高一生物（人教版2019必修二）课件 3.1 DNA是主要的遗传物质(共57张PPT)

(共57张PPT)
DNA是主要的遗传物质
人教版/必修2 遗传与进化/第3章/第1节
DNA是主要的遗传物质
01
遗传物质的早期推测
对遗传物质的早期推测
An early guess of genetic material
科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。
DNA
染色体在遗传上的连续性和稳定性

蛋白质
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
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
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
一、对遗传物质的早期推测
是蛋白质！
是DNA
要通过实验证明DNA还是蛋白质或其他物质是遗传物质，最关键的设计思路是什么？
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，
才能确定究竟谁是遗传物质。
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
DNA是主要的遗传物质
01
遗传物质的早期推测
02
肺炎链球菌的转化实验
20世纪初，肺炎大爆发，美国每年有5万人因肺炎去世。而引发肺炎的罪魁祸首是肺炎链球菌。
肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀伤力，使小鼠患肺炎，并发败血症死亡。
肺炎链球菌
小鼠死亡
实验材料：
两种肺炎链球菌
多糖类荚膜
R型菌
S型菌
R型 S型
表面
多糖类荚膜
毒性
光滑
粗糙
有
无
有
无
二、肺炎链球菌的转化实验
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
对照原则、单一变量原则
格里菲斯体内转化实验
R型菌
S型菌
加热杀
死的S型菌
加热杀死的S型菌
＋R型细菌
依据第一组和第三组的实验结果，推测第四组实验结果直接原因？
R型活细菌
S型活细菌
S型死细菌
某种活性物质
推断:已经加热杀死的S型细菌中，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
精讲点拨
小鼠体内提取出S型活细菌和R型活细菌
结论:S型死菌中含有一种“转化因子”，能使R型菌转化为S型菌使小鼠致死。
R
+
S
活R
死S
小鼠死亡
S
活S
S中的转化因子
体外转化
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。
03
艾弗里
思考1：在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
思考2：哪一个才是转化因子呢？那如何才能在这些物质中将它找出来呢？你有何想法？
【知识链接】
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
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
艾佛里体外转化实验
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
S型细菌
R型细菌
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
S型细菌
R型细菌
混合
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
实验结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。
对照原则、单一变量原则
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
部分R型菌转化成S型菌
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。
基因重组
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
只是少数R型细菌转化为S型细菌
深入分析
R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？
破坏了谁？保留了谁？
项目 体内转化实验 体外转化实验
培养细菌 在小鼠体内 体外培养基
实验对照 R型细菌与S型细菌的致病性对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照
巧妙构思 用加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化 每个实验组用酶解法特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质
实验结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质
联系 ①所用材料相同 ②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸 ③两实验都遵循对照原则、单一变量原则
肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较
请完成任务纸
1、肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是小鼠细胞的核糖体。
（ ）
2、将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，一段时间后培养基中会有两种菌落。（ ）
3、艾弗里的实验结论是DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，理由是只有DNA才能是R型细菌转化为S型细菌。（ ）
4、加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂，失去活性。（ ）
5、如果把S型细菌的DNA提取出来直接注射小鼠体内，也能从小鼠体
内分离得到S型细菌。（ ）
概念检测
×
√
√
×
×
03
04
艾弗里的实验提取物不纯
03
04
赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另外一个有说服力的实验。
01
遗传物质的早期推测
02
肺炎链球菌转化实验
03
噬菌体侵染细菌的实验
DNA是主要的遗传物质
实验材料：
T2噬菌体
大肠杆菌
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
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有几种可能呢？
1、只有（ ）注入了大肠杆菌细胞内
2、只有（ ）注入了大肠杆菌细胞内
3、（ ）都注入了大肠杆菌细胞内
蛋白质
DNA
蛋白质和DNA
推测
噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯）
思考：如何将噬菌体的DNA和蛋白质分开分别观察其作用？
(放射性)同位素标记
尾部
头部
DNA
蛋白质
(C、H、O、N、P )
(C、H、O、N、S )
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
3. 实验方法
（ 35S标记）
（ 32P标记）
T2噬菌体侵染细菌实验
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
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
2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）
三、噬菌体侵染细菌的实验
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
侵染
噬菌体将遗传物质
注入大肠杆菌
暂停、思考
三、噬菌体侵染细菌的实验
亲代噬菌体
离心
搅拌
使吸附在大肠杆菌外
的噬菌体分离
使亲子代噬菌体分离
获得含有子代噬菌体
的大肠杆菌
大肠杆菌
子代噬菌体
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
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？
正式实验过程：
第一组
第二组
混合培养(保温)
搅拌后离心
搅拌后离心
（课本P45-图3-6）
思考1：离心和搅拌的作用分别是什么？
搅拌：
使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体、蛋白质外壳与大肠杆菌分离。
搅拌不充分
35S标记的噬菌体及蛋白质外壳没有与大肠杆菌分离，随之到了沉淀物中。
沉淀物中出现放射性
［结论］DNA是T2噬菌体的遗传物质。
正式实验过程：
第一组
第二组
混合培养(保温)
搅拌后离心
搅拌后离心
（课本P45-图3-6）
思考2：
保温时间对实验有何影响？
过长
大肠杆菌裂解
释放出子代噬菌体也在上清液中
过短
含有32P的噬菌体还没有进入大肠杆菌
致使上清液出现放射性
实际：低
理论：无
沉淀物
原因？
搅拌不充分，少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
实际低
理论无
上清液
原因？
1.保温时间过短
2.保温时间过长
艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验
处理方式
对照原则
实验结论
设计思路 直接分离
同位素标记法
S型细菌的分离物质分别与
R型细菌混合培养相互对照
分别标记噬菌体DNA和蛋白质的两组实验相互对照
设法将DNA与其他物质分开，
单独地直接研究各自不同的遗传功能
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内）
两个经典实验的比较
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，
以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？
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。
繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
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）
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。
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
01
遗传物质的早期推测
02
肺炎链球菌转化实验
03
噬菌体侵染细菌的实验
04
RNA病毒的遗传物质
DNA是主要的遗传物质
病毒的分类：
四、RNA是遗传物质的证明实验
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
得到全新病毒
不能得到病毒
：
RNA
蛋白质
烟草花叶病毒实验拓展--重建实验
TMV 2
RNA 2
蛋白质 2
蛋白质 1+RNA 2
TMV 2
TMV 1
RNA 1
蛋白质 1
蛋白质 2+RNA 1
TMV 1
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
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
结果 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
DNA是主要的遗传物质
请完成任务纸
几个实验结论：
体内转化实验：
噬菌体侵染实验：
体外转化实验：
S型菌体内有转化因子。
DNA是遗传物质，而蛋白质不是。
DNA是遗传物质。
提醒：
几个实验均不能证明DNA是主要的遗传物质。
针对自然界所有生物
细胞核遗传物质是DNA，细胞质遗传物质是RNA！
原核生物
真核生物
细胞内均含有
DNA和RNA
遗传物质是DNA
病毒
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质是DNA
遗传物质是RNA
绝大多数生物遗传物质是DNA。
易错提示：
一种生物遗传物质只有一种。
总结：
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
拓展延伸
如何设计实验利用同位素标记法确认某病毒的遗传物质是DNA还是RNA？