資源簡介

(共38張PPT)
第一節 DNA是主要的遺傳物質
第二章 遺傳的分子基礎
在抗生素還沒被發現之前，一個人患上由肺炎鏈球菌引發的肺炎，往往是致命的。一位英國科學家用肺炎鏈球菌開展研究，誰也沒有想到，他的研究對揭示遺傳物質的化學本質起到奠基作用。那么肺炎鏈球菌作為實驗材料，它有哪些主要特征呢？
課前引入
積極思維
肺炎鏈球菌有哪些主要特征？
事實：
1.肺炎鏈球菌（又稱為肺炎雙球菌）是一種細菌，它結構筒單、繁殖速度快，是生物學研究常用的實驗材料。
2.肺炎鏈球菌是法國科學家巴斯德等人從一些肺炎患者的痰液中分離出來的。肺炎鏈球菌多數不致病，部分有致病力的菌株在菌體外一般具有由多糖構成的英膜。致病菌株可引起人患肺炎，鼠患敗血癥。
3.英國科學家格里菲斯在研究中選擇肺炎鏈球菌作為實驗材料，進行了一系列實驗。
肺炎鏈球菌透射電鏡照片
肺炎鏈球菌模式圖
積極思維
肺炎鏈球菌有哪些主要特征？
思考：
1.分析 科學家為什么常用細菌作為實驗材料？
2.推理 為什么有的肺炎鏈球菌可以使人患病，而多數肺炎鏈球菌并不具有致病性？
在探究遺傳物質的過程中，科學家需要選用合適的實驗材料，還需要進行科學思維。20世紀早期，科學家根據以下結果：組成蛋白質分子的常見氨基酸有20種，其排列組合的數量十分巨大，而DNA分子只含有四種核苷酸，其排列組合的數量一定沒有蛋白質那樣多，通過推理得出：遺傳物質應該是蛋白質。這個推論正確嗎？科學家究竟是如何通過實驗確定遺傳物質是什么的呢？
對遺傳物質的早期推測
蛋白質是由多種氨基酸連接而成
氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含遺傳信息
20世紀20年代
20世紀30年代
認識到DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子
對DNA結構沒有清晰的了解
蛋白質是遺傳物質
蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
1.實驗材料：
小鼠、肺炎鏈球菌
閱讀課本43頁，填寫兩種肺炎鏈球菌的特點：
類型　 菌體表面特點 致病性 菌落表面特點
S型細菌
R型細菌
何為莢膜？有何作用？
莢膜是某些細菌的細胞壁外面包圍膠狀物質，成分為多糖
有致病性
人患肺炎
小鼠患肺炎，并發敗血癥
無致病性
光滑
Smooth
粗糙
Rough
對細菌起保護作用
1.實驗材料：
小鼠、肺炎鏈球菌
閱讀課本43頁，填寫兩種肺炎鏈球菌的特點：
類型　 菌體表面特點 致病性 菌落表面特點
S型細菌
R型細菌
有致病性
人患肺炎
小鼠患肺炎，并發敗血癥
無致病性
光滑
Smooth
粗糙
Rough
何為菌落？
細菌等微生物在固體培養基中形成的肉眼可見的子細胞群體
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
不死亡
注射R型
活細菌
說明R型細菌無毒
死亡
說明S型細菌有毒
注射S型
活細菌
不死亡
說明加熱致死的S型細菌無毒
注射加熱致死的S型細菌
死亡
說明？
將R型活細菌與加熱致死的S型細菌混合后注射
2.實驗過程：
R活+S死——>S活
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
格里菲斯的實驗表明，被注射S型活細菌的小鼠因患敗血癥而死亡，被注射R型活細菌的小鼠能正常生活。那么，是莢膜導致了病癥嗎？為了回答這個問題，格里菲斯又開展了新的研究。
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
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？
深入分析
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
加熱殺死S型菌
R型活菌 S型活菌
轉化
已經加熱殺死的S型菌含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——“轉化因子”
3.實驗結論：
活性物質
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
R型菌
S型菌
轉化：是指一種生物由于接受了另一種生物的遺傳物質，而表現出后者的某些遺傳性狀或發生遺傳性狀改變的現象。
S型菌的遺傳物質
注意：一般情況下，轉化率很低，只有極少數R型細菌被S型細菌的DNA侵入并發生轉化，培養基中(或小鼠體內)的大量S型細菌大多是由轉化后的S型細菌繁殖而來的。
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
轉化只能發生在小鼠體內嗎？
體外轉化實驗
格里菲思的體外轉化實驗失敗
轉化要依賴于小鼠才能實現
1931年艾弗里團隊的體外轉化實驗成功
轉化不需要依賴小鼠，完全源自加熱殺死的S型細菌中含有轉化因子
否定
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
思考：
格里菲思肺炎鏈球菌體內轉化實驗
由上述實驗得出結果：加熱后的S型死細菌不能使小鼠死亡；而把加熱后的S型死細菌和R型活細菌混合后，將混合液注射到小鼠體內，小鼠患敗血癥死亡。這些結果表明，不是莢膜而是$型活細菌導致了小鼠死亡，說明有部分R型活細菌轉化為S型活細菌，而且轉化后的S型活細菌的后代也是有致病性的。格里菲斯認為被加熱殺死的S型細菌中可能含有某種轉化因子，使R型細菌轉化為S型細菌，而且這種轉化是可以遺傳的。
實驗設計思路
多糖
蛋白質
RNA
DNA
脂質
S型細菌
多糖
脂質、蛋白質
RNA、DNA等
由于當時的技術有限，并不能徹底提純這些物質。因此可用酶解法，將物質單個排除，觀察剩余提取物的轉化活性來尋找轉化因子。
含R型細菌的培養基
分別加入
R型細菌？
S型細菌？
觀察菌落產生情況
加法原理
多糖
蛋白質
RNA
DNA
脂質
S型細菌
多糖
脂質、蛋白質
RNA、DNA等
含R型細菌的培養基
提取液
全部加入
加入酶除去特定物質
R型細菌？
S型細菌？
觀察菌落產生情況
把S型細菌的各種物質分開，單獨的、直接的觀察它們的作用
沒有轉化因子
轉化因子很可能就是DNA。
實驗表明：
艾弗里的結論：
DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
S型細胞提取物
R型活細菌
+
③
加DNA酶
艾弗里實驗可以證明蛋白質不是遺傳物質嗎？
可以
實驗設計思路
只長R型細菌
有R型細菌的培養液
S型細菌的細胞提取液
+
S型細菌
R型細菌
有R型細菌的培養液
S型細菌的細胞提取液
+
S型細菌
R型細菌
混合
混合
有R型細菌的培養液
S型細菌的細胞提取液
+
混合
只長R型細菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
實驗結論：DNA才是使R型菌產生穩定遺傳變化的物質。
積極思維
艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗說明了什么？
積極思維
艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗說明了什么？
基因重組
R型細菌轉化為S型細菌的本質：
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
注意：只是少數R型細菌轉化為S型細菌
項目 肺炎鏈球菌體內轉化實驗 肺炎鏈球菌體外轉化實驗
科學家
培養細菌 體內培養 體外培養
巧妙構思 用加熱殺死的 和 活細菌混合注入小鼠體內，與用加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗，說明確實發生了轉化 每個實驗組用 特異性地去除S型細菌細胞提取物中的一種物質，然后培養R型活菌，看能否發生轉化
觀察指標
實驗結論 已經被加熱殺死的S型細菌體內含有某種促使R型活菌轉化為S型活菌的活性物質——“ ” 是S型細菌的遺傳物質
蛋白質等其他物質不是遺傳物質
聯系 ①所用材料相同，都是 ； ②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎，僅說明加熱后殺死的S型細菌體內含有 ，體外轉化實驗進一步說明 ； ③實驗設計都遵循 原則 小鼠
培養基
轉化因子
DNA
某種
“轉化因子”
“轉化因子”是DNA
R型和S型肺炎雙球菌
對照原則、單一變量
S型細菌
R型
酶解法
小鼠是否死亡及體內是否有活的S菌
培養基中菌落類型
格里菲思
艾弗里
比較兩個肺炎鏈球菌的轉化實驗
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，說明DNA是遺傳物質。
赫爾希 蔡斯
他們因此獲得了諾貝爾獎！
有沒有比細菌更好的材料、更好的方法可將DNA和蛋白質徹底分開，單獨去觀察它們的作用呢？
噬菌體侵染細菌實驗
T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內的病毒，它的頭部和尾部的外殼都是由蛋白質構成的，頭部內含有DNA。T2噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身遺傳物質的作用下，利用大腸桿菌體內的物質來合成自身的組成成分，進行大量增殖。當噬菌體增殖到一定數量后，大腸桿菌裂解，釋放出大量的噬菌體。
T2噬菌體
DNA
蛋白質外殼
噬菌體侵染細菌實驗
1.實驗材料：
大腸桿菌、T2噬菌體
②T2噬菌體如何侵染大腸桿菌？
噬菌體借尾絲吸附在細菌表面。
把DNA注入到細菌細胞。
利用細菌的化學成分、酶系統和核糖體合成出噬菌體的DNA、蛋白質。
新合成的DNA、蛋白質組裝成很多噬菌體。
細菌解體，釋放出噬菌體。
噬菌體侵染細菌實驗
實驗過程
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
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
赫爾希和蔡斯
積極思維
為什么說噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力？
積極思維
：
上清液放射性很高，
子代噬菌體中無35S
35S標記的噬菌體侵染未被標記的細菌
攪拌
使吸附在細菌上的噬菌體顆粒與細菌分離
離心
沉淀物放射性很低。
讓上清液中析出重量較輕的噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被感染的大腸桿菌
說明蛋白質未進入大腸桿菌
為什么說噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力？
上清液放射性很低，
沉淀物放射性很高。
子代噬菌體中含32P
使吸附在細菌上的噬菌體顆粒與細菌分離
讓上清液中析出重量較輕的噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被感染的大腸桿菌
說明蛋白質未進入大腸桿菌
積極思維
為什么說噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力？
35S標記的噬菌體侵染未被標記的細菌
攪拌
離心
實驗結果
35S標記的實驗 32P標記的實驗
標記部位
放射性情況 上清液
沉淀物
子代噬菌體有無放射
蛋白質
很高
DNA
很低
無
有
很高
很低
積極思維
為什么說噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力？
攪拌不充分，導致少量含35S的噬菌體蛋白質外殼還吸附在細菌表面，離心時隨細菌到沉淀物中
保溫時間過短，部分噬菌體還未侵染細菌
保溫時間過長，部分子代噬菌體已經釋放
原因
原因
積極思維
為什么說噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力？
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？
保溫時間長
實際上
部分噬菌體未侵染
大腸桿菌
理論上
上清液
沉淀物
部分噬菌體釋放出來
釋放
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？
積極思維
為什么說噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力？
積極思維
為什么說噬菌體侵染細菌的實驗更有說服力？
實驗結論
注意：
A. 不能證明蛋白質不是遺傳物質（其蛋白質沒有進入細菌）
B. 不能證明：DNA是主要的遺傳物質。
在噬菌體DNA的指導下，新組裝并釋放出來的子代噬菌體與侵染大腸桿菌的噬菌體完全相同。上述實驗證明了DNA才是真正的遺傳物質。
科學家發現許多病毒中只含有蛋白質和RNA，沒有DNA，比如煙草花葉病毒。
煙草花葉病毒示意圖和電鏡照片
為了弄清這種病毒中遺傳物質是蛋白質還是RNA，科學家進行了煙草花葉病毒的感染實驗。
RNA是某些病毒的遺傳物質
新冠病毒
SARS病毒
艾滋病病毒
埃博拉病毒
流感病毒
RNA是某些病毒的遺傳物質
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
實驗：煙草花葉病毒組分單獨侵染煙草實驗
煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA
：
RNA是某些病毒的遺傳物質
含義
絕大多數生物以DNA為遺傳物質
凡是有DNA的生物
凡是細胞結構的生物
極少數生物沒有DNA，只有RNA一種核酸，則RNA是遺傳物質，如煙草花葉病毒、艾滋病病毒HIV、大多數流感病毒等
在真核生物的細胞中，既有DNA，也有RNA，它們都是遺傳物質嗎？科學家經過深入研究發現，真核生物細胞中的遺傳物質是DNA，不是RNA。由于絕大多數生物的遺傳物質是DNA，所以DNA是主要的遺傳物質。
DNA是主要的遺傳物質
格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
加熱殺死的S型細菌中含有轉化因子
轉化因子是什么？
艾弗里的體內轉化實驗
肺炎鏈球菌的轉化實驗
T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗
支持
DNA是肺炎鏈球菌、T2噬菌體的遺傳物質
DNA是細胞結構的生物和DNA病毒的遺傳物質
更多實驗證據表明
RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質
更多實驗證據表明
RNA是RNA病毒的遺傳物質
DNA是主要的遺傳物質
課堂小結
隨堂小測
1.格里菲思將加熱殺死的S型肺炎鏈球菌與R型肺炎鏈球菌混合培養后注入小鼠體內，小鼠死亡。下列有關S型細菌、R型細菌及小鼠的敘述，錯誤的是( )
A.兩種細菌及小鼠的體細胞內均含有8種核苷酸
B.從死亡小鼠體內分離出的細菌都是S型細菌
C.S型細菌的DNA能夠進入R型細菌細胞中發揮作用
D.由實驗可推測加熱殺死的S型細菌中含“轉化因子”
答案：B
解析：A、S型細菌、R型細菌及小鼠的細胞內均含有4種脫氧核苷酸和4種核糖核苷酸，共8種核苷酸，A正確；B、從死亡小鼠體內分離出的細菌既有R型細菌，也有S型細菌，B錯誤；CD、將加熱殺死的S型細菌與R型細菌混合培養，能獲得S型細菌，說明加熱殺死的S型細菌中含“轉化因子”，結合基因控制生物體的性狀，這種轉化因子很可能是DNA，S型細菌的DNA能夠進入R型細菌細胞中發生基因重組并發揮作用，最終表達出S型細菌的多糖莢膜，CD正確。故選B。
隨堂小測
2.下列關于“噬菌體侵染細菌的實驗”的敘述，錯誤的是( )
A.用35S標記噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，大腸桿菌菌體內新形成的T2噬菌體仍能檢測到 S
B.用32P標記噬菌體的實驗中，上清液中檢測到了少量放射性，可能是因為保溫時間過短
C.DNA分子中不含S、蛋白質分子中幾乎不含P，是選擇32P、35S標記T2噬菌體的依據
D.通過兩組實驗相互對照，說明DNA是T2噬菌體的遺傳物質
答案：A
解析：A、35S標記的是噬菌體的蛋白質外殼，蛋白質外殼不進入大腸桿菌菌體內，因此，用35S標記噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，大腸桿菌菌體內新形成的T2噬菌體不能檢測到35S，A錯誤；B、32P標記的是噬菌體的DNA，噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌時，進入到細菌體內的是含有32P標記的DNA，因此，用32P標記噬菌體的實驗中，若上清液中檢測到了少量放射性，可能是因為保溫時間過短，有的噬菌體未侵染，也可能是保溫時間過長，帶有放射性的子代噬菌體被釋放出來造成的，B正確；C、DNA分子中不含S、蛋白質分子中幾乎不含P，是選擇32P、35S標記T2噬菌體的依據，據此可分別觀察DNA和蛋白質的走向，進而能得出相應的結論，C正確；D、對比實驗中兩組實驗相互對比，本實驗通過兩組實驗相互對照，說明DNA是T2噬菌體的遺傳物質，D正確。故選A。
隨堂小測
3.如圖為煙草花葉病毒的感染和病毒重建實驗部分示意圖，相關描述正確的是( )
A.“B型后代”的組成是RNAB和蛋白質A
B.“A型后代”的蛋白質包含蛋白質A和蛋白質B
C.兩種煙草花葉病毒具有不同的RNA和蛋白質
D.重組病毒的感染實驗，證明了該病毒的遺傳物質是核糖核苷酸
答案：C
解析：A、圖中“B型后代”的組成是RNAB和蛋白質B，A錯誤；B、“A型后代”的蛋白質為蛋白質A，B錯誤；C、具題圖可知，兩種煙草花葉病毒具有不同的RNA和蛋白質，TMVA的RNA為RNAA，蛋白質為蛋白質A；TMVB的RNA為RNAB，蛋白質為蛋白質B，C正確；D、重組病毒的感染實驗，證明了該病毒的遺傳物質是核糖核酸（RNA），D錯誤。故選C。
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