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第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
(2课时)
必
修二
尾部
头部
DNA
蛋白质
一、学习目标
二、重难点
1.教学重点:
(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。
2.教学难点:
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。
第3章 第1节
DNA是主要的遗传物质
第1课时
肺炎链球菌的转化实验
遗传物质的探索
5
20世纪中叶
科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成
遗传物质 是蛋白质还是DNA
1
1866年
孟德尔通过豌豆实验揭示了遗传规律，提出了遗传因子的概念。
2
1903年
萨顿通过观察蝗虫细胞减数分裂提出假说遗传因子位于染色体上
3
1909年
约翰逊命名遗传因子为基因
4
摩尔根证明：
基因位于染色体上
1909-1933年
问题探讨
...
讨论:
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
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些
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。
这是一道开放性问题，答案并不唯一，只要提出正确的思路即可。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。
DNA
蛋白质
染色质
染色体
染色体、蛋白质和DNA示意图
一 、对遗传物质的早期推测
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
没发现其他大分子有类似的结构特点。
1. 20世纪20年代
蛋白质是生物体的遗传物质。
2. 20世纪30年代
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。
意识到DNA的重要性，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。
二 、肺炎链球菌的转化实验
1.科学家：
格里菲思【英】
2.实验材料：
小鼠、R型 和 S型肺炎链球菌
（一）体内转化实验：
肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀伤力，使小鼠患肺炎，并发败血症死亡。
相关信息
类型 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
有无致病性
表面光滑( smooth )
有
无
表面粗糙( rough )
没有多糖类的荚膜
有多糖类的荚膜
二 、肺炎链球菌的转化实验
（一）体内转化实验：
3.实验过程：1928年
①.对比第一、二组，说明了什么？对比第二、三组，说明了什么？
R型活菌致死，S型活菌不致死
加热致死的S型菌不会使小鼠死亡。
②. 第四组小鼠为什么会死亡？体内分离出的S型细菌从哪里来？S型菌死而复生？R型转化而来？
讨论：
R型细菌能转化为S型细菌
4.实验结论：
已经加热致死的S型细菌，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。
二 、肺炎链球菌的转化实验
（一）体内转化实验：
拓展1：格里菲思第四组实验中，小鼠体内S型细菌和R型细菌含量的变化情况如图所示，分析回答：
(1)ab段R型细菌数量减少的原因是：
(2)bc段R型细菌数量增多的原因是：
(3)后期出现的大量S型细菌是由____________________________而来的。
R型菌被小鼠免疫系统杀灭，致使R型细菌数量减少
b之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖
R型细菌转化成的S型细菌繁殖
拓展2：已知在80～100 ℃温度范围内，蛋白质将失去活性，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。由此我们可以推断：在格里菲思的实验中，加热杀死的S型细菌中的“转化因子”应该是哪种物质？格里菲斯的实验能否证明它是转化因子？为什么？
DNA。不能，因为没有把DNA和其他成分分开，单独观察各自的作用
二 、肺炎链球菌的转化实验
（二）体外转化实验：
1.科学家：
艾弗里
艾弗里
2.设计思路：
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。
含R型细菌的培养基
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此可用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
提取液加入酶除去特定物质
二 、肺炎链球菌的转化实验
（二）体外转化实验：
3.实验过程：20世纪40年代
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
DNA酶
空白对照
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质,DNA是转化因子
+
混合
+
混合
4.实验结论：
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特征，发现这些特性都与DNA的极为相似。
组别 S型细菌细胞提取物的处理方法 实验结果 结果说明
1 不作处理 将S型菌的细胞提取物中加入有活性的R型活细菌的培养基中 R型+S型 具有转化
活性
2 蛋白酶 R型+S型 3 RNA酶 R型+S型 4 酯酶 R型+S型 5 DNA酶 R型 无转化活性
二 、肺炎链球菌的转化实验
转化原理：加热致死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程
中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。（基因重组）
转化特点：一般情况下转化率很低，形成的S型细菌很少，转化后形成的
S型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的S型细菌，说明S
型细菌的DNA是遗传物质。
对S型细菌和R型细菌转化的理解
被破坏的S型细菌
控制荚膜形成的基因先吸附→进入→重组
拓展
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
减法原理
加法原理
含义：与常态比较，人为增加某种影响因
素的称为“加法原理”。
举例：“比较过氧化氢在不同条件下的
分解”
含义：与常态比较，人为去除某种影响因
素的称为“减法原理”。
举例：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”
每个实验组特异性去除了一种物质，
从而鉴定出DNA是遗传物质。
对照组
实验组
实验组
实验组
对照组
实验组
实验组
课堂练习
1.下图是T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的部分步骤示意图，下列对此实验的有关叙述，正确的是(　　)
A．本实验使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的
B．本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA
C．实验中采用搅拌和离心等操作是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性
D．在新形成的噬菌体中没有检测到35S，说明噬菌体的遗传物质是DNA，不是蛋白质
B
[答案]　(1)S　(2)少数　(3)蛋白质、RNA、酯类等不是转化因子(或答遗传物质)　DNA　(4)向细胞提取物中加DNA(水解)酶后，再加入R型细菌培养基中，观察其是否转化成S型细菌　(5)没有观察到S型细菌(或答没有发生转化)
课堂练习
2．艾弗里在格里菲思实验的基础上，将S型细菌去除大部分的蛋白质、脂质、糖类等物质后，制得细胞粗提取物，再进行如下图所示实验，请据图回答：
(1)在格里菲思所做的实验中，能使小鼠致死的是___型细菌。(2)两组实验中，____(填“多数”或“少数”)R型细菌能转化为S型细菌。(3)从实验二可得出的结论是___________________ ___。S型细菌的细胞提取物中，使R型细菌发生转化的“转化因子”最可能是_____。(4)为了进一步探究细胞提取物中使R型细菌发生转化的物质的化学成分，还需要增加更有说服力的实验，请简要写出实验思路___________。(5)在第(4)问中，他们观察到的实验现象是____________。
[答案]　(1)S　(2)少数　(3)蛋白质、RNA、酯类等不是转化因子(或答遗传物质)　DNA　(4)向细胞提取物中加DNA(水解)酶后，再加入R型细菌培养基中，观察其是否转化成S型细菌　(5)没有观察到S型细菌(或答没有发生转化)
实验一
实验二
(4)向细胞提取物中加DNA(水解)酶后，再加入R型细菌培养基中，观察其是否转化成S型细菌　
S
少数
DNA
蛋白质、RNA、酯类等不是转化因子(或答遗传物质)
(5)没有观察到S型细菌(或答没有发生转化)
第3章 第1节
DNA是主要的遗传物质
第2课时
T2噬菌体侵染细菌实验
三 、噬菌体侵染细菌的实验
1. 实验者：
赫尔希（美国）和蔡斯（助手）
2. 实验材料：
T2噬菌体（DNA病毒）
（1）T2噬菌体的结构：
尾部
头部
DNA
蛋白质
① T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，只由蛋白质和DNA组成。
（2）T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程：
吸附
注入
合成
组装
释放
②S元素仅存在于蛋白质外壳，P元素几乎都存在于DNA。
三 、噬菌体侵染细菌的实验
3.实验方法：
4.实验思路：
用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌体DNA和蛋白质，侵染大肠杆菌，再经过搅拌和离心，观察放射性的位置。
怎样标记 噬菌体DNA和 蛋白质？
利用含放射性的培养基先标记细菌
带标记的噬菌体
分别获得
放射性同位素标记
5.实验过程：
（1）标记噬菌体：
三 、噬菌体侵染细菌的实验
5.实验过程：
（2）噬菌体侵染大肠杆菌：
上清液的 放射性很高
搅拌后离心
离心后
在搅拌器中搅拌、离心，检测上清 液和沉淀物中的放射性物质
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 s
35S标记的噬菌
体与细菌混合
用标记的噬菌体侵 染未标记的细菌
35S标记的
噬菌体
噬菌体被35S 标记
搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心：让清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
35S—蛋白质外壳未进入宿主细胞
三 、噬菌体侵染细菌的实验
5.实验过程：
（2）噬菌体侵染大肠杆菌：
沉淀物的 放射性很高
细菌裂解
测到 p
检
部
中
的
体
成
菌
形
噬
新
分
在
合
菌
混
噬
菌
的
体与细
32P标记
用标记的噬菌体侵 染未标记的细菌
噬菌体被32P标记
32P标记的
噬菌体
在搅拌器中搅拌、离心，检测上清 液和沉淀物中的放射性物质
搅拌后离心
离心后
上清液的放射性很低
32P—DNA进入了宿主细胞内
三 、噬菌体侵染细菌的实验
6.实验结果分析：
（2）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有放射性，可能是什么原因造成的？
搅拌不充分，导致少量的含35S 标记的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上，未从中分离出来。
培养（保温）时间过短，少量含32 P 的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上，经离心后分布于上清液中；也可能是由于培养（保温）时间过长，含有32 P 的子代噬菌体已经从大肠杆菌中释放出来，经离心后分布于上清液中。
（3）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）实验①放射性主要分布在上清液中，②放射性主要分布在沉淀物中。结果说明了什么？
细菌裂解后
细菌裂解后
①
②
T2噬菌体侵染细菌时未注入蛋白质而注入了DNA。
7.实验结论：
DNA才是噬菌体的遗传物质。
三 、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哪些技术手段来实现他们的实验设计 这于你认识科学与技术之间的相互关系有什启示
证明DNA是遗传物质的实验
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
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
提示:细菌或病毒作为实验材料，具有以下优点:(1)个体很小，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。(2)繁殖快，细菌20~30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
从控制自变量的角度，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)。
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。
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。
四 、烟草花叶病毒侵染实验
1、烟草花叶病毒的特性：
烟草花叶病毒（TMV）是由RNA和蛋白质组成。在感染烟草时，会出现病斑。
▲图3-7 烟草花叶病毒的示意
图(左)和电镜照片(右)
正常烟叶 病叶
2.侵染实验：
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
四 、烟草花叶病毒侵染实验
3、烟草花叶病毒感染和重建实验：
4.实验结论：
RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是。
四 、DNA是主要的遗传物质
1.各种生物的遗传物质：
生物类别 核酸种类 举例 遗传物质
细胞 生物 真核生物 DNA和RNA 变形虫、玉米、人 DNA
原核生物 DNA和RNA 细菌、蓝藻 非细胞生物 （以病毒为例） DNA 噬菌体、乙肝病毒 RNA 烟草花叶病毒、HIV(人类免疫缺陷病毒)、流感病毒、SARS病毒、新型冠状病毒等 RNA
综上所述，除RNA病毒外，其它（绝大多数）生物的遗传物质都是DNA.。
2.DNA是主要的遗传物质
（1）生物的遗传物质是DNA或RNA，即生物的遗传物质是核酸。
（2）既含有DNA又含有RNA的生物和只含有DNA的生物，其遗传物质是DNA。
（3）只含RNA的病毒中，RNA才是遗传物质。
（4）由于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。
课堂练习
3．（2024·甘肃·高考真题）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
D
课堂练习
4．（2019·浙江·高考真题）为研究R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎双球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：下列叙述正确的是 （ ）
A．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
B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质
C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNA
D．该实验能证明肺炎双球菌的主要遗传物质是DNA
C
课堂小结
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
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
格里菲斯的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
转化因子是什么
练习与应用
一、概念检测
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
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
D
A
练习与应用
二、拓展应用
1.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，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌外面。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。
2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
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以下几个特点：
能够精确的自我复制；
能够指导蛋白质合成，从而控制生物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，特殊情况下可以发生突变等等。
下课
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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