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29张PPT）

(共29张PPT)
第三章基因的本质
第一节DNA是主要的遗传物质
本节掌握
①实验探索：DNA是主要的遗传物质
②科学方法：自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
③生命观念：理解DNA是主要的遗传物质
肺炎链球菌体内转化实验
肺炎链球菌体外转化实验
噬菌体侵染细菌的实验
烟草花叶病毒的转化实验
实验探究过程
（格里菲斯）
（艾弗里）
（赫尔希和蔡斯）
一、对遗传物质的早期推测（实验背景）
多数科学家认为是生物体的遗传物质。
1、20世纪20年代
对DNA的认识：
①生物大分子：由许多脱氧（核糖）核苷酸聚合而成。
②脱氧核苷酸的组成：磷酸、碱基（4种）和脱氧核糖
2、20世纪30年代
蛋白质
虽然人们意识到DNA的重要性。但是，由于对DNA结构还没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
DNA
蛋白质
实验：肺炎链球菌转化实验（体内与体外实验）
1.实验材料:
小鼠和肺炎链球菌
R型菌
S型菌
实验一.肺炎链球菌体内转化实验(格里菲思)
2.关于两种肺炎链球菌:
没有多糖类荚膜，菌落表面粗糙（rough）
有多糖类荚膜，
菌落表面光滑(smooth)
无致病性
有致病性，可引起人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡
3.实验过程
注射R型活细菌
注射S型活细菌
注射加热致死的S型细菌
R型活细菌+加热致死的S型细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡分离出S型活细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡分离出S型活细菌
根据实验现象，思考：
①第一组和第二组实验现象对比，说明了什么？
R型活细菌无致病性；S型活细菌有致病性，使小鼠死亡
②第二组和第三组实验现象对比，说明了什么？
加热致死的S型细菌无致病性，不会使小鼠死亡
③第四组小鼠为什么会死亡？
由于小鼠体内有活的S型细菌
④第四组小鼠体内的S型活细菌如何出现的？
已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子
(实验推论)
［实验设计］寻找转化因子：
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
糖类脂质蛋白质RNADNA
加热杀死的S型细菌
但究竟哪一种物质是转化因子呢？
在设计实验，寻找转化因子过程中最关键的设计思路是什么？
1.关键思路：把DNA，蛋白质，糖类等分开，单独地、直接地观察它们各自所起的作用。
实验二.肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里）
2.实验材料：肺炎链球菌
3.实验流程：
去除大部分物质，制成细胞提取物
每组去除提取物中不同成分
观察每组是否发生转化
实验结论：
1.DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是转化因子即遗传物质
2.蛋白质等其他物质不是遗传物质。
被加热杀死的S型细菌为什么没有了致病性，是什么发生了变性？DNA有没有变性，它有什么特点？
①蛋白质和DNA对高温的耐受力是不同的。加热使蛋白质变性失活，而DNA只是解开双链，温度降低时，DNA结构可恢复。
②转化的实质：
表示
荚膜基因
加热后
R型细菌
S型细菌
转化为
S型细菌
③转化时，只有少数R型菌转化为S型菌。
基因重组
转化：是指某一受体细菌（如R型菌）直接吸收来自另一供体细菌（如S型菌）的一些含有特定基因的DNA片段，从而获得供体细菌相应遗传性状的现象。
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
加法原理：
与常态相比，人为增加某种影响因素
减法原理：
与常态相比，人为去除某种影响因素
你能举出其他加法原理和减法原理的例子吗？
即时巩固
1．在肺炎链球菌的转化实验中，向培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中依次加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是( )
A．3和4 B．1、3和4
C．2、3和4 D．1、2、3和4
D
说出作为遗传物质必需具备的条件:
能控制生物体的性状、能引起可遗传的变异、在亲子代之间具有连续性等。
格里菲斯和艾弗里的肺炎双球菌转化实验能证明DNA满足这些条件吗
肺炎双球菌的转化实验虽然能证实DNA是导致R型细菌转化为S型细菌的因子（证明了DNA能控制肺炎双球菌荚膜的形成），但并不能证明DNA在亲子代之间具有连续性。
某种物质在亲代之间具有连续性，是该物质能作为遗传物质的必要条件。如何证明DNA在亲子代之间具有连续性呢
实验三.噬菌体侵染细菌的实验
资料1:
T2噬菌体是专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部含有一个DNA分子。侵染细菌后，它会利用细菌的核糖体、氨基酸和能量生产系统等来实现自身的生长和繁殖。
T2噬菌体的化学成分中60%是蛋白质，40%是DNA。研究表明，S元素仅存在于蛋白质外壳，P元素几乎都存在于DNA。
资料2:T2噬菌体侵染大肠杆菌时，先将自身的遗传物质注入大肠杆菌细胞(但是当时科学家无法确定进入大肠杆菌细胞内的是噬菌体的蛋白质外壳还是DNA)，然后在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌细胞内的营养物质合成自身的组成成分，然后组装成新的噬菌体。当噬菌体数量增殖到一定的时候，会裂解大肠杆菌细胞释放出子代噬菌体。
资料3：放射性同位素探测仪能探测到放射性的存在、位置以及强度，但是无法辨别放射性是由哪种成分发射出来的。
【提出假设】T2噬菌体侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌细胞内的究竟是什么 你认为有几种可能的情况
【设计实验验证】
根据以上三点假设，请你与同桌讨论并尝试写出实验设计思路，来验证你的假设。
①如何对噬菌体内的蛋白质和DNA进行“追踪”，观察其去向
②选择哪种放射性元素标记噬菌体的蛋白质和DNA 能否将一个噬菌体的两种物质同时标记 为什么
③如何用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质
④大约多长时间后进行放射性检测
⑤用什么方法将大肠杆菌与游离的噬菌体进行分离，以便分别检测其放射性
【演绎推理，推测预期结果】
如何通过放射性出现的位置( 预期结果) 推测蛋白质与 DNA 是否进入细菌细胞( 预期结论)
思考并讨论:
⑥离心后，沉淀物和上清液中的成分分别是什么
⑦放射性如果出现在沉淀物中意味着什么 出现在上清液中又意味着什么
【演绎推理，推测预期结果】
细菌比噬菌体重，离心后细菌出现在沉淀物中，而噬菌体出现在上清液中。如果侵染过程中噬菌体的某种物质进入细菌细胞，则离心后该物质会随细菌出现在沉淀物中，未进入细菌细胞的游离噬菌体则出现在上清液中。
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验放射性可能出现的位置推测
√
×
×
√
仅蛋白质
×
√
√
×
仅DNA
√
×
√
×
蛋白质和DNA
【实验结果与结论】赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验
35S标记的实验 32P标记的实验
放射性情况 上清液
沉淀物
很高 很低
很低 很高
想一想，这一结果说明了什么？
噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。
子代噬菌体
第一组 35S标记蛋白质
第二组 32P标记DNA
有32P标记的DNA
无35S标记的外壳蛋白质
进一步研究发现：
这一结果又说明什么？
子代噬菌体的各种性状，是通过亲代DNA遗传的。
实验结论：
DNA才是噬菌体的遗传物质
实验误差分析：
上清液“放射性很高” 沉淀物“放射性很高”
可是沉淀物也有放射性
可是上清液也有放射性
——搅拌离心不充分
——保温时间过长或过短
（释放出来的、未侵染的噬菌体）
(噬菌体蛋白质外壳)
35S标记的实验 32P标记的实验
放射性情况 上清液
沉淀物
很高 很低
很低 很高
设计思路：
实验技术:
放射性同位素标记技术和离心技术等
把DNA和蛋白质区分开，单独地、直接地观察它们的作用。
保温目的：
搅拌目的：
离心目的：
为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。
使吸附在细菌外的噬菌体与细菌分离
让上清液中析出重量较轻的噬菌体，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
【课堂小结】
即时巩固
用15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在
产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的放射
性元素是（ ）
A.可在外壳中找到15N、35S
B.可在DNA中找到15N、32P、
C.可在外壳中找到15N
D.可在DNA中找到15N、32P、35S
B
实验名称 艾弗里体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验
实验思路 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自不同的作用
设计原则
处理方式
实验结论
比较艾弗里体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验
思考：这两个实验能否证明“DNA是主要的遗传物质”？
对照原则和单一变量原则
减法原理：每个实验组去除一种物质，再与R型活细菌混合培养
同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特征元素（32P和35S）
DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质
流感病毒
烟草花叶病毒
下面这些生物的遗传物质是什么？
［敢于质疑］
新型冠状病毒
如果你是科学家，请设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
背景知识：烟草花叶病毒TMV是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。
［实验探究］
蛋白质
RNA
分
离
感染
烟草
感染
烟草
实验
结果
出现病斑
不出现病斑
实验
结果
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
［实验探究］
细胞生物
原核生物
真核生物
遗传物质是DNA
非细胞生物
遗传物质是RNA
只含DNA的病毒
只含RNA的病毒
生物
3、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
2、在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。
1、凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物质就是DNA。