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生物學（新人教版）
第三章 基因的本質
第 1 節
DNA是主要的遺傳物質
Biology
DNA
染色體
染色質
蛋白質
染色體、蛋白質和DNA示意圖
DNA
蛋白質
染色體
遺傳物質必須具備的特點：
1、能貯存大量的遺傳信息
2、能精確的自我復制，并能傳遞給后代
3、能指導蛋白質的合成
4、分子結構相對穩定
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。
DNA
1.20世紀20年代
遺傳物質：
理由：
①蛋白質是由多種氨基酸連接而成的生物大分子。
②氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含有遺傳信息。
蛋白質
2.20世紀30年代
認識到：
理由：
DNA
①由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
②脫氧核苷酸有四種，化學組成有磷酸、堿基和脫氧核糖。
遺憾：對DNA分子的結構沒有清晰的了解，認為蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位；
對遺傳物質的早期推測
一、對遺傳物質的早期推測
向蛋白質是遺傳物質的觀點提出挑戰的學者是誰呢？
艾弗里
赫爾希
格里菲思
我們表示懷疑！
遺傳物質是DNA還是蛋白質呢？實驗設計思路是？
把DNA和蛋白質分開，單獨地、直接地觀察它們的作用
肺炎鏈球菌的轉化實驗
T2噬菌體侵染細菌的實驗（赫爾希、蔡斯）
體內轉化實驗（格里菲思）
體外轉化實驗（艾弗里）
（一）肺炎雙球菌體內轉化實驗
1、實驗者：格里菲思
2、實驗材料：小鼠和肺炎雙球菌
1．首先向遺傳物質是蛋白質的觀點提出挑戰的是哪位科學家？他的實驗又是在誰的實驗基礎上進行的？
2．1928年，格里菲思以什么生物為實驗材料，研究肺炎鏈球菌的致病情況？他用了哪兩種肺炎鏈球菌？這兩種肺炎鏈球菌有什么不同？
肺炎雙球菌
二、證明DNA是遺傳物質的經典實驗
肺炎鏈球菌的轉化實驗
1
二、證明DNA是遺傳物質的經典實驗
格里菲思肺炎鏈球菌的體內轉化實驗
1
噬菌體侵染細菌的實驗
2
煙草花葉病毒的感染和重建實驗
3
3．觀察分析教材“圖3-2 肺炎鏈球菌的轉化實驗示意圖”，歸納英國科學家格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗分幾組進行的？每組實驗是如何操作的？觀察到什么現象？得出什么結論？最后做出怎樣的假設？
1.肺炎鏈球菌體內轉化實驗
第一組：
第二組：
從第一二組能得出什么結論？
S型菌致死，使小鼠死亡
二、肺炎鏈球菌的轉化實驗
第二組：
第三組：
第二三組能得出什么結論？
加熱殺死的S型菌不致死
1.肺炎鏈球菌體內轉化實驗
二、肺炎鏈球菌的轉化實驗
第三組：
第四組：
該小鼠體內含有毒S型菌
1.肺炎鏈球菌體內轉化實驗
二、肺炎鏈球菌的轉化實驗
注射R型活菌
小鼠不死亡
第1組
第2組
注射S型活菌
小鼠死亡，從小鼠體內分離出S型活菌
第3組
注射加熱致死的S型細菌
小鼠不死亡
第4組
將R型活菌與加熱致死的S型菌混合后注射
小鼠死亡，從小鼠體內分離出S型活細菌
怎么解釋第4組實驗小鼠體內分離出了S型活細菌？
從上述實驗中可以得出什么結論？
3、實驗結論：加熱殺死的S型細菌中，必然含有某種促成R型轉化為S型的活性物質——“轉化因子”。
思考1：S型細菌的主要組成成分是什么？其中能使R型細菌轉化為S型細菌的物質（轉化因子）是什么呢？
思考2：如何設計實驗找出轉化因子？
設法將S型菌的各成分分開，分別觀察各種成分的作用。
（二）肺炎雙球菌體外轉化實驗
4．為了證明這種轉化因子究竟是什么物質，觀察分析教材“圖3-3 艾弗里證明DNA遺傳物質的實驗示意圖”，閱讀教材相關內容，回答：
（1）20世紀40年代，艾弗里和他的同事首先將加熱致死的S型細菌做了怎樣的處理？
（2）各組加入的有R型活細菌培養基的細胞提取物做了怎樣的處理？
（3）各組都觀察到什么現象？說明了什么？
（4）得出什么結論？
學案任務二
第1組
有R型活菌的培養液
S型細菌細胞提取物
混合
R型菌
S型菌
第2組
有R型活菌的培養液
S型細菌細胞提取物
混合
R型菌
S型菌
蛋白酶
第3組
有R型活菌的培養液
S型細菌細胞提取物
混合
R型菌
S型菌
RNA酶
第4組
有R型活菌的培養液
S型細菌細胞提取物
混合
R型菌
S型菌
酯酶
第5組
有R型活菌的培養液
S型細菌細胞提取物
混合
只長R型菌
DNA酶
為什么前4組長出了S型菌，而第5組只有R型菌？
3、實驗結論：轉化因子很可能是DNA。
DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質
從上述實驗中可以得出什么結論？
減法原理：在對照實驗中，與常態比較，人為去除某種影響因素。
加法原理：在對照實驗中，與常態比較，人為施加某種影響因素。
例如：在比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗，給予高溫、施加酶、Fe3+等條件，觀察實驗結果
例如：在肺炎鏈球菌體外轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
自變量控制中的“加法原理” 和“減法原理”P46
▲
【繼續探索】
科學探究的腳步永遠不會停止，艾弗里的實驗確實引起人們關注，但依然有科學家不斷的進行更加有說服力的實驗，不斷的去追求真相。
思考：哪里還是不夠完善，讓其他科學家對結論產生懷疑？
提純過程仍然有0.02%的蛋白質。
選擇什么實驗材料會更適合探究？
噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
1、科學家：赫爾希和蔡斯
1952年，美國遺傳學家赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標記技術進行實驗。
【T2噬菌體】：
（1）一種專門寄生在大腸桿菌體內的病毒
（2）無細胞結構
（3）60%是蛋白質，40%是DNA，
T2噬菌體結構
T2噬菌體侵染大腸桿菌過程
三、噬菌體侵染細菌的實驗
1.實驗材料
同位素標記法
蛋白質的組成元素：
DNA的組成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N 、P
（標記35S ）
（標記32P）
怎么標記？
2.研究方法
三、噬菌體侵染細菌的實驗
(1)標記大腸桿菌
大腸桿菌+含35S的培養基
大腸桿菌+含32P的培養基
含35S的大腸桿菌
含32P的大腸桿菌
(2)標記噬菌體
噬菌體+含35S的大腸桿菌
噬菌體+含32P的大腸桿菌
含35S的噬菌體
含32P的噬菌體
(3)噬菌體侵染大腸桿菌
含35S的噬菌體+大腸桿菌
含32P的噬菌體+大腸桿菌
3.實驗流程
三、噬菌體侵染細菌的實驗
親代噬菌體 寄主細胞內 （大腸桿菌） 子代噬菌體
35S標記的蛋白質 無35S標記的蛋白質 外殼蛋白質無35S標記
32P標記的DNA 有32P標記的DNA DNA 有32P標記
4.實驗結果
三、噬菌體侵染細菌的實驗
5.實驗結論
三、噬菌體侵染細菌的實驗
赫爾希和蔡斯的實驗表明：
　　噬菌體侵染大腸桿菌時，DNA進入到大腸桿菌的細胞中，而蛋白質的外殼仍留在外面。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA傳遞的。DNA才是噬菌體真正的遺傳物質。
實驗總結
（2）該實驗運用了哪種研究方法？
（3）為什么用32P和35S，用C、H等其他元素可以嗎？
（4）為什么要先標記大腸桿菌？
【特別提醒】：
35S(標記蛋白質)和32P(標記DNA)不能同時標記在同一噬菌體上，因為放射性檢測時只能檢測到放射性存在部位，不能確定是何種元素的放射性。
32P和35S 為噬菌體DNA和蛋白質的特征元素，而C、H等其他元素是噬菌體DNA和蛋白質都具有的相同元素
放射性同位素標記法
噬菌體是病毒,需要靠寄生在大腸桿菌上才能進行生命活動
（1）該實驗設計的關鍵是什么？
把蛋白質和DNA區分開，直接地、單獨地觀察DNA和蛋白質的作用
（5）為什么要攪拌、離心
（6）在實踐中35S組的沉淀物和32P組的上清液中也會出現少量放射性，為什么？
★用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌，上清液中含放射性的原因:
①保溫時間過短，有一部分噬菌體還沒有侵染到大腸桿菌細胞內，經離心后分布于上清液中，上清液中出現放射性。
②保溫時間過長，大腸桿菌裂解釋放出釋放子代噬菌體，經離心后分布于上清液，也會使上清液中出現放射性。
★用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌，沉淀物中有放射性的原因:
由于攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體吸附在細菌表面沒有和細菌分離，隨細菌離心到沉淀物中。
攪拌的目的：使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離
離心的目的：讓上清液中析出重量較輕的噬菌體,而沉淀物中留下大腸桿菌
肺炎鏈球菌 體內轉化實驗 肺炎鏈球菌 體外轉化實驗 噬菌體侵
染細菌實驗
實驗者
思 路
分離方式
結 論
設法將DNA與蛋白質等分開，單獨地研究它們遺傳功能。
證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是。
酶解法:
分別加入到R型菌中
同位素標記法：
標記DNA和蛋白質
DNA是遺傳物質
格里菲思
艾弗里
赫爾希和蔡斯
加熱殺死的S型菌體內有“轉化因子”
三個經典實驗對比
思考·討論 P46
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？
①個體小，結構簡單，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，易于觀察因遺傳物質改變導致的結構和功能的變化。
②繁殖快，細菌20-30min就可繁殖一代，病毒短時間內可大量繁殖。
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？
艾弗里在每個實驗組中特異性地去除了一種物質（減法原理），然后觀察在無這種物質的情況下，實驗結果的變化。
思考·討論 P46
最大的困難是，如何徹底去除細胞中含有的某種物質（如糖類、脂質、蛋白質等）
SARS病毒
以下病毒組成成分只有RNA和蛋白質，遺傳物質還是DNA嗎？
流感病毒
艾滋病病毒（HIV）
新型冠狀病毒
煙草花葉病毒（TMV）是由RNA和蛋白質組成的，在感染煙草時，會出現致病斑。
設計實驗：證明煙草花葉病毒的遺傳物質是什么？
▲RNA是遺傳物質的實驗證據
蛋白質
RNA
分別侵染健康煙草植株
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA
：
總 結
格里菲思的體內轉化實驗
艾弗里的體外轉化實驗
肺炎鏈球菌的轉化實驗
T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗
DNA是肺炎鏈球菌、T2噬菌體的遺傳物質
RNA是TMV的遺傳物質
DNA是細胞結構的生物和DNA病毒的遺傳物質
RNA是RNA病毒的遺傳物質
更多實驗證據表明
更多實驗證據表明
DNA是主要的遺傳物質
支持
1、格里菲思和艾弗里所進行的肺炎鏈球菌的轉化實驗，證實了（ ）
① DNA是遺傳物質
②RNA是遺傳物質
③DNA是主要的遺傳物質
④蛋白質不是遺傳物質
⑤糖類不是遺傳物質
A．①④⑤ B. ②④⑤ C.②③⑤ D. ③④⑤
A
2、某研究人員模擬赫爾希和蔡斯關于噬菌體侵染細菌的實驗，進行了如下實驗：①用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌；②用未標記的噬菌體侵染35S標記的細菌；③用15N標記的噬菌體侵染未標記的細菌。一段時間后進行離心，檢測到放射性存在的主要部位依次是(　　)
A．沉淀物、上清液、沉淀物和上清液
B．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
C．沉淀物、上清液、沉淀物
D．上清液、上清液、沉淀物和上清液
B
謝謝觀看

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