高中生物人教版（2019）必修2 遗传与进化:3.1 DNA是主要的遗传物质(共45张PPT)

(共45张PPT)
第1节 DNA是主要的遗传物质
第三章 基因的本质
目录
一、关于遗传物质的早期推测
二、肺炎链球菌的转化实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
四、烟草花叶病毒感染实验
20世纪中叶，科学家发现染色体主要是有蛋白质和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。
思考·讨论
1、你认为遗传物质可能具有什么特点？
应能存储大量遗传信息；可以精确地复制并传递给下一代；结构比较稳定等
2、你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
一、关于遗传物质的早期推测
阅读教材P42，思考：
20世纪早期人们认为什么是遗传物质？为什么这么认为？
蛋白质
当时人们已经认识到蛋白会是由多种氨基酸连接而成的生物大分子，而对DNA的结构认识不清楚。由于氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息
20世纪30年代，人们才认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，人们意识到DNA的重要性，但由于对DNA的结构没有清晰的了解，所以认为蛋向质是主要遗传物质的观点仍占主导地位
通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的，首先是美国微生物学家艾弗里(O.Avery，1877—1955)，而艾弗里的实验又是在英国微生物学家格里菲思(F.Griffith,1877-1941)的实验基础上进行的。
二、肺炎链球菌的转化实验
（一）格里菲斯的肺炎链球菌转化实验
肺炎链球菌分为S型菌和R型菌
项目 S型 R型
荚膜 一层胶状物质，主要由水、多糖等构成 无荚膜
菌落 光滑 粗糙
致病性 有致病性，可使人和小鼠患肺炎 无致病性
格里菲思
对比第一、二组实验现象，说明了什么？
R型细菌无致病性，S型细菌有致病性
对比第二、三组实验现象，说明了什么？
加热致死的S型细菌无致病性
对比第二、三、四组实验现象，说明了什么？
加热致死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌
结论
已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”
思考
这种转化因子究竟是什么物质？
设计实验
转化因子是什么物质？
构成细胞的主要物质有蛋白质、DNA、酯类、荚膜多糖等物质
如何设计实验？
思路1：将加热致死S型菌各种物质分离提纯后与R型混合，观察是否发生转化。
思路2：用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后，观察能否将R型菌转化。
提出问题：
转化因子是什么？
实验目的：
实验材料：
自变量：
因变量：
肺炎链球菌
加热杀死的S型菌中各种物质成分
R型菌是否被转化
菌落特征为R型还是S型
肺炎链球菌体外转化实验
（二）艾弗里确定转化因子的实验
1944年，艾弗里
肺炎链球菌
体外转化实验
处理
将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物
将细胞提取物加入有R型活细菌的培养基中，出现了S型活细菌
结果
对细胞提取物分别用蛋白酶 DNA酶或酯酶处理后 细胞提取物仍然具有转化活性
用DNA酶处理后，细胞提取物就失去了转化活性
一、R型菌+S型菌细胞提取物
二、R型菌+S型菌细胞提取物+蛋白酶
三、R型菌+S型菌细胞提取物+RNA酶
四、R型菌+S型菌细胞提取物+酯酶
五、R型菌+S型菌细胞提取物+DNA酶
R型菌+ S型菌
R型菌+ S型菌
R型菌+ S型菌
R型菌+ S型菌
R型菌
实验结论
转化因子是DNA
DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
艾弗里的结论是正确的吗？
三、噬菌体侵染细菌的实验
1952年，美国遗传学家赫尔希 A.D.Hershey，1908—1997）和他的助手蔡斯（M.C.Chase，1927—2003）以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验。
（一）实验材料
T2噬菌体和大肠杆菌
头部
尾部
尾丝
DNA
思考：
为什么选择噬菌体作为实验材料？
实验要探究遗传物的是还是蛋白质，噬菌体是病毒，组成物只有DNA和蛋白质，排除了其他物质的干扰
噬菌体增殖示意图
T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程：
（1）吸附
（2）注入
（3）合成
（4）组装
（5）释放
T2噬菌体侵染大肠杆菌后，在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
合成噬菌体DNA的原料：
大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸
合成噬菌体蛋白质的原料：
大肠杆菌的氨基酸
（二）实验方法
同位素标记法
思考·讨论
1、如何选择标记元素？
蛋白质组成元素：
C、H、O、N、S
DNA组成元素：
C、H、O、N、P
用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA
2、如何获得只含32P和35S的噬菌体
含35S的细菌培养基
大肠杆菌
含32P的细菌培养基
含35P的大肠杆菌
含35S的大肠杆菌
＋
＋
培养
培养
＋
噬菌体
培养
培养
含35P的噬菌体
含35S的噬菌体
分别得到
3、实验过程
无放射性标记的细菌
无放射性标记的细菌
保温（时间不宜过长，也不能过短）
搅拌，使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
离心，让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌
离心后，检查上清液和沉淀物的放射性物质，发现：
用35S标记的一组实验，放射性物质主要分布在上清液中；用32P标记的一组实验，放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中
4、实验结果及分析
思考：
(1)用35S标记的一组侵染实验，放射性同位素主要分布在上清液中，这一结果说明了什么？
35S标记的蛋白质外壳未进入宿主细胞，留在外面
(2)用个标记的一组传染实验，放射性同位素主要分布在沉淀物中，这一结果说明了什么？
32P标记的DNA进入了宿主细胞内
(3)在细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但不能检测到35S标记的蛋白质，这一结果又说明了什么？
DNA具有连续性
5、实验结论
DNA是噬菌体的遗传物质
思考
艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点
(1）个体很小，结构简单
(2）繁殖快
6、误差分析
35S标记的下部有放射性原因：
搅样不充分，有少量35S噬菌体为外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物也有一定放射性
32P标记组上清液有放射性的原因：
①用温时间过短，噬菌体DNA未完全注入大杆菌
②保温时间过长，大肠杆菌裂解，释放出子代噬菌体
只有DNA是遗传物质吗？是不是所有生物的遗传物质都是DNA？
四、烟草花叶病毒侵染烟草实验
（一）烟草花叶病毒感染实验
1、实验过程及现现象
烟草花叶病毒
提取
RNA+RNA酶
RNA
蛋白质
侵染烟草
侵染烟草
侵染烟草
烟草叶不出现病斑
烟草叶出现病斑
烟草叶不出现病斑
2、实验结论
RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质
3、探索结论
DNA是主要的遗传物质，因为实验证明，绝大多数生物的遗传物质第DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”
例如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”
例如，在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质
科学方法
课堂小结
1、对遗传物质的早期预测——蛋白质是遗传物质
2、肺炎链球菌的转化实验
（1）格里菲斯的体内转化实验——提出“转化因子”
（2）艾弗里的体外转化实验——证实DNA是遗传物质
3、噬菌体侵染细菌的实验——DNA是遗传物质
4、烟草花叶病毒感染实验——RNA是遗传物质
5、DNA是主要的遗传物质