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必修2(共37张PPT)

(共37张PPT)
第1节 DNA是主要的遗传物质
Which one
do you want
第3章 基因的本质
（共1课时）
主备人：郑乾容
1.说出肺炎链球菌的转化实验及噬菌体侵染细菌实验的过程和结论。
2.通过对艾弗里实验的分析，会分辨自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。
3.举例说出DNA是主要遗传物质的原因
1
孟德尔通过豌豆实验证明生物的性状由______控制
2
把“遗传因子”命名为_____
3
提出______________的假说
4
实验证明_______________
科学家发现：染色体的主要组成成分是 ______________
5
DNA

蛋白质
孟德尔
约翰逊
萨 顿
摩尔根
遗传因子
基因
基因在
染色体上
基因位于
染色体上
DNA和蛋白质
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。
DNA分子
蛋白质
染色质
染色体
染色体＝DNA＋蛋白质

讨论：1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
结构比较稳定;能储存大量遗传信息;可准确复制，传递给下一代等。
将特定的遗传物质转移给后代，观察后代的性状等等
问题探讨
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;当时对于其他生物大分子的研究，还没有发现与此类似的结构特点。
2. 20世纪30年代后
——认识到DNA的化学成分
基本单位：
脱氧核糖核苷酸
是蛋白质！
是DNA
很遗憾,由于不清楚DNA的结构，所以，蛋白质是遗传物质仍占据主导地位！
一、对遗传物质的早期推测
实验材料：
两种肺炎链球菌
多糖类荚膜
R型菌
S型菌
种类 R型 S型
菌落表面
多糖类荚膜
致病性
光滑
粗糙
有
无
有
无
二、肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲斯体内转化实验
第二组
注射R型活细菌
小鼠不死亡
第一组
小鼠死亡，
分离出S型活细菌
注射S型活细菌
小鼠不死亡
第三组
注射加热致死的S型细菌
小鼠死亡，
分离出S型活细菌
第四组
R型活细菌+
加热致死S型细菌
格里菲斯体内转化实验
小组讨论：
1.对比第一，二组的实验现象，这说明了什么？
2.对比第二，三组的实验现象，这说明了什么？
3.对比第二，三，四组的实验现象，分析为什么第四组小鼠为什么会死亡？
格里菲斯体内转化实验
R型细菌无致病性
S型细菌有致病性
加热杀死的S型细菌能使R型转化为有致病性的S型细菌
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
为什么加热杀死的S型细菌还能使R型活细菌转化为S型活细菌？
加热杀死S型细菌是指破坏了细菌的结构，蛋白质等大分子失去活性，但是DNA分子没有失活。
小鼠死亡，
分离出S型活细菌
第四组
R型活细菌+
加热致死S型细菌
格里菲斯体内转化实验
第四组的R型细菌全部转化为了S型细菌吗？
第四组实验中也能分离出R型菌，转化的只是部分，R型菌依然存在。
该实验可得到什么结论？该实验能否证明DNA是遗传物质？
结论：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
该实验不能证明DNA是遗传物质。
格里菲斯体内转化实验
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
但究竟哪一个才是转化因子呢？
关键思路：
把S型细菌的各种物质分开后分别与R型活细菌混合培养，观察是否有转化活性
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
第一组
+
S型细菌
R型细菌
第二至四组
+
S型细菌
R型细菌
混合
混合
第五组
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
二、肺炎链球菌的转化实验
2.艾弗里体外转化实验
对照组
蛋白酶
S型菌的细胞提取物
RNA酶
酯酶
DNA酶
分别与R型活菌混合培养
R+S
R+S
R+S
R+S
R
R
艾弗里实验过程归纳
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，就利用了自变量控制中的“减法原理”
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）
减法原理：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）
科学方法
该实验的设计遵循哪些原则？本实验如何设置自变量的？在物质分类上最大的困难是什么？
遵循单一变量原则和对照原则。
设置自变量：运用“减法原理”，即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。
最大的困难：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类，脂质，蛋白质）
肺炎链球菌的体外转化实验分析：
艾佛里体外转化实验
实验结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。
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技术，完成了另一个有说服力的实验。
思考：有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
1.实验材料：
T2噬菌体
大肠杆菌
三、噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯）
选材的原因：
①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。
为什么？
细菌病毒，专门寄生在大肠杆菌体内
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
噬菌体侵染细菌电镜复原照片
根据T2噬菌体的结构（只含DNA和蛋白质）和增殖特点你们认为注入的物质是蛋白质还是DNA呢？
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？
放射性同位素分别标记DNA和蛋白质
选择什么元素进行放射性标记
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
32P
可以直接标记噬菌体吗？
不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体
制备含有放射性标记噬菌体过程示意图
离
心
含35S培养基
含35S细菌
噬菌体侵染含35S细菌
含35S噬菌体
含32P培养基
含32P细菌
噬菌体侵染含32P细菌
含32P噬菌体
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）
分别用35S或32P标记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
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
：
上清液放射性很高，
沉淀物放射性很低。
上清液放射性很低，
沉淀物放射性很高。
子代噬菌体中无35S
子代噬菌体中含32P
思考：离心和搅拌的作用分别是什么？
2.过程：
思考
1.实验中搅拌目的是？离心呢？
2.仅有图上的实验过程，能不能说明蛋白质不是遗传物质，原因是什么？
搅拌：使吸附在细菌上噬菌体与细菌分离。
离心：让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌
不能
蛋白质外壳没有进入细菌体内
被35S标记的噬菌体
被32P标记的噬菌体
说明： T2噬菌体侵染细菌时，将 注入细菌的细胞内，
蛋白质外壳留在仍留在外面。
离心
离心
DNA
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
实验结果：
误差分析
亲代噬菌体 上清液(主要是噬菌体外壳) 沉淀物(主要是被侵染的大肠杆菌) 细菌裂解释放出的子代噬菌体有无放射性
35S-蛋白质
32P-DNA
放射性高
放射性低
没有检测到35S
放射性低
放射性高
检测到32P
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
A. 35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？
B. 32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？
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？
保温时间长
理论上
上清液
沉淀物
若该大肠杆菌有一个噬菌体侵入
实际上
部分释
放出来
释放
未来及侵染
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？
DNA
3.该实验的结论是？
DNA是噬菌体的遗传物质
肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎链球菌 体外转化实验 噬菌体侵
染细菌实验
实验者
思路 分离方式
结论以及各实验的关系
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。
直接分离:
分别加入到R型菌中
同位素标记法：
标记DNA和蛋白质
更有力地说明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”,是体外转化实验的基础。
能否说明DNA是自然界所有生物的遗传物质？
三个经典实验对比
遗传物质的现代发现
只有DNA是遗传物质吗？
烟草花叶病毒
流感病毒
2019-nCoV
该如何设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是DNA还是RNA呢？
四、RNA是遗传物质的证明实验（选讲）
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
蛋白质
RNA
分别感染健康烟草植株
患病
不患病
得到全新病毒
不能得到病毒
RNA
蛋白质
不同生物的遗传物质
生物 细胞生物 非细胞生物 类型 真核生物 原核生物 多数病毒 少数病毒
实例 真菌、原生生物、所有动、植物 蓝细菌、细菌等 噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、流感病毒、烟草花叶病毒等
核酸种类
遗传物质
结论 DNA和RNA
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
DNA
DNA
RNA
绝大多数生物是遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA。所以，DNA是主要的遗传物质
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