3.1DNA是主要的遗传物质课件-2021-2022学年高一下学期生物人教版（2019）必修2（共44张PPT）

(共44张PPT)
第3章基因的本质
噬菌体结构简图
核酸DNA
外壳蛋白质
第一节 DNA是主要的遗传物质
本节聚焦
科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？
为什么说DNA是主要的遗传物质？
你对科学发现的过程和方法有哪些领悟
科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。
孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由遗传因子控制
摩尔根通过果蝇实验证明基因位于染色体上
遗传物质到底是蛋白质还是DNA呢？
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
人们认识到 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
20世纪20代
20世纪30年代
没发现其他大分子有类似的结构特点。
蛋白质是生物体的遗传物质
意识到DNA的重要性，但对DNA结构没有清晰认识。
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
一、对遗传物质的早期推测
“我们表示怀疑！”
艾弗里
赫尔希
格里菲思
蔡斯
首先向“遗传物质是蛋白质”提出挑战的是谁？他做了什么实验？
证明DNA是遗传物质的实验
格里菲思体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
格里菲思
艾弗里
赫尔希
蔡斯
肺炎链球菌的转化实验
噬菌体侵染细菌的实验
类型 R型细菌 S型细菌
菌体 无多糖类荚膜 有多糖类荚膜
菌落 粗糙（rough） 光滑（smooth）
毒性 不致病 可致病，使人和小鼠患肺
炎，小鼠并发败血症死亡
1. 实验材料：
小鼠和两种肺炎链球菌
二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
【知识链接】
菌落
两种肺炎链球菌的菌落
R型
活细菌
S型
活细菌
小鼠不死亡
（第一组）
小鼠死亡
（第二组）
体内分离出S型活细菌
加热杀死的
S型细菌
小鼠不死亡
（第三组）
R型活细菌+加热
杀死的S型细菌
小鼠死亡
（第四组）
体内分离出S型活细菌
二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
加热杀死的S型菌中，含有某种促R型活菌转化为S型菌的活性物质——“转化因子”
这种转化因子究竟是什么物质呢？
①对比一、二组实验现象，这说明了什么？
④什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
由于体内有活的S型细菌的作用。
活的R型细菌转变成了活的S型细菌。
加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。
②第四组小鼠为什么会死亡呢？
③第四组活的S型细菌如何出现？
S型活细菌会使小鼠死亡。
蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。
在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；
当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。
知识拓展
　思考：如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是哪一种物质，你该如何设计这个实验？
必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用
但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子，这就是实验设计的“减法原理”（课本P46）
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
S型细菌
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
二、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
对照原则、单一变量原则
艾弗里及同事将加热致死的S型菌破碎后，设法除去绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
　　在S型细菌提取物中加入DNA酶，则不能使R型细菌发生转化。
　　结论：DNA是转化因子，是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。
　　蛋白质、RNA、脂质等不是遗传因子。
S型菌细胞提取物
对照组
蛋白酶
RNA酶
酯酶
DNA酶
R型细菌+S型细菌
只R型细菌
有R型细菌的培养基
基因重组
R型细菌转化为S型细菌的本质：
S型细菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型细菌
X基因吸附在R型细菌表面
X基因进入R型细菌
重组
R型细菌转化成S型细菌
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息。
　　在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。
　　与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
　　例如，艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
　　与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。
　　例如，“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验。
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
　　1. 将DNA完全水解后，可以得到的化学物质是（　　　）
　　A. 氨基酸、葡萄糖、含氮碱基　　　　　　
　　B. 氨基酸、核苷酸、葡萄糖
　　C. 核糖、含氮碱基、磷酸　　　　　　　　
　　D. 脱氧核糖、含氮碱基、磷酸　
D
脱氧
核糖
含氮碱基
A (T、C、G)
磷酸
原创
当堂练习：
　　2. 用某种酶处理转化因子后，R型细菌不能再转化成S型细菌，这种酶是（　　　）　　
　　A. 蛋白酶
　　B. 分解多糖荚膜的酶
　　C. DNA酶
　　D. 纤维素酶
C
当堂练习：
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中无法真正提取出的纯DNA（0.02%蛋白质）来进一步验证遗传物质就是DNA，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
那么，有没有比细菌更为简单的实验材料，还能够把蛋白质和DNA彻底分开？
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，完成了另一个有说服力的实验。
1. 实验者：
赫尔希和蔡斯
2. 实验材料：
T2噬菌体
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
尾部
头部
DNA
蛋白质
赫尔希（A.D.Hershey）
蔡斯（M.C.Chase）
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,T2噬菌体侵染大肠杆菌后,就会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,进行大量的繁殖.
【知识链接】
噬菌体侵染大肠杆菌的过程
噬菌体侵染大肠杆菌的过程
哪一种物质进入了大肠杆菌体内？
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
放射性分别标记DNA和蛋白质
选择什么元素进行放射性标记？
3.实验方法：放射性同位素标记
组成元素
蛋白质:
DNA：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
35S 标记蛋白质
32P标记DNA
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
如何单独获得只有35S或32P标记的T2噬菌体？
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
如何将噬菌体中的蛋白质标记上35S和DNA标记上32P？可不可以直接将T2噬菌体放在培养基中培养？
不可以，因为T2噬菌体营寄生生活，无法独立生存。
故应先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体。
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
4.实验过程：
大肠杆菌＋含35S的培养基→ 含35S的大肠杆菌
大肠杆菌＋含32P的培养基→ 含32P的大肠杆菌
第二步：标记T2噬菌体
噬菌体＋含35S的大肠杆菌→ 含35S的噬菌体
噬菌体＋含32P的大肠杆菌→ 含32P的噬菌体
第一步：标记大肠杆菌
第三步：已标记噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
35S标记的噬菌体
用35S标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
上清液放射性很高，沉淀物放射性很低
35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
实验结果
蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
原因分析
搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离
离心：使上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
32P标记的噬菌体
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌
子代噬菌体中含32P
用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
上清液放射性很低，沉淀物放射性很高
32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
实验结果
原因分析
35S标记的实验 32P标记的实验
标记部位
放射性情况 上清液
沉淀物
有无放射性原因
蛋白质
很高
DNA
很低
蛋白质未进入细菌中
DNA进入细菌中
很高
很低
实验结论
子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，因此，DNA才是真正的遗传物质。
35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？
32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？
35S标记的实验 32P标记的实验
标记部位
放射性情况 上清液
沉淀物
有无放射性原因
蛋白质
很高
DNA
很低
蛋白质未进入细菌中
DNA进入细菌中
很高
很低
误差分析
搅拌不充分
理论上
上清液
沉淀物
其中一个
大肠杆菌
实际上
①35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？
搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
保温时间长
理论上
上清液
沉淀物
实际上
部分噬菌体未侵染
大肠杆菌
部分噬菌体释放出来
释放
实际上
保温时间短
②32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？
上清液和沉淀物的放射性分析
　　1. 32P标记的一组，沉淀物放射性高。
实验误差分析：
　　a. 保温时间过短，噬菌体DNA还未侵染到细菌细胞内。
　　b. 保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后子代释放出来。
　　则→上清液放射性增强
　　2. 35S标记的一组，上清液放射性高。
实验误差分析：
　　搅拌不充分，仍有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面。
　　则→沉淀物放射性增强
要点突破
　　3.下图是利用同位素32P标记噬菌体的DNA，侵染未标记的细菌保温一定时间后搅拌并离心，获得上清液和沉淀。下列相关叙述中，正确的是（　　　）
　　A. 上清液中不具有放射性
　　B. 子代噬菌体不具有放射性
　　C. 若保温时间过长，则上清液中放射性增强
　　D. 若搅拌时间过短，则沉淀物中放射性增强
C
当堂练习：
积极思考：
DNA是唯一的遗传物质吗？以下生物的遗传物质是什么呢？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
烟草花叶病毒（TMV）只含蛋白质和RNA
五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
患病
不患病
得到病毒
不能得到病毒
：
RNA
蛋白质
五、烟草花叶病毒侵染烟草叶片实验
【归纳】不同生物体内遗传物质
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 玉米、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
结论：因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
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
4.病毒甲、乙为两种不同的植物病毒，经重建形成杂种病毒丙(如图所示)，用病毒丙去感染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是
当堂练习：
　　5. 赫尔希和蔡斯用32P标记的T2噬菌体与无32P标记的大肠杆菌混合培养，一段时间后经搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。下列叙述不正确的是（　　　）
　　A. 搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体蛋白质外壳与大肠杆菌分离
　　B. 32P主要集中在沉淀物中，上清液中也能检测到少量的放射性
　　C. 如果离心前混合时间过长，会导致上清液中放射性较高
　　D. 噬菌体吸收和利用培养基中含有32P的核苷酸从而被标记
D
当堂练习：
　　6. 关于艾弗里的肺炎链球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是（　　　）
　　A. 实验都运用了同位素示踪技术
　　B. 实验都证明了DNA是主要遗传物质
　　C. 艾弗里的实验设置了对照，赫尔希与蔡斯的实验没有对照
　　D. 实验思路都是设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应
D
当堂练习：
两实验的比较
肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌的实验
思路 设法将DNA与其他物质分开，单独直接研究
设计原则 对照原则（相互对照）
处理方式 直接分离 同位素标记法
实验结论 DNA是遗传物质， 蛋白质等不是遗传物质 DNA是遗传物质
要点突破
DNA是主要的遗传物质
课堂总结
转化因子
肺炎链球菌体内转化实验
1
转化因子是DNA
肺炎链球菌体外转化实验
2
DNA是遗传物质
噬菌体侵染细菌的实验
3
RNA病毒中，RNA是遗传物质
烟草花叶病毒感染烟叶
4