生物人教版（2019）必修2 3.1DNA是主要的遗传物质（共41张ppt）

(共41张PPT)
1.DNA是主要的遗传物质
第三章 基因的本质
谁是遗传物质？
孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由 控制
1891年，人们就已经观察到了染色体、细胞的有丝分裂和减数分裂
1903年， 提出基因在染色体上的假说
1910年， 证明了基因在染色体上
20世纪中期：科学家发现：染色体主要组成成分: 。
遗传因子
萨顿
摩尔根
DNA和蛋白质
问题探讨
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。
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？
分离特定的物质能否遗传给下一代；同位素标记法；分离提纯法等
遗传物质必须稳定，要能贮存大量的遗传信息，可以准确地复制，传递给下一代等
染色体、蛋白质和DNA示意图
问题探讨
染色体既含核酸也含蛋白质，那携带遗传信息的分子究竟是什么？
对遗传物质的早期推测
染色体
蛋白质：由多种氨基酸连接而成的生物大分子
（氨基酸含有多种多样的排列顺序）
DNA 结构尚未研究清楚
20世纪20年代，大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质
对遗传物质的早期推测
20世纪30年代
人们意识到DNA 由许多脱氧核苷酸聚合而成
（脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖，组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种都有一个特定的氨基）
由于对DNA的结构没有清晰了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主流地位
肺炎链球菌的转化实验
R型肺炎链球菌
菌落粗糙
无毒性
无多糖类的荚膜
S型肺炎链球菌
菌落光滑
有毒性
有多糖类的荚膜
（使人患肺炎，使老鼠患坏血病，严重时可致死亡）
知识拓展
败血症
败血症（septicemia），是指细菌进入血液循环，并在其中生长繁殖、产生毒素而引起的全身性严重感染。临床表现为发热、严重毒血症状、皮疹瘀点、肝脾肿大和白细胞数增高等。分革兰阳性球菌败血症、革兰阴性杆菌败血症和脓毒败血症。以抗生素治疗为主，辅以其他治疗方法。预防措施为避免皮肤粘膜受损，防止细菌感染。
格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验
说明R型菌无毒
说明S型菌有毒
说明加热致死的S型菌无毒
说明R型菌转化成了S型菌
问题探讨
（1）对比第一组和第二组的实验现象说明了什么？
（2）对比第二组和第三组的实验现象说明了什么？
（3）对比第三组和第四组的实验现象说明了什么？
（4）为什么第四组小鼠会死亡并分离出S型活细菌？
R型菌无致病性，S型菌有致病性，S型菌能使小鼠死亡
加热杀死的S型菌不能能使小鼠死亡
无毒R型活细菌+有毒S型死细菌——小鼠死亡
问题探讨
S
S
R型活细菌 S型死细菌 S型活细菌
R
+
加热杀死的S型菌中有“转化因子”！
问题探讨
该实验的结论是什么？
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
没有提到DNA是转化因子，所以该实验不能证明DNA是遗传物质
转化因子
究竟是什么物质呢？
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
S型细菌的化学组分图
多糖
脂质
蛋白质
……
DNA
RNA
思考：
在S型菌的成分中哪一个才是转化因子呢？要如何找出来呢？同学们有什么思路？
关键思路：将S型菌的各种物质分开，单独直接地观察它们各个部分的作用
加热杀死的S型细菌提取液
去除大部分多糖、蛋白质、脂质
对照
+蛋白酶
+RNA酶
+酯酶
+DNA酶
能够转化
能够转化
能够转化
能够转化
不能转化
只有DNA酶能阻止转化实验，表明DNA极有可能就是细胞提取物中有活性的转化因子
获得细胞提取液
分别处理后与活的R型细菌混合，进行转化测试实验
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
问题探讨
（1）本实验说明什么问题？起什么作用？
（2）在加蛋白酶的作用是什么？加蛋白酶后R型菌还是被转化说明什么问题？
（3）同样加RNA酶、酯酶什么作用？
S型细菌的细胞提取物中含有该转化因子
对照作用
去除S型细菌的细胞提取物中的蛋白质，其他物质都有；说明转化因子不是蛋白质
去除S型细菌的细胞提取物中的RNA或脂肪等物质
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质不是遗传物质
自变量控制中的“加法原理”和减法原理
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，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”如，在比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验中，实验组分别作加温，滴加氯化铁溶液，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”，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。
噬菌体侵染细菌的实验
1952年，美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为材料，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
噬菌体侵染细菌的实验
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，头部和尾部的外壳是由蛋白质（C、H、O、N、S）构成，头部含有DNA（C、H、O、N、P）。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，会在自身遗传物质作用下，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。
噬菌体侵染细菌的实验
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S，P几乎都存在于DNA分子中，用放射性同位素32P和35S可以分别给DNA和蛋白质带上不同的标记。
噬菌体侵染大肠杆菌增殖时的特点
在自身遗传物质的指导下进行繁殖，利用大肠杆菌体内物质，合成自身的组成成分。T2噬菌体只提供遗传物质作为模板，脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大肠杆菌提供。子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。
吸附
注入
合成
组装
释放
噬菌体侵染细菌的实验
标记噬菌体的方法: 放射性同位素标记法
①标记大肠杆菌
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
②标记噬菌体
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌 含35ST2的噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌 含32PT2的噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
实验结果：
35S标记的一组，上清液放射性较高，沉淀物放射性较低 进一步观察：大肠杆菌裂解释放出的子代噬菌体中，检测不到35S标记的蛋白质。
噬菌体侵染细菌的实验
实验结果：
32P标记的一组，上清液放射性较低，沉淀物放射性较高。进一步观察：大肠杆菌裂解释放出的子代噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA。
问题探讨
（1）在噬菌体侵染细菌过程中，保温的目的？
（2）在噬菌体侵染细菌过程中，搅拌的目的？
（3）在噬菌体侵染细菌过程中，离心的目的？
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。
问题探讨
（4）在噬菌体侵染细菌过程中，谁提供模板DNA？
（5）在噬菌体侵染细菌过程中，谁合成DNA和蛋白质的原料？
（6）在噬菌体侵染细菌过程中，谁提供场所？
噬菌体
大肠杆菌提供四种脱氧核苷酸和提供氨基酸
大肠杆菌
噬菌体侵染细菌的实验
实验结果及结论：
亲代噬菌体 原宿主细菌内 子代噬菌体 实验结论
32P标记的DNA 无32P标记的DNA DNA有32P标记 DNA是噬菌体的遗传物质
35S标记的蛋白质 无35S标记的蛋白质 蛋白质外壳无35S标记
噬菌体侵染细菌时，ＤＮＡ进入到细菌的细胞中，而蛋白质的外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的ＤＮＡ传递的。ＤＮＡ才是真正的遗传物质。
问题探讨
（1）含35S的T2噬菌体侵染细菌时，为何沉淀物中也有放射性？
（2）含32P的T2噬菌体侵染细菌时，为何上清液中也有放射性？
搅拌不充分，部分T2噬菌体外壳仍吸附在细菌表面
（1）保温时间过短，部分T2噬菌体尚未将DNA注入细菌内；
（2）保温时间过长，子代T2噬菌体已被释放
书中第46页思考讨论
（1）艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌和病毒作为实验材料具有哪些优点？
细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：
（1）个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。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。
（2）繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
书中第46页思考讨论
（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）
书中第46页思考讨论
（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？
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。
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。
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。
只有DNA是遗传物质吗？
实验结果：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。
烟草花叶病毒重建实验示意图
实验结果：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。
DNA是主要的遗传物质
真核生物，原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA
生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而DNA是主要的遗传物质
本堂总结
巩固练习
1.格里菲思和艾弗里所进行的肺炎链球菌的转化实验，证实了（ ）
① DNA是遗传物质 ②RNA是遗传物质 ③DNA是主要的遗传物质 ④蛋白质不是遗传物质 ⑤糖类不是遗传物质 ⑥DNA能产生可遗传的变异
A．①④⑤⑥ B． ②④⑤⑥
C． ②③⑤⑥ D． ③④⑤⑥
A
巩固练习
2.赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明（ ）
A.DNA是遗传物质
B.遗传物质包括DNA和蛋白质
C.病毒中有DNA，但没有蛋白质
D.细菌中有DNA，但没有蛋白质
A
巩固练习
3.下列与遗传物质的探索历程有关的实验叙述，正确的是（ ）
A.肺炎链球菌的转化实验中，R型菌和S型菌可以发生相互转化
B.用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌，一定时间后检测到放射性只会出现在沉淀物中
C.用蛋白酶处理过的烟草花叶病毒感染烟草，可证明蛋白质不是遗传物质
D.早期认为蛋白质是遗传物质，因为氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息
D
S型菌的DNA可以使R型菌转变为S型菌
无病毒蛋白参与，无法证明
主要
巩固练习
4.下列有关赫尔希和蔡斯研究T2噬菌体浸染大肠杆菌的实验错误的是（ ）
A.子代噬菌体DNA中的部分元素来自亲代噬菌体
B.35S标记的T2噬菌体的获得需用35S标记的大肠杆菌培养
C.用32P标记的T2噬菌体浸染大肠杆菌，上清液中检测到较高的放射性，可能是因为培养时间过长
D.浸染过程中所需的ATP可由大肠杆菌的线粒体所供
D
大肠杆菌是原核生物，无线粒体
巩固练习
5.赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的叙述正确的是（ ）
A.实验中可用15N代替32P标记DNA
B.噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的
C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌
D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
C
DNA和蛋白质都含有N元素
该实验证明了T2噬菌体的遗传物质是DNA
子代T2噬菌体的外壳蛋白是由T2噬菌体的DNA控制合成的
巩固练习
6.在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用，下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是（ ）
A.T2噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖
B.T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质
C.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
D.人类免疫缺陷病与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
C
T2噬菌体专一性地侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎双球菌
人类免疫缺陷病的核酸为RNA，T2噬菌体的核酸为DNA，所以过程不同
T2噬菌体营寄生生活，在宿主活细胞内合成mRNA和蛋白质