資源簡介

(共54張PPT)
第3章　基因的本質
第1節　DNA是主要的遺傳物質
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研習任務一　肺炎鏈球菌的轉化實驗
素養目標：1.生命觀念：從分子水平上，利用結構與功能觀，分析DNA適合作為遺 傳物質應具備的特點。2.科學思維：運用比較法、歸納法分析肺炎鏈球菌體外轉化實 驗、噬菌體侵染大腸桿菌實驗的異同。3.科學探究：分析肺炎鏈球菌轉化實驗，學會 自變量控制中的加法原理和減法原理。4.科學思維：分析肺炎鏈球菌體外轉化實驗、 噬菌體侵染大腸桿菌實驗和煙草花葉病毒重建實驗的實驗結論，歸納概括出DNA是 主要的遺傳物質。
1. 對遺傳物質的早期推測
（1）20世紀20年代，大多數科學家認為 是生物體的遺傳物質。
（2）20世紀30年代，人們認識到 的重要性，但是認為 是遺傳物 質的觀點仍占主導地位。
2. 兩種肺炎鏈球菌的比較
項目 圖示 菌落（光滑、
粗糙） 有無
莢膜 有無
毒性
S型
細菌
R型
細菌
蛋白質　
DNA　
蛋白質　
光滑
有
有
粗糙
無
無
梳理　教材
3. 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
組別 實驗過程及結果 結論
第一組 R型活細菌 小鼠 已經加熱致死 的S型細菌， 含有某種促使 R型活細菌轉 化為S型活細 菌的活性物 質——
第二組 S型活細菌 小鼠 S型活細菌
第三組 加熱致死的S型細菌 小鼠
第四組
不死亡　
轉化
因子　
死亡　
不死亡　
死亡　
4. 艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
×
√
√
√
互動　探究
1. 加熱殺死的S型細菌與R型細菌混合后注入小鼠體內，小鼠死亡，這是否能說明全 部R型細菌都轉化成了S型細菌？為什么？
提示：不能。被轉化的R型細菌只有一小部分，但這種轉化可以遺傳，轉化成的有毒 的S型活細菌繁殖后導致小鼠死亡。
2. 格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗能說明DNA是遺傳物質嗎？為什么？
提示：不能。該實驗所用的實驗材料是活的細菌或殺死的細菌，實驗中沒有單獨地直 接觀察DNA的作用，因此不能說明DNA是遺傳物質。
3. 加熱殺死的S型細菌為什么不能導致小鼠死亡？
提示：導致小鼠死亡的是S型細菌產生的蛋白質，加熱會導致蛋白質變性，失去導致 小鼠死亡的功能。
4. 艾弗里的第五組實驗目的是什么？
提示：驗證DNA分解后的產物不能使R型活細菌轉化為S型活細菌，從而證實了只有 完整的DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
5. 轉化產生的S型活細菌的后代也是有致病性的S型細菌，這說明什么？
提示：轉化的性狀可以遺傳。
重點　理解
1. 肺炎鏈球菌體內與體外轉化實驗的比較
比較項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
實驗者 格里菲思 艾弗里及其同事
培養細菌 在小鼠體內 體外培養基
實驗原則 R型細菌與S型細菌的毒性對照 S型細菌各成分的作用進行對照
實驗結果 加熱殺死的S型細菌能使R型活 細菌轉化為S型活細菌 S型細菌的DNA能使R型活細菌轉化 為S型活細菌
實驗結論 S型細菌體內有“轉化因子” DNA是使R型細菌產生穩定遺傳變化 的物質
巧妙構思 用加熱殺死的S型細菌注射到 小鼠體內作為對照實驗來說明 確實發生了轉化 將物質提純、分離后，直接、單獨地 觀察某種物質在實驗中所起的作用
聯系 ①所用材料相同
②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎，體外轉化實驗是體內轉化實 驗的延伸
③兩實驗都遵循對照原則、單一變量原則
2. 肺炎鏈球菌轉化實驗中的相互對照
相互對照時每組既是實驗組又是對照組，每個實驗組除要探究的因素不相同外，其他 條件均相同且適宜，最終結論必須由幾組實驗結果對比得出。
（1）DNA和蛋白質在加熱的情況下都會變性，但是蛋白質變性后，會永久性失活， 而DNA變性后，降低溫度后會恢復活性。
（2）在肺炎鏈球菌的轉化實驗中，使小鼠致死的是S型細菌，不是S型細菌的DNA。
（3）在肺炎鏈球菌的轉化實驗中，只有少數的R型細菌轉化為S型細菌，并非全部的 R型細菌都發生轉化。
（4）轉化的實質：肺炎鏈球菌轉化的實質是S型細菌的DNA片段整合到R型細菌的 DNA中，使受體細胞獲得了新的遺傳信息，即發生了基因重組，從而使R型細菌轉化 為S型細菌。
隨堂　練習
A. 該實驗提取出的S型細菌的DNA的純度為100％
B. 該實驗中R型細菌的DNA能使S型細菌轉化
C. 加入DNA酶的目的主要是證明核苷酸不是遺傳物質
D. R型細菌被轉化為S型細菌后，其增殖產生的子代菌為S型細菌
解析：該實驗是通過酶解法除去相應化合物而實現各種化合物的“分離”，A項錯 誤；艾弗里的體外轉化實驗中S型細菌的DNA引起R型細菌轉化成S型細菌，B項錯 誤；加入DNA酶的目的是從另一方面證明DNA是遺傳物質，C項錯誤；R型細菌被轉 化為S型細菌后，其遺傳物質發生了穩定性改變，故其增殖產生的子代菌為S型細菌， D項正確。
D
A. 該實驗的自變量控制利用了“減法原理”
B. 該實驗證明了DNA是主要的遺傳物質
C. 艾弗里完全摒棄了格里菲思的實驗思路
D. 加入RNA酶的實驗組，其培養結果中無S型細菌
解析：艾弗里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DNA是遺傳物質，其自變量的控制利用了“減法原理”，A項正確；艾弗里 證明了DNA是遺傳物質，但沒有證明DNA是主要的遺傳物質，B項錯誤；艾弗里繼承 了格里菲思實驗的對照思路，C項錯誤；在提取物中加入RNA酶后，只能將RNA水 解，其中的DNA與R型細菌混合培養，仍會出現S型菌落，D項錯誤。
A
第*頁
研習任務二　噬菌體侵染細菌的實驗
梳理　教材
1. T2噬菌體的結構和增殖
2. 實驗方法
、離心法等。
3. 噬菌體侵染細菌實驗過程及結果分析
實驗過程 實驗組別
一 二
標記大
腸桿菌 含35S的培養基＋無標記的大腸桿菌→含35S的大腸桿菌 含32P的培養基＋無標記的大腸桿菌→含32P的大腸桿菌
同位素標記法　
實驗過程 實驗組別
一 二
標記 噬菌體 無標記的噬菌體→侵染含35S 的大腸桿菌→含35S的噬菌體 無標記的噬菌體→侵染含32P的大腸桿菌→含32P的噬菌體
噬菌體侵
染細菌 含35S的噬菌體＋無標記的大 腸桿菌→混合培養→攪拌后 離心 含32P的噬菌體＋無標記的大腸桿菌→混合培養→攪拌后離 心
實驗過程 實驗組別
一 二
實驗 結果 上清液放射性很高，沉淀物 放射性很低 上清液放射性很低，沉淀物放射性很高
實驗 分析 噬菌體侵染細菌時，含32P的噬菌體DNA進入了細菌體內，而含35S的噬菌體蛋白質外殼并未進入細菌體內
結論 DNA是噬菌體的遺傳物質
×
×
√
×
互動　探究
1. 為什么不能直接用含35S和32P的普通培養基來培養T2噬菌體？能否用14C和18O標記 噬菌體？
提示：因為噬菌體營寄生生活，只有在細菌體內才能進行增殖，故應先培養細菌，再 用細菌培養噬菌體，而不能直接用培養基培養噬菌體。不能，因為DNA和蛋白質都 含C和O。
2. 若保溫時間過短，對第一組實驗和第二組實驗的結果會產生什么影響？為什么？
提示：對第一組實驗無影響，但會導致第二組實驗的上清液中出現較高的放射性。因 為保溫時間過短，會有大量親代噬菌體尚未將DNA注入大腸桿菌，攪拌離心后這部 分完整的噬菌體一并出現在上清液中。
3. 若保溫時間過長，對以上兩組實驗的結果又會產生什么影響？為什么？
提示：對第一組實驗無影響，但會導致第二組實驗的上清液出現較高的放射性。因為 保溫時間過長，子代噬菌體已經從裂解的大腸桿菌中釋放出來，經攪拌離心，這部分 完整的子代噬菌體會一并出現在上清液中。
4. 若攪拌不徹底，對以上兩組實驗的結果又會產生什么影響？為什么？
提示：會導致第一組實驗的沉淀物中出現較高的放射性，對第二組實驗無影響。因為 如果攪拌不徹底，親代噬菌體的蛋白質外殼無法與大腸桿菌細胞分離，經離心，會同 大腸桿菌細胞一起出現在沉淀物中。
重點　理解
1. 噬菌體侵染細菌的實驗結果及誤差分析
（1）用含32P的噬菌體侵染大腸桿菌
（2）用含35S的噬菌體侵染大腸桿菌
2. 肺炎鏈球菌體外轉化實驗與噬菌體侵染細菌實驗的比較
項目 肺炎鏈球菌體外轉化實驗 噬菌體侵染細菌實驗
相同點 實驗原則 都遵循了對照原則
實驗結論 都能證明DNA是遺傳物質，但不能證明DNA是主要的遺傳物質
實驗思路 均使DNA和蛋白質分開，單獨處理，觀察它們各自的作用
項目 肺炎鏈球菌體
外轉化實驗 噬菌體侵染細菌實驗
不同點 方法 酶解法：對細胞提取物分別用蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA 酶處理后，與R型細菌混合培養
結論 證明DNA是遺傳物質 該實驗只能證明DNA是遺傳物質，不 能證明蛋白質不是遺傳物質，因為蛋白 質沒有進入大腸桿菌體內
有關噬菌體侵染細菌實驗的兩點提醒
（1）該實驗中，只有DNA進入細菌體內，DNA復制和蛋白質合成所需要的原料、能 量和場所等均由宿主細胞－－細菌提供。
（2）32P和35S不能同時標記噬菌體，因為用放射性同位素標記后只能檢測到某一化合 物是否帶有放射性標記，并不能檢測到是何種放射性同位素標記。
隨堂　練習
A. 用含有32P的大腸桿菌培養噬菌體使其帶上標記
B. 沉淀物中的放射性不可能來自大腸桿菌中的RNA
C. 保溫時間過短上清液中的放射性就會明顯增多
D. 該實驗用35S或15N進行標記可得到相同的實驗結論
D
解析：噬菌體不能直接生活在培養液中，應先使大腸桿菌帶上標記，然后用噬菌體侵 染帶標記的大腸桿菌，就能使噬菌體帶有32P，A正確；32P存在于噬菌體的DNA中， 該DNA在大腸桿菌中作為噬菌體復制的模板，而大腸桿菌中的RNA是以大腸桿菌中 不帶標記的核糖核苷酸為原料合成，故沉淀物中的放射性不可能來自大腸桿菌中的 RNA，B正確；保溫時間過短，會有一些親代噬菌體的DNA尚未注入大腸桿菌，攪拌 后離心，上清液的放射性會明顯增多，C正確；用15N可以標記噬菌體的蛋白質外売和 DNA，32P只能標記噬菌體的DNA，35S只能標記噬菌體的蛋白質外売，而噬菌體侵染 細菌時，蛋白質外殼留在外面，DNA進入細菌內部，因此用15N標記不能得到相同的 實驗結論，D錯誤。
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研習任務三　DNA是主要的遺傳物質
梳理　教材
1. RNA是遺傳物質的證據
（1）實驗材料
①煙草花葉病毒：組成為 和 。
②煙草。
RNA　
蛋白質　
（2）實驗過程及現象
（3）實驗結論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質，而蛋白質不是。
2. DNA是主要的遺傳物質
生物
類型 細胞生物 非細胞生物
真核生物 原核生物 DNA病毒 RNA病毒
實例 真菌、原生生物、所有動植物 細菌、藍細菌、 放線菌等 噬菌體、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、煙草花葉病毒等
核酸
種類 DNA和RNA
遺傳
物質 DNA RNA
歸納：絕大多數生物的遺傳物質是 ，只有極少數病毒的遺傳物質是________
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
DNA
結論： 是主要的遺傳物質
DNA　
RNA　
DNA　
×
×
√
×
互動　探究
1. 人們在探究哪種物質是遺傳物質時，采用的共同設計思路是什么？
提示：設法將物質分開，單獨看其作用。
2. 怎樣判斷一種生物的遺傳物質是DNA還是RNA？
提示：有細胞結構的生物，其遺傳物質一定是DNA；無細胞結構的病毒，其遺傳物 質是DNA或RNA。
重點　理解
探究遺傳物質的三種方法
1. 有關遺傳物質的三點提醒
（1）并不是所有的核酸都能作為遺傳物質，如細胞生物中的RNA。
（2）DNA并不是所有生物的遺傳物質，如煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。
（3）一種生物只能有一種遺傳物質，在同一種生物體內，不存在“主要遺傳物質” 和“次要遺傳物質”之分。
2. 自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”
在對照實驗中，控制自變量可以采用“加法原理”或“減法原理”。
（1）加法原理：與常態相比，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”。例如， 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FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理，就是利用了“加法原理”。
（2）減法原理：與常態比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。例如， 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，就是利用了“減法原理”。
隨堂　練習
D
A. 煙草花葉病毒中的核苷酸有8種
B. 圖中A型后代的外殼是蛋白質B
C. 若用DNA酶處理該病毒，會使其失去
感染力
D. 該實驗證明RNA是遺傳物質，蛋白質
不是遺傳物質
解析：煙草花葉病毒中的核酸是RNA，其中的核苷酸共有4種，A錯誤；圖中A型后代 的RNA來自A，故其蛋白質外殼是A，B錯誤；該病毒的遺傳物質是RNA，酶具有專 一性，故若用DNA酶處理該病毒，不會使其失去感染力，C錯誤；該實驗的子代與提 供RNA的親本相同，證明RNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質，D正確。
[知識結構]
[主題要點]
1. 肺炎鏈球菌體內轉化實驗的結論：已經加熱致死的S型細菌，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。
2. 艾弗里通過對肺炎鏈球菌的體外轉化實驗的研究，提出DNA才是使R型細菌產生穩 定遺傳變化的物質。
3. T2噬菌體侵染細菌的實驗證明：DNA才是噬菌體的遺傳物質。
4. 絕大多數生物的遺傳物質是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質。
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課堂小測試
A. 不同生物的蛋白質在結構上存在差異
B. 蛋白質與生物的性狀密切相關
C. 蛋白質比DNA具有更高的熱穩定性，并且能夠自我復制
D. 蛋白質中氨基酸的不同排列順序可能蘊含大量遺傳信息
解析：不同生物的蛋白質在結構上存在差異，蛋白質的不同結構可能對應不同的遺傳 信息，A項正確；作為遺傳物質，要能控制生物的性狀，而蛋白質與生物的性狀密切 相關，B項正確；蛋白質高溫變性，DNA高溫變性但溫度降低后又能恢復原來的結 構，DNA比蛋白質具有更高的熱穩定性，C錯誤；作為遺傳物質要能儲存大量的遺傳 信息，而蛋白質中氨基酸的不同排列順序可能蘊含大量遺傳信息，D項正確。
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
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A. S型細菌的DNA＋DNA酶→加入R型細菌→注射入小鼠體內
B. R型細菌的DNA＋DNA酶→加入S型細菌→注射入小鼠體內
C. R型細菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入S型細菌DNA→注射入小鼠體內
D. S型細菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入R型細菌DNA→注射入小鼠體內
B
解析：S型細菌的DNA＋DNA酶，DNA被水解，失去了轉化作用，對后面加入的R型 細菌沒有轉化作用，R型細菌無毒，注射入小鼠體內，小鼠存活，A不符合題意；R型 細菌的DNA＋DNA酶，DNA被水解，但后面加入的S型細菌有毒，注射入小鼠體內， 小鼠死亡，B符合題意；R型細菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻，R型細菌已經死亡， 后面再加入S型細菌的DNA也不會發生轉化作用，因此注射入小鼠體內，小鼠存活， C不符合題意；S型細菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻，S型細菌已經死亡，后面再加入 R型細菌的DNA也不會發生作用，因此注射入小鼠體內，小鼠存活，D不符合題意。
材料及標記實驗組 T2噬菌體 大腸桿菌
① 14C標記 未標記
② 35S標記 3H標記
③ 未標記 35S標記
④ 35S標記 32P標記
A. ①和② B. ②和③ C. ②和④ D. ①和③
B
解析：噬菌體利用大腸桿菌中的原料合成蛋白質，由于大腸桿菌沒有被標記，則子代 噬菌體的蛋白質外殼沒有放射性物質，①不符合題意；3H標記的氨基酸合成的蛋白質 構成子代噬菌體的蛋白質外殼，子代噬菌體蛋白質外殼能檢測到放射性，②符合題 意；親代噬菌體利用大腸桿菌的原材料來生產子代噬菌體的蛋白質外殼，子代噬菌體 蛋白質外殼會出現放射性，③符合題意；蛋白質中不含32P，用32P標記大腸桿菌，子 代噬菌體蛋白質外殼不會出現放射性，④不符合題意。故選B。
A. 孟德爾發現遺傳因子并證實了其傳遞規律和化學本質
B. 艾弗里對S型細菌進行加熱處理，使蛋白質變性，而DNA相對穩定
C. 煙草花葉病毒感染煙草實驗說明部分病毒的遺傳物質是RNA
D. 在噬菌體侵染細菌實驗中，若35S標記組的沉淀物中放射性較高，則可能原因是保 溫時間過長
C
解析：孟德爾并沒有證實遺傳因子的化學本質，A錯誤；對S型細菌進行加熱處理的 科學家是格里菲思，B錯誤；煙草花葉病毒感染煙草實驗說明該病毒的遺傳物質是 RNA，說明部分病毒的遺傳物質是RNA，C正確；在噬菌體侵染細菌實驗中，若35S標 記組的沉淀物中放射性較高，則可能原因是攪拌不充分，部分噬菌體的蛋白質外殼吸 附在細菌上造成的，D錯誤。
5. DNA和蛋白質都是生物體內重要的大分子物質，究竟哪種物質是遺傳物質的問題 曾引起生物學界激烈的爭論。1928年，格里菲思提出轉化因子，轉化因子究竟是什么 物質呢？1944年艾弗里和他的同事完成了以下實驗。他們將去除絕大部分糖類、蛋白 質和脂質的S型細菌提取物分別進行不同的處理后，加入到含有R型活細菌的培養基 中，處理方法及實驗結果如下表所示：
項目 處理條件 菌落生長情況
第一組 未處理 －
第二組 加蛋白酶
第三組 加RNA酶
第四組 加酯酶
第五組 加DNA酶
注：“ ”代表R型菌落，“ ”代表S型菌落。
（1）推測第一組培養基中活菌類型為 ，設置第一組實驗的目的 是 ；推測第五組菌落生長情況，并將結果繪制在上表第五組的培養皿中。
解析：（1）由于第一組未處理，作為對照組，則第一組培養基中活菌類型為R型和S 型細菌。由于第五組加入了DNA酶，導致S型細菌DNA被分解，則R型細菌不能被轉 化，所以第五組培養皿中菌落都是R型細菌，如答案圖中所示。
R型和S型細菌
對照
解析：（2）根據以上五組實驗可以得出，DNA是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物 質（DNA是遺傳物質）。
解析：（3）從控制自變量的角度，實驗的基本思路是：依據自變量控制中的“減法 原理”，在每個實驗組S型細菌提取物中特異性地去除了一種物質。
DNA是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質（DNA是遺
傳物質）
在每個實驗組S型細
菌提取物中特異性地去除了一種物質

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