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第1节
DNA是主要的遗传物质
第3章 基因的本质
必修二
肺炎链球菌的转化实验
1
噬菌体侵染细菌的实验
2
目录
生物体内的遗传物质分析
3
习题检测
4
一、学习目标
二、重难点
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。
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。
肺炎链球菌的转化实验
1
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。
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。
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，将待定的遗传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
①氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
1.20世纪20年代
②没发现其他大分子有类似的结构特点。
蛋白质是生物体的遗传物质。
①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。
2.20世纪30年代
②意识到DNA的重性，但对DNA结构没有清晰认识。
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。
肺炎链球菌的转化实验
1
一、肺炎链球菌的类型
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
有无荚膜
有无毒性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 Rough
有
无
多糖
荚膜
有
无
S型肺炎链球菌可以引起人类和小患肺炎，小鼠并发败血症而死亡。
荚膜是什么？有什么作用？
荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。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纽胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
S型细菌具有多糖类荚膜，可以抵御吞噬细胞的吞噬，不能被宿主的正常防御机制所清除，因而导致宿主感染。
R型细菌没有多糖类荚膜，感染细胞后容易被吞噬并杀灭。
一、肺炎链球菌的类型
肺炎链球菌的转化实验
1
二、格里菲思的体内转化实验
注射加热杀死的S型菌+R型活细菌
说明R型菌无毒性
说明S型菌有毒性
说明加热杀死的S型菌失去毒性
分离出的细菌大部分是R型菌
对照原则、单一变量原则
从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以判断：已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子” 。
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
【提醒】发生转化的只是少部分R型细菌。
二、格里菲思的体内转化实验
转化后的S型细菌后代还是S，
说明转化后可以稳定遗传。
格里菲思第四组实验中，小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示，则：
①ab段R型细菌数量减少的原因是：
②bc段R型细菌数量增多的原因是：
③后期出现的大量S型细菌的来源:
小鼠进行免疫反应致使R型细菌数量减少。
R型细菌转化为S型细菌后，S型细菌增殖使小鼠患病，降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖。
R型细菌转化成的S型细菌繁殖而来。
转化后的S型细菌可稳定遗传。
二、格里菲思的体内转化实验
肺炎链球菌的转化实验
1
三、艾弗里及同事的体外转化实验
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？
但究竟哪一个才是转化因子呢？
【关键思路】
把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。
有R型细菌的培养液
加热杀死的S型细菌的细胞
提取液
+
S型细菌
R型细菌
有R型细菌的培养液
加热杀死的S型细菌的细胞
提取液
+
S型细菌
R型细菌
混合
混合
有R型细菌的培养液
加热杀死的S型细菌的细胞
提取液
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
结论
对照原则、单一变量原则
DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质，蛋白质不是遗传物质。
三、艾弗里及同事的体外转化实验
基因重组
R型细菌转化为S型细菌的实质：
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
DNA具有热稳定性。加热使蛋白质变性失去活性，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，但蛋白质却不能恢复。
三、艾弗里及同事的体外转化实验
格里菲思体内转化实验 艾弗里及同事体外转化实验
培养场所
巧妙构思
实验结论
小鼠体内
培养基
将R型与加热杀死的S型注入小鼠体内作为对照来说明确实发生转化
将物质分离提纯后，
直接、单独的观察各物质的作用
存在某种转化因子让R→S
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
1
肺炎链球菌的转化实验
1
四、肺炎链球菌体内和体外转化实验的联系
1.体内转化实验是体外转化实验的基础，
仅说明S型细菌体内有“转化因子”；
体外转化实验则是前者的延伸，
进一步证明了“转化因子”是DNA。
2.所用的材料相同：都巧妙选用R型和S型两种肺炎链球菌。
3.实验设计都遵循对照原则和单一变量原则。
加法原理
与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”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，利用了“加法原理”。
在对照实验中控制自变量，可以采用“加法或减法原理”。
减法原理
与常态相比，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，这利用了“减法原理”。
1
1.易错辨析
(1)肺炎链球菌转化的原理是基因突变 ( )
(2)S型菌的DNA和R型菌混合培养，后代全是S型菌 ( )
(3)艾弗里的肺炎链球菌转化实验的自变量控制利用了“减法原理”
( )
(4)格里菲思的实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状 ( )
(5)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质
( )
×
×
√
×
×
基因重组
少部分R转化
存在转化因子
证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
习题巩固
1
2.某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：
①S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠
②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA
→注射入小鼠
④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA
→注射入小鼠
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（ ）
A.存活，存活，死亡，死亡 B.存活，死亡，存活，死亡
C.存活，死亡，死亡，存活 D.存活，死亡，存活，存活
D
习题巩固
1
3.下图为肺炎链球菌不同品系间的转化，在R型菌转化为S型菌的
过程中，下列相关叙述错误的是（ ）
A.加热杀死的S型菌中的细胞核
中DNA降解为多个较短的DNA片段
B.转化产生的S型菌中的capS是由
R型菌中的capR发生基因突变产生
C.加入S型菌的DNA和R型活菌的培养基中，
一段时间后只存在表面光滑的菌落
D.S型菌表面具有多糖类荚膜，荚膜的形成受DNA（基因）控制
ABC
习题巩固
4.(2024·重庆模拟)下图是肺炎链球菌
的体内和体外转化实验中 R 型细菌
和 S型细菌的数量变化曲线。
下列有关说法错误的是(　 )
A.体内转化实验中，小鼠体内的S型活细菌含有R 型细菌的遗传物质
B.高温不能改变 DNA的结构，
所以加热致死的S型细菌能将R型细菌转变成S型细菌
C.①可表示体内转化实验中R型细菌(曲线乙)
和S型细菌(曲线甲)的数量变化曲线
D.②可表示体外转化实验中R型细菌(曲线甲)
和S型细菌(曲线乙)的数量变化曲线
B
高温能使DNA变性，能改变其结构，但温度降低到合适的温度时，DNA能复性
习题巩固
噬菌体侵染细菌的实验
2
噬菌体侵染细菌的实验
2
一、实验材料——T2噬菌体和大肠杆菌
1.T2噬菌体的结构及生活方式
噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌等微生物的病毒的总称。
（1）头部内含有 ：含 元素。
（填特征元素）
DNA
P
（2）外壳： ，含 元素。
（填特征元素）
蛋白质
S
（3）生活方式：
专门寄生在大肠杆菌体内。
2.噬菌体的增殖
⑥侵入别的细菌
③合成核酸和蛋白质
④装配
⑤释放
①吸附
②注入核酸
一、实验材料——T2噬菌体和大肠杆菌
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.噬菌体的增殖
噬菌体侵染细菌的实验
2
二、实验方法
放射性同位素标记技术
选择什么元素对DNA和蛋白质进行放射性标记？
（1）蛋白质:
（2）DNA：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
35S
32P
可以直接标记T2噬菌体吗？
不可以，T2噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含 培养基培养噬菌体。
被标记的大肠杆菌
噬菌体侵染细菌的实验
2
三、实验过程
1.第一步：先标记大肠杆菌
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
2.第二步：再标记T2噬菌体
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体
赫尔希和蔡斯
不能用35S、32P标记同一噬菌体
3.第三步
标记的噬菌体侵染
未标记大肠杆菌
短时间保温后
搅拌
搅拌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
离心使上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
离心
三、实验过程
细菌裂解后检测
子代噬菌体的放射性
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
不能证明蛋白质不是遗传物质
上清液放射性很高
上清液为噬菌体外壳。
沉淀物放射性很低
沉淀物主要为包含噬菌体DNA的大肠杆菌。
3.第三步：用被标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
35S标记的噬菌体
用35S标记的
噬菌体与未标记的大肠杆菌混合
经短时间
保温后
用搅拌器搅拌
检测上清液和沉淀物
中的放射性物质
离心
说明蛋白质没有进入大肠杆菌。
32P标记的噬菌体
用32P标记的
噬菌体与未标记的大肠杆菌混合
经短时间
保温后
用搅拌器搅拌
检测上清液和沉淀物中的放射性物质
离心
沉淀物为包含噬菌体DNA的大肠杆菌。
说明DNA是真正的遗传物质
子代噬菌体中含32P
细菌裂解后检测
子代噬菌体的放射性
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
沉淀物放射性很高
上清液放射性很低
上清液中主要含噬菌体外壳。
3.第三步：用被标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
噬菌体侵染细菌的实验
2
四、实验结论
35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体
上清液
沉淀物
子代噬菌体
结论 放射性高
放射性低
无放射性
放射性高
放射性低
有放射性
◇蛋白质没有进入细菌细胞
◇DNA进入到细菌的细胞中
◇DNA才是噬菌体的遗传物质
不能证明蛋白质不是遗传物质
噬菌体侵染细菌的实验
2
五、噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”
1.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
2. 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
五、噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”
噬菌体侵染细菌的实验
2
六、 “二看法”判断子代噬菌体标记情况
噬菌体侵染细菌的实验
2
七、 “二看法”判断子代噬菌体标记情况
艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验
处理方式
对照原则
实验结论
设计思路 直接分离
同位素标记法
S型细菌的分离物质分别与
R型细菌混合培养相互对照
分别标记噬菌体DNA和蛋白质的两组实验相互对照
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
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）
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。
习题巩固
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）。
习题巩固
习题巩固
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：
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、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。
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。
4.易错辨析
(1)搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离( )
(2)T2噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖( )
(3)分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基
培养噬菌体( )
(4)用1个35S标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌，
裂解释放的子代噬菌体中只有2个含35S( )
(5)噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA控制蛋白质的合成( )
√
×
×
×
√
习题巩固
5.(2024·辽阳一模)如图表示赫尔希和蔡斯进行噬菌体侵染细菌实验的部分过程。下列有关该实验的叙述，正确的是( 　 )
A.若第一步是用35S标记噬菌体，则一般情况下，②处的放射性很高
B.若第一步是用32P标记噬菌体，则一般情况下，③处的放射性很低
C.①是搅拌离心，目的是使DNA和蛋白质分开，分别观察它们的遗传效应
D.无论标记的是35S还是32P，若混合培养后保温时间过长，
则③处的放射性均会增强
A
习题巩固
6.(2022·海南高考)某团队从如表①～④实验组中选择两组，模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，验证DNA是遗传物质。结果显示：第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中，第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第一、二组实验分别是(　 )
C
　 　材料及标记 实验组　　　　 T2噬菌体 大肠杆菌
① 未标记 15N标记
② 32P标记 35S标记
③ 3H标记 未标记
④ 35S标记 未标记
A.①和④ B.②和③ C.②和④ D.④和③
习题巩固
探究遗传物质的方法
1.探究思路
(1)若探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看作用。
(2)若探究未知病毒的遗传物质是DNA还是RNA——利用酶的专一性或同位素标记法。
2.探究方法
生物体内的遗传物质分析
3
生物体内的遗传物质分析
3
一、烟草花叶病毒感染烟草的实验
【结论】RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
得到全新病毒
不能得到病毒
：
RNA
蛋白质
患病
不患病
生物体内的遗传物质分析
3
二、DNA是主要的遗传物质
1.绝大多数生物以DNA为遗传物质
凡是有DNA的生物
凡是细胞结构的生物
2.极少数生物没有DNA，只有RNA一种核酸，则RNA是遗传物质，
如烟草花叶病毒、艾滋病病毒HIV、大多数流感病毒等
就整个生物界来说，绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的，所以DNA是主要的遗传物质；但对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA。
生物体内的遗传物质分析
3
三、不同生物的遗传物质
生物种类 核酸种类 碱基 核苷酸 遗传物质 实例
细胞生物
病毒 DNA病毒
RNA病毒
2种
（DNA和RNA)
1种(DNA)
1种(RNA)
5种
4种
4种
8种
4种
4种
DNA
DNA
RNA
人、酵母菌、蓝藻等
噬菌体等
HIV等
病毒
按宿主
按核酸种类
动物病毒
植物病毒
细菌病毒
DNA病毒
RNA病毒
如天花病毒，肝炎病毒
如烟草花叶病毒
如噬菌体
天花病毒、噬菌体、乙肝病毒
SARS病毒、流感病毒、新冠病毒、
烟草花叶病毒、HIV、埃博拉病毒
新冠病毒的最外层有脂质的囊膜包被，因此其进入细胞的方式为依靠脂质膜和细胞膜的融合，以类似胞吞的方式进入宿主细胞。
三、不同生物的遗传物质
1.烟草花叶病毒（TMV）和车前草花叶病毒（HRV）是两种亲缘关系较近的RNA病毒。将TMV和HRV的RNA与蛋白质分离后，用两种RNA分别感染烟草植株的叶片，叶片上出现不同形状病灶，用两类蛋白质分别感染则叶片上均不出现病灶。将一种RNA与另一种病毒的蛋白质重组，得到两种杂交体，再用杂交体分别感染烟叶，烟叶上也出现病灶，病灶类型与杂交体的RNA种类有关而与蛋白质种类无关。下列叙述正确的是（ ）
A.实验结果说明病毒RNA也可独立完成完整的生命活动
B.因两种病毒RNA的亲缘关系较近，故二者的核苷酸含量相同
C.在被杂交体感染的烟叶上所形成的病灶中能收集到子代杂交体
D.实验证明了RNA是TMV和HRV的遗传物质而蛋白质不是
D
习题巩固
2.科学家发现一种称为朊病毒的病原微生物(PrPS)，其只有蛋白质，没有核酸，能够侵染牛脑组织，并将牛脑组织中的PrPC蛋白转变为PrPS，二者的氨基酸排列顺序完全相同，但后者具有感染性，可以诱导体内更多的PrPC蛋白转变成PrPS。科研小组欲模拟蔡斯与赫尔希的噬菌体侵染细菌实验，采用35S标记的朊病毒侵染牛脑组织。下列说法错误的是(　 )
A.可先用含35S的培养液培养牛脑组织，再用朊病毒侵染牛脑组织，
一段时间后可获得35S标记的朊病毒
B.与赫尔希和蔡斯的实验不同的是，模拟实验过程中不需要搅拌
C.离心后获得上清液和沉淀物，放射性主要集中在上清液
D.上述实验说明蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化
C
习题巩固
格里菲思的
体内转化实验
艾弗里及同事的
体外转化实验
转化因子是什么
加热杀死的S型细菌中含有转化因子
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
更多实验证据
DNA是主要的遗传物质
课堂总结
习题检测
4
1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中提取的某种物质，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
习题检测
D
2.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
A
习题检测
3. 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。 试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，进入大肠杆菌内的主要是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。
习题检测
4.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌休侵染细菌的实验。
分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：
①能够精确地复制自己；
②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；
③具有贮存遗传信息的能力；
④结构比较稳定等。
THANKS

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