生物人教版（2019）必修2 3.1DNA是主要的遗传物质（共45张ppt）

(共45张PPT)
第三章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
人教版·必修二
一、对遗传物质早期的推测
孟德尔
通过豌豆杂交实验，揭示了遗传规律，提出遗传因子概念。
约翰逊
通过观察蝗虫细胞减数分裂提出假说：基因（遗传因子）位于染色体上。
萨 顿
命名“遗传因子”为基因。
摩尔根
1909-1933年
通过果蝇杂交实验证明：基因位于染色体上。
1866年
1903年
1909年
染色体在遗传上的连续性和稳定性
科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。
蛋白质与DNA，谁是遗传物质？
一、对遗传物质早期的推测
染色体
DNA
蛋白质
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。
讨论
1. 你认为作为遗传物质需要具备哪些条件？
遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定等。
一、对遗传物质早期的推测
1. 20世纪20年代
——蛋白质是遗传物质
氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息
2. 20世纪30年代后
——DNA才是遗传物质
基本单位：
脱氧核糖核苷酸
是DNA
是蛋白质！
一、对遗传物质早期的推测
“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？
二、肺炎链球菌的转化实验
1. 格里菲思
阅读课本43页，填写两种肺炎链球菌的特点：
类型　 菌落 荚膜 致病性
S型 _______ _______ _______
R型 _______ _______ _______
光滑
粗糙
有
有
无
无
何为荚膜？
何为菌落？
S型细菌
R型细菌
荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围胶状物质。
二、肺炎链球菌的转化实验
1. 格里菲思
注射
R型
活细菌
小鼠不死亡
01
02
注射
S型
活细菌
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
03
小鼠不死亡
注射加热致死的S型细菌
04
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
二、肺炎链球菌的转化实验
讨论
1. 对比第一、二组的实验现象，这说明了什么？
S型活细菌会使小鼠死亡。
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。
4. 什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
3. 第四组活的S型细菌如何出现？
2. 第四组小鼠为什么会死亡呢？
加热杀死的S型细菌中，含有某种促R型活细菌转化为S型细菌的活性物质——“转化因子”
二、肺炎链球菌的转化实验
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
1、转化因子究竟是什么物质？如何设计这个实验？
讨论
由于当时的技术有限，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）
二、肺炎链球菌的转化实验
2.艾弗里
① 实验思路
设法逐步去除S型细菌的各组分后，分别与R型活细菌混合培养，观察是否具有转化活性。
思考：
如何去除细菌各组分？
蛋白酶
去除蛋白质
RNA酶
去除RNA
DNA酶
去除DNA
酯酶
去除脂质
二、肺炎链球菌的转化实验
二、肺炎链球菌的转化实验
② 实验过程
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
+
混合
R型细菌
S型细菌
第一组
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
+
混合
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
R型细菌
S型细菌
第二至四组
+
混合
DNA酶
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
只长R型细菌
第五组
2.艾弗里
二、肺炎链球菌的转化实验
组别 处理步骤 结果
一 S型细菌的细胞提取物，不做处理 加入R型活细菌的培养基中，混合后培养 R+S
二 S型细菌的细胞提取物+蛋白质酶 R+S
三 S型细菌的细胞提取物+RNA酶 R+S
四 S型细菌的细胞提取物+酯酶 R+S
五 S型细菌的细胞提取物+DNA酶 R
2.艾弗里
讨论
1. 该实验的自变量和因变量分别是？
自变量：是否加入酶及酶的种类。因变量：培养基中是否有活的S菌。
2. 从上述实验结果，你能得出什么结论？
DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质。
二、肺炎链球菌的转化实验
组别 处理步骤 结果
一 S型细菌的细胞提取物，不做处理 加入R型活细菌的培养基中，混合后培养 R+S
二 S型细菌的细胞提取物+蛋白质酶 R+S
三 S型细菌的细胞提取物+RNA酶 R+S
四 S型细菌的细胞提取物+酯酶 R+S
五 S型细菌的细胞提取物+DNA酶 R
2.艾弗里
讨论
3. 该实验的设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？
遵循单一变量原则和对照原则。
巧妙之处：运用减法原理，人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。
拓展：R型链球菌转化为S型链球菌的理解
转化的原理和实质
转化原理
转化实质
加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活；空间结构发生改变，不可逆。DNA在加热过程中，双链解开，当缓慢冷却后，其结构可恢复。
S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
S型菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型菌转化成S型菌
二、肺炎链球菌的转化实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验。
思考：有没有更好的材料、更好的方法将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
赫尔希 蔡斯
他们因此获得了诺贝尔奖！
尽管艾弗里的实验完全能够证明DNA是遗传物质，但是，由于当时人们深受蛋白质是遗传物质的影响，并没有接受艾弗里的实验结论。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1. T2噬菌体
① T2 噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
头部
尾部
DNA
蛋白质
它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。
在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫、磷几乎都存在于DNA分子中。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1. T2噬菌体
② T2 噬菌体侵染大肠杆菌的过程
吸附
注入
合成
组装
释放
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，进行大量繁殖。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。
三、噬菌体侵染细菌的实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
2. 实验思路
将蛋白质和DNA完全分开，单独观察他们的作用。
3. 实验方法
放射性同位素标记法（分别标记DNA和蛋白质）。
DNA
蛋白质
C、H、O、N、P
C、H、O、N、S
元素组成
元素组成
32P
35S
思考：选用那种同位素来标记噬菌体呢？
提示：P45相关信息
三、噬菌体侵染细菌的实验
4. 如何标记噬菌体
含有35S的培养基+大肠杆菌
含35S的大肠杆菌
噬菌体侵染
含35S的噬菌体
含有32P的培养基+大肠杆菌
含32P的大肠杆菌
噬菌体侵染
含32P的噬菌体
先标记大肠杆菌→再标记T2噬菌体
三、噬菌体侵染细菌的实验
5. 实验过程
标记细菌
标记
噬菌体
噬菌体侵染细菌
（短时间保温）
搅拌
离心
观察放射性的分布
为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。
使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离
让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
三、噬菌体侵染细菌的实验
5. 实验过程
搅拌后离心
35S标记的噬菌体
35S标记的噬菌体与未标记的细菌混合
离心后
上清液
沉淀物
上清液的放射性很高
沉淀物的放射性很低
细菌裂解
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
上清液放射性很高，沉淀物放射性很低
实验结果
蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
原因分析
三、噬菌体侵染细菌的实验
5. 实验过程
搅拌后离心
32P标记的噬菌体
32P标记的噬菌体与未标记的细菌混合
离心后
上清液
沉淀物
上清液的放射性很低
沉淀物的放射性很高
细菌裂解
在新形成的部分噬菌体中检测到32P
用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌
上清液放射性很低，沉淀物放射性很高
实验结果
原因分析
三、噬菌体侵染细菌的实验
6. 实验结果分析及结论
标记部位 35S标记的蛋白质 32P标记的DNA
放射性情况 上清液 很高 很低
沉淀物 很低 很高
子代噬菌体 没有检测到35S 检测到32P
实验结论：DNA是T2噬菌体的遗传物质。
1、两组实验大肠杆菌内放射性的分布情况说明：
亲代噬菌体的DNA传递给了子代噬菌体，蛋白质则没有。
蛋白质外壳未进入大肠杆菌中，DNA进入到细菌中。
2、子代噬菌体有标记的DNA，却没有标记的蛋白质。说明：
三、噬菌体侵染细菌的实验
搅拌不充分，导致少量含35S的噬菌体蛋白质外壳还吸附在细菌表面，离心时随细菌到沉淀物中。
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；或保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
三、噬菌体侵染细菌的实验
肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵
染细菌实验
实验者
思 路
分离 方式
结 论
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
酶解法：分别加入到R型菌中
同位素标记法：
标记DNA和蛋白质
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是
DNA是遗传物质
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”
归纳·总结：三个经典实验对比
三、噬菌体侵染细菌的实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
讨论
1、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个体小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。
②繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
三、噬菌体侵染细菌的实验
讨论
2、从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？
艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。
最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）
三、噬菌体侵染细菌的实验
讨论
3、艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？
①艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
②赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。
③启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。
三、噬菌体侵染细菌的实验
只有DNA是遗传物质吗？下面这些生物的遗传物质是什么？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA；
如烟草花叶病毒、2019-nCoV、HIV病毒、SARS病毒、流感病毒等。
三、噬菌体侵染细菌的实验
2.烟草花叶病毒的感染实验
RNA
蛋白质
分离
蛋白质
RNA
侵染
侵染
结果
结果
得到全新病毒
不能
得到病毒
不患病
患病
实验结论：烟草花叶病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA。
三、噬菌体侵染细菌的实验
3.烟草花叶病毒的重建实验
A型TMV
B型TMV
侵染
侵染
侵染
侵染
A型TMV
B型TMV
实验结论：烟草花叶病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA。
三、噬菌体侵染细菌的实验
细胞生物
非细胞生物
病毒
原核生物
真核生物
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质是DNA
遗传物质是RNA
绝大多数生物的遗传物质是DNA
DNA是主要的遗传物质
提醒：
就整个生物界来说，绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的，所以DNA是主要的遗传物质；但对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字。
格里菲思的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
转化因子是什么
加热杀死的S型细菌中含有转化因子
肺炎链球菌的转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
RNA是TMV的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据
更多实验证据
DNA是主要的遗传物质
小结
三、噬菌体侵染细菌的实验
讨论
4、结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体的侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备一下几个特点：
①能够精确地自我复制；
②能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢的过程；
③具有储存遗传信息的能力；
④结构比较稳定，等等。
课本P47——练习与应用
三、噬菌体侵染细菌的实验
科学方法
应用场景：对照实验
加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。
（eg. 比较过氧化氢在不同条件下的分解实验）
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
1
3
3
2滴FeCl3溶液
4
4
2滴肝脏研磨液
2
2
90℃左右的水浴中加热
三、噬菌体侵染细菌的实验
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
应用场景：对照实验
加法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。
（eg. 艾弗里的肺炎链球菌转化实验，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。）
三、噬菌体侵染细菌的实验
科学方法
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
应用场景：对照实验
加法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。
（eg. 艾弗里的肺炎链球菌转化实验，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。）
1．肺炎链球菌转化实验的部分过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)
知识巩固
D
大本P43
A．S型肺炎链球菌的菌落表面粗糙，R型肺炎链球菌的菌落表面光滑
B．S型肺炎链球菌的DNA经加热后失活，因而注射加热致死的S型肺炎链球菌的小鼠仍存活
C．从病死小鼠中分离得到的只有S型肺炎链球菌而无R型肺炎链球菌
D．该实验未证明R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌是由S型肺炎链球菌的DNA引起的
三、噬菌体侵染细菌的实验
4．在格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，将加热致死的S型细菌与活的R型细菌混合后一起注射到小鼠体内，小鼠死亡，小鼠体内S型细菌、R型细菌数量的变化情况如图所示。下列分析正确的是(　　)
知识巩固
A
大本P44
A．ab段R型细菌数量减少的原因是部分R型细菌不断被小鼠的免疫系统所清除
B．bc段R型细菌数量上升是S型细菌大量转化成R型细菌所致
C．S型活细菌是由R型细菌中的“转化因子”进入加热致死的S型细菌体内产生的
D．该实验可以证明“转化因子”是S型细菌的DNA
三、噬菌体侵染细菌的实验
2．下列关于噬菌体侵染细菌实验的叙述中，不正确的是(　　)
A．用35S标记的噬菌体进行实验时，若沉淀物的放射性较大，可能是搅拌不充分所致
B．用32P标记的噬菌体进行实验时，若上清液的放射性较大，可能是保温时间过长所致
C．噬菌体侵染细菌实验之所以更有说服力，是因为其蛋白质和DNA被完全分开
D．为获得含35S和32P的噬菌体，可分别用含35S和32P的培养基培养未标记的噬菌体
知识巩固
D
大本P45
三、噬菌体侵染细菌的实验
3．如果用3H、14C、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记过的细菌，在子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射性元素是(　　)
A．可在DNA中找到3H、14C和32P
B．可在蛋白质外壳中找到3H、14C和35S
C．可在蛋白质外壳中找到14C、32P和35S
D．可在DNA中找到14C、32P和35S
知识巩固
A
大本P45
三、噬菌体侵染细菌的实验
3．下列关于DNA是主要的遗传物质的叙述，正确的是(　　)
A．所有生物的遗传物质都是DNA
B．烟草花叶病毒、T2噬菌体的遗传物质均为RNA
C．动物、植物、真菌的遗传物质是DNA，除此之外的其他生物的遗传物质都是RNA
D．真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA
知识巩固
D
大本P45
三、噬菌体侵染细菌的实验
5．赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，下列被标记的部分组合是(　　)
知识巩固
A
小本P113
三、噬菌体侵染细菌的实验
A．①② B．①③ C．①④ D．③④