生物人教版（新课程标准）必修2-3.1 DNA是主要的遗传物质 课件（41张PPT）

(共41张PPT)
一、DNA是主要的遗传物质
第三章 基因的本质
问题探讨
20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。
1、遗传物质可能具有什么特点？
遗传物质必须稳定，要能贮存大量的遗传信息，可以准确地复制，传递给下一代等。
2、证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
同位素标记法、分离提纯法、病毒重组法 等。
蛋白质的基本单位——氨基酸
DNA的基本单位——脱氧核苷酸
脱氧核糖
P
含氮碱基
A
G
C
T
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
20世纪20年代：
认为蛋白质是生物体的遗传物质
20世纪30年代：
对遗传物质的早期推测
认为DNA是生物体的遗传物质
一、肺炎双球菌的转化实验
1.肺炎双球菌是一种什么样的生物？分类？
肺炎双球菌是一种细菌，属于原核生物，有R型和S型
1928年，英国格里菲思
R型(Rough)
S型（Smooth）
菌落表面 多糖类荚膜 是否有毒性 是否致病
R型
S型
粗糙
光滑
有
无
无
有
否
人肺炎小鼠败血症死亡
1.将R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。
2.将S型活细菌注射到小鼠体内，患败血症死亡。
(二) 肺炎双球菌的体内转化实验
3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。
4.将R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后注射到
小鼠体内，小鼠患败血症死亡。
——转化因子
格里菲斯实验结论：
已经被加热杀死的S型细菌，必然含有某种促成这一转化的活性物质
S型肺炎双球菌 R型肺炎双球菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌体 有多糖类荚膜 无多糖类荚膜
毒性 有毒 无毒
1.肺炎双球菌类型的比较
(1)实验①、②对比说明R型细菌无毒性,S型细菌有毒性。
(2)实验②、③对比说明被加热杀死的S型细菌无毒性。
(3)实验②、③、④对比说明R型细菌转化成了S型细菌。
(4)结论:已经加热杀死的S型细菌中,含有使R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。
2.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验
1、 设计思路是什么？
将蛋白质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，确定谁是遗传物质。
（二） 艾弗里体外转化实验
在S型细菌中含有哪些物质？
多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA
S型细菌
究竟哪一个才是转化因子呢？
讨论
艾弗里实验——体外转化实验的过程
艾弗里证明遗传物质是DNA
只长R型菌
只长R型菌
R型菌
S型菌
R型菌
R型菌
R型菌
S型菌的DNA
S型菌的蛋白质
S型菌的DNA +DNA酶
如何分辨
S型活细菌
多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA DNA酶处理DNA
分别与R型活细菌混合培养
R
R
R
R
R
R
S
R
S
艾弗里实验(图解)
DNA的纯度越高，转化就越有效
DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，DNA是转化因子。
以上转化实验表明：
DNA 是 遗 传 物 质，
蛋白质不是遗传物质。
艾弗里实验结论：
3.艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验
(1)实验①、②分别说明荚膜多糖、蛋白质没有转化作用。
(2)实验③、④说明DNA有转化作用,DNA的水解产物没有转化作用。
1.结合格里菲思的体内转化实验,思考回答下列问题:
(1)在体内转化实验中,如果没有实验③,能否得出格里菲思的结论 为什么
答:不能。因为无对照实验,不能说明实验④中的S型活菌是由R型活菌转化而来。
(2)如果由你设计完成体内转化实验,应该注意哪些无关变量对实验的影响
答:四组实验应选用年龄、体型相同且健康的小鼠;所用R型活菌液、S型活菌液的浓度及注射量应该相同等。
2.结合艾弗里的体外转化实验,思考回答问题:
(1)肺炎双球菌体外转化实验的思路是什么
答:直接分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,将它们分别与R型细菌混合培养,单独研究它们各自的作用。
(2)设置“S型细菌的DNA加DNA酶”的实验组的目的是什么
答:起对照作用。用DNA酶水解S型细菌的DNA,结果不能发生转化,说明起转化作用的是DNA。
体内转化实验 体外转化实验
培养
细菌 在小鼠体内 体外培养基
实验
对照 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照
结果
观察 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型
实验
结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是“转化因子”,即遗传物质,蛋白质等不是遗传物质
联
系 (1)所用材料相同:都巧妙选用R型和S型两种肺炎双球菌;
(2)体内转化实验是体外转化实验的基础,仅说明S型细菌体内有“转化因子”,体外转化实验是体内转化实验的延伸,进一步证明了“转化因子”是DNA;
(3)两实验都遵循对照原则、单一变量原则
3.比较体内转化实验和体外转化实验的区别与联系
细菌发生转化的实质是什么 基因重组。
【深度思考】
实验
组号 接种菌型 加入S型细菌的物质 培养皿长菌情况
① R型 蛋白质 R型
② R型 荚膜多糖 R型
③ R型 DNA R型、S型
④ R型 DNA(经DNA酶处理) R型
1.用R型和S型肺炎双球菌进行实验,其过程和结果如图所示。下列关于该实验的叙述错误的是(　)
2. 艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验,结果如表所示。由表可知(　)
A.①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子
B.②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型细菌的DNA是转化因子
D.①～④说明DNA是主要的遗传物质
A.该实验说明R型菌是无毒的
B.该实验说明R型菌在一定条件下可转化为S型菌
C.加热杀死的S型菌无致死性是因为其蛋白质已变性失活
D.在一定条件下R型菌实现转化是因为其发生了基因突变
3. 肺炎双球菌转化实验中,S型菌的部分DNA片段进入R型菌内并整合到R型菌的DNA分子上,使这种R型菌转化为能合成荚膜多糖的S型菌，以下相关叙述正确的是 (　 　)
A.R型菌转化为S型菌后的DNA中,嘌呤碱基总比例会改变
B.整合到R型菌内的DNA分子片段,表达产物都是荚膜多糖
C.进入R型菌的DNA片段上,可有多个RNA聚合酶结合位点
D.S型菌转录的mRNA上,可由多个核糖体共同合成一条肽链
问题:
艾弗里实验中提取出的DNA纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，是否可以将DNA和蛋白质彻底分开，单独地、直接地去观察它们各自的作用呢？
2、噬菌体侵染细菌的实验
（1） 实验材料：T2噬菌体
增殖特点：
结构：
生活方式：
噬菌体侵染细菌的动态过程：
吸附
注入
合成
组装
释放
侵入别的细菌
噬菌体侵染细菌实验
（2）研究方法：
同位素标记法
蛋白质的组成元素：
DNA的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N 、P
（标记32P）
（标记35S ）
S
P
思考：为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA标记？用14C和18O同位素标记可行吗？
S仅存于蛋白质中，P几乎都存在于DNA中
不行，蛋白质和DNA中都存在C和O
实验材料：
噬菌体、大肠杆菌
实验步骤：
1.标记大肠杆菌：
2.标记噬菌体：
3. 标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌：
4. 搅拌离心培养液：
上清液（培养液）
沉淀物（大肠杆菌含子代噬菌体）
5.观察放射性
在分别含有放射性同位素32P 和35S的培养基中培养大肠杆菌
分别用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，制备含32P的噬菌体和含35S的噬菌体
注意标记噬菌体方法
被35S标记的噬菌体
被35S标记的噬菌体与未标记细菌混合
①用放射性同位素35S标记噬菌体外壳蛋白质
上清液(含T2噬菌体颗粒)
沉淀(被感染的细菌和新形成的噬菌体)
--含放射性物质35S
--未检测到35S
说明 并没有进入到大肠杆菌内
蛋白质外壳
②用放射性同位素32P标记内部DNA
被32P标记的噬菌体
被32P标记的噬菌体与未标记的细菌混合
(T2噬菌体颗粒)
新形成的噬菌体中
--几乎未检测到32P
--检测到32P
说明DNA进入到大肠杆菌内去了
结论：DNA是遗传物质
实验结果：
第一组 实验
第二组实验
亲代
噬菌体
35 S标记蛋白质
32 P标记DNA
寄主
细胞内
无35S标记蛋白质
有32P标记DNA
子代
噬菌体
外壳蛋白质无35S
DNA有32P标记
实验
结论
DNA分子具有连续性是遗传物质
DNA才是真正的遗传物质。
噬菌体侵染细菌实验的结论：
1.T2噬菌体结构
2.实验过程及结果
3.实验结论:DNA是遗传物质。
1.分析噬菌体增殖需要的条件
(1)场所:大肠杆菌。
(2)蛋白质的合成
(3)DNA的合成
噬菌体的DNA
(1)为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记,而不用14C和18O进行标记
(2)搅拌、离心的目的在于　把蛋白质外壳和细菌分开,再分别检测其放射性。某科研小组搅拌离心后的实验数据如图所示,则:
①图中被侵染的细菌的存活率基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明细菌未裂解。
②细胞外的32P含量约有30%,原因是有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌。
(3)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,理论上沉淀物中不含放射性,但实验中含有少量放射性的原因是什么
答：搅拌、离心后,仍有少量含35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中,使沉淀物中出现了少量的放射性。
(4)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,若上清液中出现了较高的放射性,可能的原因是什么
答①保温时间过短,有一部分噬菌体未侵入大肠杆菌体内,经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性。
②保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌体内增殖后释放出的子代经离心后分布于上清液中,也会使上清液的放射性升高。
2.分析噬菌体侵染细菌实验
答：S是蛋白质的特征元素,P是DNA的特征元素。若用14C和18O进行标记,由于蛋白质和DNA都含有C和O,因此无法确认被标记的是何种物质。
比较
项目 噬菌体侵染
细菌实验 肺炎双球菌体
外转化实验
设计
思路 设法将DNA和其他物质分开,单独研究它们各自不同的功能
处理
方法 放射性同位素标记法:分别标记DNA和蛋白质的特殊元素 直接分离法 :分离S型细菌的多种组成物质,分别与R型细菌混合培养
检测结
果的方式 检测放射性位置 观察菌落的类型
结论 DNA是遗传物质 DNA是遗传物质,蛋白质等不是遗传物质
3.填表比较噬菌体侵染细菌实验和肺炎双球菌体外转化实验
1.(2017·全国Ⅱ卷)在证明DNA是遗传物质的过程中,T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述,正确的是(　 　)
A.T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖
B.T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质
C.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
D.人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
A.实验结果表明a的蛋白质外壳和b的DNA均有放射性
B.可以确定甲管的放射性来自32P,乙管的放射性来自35S
C.检测结果表明噬菌体的DNA和蛋白质可侵入大肠杆菌内
D.伴随着噬菌体DNA的复制,乙管内沉淀物的放射性将逐渐增强
2、有a、b两类噬菌体,它们均已被32P或35S中的一种标记过。将a、b噬菌体分别侵染甲、乙两管大肠杆菌,经保温、搅拌和离心后,检测离心管内放射性物质的位置,结果如图。下列叙述正确的是(　 　)
3.(2018·广东佛山月考)艾弗里完成肺炎双球菌体外转化实验后,持反对观点者认为“DNA可能只是在细胞表面起化学作用形成荚膜,而不是起遗传作用”。已知S型肺炎双球菌中存在能抗青霉素的突变型(这种对青霉素的抗性不是荚膜产生的)。下列实验设计思路能反驳上述观点的是(　 )
A.R型菌+抗青霉素的S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌
B.R型菌+抗青霉素的S型菌DNA→预期出现S型菌
C.R型菌+S型菌DNA→预期出现S型菌
D.R型菌+S型菌DNA→预期出现抗青霉素的S型菌
4.(2017·全国Ⅰ卷)根据遗传物质的化学组成,可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型,有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常,一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换,请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以确定一种新病毒的类型,简要写出(1)实验思路,(2)预期实验结果及结论即可。(要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
答案:(1)甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)结果及结论
若甲组收集的病毒有放射性,乙组无,即为RNA病毒;反之为DNA病毒。
5.下列关于肺炎双球菌的体内和体外转化实验以及T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的叙述,正确的是( 　)
A.三个实验的设计思路是一致的
B.三个实验都用到了同位素标记法
C.三个实验都不能得出蛋白质不是遗传物质的结论
D.三个实验所涉及生物的遗传物质都是DNA
6.(2018·河北邯郸模拟)下列有关遗传物质的探索实验的叙述,错误的是(　 　)
A.格里菲思实验证明S型肺炎双球菌中存在转化因子的观点
B.艾弗里的转化实验中,S型细菌的DNA能将R型细菌转化为S型细菌
C.可同时用35S和32P标记T2噬菌体,仅通过一组实验就能证明DNA是遗传物质
D.艾弗里的转化实验和T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的对照方式都存在相互对照
对于 等少数病毒来说，RNA是遗传物质。
只要是有DNA，就以DNA为遗传物质。 当只有RNA时，才以RNA为遗传物质。
烟草花叶病毒
总结：因为绝大多数生物的遗传物质是 ，
所以， 是主要的遗传物质
DNA是唯一的遗传物质吗？
DNA
DNA
具有细胞结构的生物
真核生物的遗传物质
原核生物的遗传物质
DNA
多数病毒的遗传物质是DNA
少数病毒的遗传物质是RNA
绝大多数生物的遗传物质是DNA
（二）DNA是主要的遗传物质
HIV病毒、SARS病毒、
H1N1病毒、烟草花叶病毒等
1.RNA是遗传物质的实验
(1)实验材料:烟草花叶病毒和烟草,烟草花叶病毒的组成物质是蛋白质和RNA。
(2)实验过程及结果
(3)实验结论:烟草花叶病毒的RNA是它的遗传物质。
生物
类型 核酸
种类 遗传
物质 实例
有细胞结
构的生物 真核生物 DNA和
RNA DNA 酵母菌、
小麦、人
原核生物 乳酸菌、
蓝藻
无细胞结
构的生物 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体
RNA病毒 RNA RNA 烟草花
叶病毒
2.生物体内核酸种类、遗传物质类型及实例
实验
编号 实验过程 实验结果
病斑
类型 病斑中分离出
的病毒类型
① a型TMV感染植物 a型 a型
② b型TMV感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
1.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(见下表)中,不可能出现的结果是(　 　)
A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④
2.(2018·河南郑州模拟)下列有关“DNA是生物的主要遗传物质”的叙述,不正确的是(　　)
A.同时含有DNA和RNA的生物体,其遗传物质主要是DNA,其次是RNA
B.细胞核中的遗传物质是DNA,细胞质中的遗传物质也是DNA
C.具有细胞结构的生物体均以DNA作为遗传物质
D.在生物界中,只有部分病毒的遗传物质是RNA
3.下面是某兴趣小组为探究某种流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA设计的实验步骤,请将其补充完整。
(1)实验目的:略。
(2)材料用具:显微注射器,该流感病毒的核酸提取液,猪胚胎干细胞,DNA水解酶和RNA水解酶等。
(3)实验步骤
第一步:把该流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组,
　。
第二步:取等量的猪胚胎干细胞分成三组,用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取物注射到三组猪胚胎干细胞中。
第三步:将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间,然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品,检测是否有该流感病毒产生。
(4)请预测实验结果及结论:
①　 ;
②　 ;
③若A、B、C三组均出现该流感病毒,则该流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
答案:(3)分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组核酸提取液,C组不做处理
(4)①若A、C两组出现该流感病毒,B组没有出现,则该流感病毒的遗传物质是RNA　②若B、C两组出现该流感病毒,A组没有出现,则该流感病毒的遗传物质是DNA
思考:
DNA或RNA
DNA
DNA
2、烟草的遗传物质是什么？
DNA
1、动物和人体的遗传物质是什么？
3、细菌的遗传物质是什么？
4、一切生物的遗传物质是什么？
5、病毒的遗传物质是什么？
核 酸
【例】将人、细菌、烟草花叶病毒体内的：
①遗传物质水解，分别会有________种碱基，_________种核苷酸；
②核酸水解，分别会有________种碱基，__________种核苷酸。
4、4、4
4、4、4
5、5、4
8、8、4
生物类型 核酸种类 碱基种类 核苷酸种类 遗传物质
病毒
原核生物（细菌、蓝藻等）
真核生物
DNA或RNA
DNA和RNA
DNA和RNA
4
5
5
4
8
8
DNA或RNA
DNA
DNA
思考:要作为遗传物质需要些什么条件
3）能够指导蛋白质的合成 ，从而
控制新陈代谢过程和性状
4）能够产生可遗传的变异
1）分子结构具有相对的稳定性
2）能够自我复制，使前后代保持
一定的连续性