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(共49张PPT)
第一节 核酸是遗传物质
（第一课时）
第三章 遗传的分子基础
素养目标
掌握肺炎链球菌体内和体外转化实验的过程和结论；体验探究生物遗传物质的实验思路。
科学探究
理解核酸是遗传物质的结论。
生命观念
教学重难点
01
02
掌握生物遗传的物质基础以及DNA作为遗传物质的证据。
肺炎链球菌转化实验过程及结论。
课程导入
染色体
DNA
蛋白质
基因
性状
组成
？
控 制
课程导入
DNA和蛋白质哪个是遗传物质呢？
蛋白质
染色体
DNA
少量RNA
非组蛋白
组蛋白
DNA是遗传物质
确定DNA是遗传物质的证据
20世纪50年代之前，“遗传物质可能是核酸”的观点通常被认为是不正确的。
此前人们普遍认为DNA是相当小的分子，相对分子质量约为1500，四种碱基在核酸中等量地存在，并简单重复。人们考虑到生物体结构与功能的巧妙适应性，以及发育过程和途径的极端复杂性，DNA这样简单的小分子不可能发挥出如此重要的控制作用。
DNA是遗传物质的直接证据
首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的科学家有哪些？
艾弗里
格里菲思
英国的细菌学家兼病理学家——格里菲斯进行了肺炎链球菌转化实验。
他于1928年发现了一个看似与遗传学无关是实验。
DNA是遗传物质的直接证据
肺炎链球菌
有毒性，使人患肺炎或使小鼠患败血病
无毒性
菌落
菌体
菌落光滑
毒性
菌落粗糙
有荚膜(多糖)
无荚膜
DNA是遗传物质的直接证据
两种肺炎链球菌的菌落实图
DNA是遗传物质的直接证据
革兰氏染色法
革兰染色法，由丹麦病理学家Christain Gram于1884年创立，是细菌学中很重要的鉴别染色法，因为通过此法染色，可将细菌鉴别为革兰阳性菌（G+）和革兰阴性菌（G-）两大类。
阳性菌仍带紫色，阴性菌则被染上红色。
肺炎链球菌光滑型（S）菌株为革兰氏阳性菌，粗糙型（R）菌株为革兰氏阴性菌。
革兰氏阳性菌对青霉素敏感，革兰氏阴性菌对链霉素敏感。可根据革兰氏染色法鉴别不同菌种并对症下药。
DNA是遗传物质的直接证据
知识拓展—— 败血症
败血症（septicemia），是指细菌进入血液循环，并在其中生长繁殖、产生毒素而引起的全身性严重感染。临床表现为发热、严重毒血症状、皮疹瘀点、肝脾肿大和白细胞数增高等。分革兰阳性球菌败血症、革兰阴性杆菌败血症和脓毒败血症。以抗生素治疗为主，辅以其他治疗方法。预防措施为避免皮肤粘膜受损，防止细菌感染。
DNA是遗传物质的直接证据
不死亡
死亡
不死亡
死亡
注射R型
活细菌
注射S型
活细菌
注射加热致死的S型细菌
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
说明加热致死的S型细菌无毒
说明S型细菌有毒
说明R型细菌无毒
说明R型细菌转化成了S型细菌
对照原则、单一变量原则
DNA是遗传物质的直接证据
如何确定转化因子？
蛋白质
荚膜多糖
DNA
主要成分
S型肺炎链球菌
【研究思路】
分离各种物质，单独看某物质是否具有转化作用
【具体技术】
1.破碎细胞，离心分离各种物质
2.破碎细胞，加酶水解某种物质
【基本原则】
单一变量原则、对照原则
DNA是遗传物质的直接证据
①
②
③
④
主张
证据
推理
DNA是转化因子
①②④组R型菌没有转化
③组R型菌转化
因为加入DNA后发生转化，而不加或用DNA酶降解DNA后，不能实现转化，说明转化过程与DNA高度相关。
DNA是遗传物质的直接证据
争论
艾弗里等人
DNA是转化因子
你们DNA里混了蛋白质
遗传物质是蛋白质
某些人
我们用了DNA酶
你们DNA酶里有其他酶
DNA是遗传物质的直接证据
肺炎链球菌的体外转化实验
第一组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
第二至四组
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
混合
混合
第五组
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取物
+
混合
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
S型细菌
R型细菌
S型细菌
R型细菌
只长R型细菌
对照原则、单一变量原则
DNA是遗传物质的直接证据
肺炎双球菌活体细菌转化实验和离体细菌转化实验比较和分析
项目 活体细菌转化实验 离体细菌转化实验
培养细菌 小鼠(体内) 培养基(体外)
实验结果 加热杀死的S型菌能使R型菌转化为S型菌 S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌
实验结论 S型菌体内有“转化因子” S型菌的DNA是遗传物质
联系 ①所用材料相同，都是肺炎双球菌(R型和S型)； ②实验目的都是研究谁是遗传物质； ③活体细菌转化实验是基础，仅说明S型菌体内有“转化因子”，离体细菌转化实验进一步证明“转化因子”是DNA；④两个转化实验都遵循对照原则、单一变量原则
DNA是遗传物质的直接证据
实验分析
艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质；
被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数。
S型细菌的DNA不能使小鼠致死。
加热杀死S型菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。
R型菌转化成S型菌的实质是S型菌DNA与R型菌DNA实现重组，表现出S型菌的性状。
转化后形成的S型菌的性状可以遗传下去，说明S型菌的DNA是遗传物质。
DNA是遗传物质的直接证据
知识拓展
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；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。
R型细菌转化为S型细菌的本质：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
课堂练习
1.某研究人员模拟进行了肺炎双球菌转化实验，下列操作可能导致小鼠患肺炎并发败血症死亡的是（ ）
A.S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠
B.R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
C.R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
D.S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
解析：A、S型菌的DNA+DNA酶，DNA被水解，对后面加入的R型菌失去转化作用，R型菌无致病性，注射入小鼠体内，小鼠存活，A正确；B、R型菌的DNA+DNA酶，DNA被水解，不起作用；加入S型菌，有致病性，注射入小鼠体内导致小鼠死亡，B错误；C、R型菌→高温加热后冷却，R型菌被杀死，加入S型菌的DNA，没有了R型活菌，不能转化，小鼠存活，C正确；D、S型菌+DNA酶→高温加热后冷却，DNA酶变性失活，S型菌被杀死，加入R型菌的DNA，注射入小鼠，无致病性，小鼠存活，D正确。故选B。
B
课堂练习
2.下列关于格里菲思肺炎链球菌转化实验的叙述，错误的是（ ）
A.将加热致死的S型细菌注入小鼠体内不会导致小鼠死亡
B.注射活的或致死的R型细菌都不会引起小鼠死亡
C.将R型活细菌和加热致死的S型细菌混合注射到小鼠体内，死亡小鼠体内不能分离得到R型细菌
D.该实验证明已经加热致死的S型细菌中存在某种促进R型活细菌转化的因子
解析：A、蛋白质是生命活动的主要承担者，因此，加热杀死的S型菌蛋白质被破坏失去毒性，不会导致小鼠死亡，A正确；B、R型菌无毒，因此，注射活的或致死的R型细菌都不会引起小鼠死亡，B正确；C、将S型细菌杀死后与R型细菌混合注入小鼠体内，由于会发生基因重组，R型菌会转化成S型细菌进而导致小鼠死亡，因此，由于转化的效率是低的，因此，从死亡小鼠体内能分离得到R型细菌，C错误；D、格里菲思细菌转化实验证明了存在着某种“转化因子”使R型细菌转化为有毒性的S型细菌，但是并没有证明遗传物质是DNA，D正确。故选C。
C
课堂练习
3.艾弗里为研究遗传物质，将S型细菌的提取物平均分为五组，第一组不做处理，第二组加入蛋白酶，第三组加入RNA酶，第四组加入酯酶，第五组加入DNA酶，分别与R型活细菌混合培养，观察菌落。下列有关该实验的叙述，错误的是（ ）
A.该实验设计遵循了对照原则和单一变量原则
B.该实验过程中，在控制自变量时应用了加法原理
C.第一、二、三、四组中既含有R型细菌，也含有S型细菌
D.艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质
解析：该实验设计遵循了对照原则（分别加入不同的酶构成相互对照等）和单一变量原则，A正确；该实验过程中，每个实验组均特异性地去除了一种物质，在控制自变量时应用了减法原理，B错误；①②③④中S型细菌的DNA均未被破坏，仍具有转化活性，因此，①②③④中既含有R型细菌，也含有S型细菌，C正确；艾弗里分别在S型细菌的提取物加入不同的酶，结果证明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA，蛋白质等其他物质不是遗传物质，D正确。
B
课堂练习
4.艾弗里曾经在他的论文中这样描述肺炎链球菌的体外转化过程：“格里菲思只有用老鼠做实验才成功，当他用同样的细菌混合物在培养基中培养时，无法观察到转化现象。我们在培养基中加了抗R型菌的血清，结果转化成功了”。下列对这段话的理解，说法错误的是（ ）
A.细菌的混合物指的是R型活菌和加热杀死的S型菌
B.艾弗里用减法原理证明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA
C.老鼠的免疫系统对S型菌起到了选择作用
D.格里菲思进行的体外转化实验不存在转化过程
解析：细菌混合物是指R型活菌与加热杀死的S型菌，A说法正确；艾弗里用相应的酶水解对应的物质，观察哪组转化成功，结果发现只有加入DNA酶以后，培养基中没有出现S型菌，其余各组均出现，说明转化因子是DNA，DNA是肺炎链球菌的遗传物质，B说法正确；结合题意可知，格里非思用老鼠做实验转化成功，当他用同样的细菌混合物在培养基中培养时，没有成功，说明体外的环境不适合S型菌生长，但是加入抗R型菌的血清，S型菌得以生长，说明老鼠的免疫系统有利于S型菌的生长，不利于R型菌的生长，免疫系统对S型菌起到了选择作用，C说法正确；由题意可知，格里菲思的体外转化实验也存在转化过程，只是环境不适合S型菌的生长，D说法错误。
D
总结归纳
DNA是遗传物质
的直接证据
格里菲思的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
加热杀死的S型菌体内含转化因子
S型菌的DNA是转化因子（遗传物质）
第一节 核酸是遗传物质
（第二课时）
第三章 遗传的分子基础
素养目标
掌握噬菌体侵染细菌实验的方法过程及结论，体验探究生物遗传物质的实验思路。
科学探究
查阅相关资料，深入理解“烟草花叶病毒的感染实验”，理解 DNA是主要遗传物质的结论。
科学思维
教学重难点
01
02
噬菌体侵染细菌实验的原理、过程和结论。
概述生物遗传的物质基础以及DNA 作为遗传物质的证据。
复习导入
DNA结构
DNA纯度
DNA作用
质疑：DNA是遗传物质。
噬菌体侵染细菌的实验分析
T2噬菌体
噬菌体增殖示意图
培养基上的噬菌体照片
T2噬菌体侵染细菌增殖过程
噬菌体侵染细菌的实验分析
组装
释放
合成噬菌体DNA和蛋白质
噬菌体DNA注入并降解宿主DNA
吸附
1
2
4
5
3
氨基酸、脱氧核苷酸（细菌提供）
核糖体、细胞质（细菌提供）
ATP（细菌提供）
原料：
场所：
能量：
模板：
DNA（噬菌体）→指导蛋白质外壳的形成
通过阅读课本内容，思考以下问题
噬菌体侵染细菌的实验分析
问题1：该实验的实验目的是什么？科学家用什么方法探究？
探究噬菌体的遗传物质是什么。同位素标记法
问题2：分别用什么元素标记噬菌体的什么成分？为什么？
用35S标记噬菌体的蛋白质，用32P标记噬菌体的DNA（特有元素）
问题3：标记噬菌体方法
在分别含有放射性同位素32P 和35S的培养基中培养细菌
分别用上述细菌培养T2噬菌体，制备含32P的噬菌体和含35S的噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验分析
分别用35S或32P标记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
32P标记的噬菌体
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
上清液放射性很低，
沉淀物放射性很高。
子代噬菌体中含32P
噬菌体侵染细菌的实验分析
在噬菌体中，亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质，也就是说，子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的，因此DNA才是真正的遗传物质。
实验结果
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
蛋白质外壳仍留在细胞外
噬菌体DNA进入细菌的细胞中
很高
很低
噬菌体侵染细菌实验的三次涉及大肠杆菌
噬菌体侵染细菌的实验分析
三次涉及大肠杆菌
①培养：先分别用含32P35S的培养基培养大肠杆菌
目的：获取具有放射性的大肠杆菌
②用T2噬菌体侵染上述带放射性的大肠杆菌
目的：获得分别被32P、35S标记的噬菌体
③分别用含32P、35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
目的：依据放射性主要分布在上层培养液还是底层沉淀中，确认蛋白质和DNA是否“进入”大肠杆菌
噬菌体侵染细菌实验的一个关键环节——搅拌
搅拌要充分——搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体、蛋白质外壳与大肠杆菌分离，搅拌不充分，35S标记的T2噬菌体蛋白质外壳没有和大肠杆菌分离而随大肠杆菌到了底层沉淀中，这样会造成底层放射性偏高。
噬菌体侵染细菌的实验分析
搅拌后
离心后
上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析
噬菌体侵染细菌的实验分析
用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：
①保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性。
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液，也会使上清液出现放射性。
用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：
由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面，随大肠杆菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。
病毒
随着对病毒研究的逐渐深入，科学家发现许多病毒中含有RNA，却没有DNA。例如烟草花叶病毒、艾滋病病毒、冠状病毒、等。
烟草花叶病毒
艾滋病病毒
冠状病毒
有些病毒的遗传物质是RNA
有些病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病毒
烟草花叶病毒
（简称TMV）
感染烟草花叶病毒后的病斑
烟草花叶病毒不含DNA，由一条RNA链和蛋白质外壳组成。在感染植物时，会出现致病斑。那这种病毒的遗传物质是蛋白质还是RNA呢？
有些病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病病斑
TMV电镜图和模式图
烟草花叶病毒及其感染与重建
有些病毒的遗传物质是RNA
TMV B
RNA B
蛋白质B
蛋白质 A+RNA B
TMV B
TMV A
RNA A
蛋白质A
蛋白质 B +RNA A
TMV A
：
将来自不同株系的RNA和蛋白质混合后感染烟草，所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系，而不是提供蛋白质的株系。
结论：新病毒类型取决于所提供的RNA。
有些病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病毒及其感染与重建
有些病毒的遗传物质是RNA
RNA
壳粒
壳粒
DNA
糖蛋白
18×250 nm
70–90 nm (直径)
糖蛋白
80–200 nm (直径)
80 × 225 nm
套膜
RNA
壳体
头
DNA
尾管
尾丝
50 nm
50 nm
50 nm
20 nm
(a) 烟草花叶病毒
(b) 腺病毒
(c) 流感病毒
(d) T2噬菌体
有些病毒的遗传物质是RNA
生物的遗传物质
生物类型 核酸种类 遗传物质 实例
细胞 生物 真核生物 DNA和RNA DNA 动物、植物、真菌
原核生物 DNA和RNA DNA 细菌、蓝藻、放线菌
非细 胞生 物 DNA病毒 DNA DNA 噬菌体、乙肝病毒
RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒、流感病毒、SARS病毒、小儿麻痹病毒、脑炎病毒等。
有些病毒的遗传物质是RNA
生物的遗传物质
具体某种生物的遗传物质是DNA或RNA，不能加“主要”二字。
自然界中绝大多数生物的遗传物质为DNA，而没有DNA只有RNA的生物，其遗传物质是RNA。
（含有DNA和RNA）
（含有DNA或RNA）
DNA病毒
RNA病毒
细胞生物
无细胞生物（如病毒）
遗传物质为RNA
遗传物质为DNA
真核生物
原核生物
生物
课堂练习
解析：A、将噬菌体与32P标记的大肠杆菌混合培养，目的是使噬菌体被32P标记，A正确；B、将噬菌体与大肠杆菌培养后离心，目的是沉淀培养液中的大肠杆菌，B错误；C、32P标记的噬菌体侵染后搅拌离心，上清液放射性较强可能是侵染时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌，C正确；D、35S标记的噬菌体侵染后搅拌离心，沉淀物放射性较强可能是搅拌不充分，D正确。
1.噬菌体侵染细菌实验中需用噬菌体与大肠杆菌混合，使其侵染大肠杆菌，通过追踪物质的去向，进一步明确其遗传物质。下列关于该操作过程及结果分析，错误的是（ ）
A.将噬菌体与32P标记的大肠杆菌混合培养，目的是使噬菌体被32P标记
B.将噬菌体与大肠杆菌培养后离心，目的是沉淀培养液中的噬菌体
C.32P标记的噬菌体侵染后搅拌离心，上清液放射性较强可能是侵染时间过短
D.35S标记的噬菌体侵染后搅拌离心，沉淀物放射性较强可能是搅拌不充分
B
课堂练习
2.赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料证明了DNA是遗传物质。下列有关T2噬菌体的叙述，正确的是（ ）
A.要获得35S标记的T2噬菌体需要用含35S的培养基直接培养
B.含35S的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，沉淀物中若有放射性，该实验不可信
C.合成子代T2噬菌体蛋白质外壳的原材料来自大肠杆菌
D.子代噬菌体蛋白质外壳的加工场所在大肠杆菌的高尔基体
解析：A、T2噬菌体为病毒，没有细胞结构，不能在培养基.上独立生存，因此要标记噬菌体应该先用含35S的培养基培养细菌，再用此细菌培养噬菌体，A错误；B、噬菌体侵染大肠杆菌时，外壳吸附在大肠杆菌表面，DNA注入到大肠杆菌内，通过搅拌、离心，上清液中含有T2噬菌体的外壳和未侵染的T2噬菌体，下层是大肠杆菌，如果搅拌、离心后，仍有少量含有35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌.上，则会导致放射性主要分布在.上清液中，而沉淀物中有少量的放射性，B错误；C、合成子代T2噬菌体蛋白质外壳的原材料来自大肠杆菌，C正确；D、大肠杆菌属于原核生物，细胞内不含高尔基体，噬菌体蛋白质外壳的加工场所在大肠杆菌的核糖体中，D错误。
C
课堂练习
3.科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验，下列叙述正确的是（ ）
A.肺炎链球菌体内转化实验中，加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性
B.肺炎链球菌体外转化实验中，利用自变量控制的“加法原理”，将“S型菌DNA+DNA酶”加入R型活菌的培养基中，结果证明DNA是转化因子
C.噬菌体侵染实验中，用放射性同位素分别标记了噬菌体的蛋白质外壳和DNA，发现其DNA进入宿主细胞后，利用自身原料和酶完成自我复制
D.烟草花叶病毒实验中，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状
解析：A、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验未单独研究每种物质的作用，在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性，A错误；B、在肺炎链球菌的体外转化实验中，利用自变量控制中的“减法原理”设置对照实验，通过观察只有某种物质存在或只有某种物质不存在时，R型菌的转化情况，最终证明了DNA是遗传物质，例如“S型菌DNA+DNA酶”组除去了DNA，B错误；C、噬菌体为DNA病毒，其DNA进入宿主细胞后，利用宿主细胞的原料和酶完成自我复制，C错误；D、烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状，而蛋白质不能使烟草出现花叶病斑性状，D正确。
D
课堂练习
4.下列有关“DNA是生物的主要遗传物质”的叙述，正确的是（ ）
A.所有生物的遗传物质都是DNA
B.真核生物、原核生物的遗传物质是DNA，其他生物的遗传物质是RNA
C.动物、植物、真菌的遗传物质是DNA，除此之外的其他生物的遗传物质是RNA
D.真核生物、原核生物、部分病毒的遗传物质是DNA，少部分病毒的遗传物质是RNA
解析：A、所有有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA，但某些病毒的遗传物质是RNA，A错误；B、真核生物、原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA，B错误；C、除了少数病毒的遗传物质是RNA，其余生物的遗传物质均为DNA，C错误；D、真核生物、原核生物、部分病毒的遗传物质是DNA，少部分病毒的遗传物质是RNA，D正确。
D
总结归纳
噬菌体侵染细菌的实验分析
噬菌体的遗传物质是DNA
有些病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病毒感染烟草实验
DNA是主要的遗传物质

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