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遺傳物質的探究歷程
2
把“遺傳因子”命名為
基因
約翰遜
3
提出
基因在染色體上的假說
薩 頓
4
實驗證明
基因位于染色體上
摩爾根
提出“遺傳因子”，并總結遺傳規律
孟德爾
1
到底基因是什么物質？
第3章 基因的本質
3.1
3.1 DNA是主要的遺傳物質
科學家是怎樣證明DNA是遺傳物質的？
為什么說DNA是主要的遺傳物質？
通過對科學家揭示DNA是遺傳物質過程的分析，你對科學發現的過程和方法有哪些領悟？
本節聚焦
染色質
染色體
蛋白質
結構比較穩定；能儲存大量遺傳信息；可準確復制，傳遞給下一代；控制生物的性狀和代謝等。
問題探討
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。在這兩種給物質中，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。
1.你認為遺傳物質可能具有什么特點？
DNA分子
2.你認為證明某一種物質是遺傳物質的可行方法有哪些？
20世紀20年代

①(21種)氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著遺傳信息。
②沒有發現可能蘊含遺傳信息的其他生物大分子。

20世紀30年代
DNA是有許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子，組成DNA的脫氧核苷酸有4種，每一種有一個特定的堿基。


蛋白質是生物體的遺傳物質
意識到DNA的重要性，但對DNA的分子結構沒有清晰的了解，蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
脫氧核糖
A
脫氧核糖
G
脫氧核糖
C
脫氧核糖
T
一、對遺傳物質的早期推測
S型菌落(smooth)
R型菌落(rough)
二、肺炎雙球菌的轉化實驗
（一） 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
1、實驗材料：
小鼠
肺炎鏈球菌
菌落表面光滑，不被免疫系統識別，有多糖莢膜，使人患肺炎或小鼠得敗血癥，有毒性。
菌落表面粗糙，被免疫系統識別，沒有莢膜，無毒性。
肺炎鏈球菌
S型：
R型：
注射
R型
活細菌
不死亡
第一組
注射
S型
活細菌
死亡,從小鼠體內分離出S型活菌
第二組
注射加熱致死的
S型細菌
不死亡
第三組
死亡,從小鼠體內分離出S型活細菌
第四組
將R型活細菌與加熱致死的S型菌混合后注射
對照原則、單一變量原則
也有R型活菌
（一） 格里菲思的體內轉化實驗
2、實驗過程
小鼠體內有 S型活細菌
組別 實驗過程 實驗結果
1 R 型活細菌 小鼠不死亡
2 S 型活細菌 小鼠死亡
3 S 型死菌 小鼠不死亡
4 R 型活細菌 + S 型死菌 小鼠死亡
R 型活細菌從殺死的 S 型細菌獲得某種物質，導致R型細菌 → S型細菌
二、肺炎雙球菌的轉化實驗
（一） 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
③第4組中的小鼠為什么死亡了？
①對比第1.2組實驗，說明了什么？
S型活細菌會使小鼠死亡。
②對比第2.3組實驗，說明了什么？
加熱殺死的S型細菌無致病性。
④第4組中小鼠體內的 S 型活細菌從何而來？
R 型活細菌 + S 型死菌
S 型活細菌
轉化
某種物質
S 型活細菌
繁殖
1.加熱殺死的S型細菌含有某種促成R型活細菌轉化成S型活細菌的轉化因子。
格里菲思的實驗說明了:
轉化因子
2.這種性狀的轉化是可以遺傳的。
二、肺炎雙球菌的轉化實驗
（一） 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
“轉化因子”究竟是什么物質呢
多糖 脂類 蛋白質 RNA DNA
加熱殺死的S型細菌
與常態比較，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”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，利用了“加法原理”。
與常態相比，人為去除某種影響因素的稱為
“減法原理”
科學方法—
自變量控制中的“加法原理” 和“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，這利用了“減法原理”。
艾弗里
提取液
加入有R型活細菌的培養基，進行體外轉化測試
去除
莢膜多糖
R型＋S型
R型＋S型
R型＋S型
R型＋S型
去除絕大部
分蛋白質
去除絕大
部分脂質
……
R型＋S型
初純化的轉化因子
加熱殺死的
S型細菌
二、肺炎雙球菌的轉化實驗
（二） 艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗
純化的轉化因子是哪一類物質？
有R型細菌的培養基
S型細菌的細胞提取物
第一組
+
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
第二至四組
+
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
第五組
+
混合
只長R型細菌
DNA酶
蛋白酶(或RNA酶、酯酶)
二、肺炎雙球菌的轉化實驗
（二） 艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗
實驗過程
結果表明：轉化因子很可能是DNA
艾弗里等人進一步分析了細胞提取物的理化特性，發現這些特性都與DNA極為的相似。
二、肺炎雙球菌的轉化實驗
（二） 艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗
還可以利用哪些方法把DNA和蛋白質等其他物質區分開？
元素分析、
特定試劑鑒定、
電泳分析 ……
①DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
實驗結論：
②蛋白質等其他物質不是遺傳物質。
有沒有更好的材料、更好的方法能夠將DNA和蛋白質分開，單獨去觀察它們的作用呢？
噬菌體的結構模式圖
①T2噬菌體的核酸為DNA，存在于內部，尾部及頭部外側為蛋白質。
三、 噬菌體侵染細菌的實驗
DNA
蛋白質
2．實驗材料：
1．實驗者：
赫爾希和蔡斯
大腸桿菌、T2噬菌體
T2噬菌體：一種專門吸附在大腸桿菌上的病毒。
②T2噬菌體的生活方式是活細胞寄生，宿主細胞為細菌，不能在培養基上繁殖。
吸附
注入
復制、合成
組裝
釋放
3.噬菌體侵染細菌的過程：
三、 噬菌體侵染細菌的實驗
侵入別的細菌
復制、合成
組裝
釋放
吸附
注入
①合成的蛋白質是噬菌體的還是細菌的？
②復制的DNA是噬菌體還還是細菌的？
③合成的蛋白質的原料來源是噬菌體還是細菌？
④復制的DNA的原料是
噬菌體的還是細菌的？
√
√
√
√
噬菌體侵染
大腸桿菌
攪拌
離心
使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離。
使噬菌體（外殼）存在上清液中，大腸桿菌存在沉淀中。
三、 噬菌體侵染細菌的實驗
T2噬菌體DNA和蛋白質已經分隔開，DNA在大腸桿菌細胞內，蛋白質在細胞外，但都混合在培養液中，如何分離？
三、 噬菌體侵染細菌的實驗
放射性同位素標記
DNA
1、哪一種物質進入了大腸桿菌體內？
2、DNA和蛋白質不能直接看到，怎么辦？
3、選擇什么元素進行放射性標記？
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
（32P標記DNA）
（35S標記蛋白質）
蛋白質的組成元素：
DNA 的組成元素：
4、可以將35S和32P同時標記在同一個噬菌體上嗎 實驗設置幾組？
不行；放射性檢測儀只能檢測有放射性的部位，不能確定是何種元素的放射性；因此實驗要分成兩組。
思考·討論
三、 噬菌體侵染細菌的實驗
噬菌體必須寄生在活細胞中，不能單獨直接在培養基中培養。
5、可不可以直接用含同位素的培養基培養標記噬菌體
思考·討論
大腸桿菌
大腸桿菌
噬菌體
噬菌體
實驗組別 DNA是遺傳物質的 預期實驗結果 實際實驗結果 子代噬菌體放射性情況
32P標記 DNA
35S標記 蛋白質
沉淀有較高放射性
放射性主要在沉淀中
放射性主要在上清液中
有
無
空殼噬菌體
4、實驗過程
上清液有較高放射性
35S標記的噬菌體
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
細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性
沉淀物放射性很低
子代噬菌體中無35S
上清液放射性很高
攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌上，隨細菌離心到沉淀物中。
5、結果分析
32P標記的噬菌體
沉淀物放射性很高
子代噬菌體中含32P
保溫時間過短，部分噬菌體還未侵染大腸桿菌；
保溫時間過長，部分子代噬菌體已經釋放。
上清液放射性很低
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
細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性
5、結果分析
噬菌體的DNA進入大腸桿菌，并復制出若干DNA，合成子代噬菌體，噬菌體的蛋白質外殼沒有進入大腸桿菌中。
實驗結論：
三、 噬菌體侵染細菌的實驗
細菌裂解后，在釋放的T2噬菌體中，可檢測到32P標記的DNA，卻不能檢測到35S標記的蛋白質。說明了什么
DNA才是T2噬菌體的遺傳物質。
以下噬菌體侵染細菌的實驗中，放射性主要出現在哪個位置
子代噬菌體會不會有放射性？
①用35S標記的噬菌體侵染未被標記的細菌。
②用未被標記的噬菌體侵染35S標記的細菌。
③用32P標記的噬菌體侵染未被標記的細菌。
④用未被標記的噬菌體侵染32P標記的細菌。
⑤用3H標記的噬菌體侵染未被標記的細菌。
⑥用未被標記的噬菌體侵染3H標記的細菌。
上清液；子代噬菌體無放射性。
沉淀；子代噬菌體有放射性。
沉淀；子代噬菌體有放射性。
沉淀；子代噬菌體有放射性。
上清液和沉淀；子代噬菌體有放射性。
沉淀；子代噬菌體有放射性。
目前，已有充分的科學研究資料證明，絕大多數生物都是以DNA作為遺傳物質的。
流感病毒
SARS病毒
煙草花葉病毒
新型冠狀病毒
只有DNA是遺傳物質嗎？下面這些生物的遺傳物質是什么？
蛋白質
RNA
分
離
感染
煙草
感染
煙草
實驗
結果
出現病斑
不出現病斑
實驗
結果
四、煙草花葉病毒的感染實驗
煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，不是蛋白質。
實驗結論：
生
物
界
細胞生物
非細胞生物
（病毒）
RNA病毒：HIV病毒、流感病毒(如H1N1、H7N9)
SARS病毒、煙草花葉病毒等
DNA病毒：噬菌體、乙肝病毒、天花病毒等
原核生物：衣原體、支原體、藍細菌、細菌、
放線菌等
真核生物：植物、動物、真菌、原生生物
遺傳物質是RNA
遺傳物質是DNA
核酸是一切生物的遺傳物質，包括脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），絕大多數生物都是以DNA作為遺傳物質的，因此DNA是主要的遺傳物質。
只有一種核酸
兩種核酸都有
格里菲斯的體內轉化實驗
艾弗里的體外轉化實驗
轉化因子是什么
加熱殺死的S型細菌中含有轉化因子
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
更多實驗證據
DNA是主要的遺傳物質
TMV感染實驗實驗

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