3.1DNA是主要的遗传物质 生物人教版（2019）必修2 (共49张PPT)

(共49张PPT)
第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
多糖类的荚膜
一
遗传物质早期推测
1
提出“遗传因子”，并总结遗传规律
孟德尔
2
把“遗传因子”命名为基因
约翰逊
3
提出基因在染色体上的假说
萨 顿
4
实验证明基因位于染色体上
摩尔根
科学家发现：染色体的主要组成成分是 DNA和蛋白质
5
课前回顾：遗传物质的探索
染色体＝DNA＋蛋白质
遗传物质的特点：
1.能够储存大量的遗传信息
2.可以准确地复制，并传递给下一代
3.结构比较稳定
DNA
蛋白质
染色质
染色体
那么在DNA和蛋白质究竟哪一种物质是遗传物质？
一. 遗传物质早期推测
20世纪30年代：
DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
但由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，人们认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
20世纪20年代：
蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子。
一. 遗传物质早期推测
大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质
“ 我们表示怀疑！”
艾弗里
赫尔希
格里菲思
蔡斯
二
肺炎链球菌的转化实验
格里菲思
艾弗里
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验
二. 肺炎链球菌的转化实验
实验材料：
两种肺炎链球菌、小白鼠
1. 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
二. 肺炎链球菌的转化实验
项目 S型肺炎链球菌 R型肺炎链球菌
菌落
菌体
有无毒性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 rough
有
无
多糖类的荚膜
不死亡
死亡
不死亡
死亡
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
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
说明加热致死的S型细菌无毒
说明S型细菌有毒
说明R型细菌无毒
说明R型细菌转化成了S型细菌
对照原则、单一变量原则
实验过程：
1.分析实验的自变量？
注入的肺炎链球菌的类型和死活
2.分析实验的实验组和对照组？
第一至三组为对照组
第四组为实验组
3.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
4.第四组活的S型细菌如何出现？
活的R型细菌转变成了活的
S型细菌。
5.本实验能得出什么结论？
加热杀死的S型细菌中存在
某种转化因子，能使R型细
菌转化为S型细菌。
1. 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
二. 肺炎链球菌的转化实验
1.分析实验的自变量？
注入的肺炎链球菌的类型和死活
2.分析实验的实验组和对照组？
第一至三组为对照组
第四组为实验组
3.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
4.第四组活的S型细菌如何出现？
活的R型细菌转变成了活的
S型细菌。
5.本实验能得出什么结论？
加热杀死的S型细菌中存在
某种转化因子，能使R型细
菌转化为S型细菌。
1. 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
二. 肺炎链球菌的转化实验
格里菲思推论：
已经加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化成为S型活细菌的活性物质------转化因子
1. 格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
二. 肺炎链球菌的转化实验
活R
死S
活S
S型菌
转化因子
转化因子究竟是什么物质？
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
2. 要进一步证明哪种物质是转化因子，实验中最关键的设计思路是什么？
1. 加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
通过“酶解法”，将物质一个个排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。
3. 通过什么方法将蛋白质、DNA等物质分开？
讨论：
二. 肺炎链球菌的转化实验
实验材料：
培养基
R型活细菌、
S型细菌的细胞提取物、
蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶
如何获得细胞提取物？提取物中含有什么？
将加热致死的S型细菌破碎；设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
提取物中主要含有少量蛋白质、脂质和RNA、DNA。
二. 肺炎链球菌的转化实验
2. 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
对照原则、单一变量原则
实验结论：
1.DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
2.蛋白质等其他物质不是遗传物质。
实验过程：
第一组
第二至第四组
第五组
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
S型细菌
R型细菌
混合
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
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
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
1.分析实验的自变量？
向培养基中加入的S型菌的
成分不同
2.分析实验的实验组和对照组？
第一至四组为对照组
第五组为实验组
3.分析实验的方法
酶解法
细菌体外培养
4.如何区分R型和S型菌
根据菌落的形态
5.本实验能得出什么结论
DNA才是使R型菌产生
稳定遗传变化的物质
二. 肺炎链球菌的转化实验
2. 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
1.分析实验的自变量？
向培养基中加入的S型菌的
成分不同
2.分析实验的实验组和对照组？
第一至四组为对照组
第五组为实验组
3.分析实验的方法
酶解法
细菌体外培养
4.如何区分R型和S型菌
根据菌落的形态
5.本实验能得出什么结论
DNA才是使R型菌产生
稳定遗传变化的物质
二. 肺炎链球菌的转化实验
2. 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
基因重组
R型细菌转化为S型细菌的原理：
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
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
知识拓展
思考：
从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？
每个实验组特异性地去除了一种物质，
从而鉴定出谁是遗传物质 -----减法原理
我们之前学过的哪个实验运用了加法原理？
与常态相比，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
加法原理
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”。
科学方法
2. 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
减法原理
加法原理
含义：与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。
举例：在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeC13溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。
含义：与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
举例：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，就利用了“减法原理”。
对照组
实验组
实验组
实验组
对照组
实验组
实验组
科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
二. 肺炎链球菌的转化实验
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
[例1] 格里菲思用肺炎链球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，关于实验的结论错误的是 (　　)
A.说明了肺炎链球菌的遗传物质是DNA
B.说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌
C.说明了R型活细菌是无毒性的
D.说明了加热致死的S型细菌是无毒性的
A
课堂检测
[例2] 如图表示某生物兴趣小组做的肺炎链球菌的转化实验，下列相关叙述错误的是(　　)
B
A.DNA酶的作用是水解S型细菌的DNA
B.结果1中S型肺炎链球菌占绝大多数
C.该实验证明DNA是遗传物质
D.结果2中全部为R型肺炎链球菌
课堂检测
但是，仍有人对实验结论表示怀疑。因为艾弗里实验中无法真正去除蛋白质，可能仍存在少量的蛋白质。
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？
三
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
1. 实验者：
赫尔希和蔡斯
2. 实验材料：
T2噬菌体 大肠杆菌
① 成分只有蛋白质和DNA
② 一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，仅能在大肠杆菌内繁殖。
③ 繁殖时，仅将遗传物质导入大肠杆菌，其他物质保留在体外。
三. 噬菌体侵染大肠杆菌的实验
侵入别的细菌
注入
复制、合成
吸附
组装
释放
吸附
注入
复制、合成
组装
释放
3. T2噬菌体病毒侵染细菌的过程：
放射性同位素标记
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
主要组成元素
C、H、O、N、P
主要组成元素
C、H、O、N、S
同位素标记法
32P标记的噬菌体
35S标记的噬菌体
4. 实验方法：
三. 噬菌体侵染大肠杆菌的实验
5. 实验过程：
思考-如何让噬菌体带上标记呢？
三. 噬菌体侵染大肠杆菌的实验
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。
含35S的细菌培养基
＋
大肠杆菌
培养
含35S的细菌
＋噬菌体
培养
35S标记的
噬菌体
含32P的细菌培养基
＋
大肠杆菌
培养
含32P的细菌
＋噬菌体
培养
32P标记的
噬菌体
离心
含35S或32P
培养基
含35S或32P
细菌
噬菌体侵染含35S或32P细菌
32P标记
35S标记
或
标记的T2噬菌体
侵染大肠杆菌
搅拌
离心并检测放射性
检测子代噬菌体的放射性
短时间保温
无放射性标记的细菌
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
5. 实验过程——噬菌体侵染大肠杆菌的实验
35S标记的噬菌体
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
5. 实验过程——噬菌体侵染大肠杆菌的实验
甲组
说明：T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。
用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？
搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
（1）保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内；
（2）保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代。
32P标记的噬菌体
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
子代噬菌体中含有32P
噬菌体侵染细的实验
乙组
说明DNA是真正的遗传物质
5. 实验过程——噬菌体侵染大肠杆菌的实验
6. 实验结果：
①噬菌体侵染细菌时， 进入细菌的细胞中，而 仍留在细胞外。
②子代噬菌体的各种性状是通过 遗传的。
7. 实验结论： 才是噬菌体的遗传物质。
DNA
蛋白质外壳
亲代的DNA
DNA
补充：不能证明蛋白质不是遗传物质，但能证明DNA能够指导
蛋白质的合成。
三. 噬菌体侵染大肠杆菌的实验
三. 噬菌体侵染大肠杆菌的实验
(2)实验过程中，两次涉及大肠杆菌，这两次涉及的大肠杆菌有什么区别？
提示　第一次是有标记的大肠杆菌，第二次是未被标记的大肠杆菌。
(1)本实验采用的对照方法是什么？
提示　对比实验(相互对照)。
(3)能否用3H、14C标记噬菌体？
提示不能，因为C、H是DNA和蛋白质的共有元素，无法确认被标记的是何种物质。
(4)尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处，你能否具体指出关键之处？
提示　最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。
知识拓展
三个经典实验的比较
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
染细菌实验
实验者
思 路 分离方式
结 论
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。
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
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”
三. 噬菌体侵染大肠杆菌的实验
[例3] 如果用15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未标记的细菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的带标记元素为(　　)
A.可在DNA中找到15N和32P
B.可在外壳中找到15N和35S
C.可在DNA中找到15N和32P、35S
D.可在外壳中找到15N
A
课堂检测
[例4] 某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，实验过程如图所示，下列有关分析错误的是(　 　)
BCD
A.理论上，b和c中不应具有放射性
B.实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关
C.实验中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关
D.该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
课堂检测
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。
四. 生物的遗传物质
讨论：为了使实验更有说服力，需要加一个对照组，怎样设计？
用完整的烟草花叶病毒去侵染烟草叶，一段时间后观察烟草叶上是否有病斑。
(1)实验材料：烟草花叶病毒(只含有 和 )、烟草。
(2)实验过程(如何设计)
蛋白质
RNA
1. RNA是遗传物质的实验证据
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
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 ，不是 。
RNA
蛋白质
在感染烟草时，会出现致病斑。
四. 生物的遗传物质
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
烟草花叶病毒重建实验示意图
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
拓 展
四. 生物的遗传物质
绝大多数生物的遗传物质是 ，只有极少数生物的遗传物质是 。
因此， 是主要的遗传物质。
DNA
RNA
DNA
2. DNA是主要的遗传物质
细胞生物（有DNA和RNA）
DNA
RNA：仅限于某些病毒的遗传物质
DNA病毒（只有DNA，无RNA）如噬菌体
真核和原核生物
DNA是主要的遗传物质
遗传物质
COVID--19
SARS病毒
艾滋病病毒
流感病毒
四. 生物的遗传物质
遗传物质的探索思路
请总结：探索“遗传物质”的思路和方法，并完成填空：
(1)探究思路：探究哪种物质是遗传物质——__
____________________
________。
(2)三种方法
法将物质分开，单独看其作用
设
减法
同位素标记
技术
特定碱基
T
U
特有元素
方法规律
[例5] 下列关于生物遗传物质的说法，正确的是(　　)
A.同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA
B.DNA是主要的遗传物质是指一种生物的遗传物质主要是DNA
C.真核生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质都是RNA
D.肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质
A
课堂检测
(1)肺炎链球菌活体细菌转化实验中，R型细菌转化为S型细菌是基因突变的结果。( )
(2)艾弗里的实验证明S型肺炎链球菌的DNA具有致病性。( )
(3)T2噬菌体可侵染肺炎链球菌，导致其裂解。 ( )
(4)T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记组为实验组，35S标记组为对照组。( )
(5)豌豆的遗传物质主要是DNA。( )
(6)生物细胞核内的遗传物质为DNA，细胞质内的遗传物质为RNA。( )
×
×
×
×
×
×
课堂检测
烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别单独感染健康烟叶，结果如图乙。科学家将不同病毒的遗传物质与蛋白质重新组合形成“杂种病毒”，然后感染健康烟叶，如图丙。依据实验，下列推论合理的是
A.图甲实验结果说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶
B.图乙实验结果说明TMV的蛋白质外壳能感染烟叶
C.图丙实验结果是烟叶被感染，并且出现b病斑
D.杂种病毒产生的子代具有TMV的蛋白质外壳
√
知识拓展
DNA是主要的遗传物质
格里菲斯的体内转化实验
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
课堂小结
下节课见！
多糖类的荚膜