資源簡介

(共48張PPT)
§3-1 DNA是主要的遺傳物質
基因的本質
第1節 DNA是主要的遺傳物質
學習目標
遺傳物質的探究歷程：①科學史；②遺傳物質的特點；
③對遺傳規律的早期推測
肺炎雙球菌的轉化實驗：
①體內轉化（格里菲思）；②體外轉化（艾弗里）
噬菌體侵染細菌的實驗
煙草花葉病毒侵染煙草的實驗
課堂引入——遺傳物質的探究歷程
遺傳學的大佬們（300+）
1866年
1900年
科學家甲
大佬說得對！孟粉永相隨!
科學家乙
大佬說得對！孟粉永相隨!
我發現生物的性狀由遺傳因子決定！
我還發現了他們的遺傳規律
孟德爾
我就很牛啊朋友們?。?！
孟德爾
課堂引入——遺傳物質的探究歷程
遺傳學的大佬們（300+）
1900年
我覺得基因在染色體上，但我證明不了。。。。。。
薩頓
薩頓
樓上大神們說的對，但我準備把遺傳因子改名叫基因，這樣順多了。
約翰遜
課堂引入——遺傳物質的探究歷程
遺傳學的大佬們（300+）
1908年
我覺得你們都在瞎扯，直接把群名改成“孟德爾粉絲群”吧
摩爾根
遺傳學的未來還得是看我摩爾根的
摩爾根
1910年
嘿嘿嘿 怪不好意思的 ~
孟大神我直接路轉粉！?。?br/>摩爾根
孟德爾：發表《植物雜交實驗》
1866年
1891年
科學家
1903年
1910年
1928~1944年
格里菲思和艾弗里
1952年
赫爾希和蔡斯
人們就已經觀察到了染色體、細胞的有絲分裂和減數分裂。
薩頓：提出基因在染色體上的假說
摩爾根：證明了基因在染色體上
格里菲斯和艾弗里：證明遺傳物質是DNA，而非蛋白質
赫爾希和蔡斯：用噬菌體侵染細菌的實驗證明DNA是遺傳物質
課堂引入——遺傳物質的探究歷程
通過豌豆實驗證明了生物的性狀是由遺傳因子控制。
通過對蝗蟲細胞觀察得出假說
通過果蠅實驗證明
20世紀中期：科學家發現：染色體主要組成成分：DNA和蛋白質。
　　20世紀中葉，科學家發現染色體主要是由蛋白質和DNA組成的。在這兩種物質中，究竟哪一種是遺傳物質呢？這個問題曾引起生物學界激烈的爭論。
你認為遺傳物質可能具有什么特點？
你認為要想說明某一種物質是遺傳物質的可行方法有哪些？
討論
問題探討——遺傳物質的特點
①能夠自我復制，使前后代保持一定的連續性 ；
②能夠指導蛋白質合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝的過程；
③能貯存大量遺傳信息；
④結構比較穩定，但又能產生可遺傳的變異。
染色體既含核酸也含蛋白質，那攜帶遺傳信息的分子究竟是什么？
對遺傳物質的早期推測——①蛋白質是生物體的遺傳物質
20世紀20年代
多種氨基酸
蛋白質
(生物大分子)
不同排列順序
不同蛋白質
可能蘊含著遺傳信息
蛋白質是生物體的遺傳物質
連接
形成
推測
對遺傳物質的早期推測——②DNA是生物體的遺傳物質（占少數）
20世紀30年代
脫氧核苷酸的化學組成
DNA
聚合
蛋白質是遺傳物質的觀點占主導地位
對DNA結構了解不清晰
“我們表示懷疑！”
艾弗里
赫爾希
格里菲思
蔡斯
過渡
肺炎鏈球菌的轉化實驗——①格里菲思的體內轉化實驗
類型 R型細菌 S型細菌
菌體 無多糖類莢膜 有多糖類莢膜
菌落 粗糙（rough） 光滑（smooth）
毒性 不致病 可致病，使人和小鼠患肺
炎，小鼠并發敗血癥死亡
1. 實驗材料：
小鼠和兩種肺炎鏈球菌
拓展：菌落、莢膜
菌落：是由單個細菌在適宜固體培養基表面生長繁殖到一定程度，形成的肉眼可見的子細胞種群。
莢膜：某些細菌的細胞壁外面包圍的一層膠狀物質，主要成分是多糖。
無莢膜的肺炎鏈球菌，感染人體或動物后，容易被吞噬細胞吞噬消滅，有莢膜的肺炎鏈球菌可抵抗吞噬細胞的吞噬，有利于細菌在宿主體內生活并繁殖。
肺炎鏈球菌的轉化實驗——①格里菲思的體內轉化實驗
第一組 第二組 第三組 第四組
小鼠不死亡
從死亡的小鼠體內分離出S型活細菌
小鼠不死亡
方法
體內轉化實驗
現象
？
注射R型活細菌+加熱致死的S型菌
注射加熱致死的S型細菌
注射S型活細菌
注射R型活細菌
從死亡的小鼠體內分離出S型活細菌
肺炎鏈球菌的轉化實驗——①格里菲思的體內轉化實驗
1、實驗的自變量是什么？如何進行對照？不同對照的結論是什么？
2、對于D組的實驗結果你怎么解釋，你會做出怎樣的假設？
思考
Thinking
假說二：R菌以某種方式使加熱殺死的S型菌“復活”
假說三：在死亡的S菌作用下，R菌突變為S菌
假說五：死亡S型菌的“某物質”進入R型菌，使其轉化為活S菌 合成出莢膜
假說一：少量殘余S菌大量繁殖
假說四：Ｓ死菌刺激小鼠體內產生免疫物質，后者刺激Ｒ菌突變成了Ｓ菌
×
×
建立假說要注意一定的有效性
高溫使蛋白質結構破壞不可逆
假說……
肺炎鏈球菌的轉化實驗——①格里菲思的體內轉化實驗
資料：格里菲思了解到肺炎雙球菌有很多類型，S菌有Ⅰ-S、Ⅱ-S、Ⅲ-S，R菌有Ⅰ-R、Ⅱ-R、Ⅲ-R,且自然狀態下會有S菌突變為同型R菌，如：Ⅱ-S可突變為Ⅱ-R，但不會突變為Ⅲ-R。轉化實驗中用到的材料是Ⅱ-R菌與Ⅲ-S菌，且第四組實驗小鼠體內提取出來的活S菌為Ⅲ-S
假說三：在死亡的S菌作用下，R菌突變為S菌
假說五：死亡S型菌的“某物質”進入R型菌，使其轉化為活S菌 合成出莢膜
假說四：Ｓ死菌刺激小鼠體內產生免疫物質，后者刺激Ｒ菌突變成了Ｓ菌
×
×
推斷：（教材43頁）
已經被加熱殺死的S型細菌中，含有某種促成這一轉化的活性物質——轉化因子。
肺炎鏈球菌的轉化實驗——①格里菲思的體內轉化實驗
基因重組
S型細菌
莢膜
控制莢膜形成的X基因
加熱
殺死
被破壞的S型細菌
X基因吸附在R型細菌表面
X基因進入R型細菌
重組
R型細菌轉化成S型細菌
只是少數R型細菌轉化為S型細菌
深入分析
R型細菌轉化為S型細菌的本質是什么？
破壞了誰？保留了誰？
格里菲思提出的“轉化因子”到底是什么呢？
思考
Thinking
過渡
多糖
脂質 蛋白質
RNA DNA……
　 如果你是當時的一位科學家，為了弄清楚這種轉化因子到底是
哪一種物質，你該如何設計這個實驗？
思考
Thinking
科學方法——自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”
必須將蛋白質、其他物質與DNA分開，單獨、直接地觀察它們的作用
但是當時的技術有限，并不能徹底提純這些物質，因此，可以通過酶解法，將物質一個個的排除，通過觀察剩余提取物的轉化活性來尋找轉化因子，這就是實驗設計的“減法原理”（課本P46）
S型細菌
多糖
蛋白質
RNA
DNA
脂質
適應范圍：在對照實驗中，控制自變量可以采用。
含義：與常態比較，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”。
舉例：在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，與對照組相比，實驗組分別作加溫、滴加FeC13溶液、滴加肝臟研磨液的處理，就利用了“加法原理”。
加法原理
含義：與常態比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。
舉例：在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質，就利用了“減法原理”。
減法原理
對照組
實驗組
實驗組
實驗組
對照組
實驗組
實驗組
科學方法——自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”
第一組 第二～四組 第五組
R型細菌
S型細菌
混合
R型細菌
S型細菌
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
混合
DNA酶
有R型細菌的培養基
S型細菌的細胞提取物
有R型細菌的培養基
S型細菌的細胞提取物
有R型細菌的培養基
S型細菌的細胞提取物
R型細菌
體外轉化實驗
肺炎鏈球菌的轉化實驗——②艾弗里的體外轉化實驗
只有DNA酶能阻止轉化實驗，表明DNA極有可能就是細胞提取物中有活性的轉化因子
結論：轉化因子很可能是DNA， DNA是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
討論1：加熱致死的S型細菌細胞提取物可能有哪些成分？
討論2：第一組實驗有什么作用？
討論3：第二到第五組實驗中加入的酶有什么作用？
蛋白質、RNA、脂質、DNA。
作空白對照
破壞細胞提取物中相應的蛋白質、RNA、脂質和DNA。
肺炎鏈球菌的轉化實驗——②艾弗里的體外轉化實驗
肺炎鏈球菌的轉化實驗——②艾弗里的體外轉化實驗
S型細菌
死亡的S型細菌
S型細菌的細胞提取物
制備S型細菌的細胞提取物
加熱致死
破碎，除去絕大部分糖類、蛋白質、脂質
加入有R型細菌的培養基中
S型細菌的細胞提取物與R型細菌的培養基混合
混合、接種
肺炎鏈球菌的轉化實驗——②艾弗里的體外轉化實驗
質疑
Question
細胞提取物不夠純；
當時科學界深信蛋白質是遺傳物質。
過渡
艾弗里的實驗引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實驗中提取出的DNA，純度最高時也還有0.02%的蛋白質，因此，仍有人對實驗結論表示懷疑。
有沒有比細菌更為簡單的實驗材料？
1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標記的新技術，完成了另一個更具有說服力的實驗.他們因此獲得了諾貝爾獎！
例題：某研究人員模擬肺炎雙球菌轉化實驗，進行了以下4個實驗：
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→高溫加熱后冷卻→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
④S型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
以上4個實驗中小鼠存活的情況依次是（ ）
A．存活、存活、存活、死亡
B．存活、死亡、存活、死亡
C．死亡、死亡、存活、存活
D．存活、死亡、存活、存活
D
課堂檢測
噬菌體的侵染細菌實驗
赫爾希(右，A.D.Hershey，1908-1997)和蔡斯(左，M.C.Chase，1927-2003)
1952年
時 間
美國遺傳學家赫爾希和他的助手蔡斯
科學家
放射性同位素標記技術
實驗技術
定義：是一種專門寄生在大腸桿菌體內的病毒。
結構：頭部和尾部
成分：頭部和尾部的外殼由蛋白質構成，頭部含有DNA。
T2噬菌體的模式圖
實驗材料——T2噬菌體
頭部
尾部
DNA
蛋白質
噬菌體侵染細菌的電鏡照片
噬菌體的侵染細菌實驗
⑴個體很小，結構簡單，容易看出因遺傳物質改變導致的結構和功能的變化。細菌是單細胞生物，病毒無細胞結構，只有核酸和蛋白質外殼。
⑵繁殖快。細菌20~30min就可繁殖一代，病毒短時間內可大量繁殖。
1.艾弗里與赫爾希等人選用細菌或病毒作為實驗材料，以細菌或病毒作為實驗材料具有哪些優點？
T2噬菌體侵染大腸桿菌
噬菌體的蛋白質外殼
大腸桿菌
注入的噬菌體DNA
思考
Thinking
實驗材料——T2噬菌體
噬菌體的侵染細菌實驗
2.從控制自變量的角度，艾弗里實驗的基本思路是什么？在實際操作過程中最大的困難是什么？
釋放
吸附
注入
合成
組裝
噬菌體的侵染細菌實驗
思考
Thinking
設法將DNA與其他物質分開，單獨、直接研究它們各自不同的遺傳功能。最大的困難是如何徹底分離DNA與蛋白質。
DNA
35S
32P
蛋白質
3.可以直接標記噬菌體嗎？
不可以
噬菌體是DNA病毒，無法單獨在培養基上存活。必須寄生在活的宿主細胞內才能繁殖。
噬菌體的侵染細菌實驗
思考
Thinking
標記的親代T2
遺傳物質的條件——能自我復制，保持連續性 ；能指導蛋白質合成來控制性狀
子代T2是否有放射性
實驗結論？
①用什么標記？
②如何標記？
③不能同時標記兩種物質，當時的技術無法區分二者的放射性。
①子代在哪兒？
②如何保證子代所處位置？
③實驗結果？
噬菌體的侵染細菌實驗
思考
Thinking
1.先標記大腸桿菌
大腸桿菌 + 含35S的培養基→含35S的大腸桿菌
大腸桿菌 + 含32P的培養基→含32P的大腸桿菌
2. 再標記T2噬菌體
T2噬菌體+含35S的大腸桿菌→含35S的T2噬菌體
T2噬菌體+含32P的大腸桿菌→含32P的T2噬菌體
噬菌體的侵染細菌實驗----實驗過程
實驗結果：
35S標記的一組，上清液放射性較高，沉淀物放射性較低
分別用35S標記噬菌體與大腸桿菌混合
經短時間保溫后用攪拌器攪拌
離心檢測上清液和沉淀物中的放射性物質
細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性
35S標記的噬菌體
進一步觀察：大腸桿菌裂解釋放出的子代噬菌體中，檢測不到35S標記的蛋白質。
噬菌體的侵染細菌實驗----實驗過程1：35S標記
攪拌不充分
理論上
上清液
沉淀物
其中一個
大腸桿菌
實際上
①35S標記的一組，為什么沉淀中出現了放射性？
噬菌體的侵染細菌實驗----實驗過程1：35S標記
思考
Thinking
32P標記的噬菌體
分別用32P標記噬菌體與大腸桿菌混合
經短時間保溫后用攪拌器攪拌
離心檢測上清液和沉淀物中的放射性物質
細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性
實驗結果：
32P標記的一組，上清液放射性較低，沉淀物放射性較高。
進一步觀察：大腸桿菌裂解釋放出的子代噬菌體中，可以檢測到32P標記的DNA。
噬菌體的侵染細菌實驗----實驗過程2：32P標記
噬菌體的侵染細菌實驗----實驗過程2：32P標記
思考
Thinking
保溫時間長
理論上
上清液
沉淀物
若該大腸桿菌有一個噬菌體侵入
實際上
部分釋
放出來
釋放
未來及侵染
實際上
保溫時間短
②32P標記的一組，為什么上清液中出現了放射性？
噬菌體的侵染細菌實驗----實驗過程2：32P標記
1、用含35S 的噬菌體去感染未被標記的大腸桿菌后，經攪拌、離心后， 上清液中的放射性很高，而沉淀物為什么仍然有很低的放射性？
2、用含 32 P 的噬菌體去感染未被標記的大腸桿菌后，經攪拌、離心后，沉淀物中的放射性很高，而為什么上清液仍然有很低的放射性？
可能是由于還有少量的含35S 的噬菌體仍吸附于大腸桿菌上，未從中分離出來。
可能是由于少量含32 P 的噬菌體還未吸附于大腸桿菌上
或含有32 P 的子代噬菌體已經從大腸桿菌中釋放出來
——培養（保溫）時間過短，
——培養（保溫）時間過長，
——攪拌不充分
噬菌體的侵染細菌實驗----實驗過程
噬菌體侵染細菌
小結：DNA是遺傳物質的研究歷史
格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
（赫爾希和蔡斯）噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
（加熱致死的S型細菌含有某種促使R型活細菌的活性物質——轉化因子）
艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
證明DNA是遺傳物質（轉化因子）
能證明蛋白質不是遺傳物質
證明DNA是遺傳物質
不能證明蛋白質不是遺傳物質
積極思考：
DNA是唯一的遺傳物質嗎？以下生物的遺傳物質是什么呢？
流感病毒
SARS病毒
煙草花葉病毒
新型冠狀病毒
過渡
有些病毒不含DNA，只含有蛋白質和RNA，如煙草花葉病毒。
煙草花葉病毒感染煙草的實驗
RNA是遺傳物質
提取
RNA
蛋白質外殼
RNA
蛋白質
提取
感染
感染
煙草不感染病毒
煙草感染病毒
分離
煙草
煙草
煙草花葉病毒侵染煙草的實驗
各種生物的遺傳物質
生物類別 核酸種類 舉例 遺傳物質
細胞 生物 真核生物 DNA和RNA 變形蟲、玉米、人 DNA
原核生物 DNA和RNA 細菌、藍藻 非細胞生物 （以病毒為例） DNA 噬菌體 RNA 煙草花葉病毒、HIV等 RNA
綜上所述，除RNA病毒外，其它（絕大多數）生物的遺傳物質都是DNA，所以：
DNA是主要的遺傳物質
煙草花葉病毒侵染煙草的實驗
生
物
界
細
胞
生
物
非
細
胞
生
物
RNA病毒:艾滋病病毒(HIV逆轉錄)、
流感病毒（如禽流感，豬流感，現稱甲型H1N1病毒）、
SARA病毒、登革熱病毒、
甲肝病毒、煙草花葉病毒及類病毒等
DNA病毒：噬菌體、乙肝病毒、天花病毒等
原核生物:細菌、支原體、衣原體、
藍藻、放線菌等
真核生物:植物、動物、原生生物、真菌
遺傳物質是RNA
遺傳物質是DNA
總結：不同生物遺傳物質的判斷
DNA是主要的遺傳物質
遺傳物質
DNA是主要遺傳物質的證據
RNA是遺傳物質的證據
肺炎鏈球菌的轉化實驗（格里菲思）
肺炎鏈球菌的轉化實驗（艾弗里）
噬菌體侵染細菌的實驗（ 赫爾希、蔡斯）
煙草花葉病毒侵染煙草的實驗
DNA是主要的遺傳物質的
課程小結
1.判斷有關肺炎雙球菌轉化實驗敘述的正誤
（1）加熱殺死后的S型細菌的DNA已經全部斷裂，失去活性（）
（2）在艾弗里的實驗中，DNA酶將S型細菌的DNA分解為脫氧核苷酸，因此不能使R型細菌發生轉化（）
（3）肺炎雙球菌轉化實驗說明DNA是主要的遺傳物質（）
（4）格里菲思的體內轉化實驗證明了DNA是遺傳物質（）
（5）肺炎雙球菌轉化實驗最關鍵的設計思路是將DNA和蛋白質分開，分別觀察其作用（）
（6）在轉化過程中，加熱殺死后的S型細菌的DNA沒有進入R型活細菌的細胞中（）
課堂檢測
2.判斷有關生物遺傳物質敘述的正誤
（1）生物遺傳物質的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸或核糖核苷酸（）
（2）所有生物的遺傳物質都是DNA（）
（3）細胞核內的遺傳物質是DNA，細胞質內的遺傳物質是RNA（）
（4）小麥的遺傳物質主要是DNA（）
（5）乳酸菌的遺傳物質主要分布在染色體上（）
課堂檢測
1.枯草桿菌具有不同類型，其中一種類型能合成組氨酸。將從這種菌中
提取的某種物質，加入培養基中，培養不能合成組氨酸的枯草桿菌，結
果獲得了活的能合成組氨酸的枯草桿菌。這種物質可能是（ ）
A. 多肽 B. 多糖 C. 組氨酸 D. DNA
D
2. 赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗表明（ ）
A. DNA是遺傳物質
C. 病毒中有DNA，但沒有蛋白質
A
B. 遺傳物質包括蛋白質和DNA
D. 細菌中有DNA，但沒有蛋白質
課堂檢測
3. T2噬菌體侵染大腸桿菌時，只有噬菌體的DNA進入細菌的細胞中，
噬菌體的蛋白質外殼留在細胞外。大腸桿菌裂解后，釋放出的大量
噬菌體卻同原來的噬菌體一樣具有蛋白質外殼。 試分析子代噬菌體
的蛋白質外殼的來源。
實驗表明，噬菌體在感染大腸桿菌時，進入大腸桿菌內的主要是DNA，而大多數蛋白質卻留在大腸桿菌的外面。因此，大腸桿菌裂解后，釋放出的子代噬菌體是利用親代噬菌體的遺傳信息，以大腸桿菌的氨基酸為原料來合成蛋白質外殼的。
課堂檢測

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