资源简介

(共37张PPT)
第一节
DNA是主要的遗传物质
第三章 基因的本质
目录
1.对遗传物质的早期推测
2.肺炎链球菌的转化实验
3.噬菌体侵染细菌的实验
科学家的历史足迹
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
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
遗传物质是蛋白质还是DNA
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。
【讨论】
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。
蛋白质
染色体
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。
【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？
例如：将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。
蛋白质
染色体
学习目标
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.掌握肺炎链球菌体内和体外转化实验的过程和结论
4.说明自变量控制中“加法原理”和“减法原理”
对遗传物质的早期推测
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含有遗传信息
没发现其他大分子有类似的结构特点
20世纪20年代
20世纪30年代
——蛋白质是生物体的遗传物质
——蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子
对 DNA 的结构没有清晰的了解
对遗传物质的早期推测
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！
艾弗里
赫尔希
格里菲思
蔡斯
肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲思肺炎链球菌转化实验（体内）
（1）实验材料
小鼠、肺炎链球菌（S型、R型）
比较 菌体特点 菌落特点 毒性
S型 细菌
R型 细菌
无毒
有毒
人和小鼠患肺炎
小鼠并发败血症死亡
无多糖荚膜
有多糖荚膜
光滑
粗糙
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
注射S型活细菌
小鼠死亡
注射加热致死的S型活细菌
小鼠不死亡
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
肺炎链球菌的转化实验
【思考】
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
注射S型活细菌
注射加热致死的S型活细菌
小鼠不死亡
第一组
小鼠死亡
第二组
小鼠不死亡
第三组
肺炎链球菌的转化实验
4.设计第四组实验的目的是什么？
DNA酶将DNA水解为脱氧核苷酸。分解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，说明DNA必须保持完整性，才能完成其功能，同时证明DNA是遗传物质。
5.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。
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
第四组
肺炎链球菌的转化实验
【思考】肺炎链球菌内有DNA、蛋白质、脂质等化学成分，到底哪种成分是转化因子呢？
设计关键思路： 必须将S型菌内的蛋白质等物质分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。
肺炎链球菌的转化实验
2.艾弗里肺炎链球菌转化实验（体外）
（1）实验材料
细菌培养基、R型活细菌、S型细菌的细胞提取物、蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶
（2）实验思路
由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个地排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。
艾弗里和他的同事将加热致死的S型细菌破碎；设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
肺炎链球菌的转化实验
（3）实验过程
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
少量S型细菌
R型细菌
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
少量S型细菌
R型细菌
混合
蛋白酶
（或RNA酶、酯酶）
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
实验结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质
肺炎链球菌的转化实验
【思考】R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？
S型细菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型细菌
X基因吸附在R型细菌表面
X基因进入R型细菌
重组
R型细菌转化成S型细菌
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
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，认为增加某种影响因素的称谓“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”
与常态比较，认为去除某种影响因素的称谓“减法原理”
【例如】在艾弗里的肺炎链球菌的转化实验中，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，就利用了“减法原理”
噬菌体侵染细菌的实验
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。
1952 年，美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以 T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验。
1.T2噬菌体的结构和特点
噬菌体侵染细菌的实验
成分只有蛋白质和DNA
仅能在大肠杆菌内繁殖
繁殖时，仅将遗传物质导入大肠杆菌，其他物质保留在体外
主要组成元素
C、H、O、N、P
主要组成元素
C、H、O、N、S
同位素标记法
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
2.噬菌体的增殖过程
特点：T2噬菌体侵染大肠杆菌后，会利用大肠杆菌体内的物质合成自身组成成分，进行大量增殖，增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
吸附
噬菌体借尾丝吸附在细菌表面
注入
把DNA注入到细菌细胞
合成
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
组装
新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体
释放
细菌解体释放出噬菌体
3.T2噬菌体侵染细菌的过程
噬菌体侵染细菌的实验
4.T2噬菌体侵染细菌的实验过程
（1）获得被同位素标记的噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
培养大肠杆菌
培养T2噬菌体
噬菌体-蛋白质（ 35S）
32P
35S
培养大肠杆菌
培养T2噬菌体
大肠杆菌（32P）
噬菌体-DNA（ 32P）
大肠杆菌（35S）
（2）噬菌体侵染大肠杆菌
用35S或32P标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，混合，短时间的保温后，搅拌、离心
检测上清液和沉淀物的放射性
噬菌体侵染细菌的实验
标记的T2噬菌体
侵染大肠杆菌
离心并检测放射性
搅拌
短时间保温
检测子代噬菌体的放射性
5.实验结果
证明：DNA才是噬菌体的遗传物质
噬菌体侵染细菌的实验
亲代噬菌体 上清液（主要是噬菌体外壳） 沉淀物（主要是被侵染的大肠杆菌） 细菌裂解释放出的子代噬菌体有无放射性
35S-蛋白质
32P-DNA
放射性高
放射性低
没有检测到35S
放射性低
放射性高
检测到32P
【思考】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，随细菌离心到沉淀物中。
噬菌体侵染细菌的实验
35S标记的噬菌体
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
【思考】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
噬菌体侵染细菌的实验
32P标记的噬菌体
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
子代噬菌体中含有32P
三个经典实验的对比
肺炎链球菌 体内转化实验 肺炎链球菌 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
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们的功能
证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是
酶解法
分别加入到R型菌中
放射性同位素标记技术：
分别标记DNA和蛋白质
证明DNA是T2噬菌体的遗传物质
格里菲思
艾弗里及其同事
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”
【思考】少数病毒不含DNA，只含蛋白质和RNA，它们的遗传物质是什么？
RNA是遗传物质
烟草花叶病毒（TMV）
被烟草花叶病毒感染的烟草
如何实验探究它的遗传物质呢？
RNA是遗传物质
蛋白质
RNA
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
分别侵染健康烟草植株
【证明】烟草花叶病毒的遗传物质RNA，不是蛋白质
绝大多数生物的遗传物质是DNA。所以说DNA是主要的遗传物质。
RNA是遗传物质
生物种类
动物
植物
细菌
真菌
病毒
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质是DNA
遗传物质是RNA
课堂小结
格里菲思的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
肺炎链球菌的转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
RNA是TMV的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据表明
更多实验证据表明
DNA是主要的遗传物质
支持
随堂小测
1.下列关于“肺炎链球菌转化实验”的说法，正确的是( )
A.体内转化实验中，R型菌转化成的S型菌的致病性状不能遗传
B.体内转化实验中，S型菌的荚膜物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌
C.体外转化实验中，经蛋白酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
D.体外转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
解析：体内转化实验中，R型菌转化为S型菌是因为获得了S型菌的DNA，致病性状可遗传，A错误；体内转化实验未证明是荚膜物质导致转化，体外转化实验证明是DNA导致转化，B错误；蛋白酶处理S型菌提取物，破坏蛋白质，不影响DNA，仍能使R型菌转化，C错误；DNA酶处理S型菌提取物，破坏DNA，不能使R型菌转化，D正确。
D
随堂小测
2.用32P标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，侵染t时间后搅拌、离心得到上清液和沉淀物，检测上清液中放射性32P约占初始标记噬菌体放射性的30%。在侵染时间内，被侵染细菌的存活率接近100%。下列叙述错误的是( )
A.T2噬菌体的DNA需要借助宿主细胞的多种细胞器合成
B.培养基中的32P需经大肠杆菌摄取后才可出现在T2噬菌体的核酸中
C.适当延长侵染时间t，可使上清液中放射性32P占初始标记的比例降低
D.若实验改用35S标记，其余不变，则上清液中放射性35S占初始标记的比例接近100%
A
随堂小测
解析： T2噬菌体的宿主为大肠杆菌,大肠杆菌属于原核生物,只含有核糖体一种细胞器,A错误。T2噬菌体属于病毒,需寄生在活细胞内才能生存,不能直接利用培养基中的营养物质,因此实验中要先用含32P的培养基培养大肠杆菌,获得32P标记的大肠杆菌,再用T2噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌,从而获得32P标记的T2噬菌体,B正确。由题意可知,在侵染时间内,被侵染细菌的存活率接近100%,即大肠杆菌没有裂解,适当延长侵染时间,可使更多32P标记噬菌体的DNA进入大肠杆菌,上清液中放射性32P占初始标记的比例会降低,C正确。若实验改用35S标记,则标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳; 32P噬菌体的蛋白质外壳不能进入大肠杆菌细胞内,搅拌离心后位于上清液,因此若实验改用35S标记,上清液中放射性35S占初始标记的比例接近100%,D正确。
随堂小测
3.为了探究烟草花叶病毒（TMV）的遗传物质，某实验小组进行了如下图所示实验。下列说法正确的是( )
A.实验1为空白对照组，以消除无关变量对实验结果的影响，增强实验的可信度
B.根据实验1、2、3的实验现象可得出结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
C.实验4是利用“加法原理”设计的一个补充实验组，可以进一步验证实验结论
D.该实验与格里菲思的实验都是设法将核酸和蛋白质分开后分别研究各自的效应
解析：A、没有做出处理的为空白对照，实验2为空白对照组，以消除无关变量对实验结果的影响，增强实验的可信度，A错误；B、实验1、2、3的实验现象显示TMV病毒的RNA能引起烟草花叶病，蛋白质不能，因而能得出：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，B正确；C、实验4是利用“减法原理”设计的一个补充实验组，可以进一步验证实验结论，得出RNA是遗传物质的结论，C错误；D、该实验与艾弗里的实验都是设法将核酸和蛋白质分开后分别研究各自的效应，D错误。
B
THANKS
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