沉淀物的放射性很高
细菌裂解
在新形成的部分噬菌体中检测到32P
用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
噬菌体侵染细菌的实验
5. 实验过程
标记细菌
标记
噬菌体
噬菌体侵染细菌
（短时间保温）
搅拌
离心
观察放射性的分布
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颗粒与细菌分离
让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
噬菌体侵染细菌的实验
6. 实验结果分析及结论
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
有无放射性原因 蛋白质未进入细菌中 DNA进入细菌中
子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。但不能证明蛋白质不是遗传物质。
噬菌体侵染细菌的实验
7. 误差分析
搅拌不充分导致部分蛋白质外壳还吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
培养时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；或培养时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
噬菌体侵染细菌的实验
使用不同元素标记后子代放射性有无的判断
一看标记生物
细菌
噬菌体
提供原料，子代中都含有放射性
二看标记元素
32P
标记DNA，部分子代中含有放射性
35S
标记蛋白质，子代中不含有放射性
C、H
标记蛋白质和DNA，部分子代中含有放射性
噬菌体侵染细菌的实验
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？
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。
繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
噬菌体侵染细菌的实验
思考·讨论
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）
噬菌体侵染细菌的实验
思考·讨论
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有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。
启示：科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。
噬菌体侵染细菌的实验
归纳·总结：三个经典实验对比
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
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
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
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是
DNA是遗传物质
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”
RNA是遗传物质的实验证据
1.RNA病毒
有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA；
如烟草花叶病毒、2019-nCoV、SARS病毒、流感病毒等。
RNA
蛋白质外壳
烟草花叶病毒的示意图（左）和电镜照片（右）
RNA
表面S蛋白
M蛋白
E蛋白
新型冠状病毒的超微结构图
RNA是遗传物质的实验证据
2.烟草花叶病毒的感染实验
RNA
蛋白质
分离
蛋白质
RNA
侵染
侵染
结果
结果
RNA是遗传物质的实验证据
3.烟草花叶病毒的重建实验
A型TMV
B型TMV
侵染
侵染
侵染
侵染
A型TMV
B型TMV
实验结论：烟草花叶病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA
DNA是主要的遗传物质
细胞生物
非细胞生物
病毒
原核生物
真核生物
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质是DNA
遗传物质是RNA
绝大多数生物的遗传物质是DNA
DNA是主要的遗传物质
提醒：
具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。
练习与应用
枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌种提取的某种物质，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
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
D
A
练习与应用
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，进入大肠杆菌的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。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。
练习与应用
结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体的侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
提示：肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备一下几个特点：能够精确地自我复制；能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢的过程；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定，等等。

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