3.1 DNA是主要的遗传物质 人教版2019必修2课件(共40张PPT)

(共40张PPT)
第1节 DNA是主要的遗传物质
教学目标
问题探讨
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。
1866年
约翰逊
1903年
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。
1909年
摩尔根
1909-1933年
通过果蝇杂交实验证明：基因位于染色体上。
问题探讨
讨论：你认为遗传物质可能具有什么特点？
①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结构比较稳定等。
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种物质，究竟哪一种是遗传物质呢？
这个问题曾引起生物界激烈的讨论。
一、对遗传物质的早期猜测
1. 20世纪20年代：
（蛋白质中氨基酸的排列顺序多种多样，可能蕴含着遗传信息）
蛋白质是生物体的遗传物质
一、对遗传物质的早期猜测
2. 20世纪30年代：
（不了解DNA的结构。蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位）
科学家本可以意识到DNA的重要性
腺嘌呤（A）
P
脱氧核糖
鸟嘌呤（G）
P
脱氧核糖
胸腺嘧啶（T）
P
脱氧核糖
胞嘧啶（C）
P
脱氧核糖
实验探究阶段
肺炎链球菌的转化实验
1
噬菌体侵染细菌的实验
2
烟草花叶病毒的侵染实验
3
1.1格里菲思的肺炎链球菌体的体内转化实验
1.2艾佛里的肺炎链球菌体的体外转化实验
二、肺炎链球菌的转化实验
1、格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验
种类 S型细菌 R型细菌
菌落 表面光滑Smooth 表面粗糙Rough
菌体 有多糖类的荚膜 无多糖类的荚膜
致病性 有致病性，可使小鼠患病死亡 无致病性
①肺炎链球菌的特点
注射R型活细菌
第一组
二、肺炎链球菌的转化实验
②实验过程与现象
1、格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验
R型菌+加热杀死的S型细菌
第四组
注射S型活细菌
第二组
注射加热杀死的S型细菌
第三组
二、肺炎链球菌的转化实验
②实验过程与现象
1、格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验
注射
小鼠
注射
注射
注射
结果
结果
结果
结果
思考：1.第一组与第二组的实验现象，说明了什么？
R型活细菌不会使小鼠死亡，S型活细菌会使小鼠死亡
2.第四组小鼠为什么会死亡？
体内有S型活细菌，会使小鼠死亡
二、肺炎链球菌的转化实验
3.第四组S型活细菌怎么出现的？
R型活细菌转化成S型活细菌
4.什么使R型活细菌转化成S型活细菌？
加热杀死的S型细菌使R型活细菌发生了转化
加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌活性物质——转化因子。
③结论
二、肺炎链球菌的转化实验
探究“转化因子”究竟是什么？你有什么样的设计思路，关键是什么？
RNA
脂质
多糖
S型细菌组分图
将DNA与蛋白质等其他物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
DNA
蛋白质
关键思路：
2. 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
含有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
R型细菌
S型细菌
混合
a.本实验说明什么问题？
S型细菌的细胞提取物中含有该转化因子
b.本实验起什么作用？
对照作用
c.本实验能确定转化因子是哪种物质吗？
不能
d.接下来怎么继续实验？
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
含有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
R型细菌
S型细菌
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
a.加蛋白酶的作用是什么？
去除S型细菌的细胞提取物中的蛋白质，其他物质都有
b.加蛋白酶后R型菌还是被转化说明
什么问题？
说明转化因子不是蛋白质
c.同样加RNA酶、酯酶什么作用？
去除S型细菌的细胞提取物中的RNA或脂肪等物质
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
含有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
R型细菌
S型细菌
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
d.这些组实验说明什么问题
说明蛋白质、RNA和脂肪等都不是转化因子
e.本实验采用的原理是什么？
减法原理
①与常态比较，人为去除某种影响因素。
②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，从而鉴定出哪种物质在发挥作用。
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
含有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
R型细菌
S型细菌
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
拓展：加法原理
①与常态比较，人为增加某种影响因素。
②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，实验组分别作加热、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
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
含有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
只长R型细菌
混合
DNA酶
a.加DNA酶的作用是什么？
去除S型细菌的细胞提取物中的DNA
b.加DNA酶后只长R型菌说明什么问题？
说明细胞提取物中的转化因子很可能就是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
含有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
只长R型细菌
混合
DNA酶
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。
二、肺炎链球菌的转化实验
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 二、肺炎链球菌的转化实验
二、肺炎链球菌的转化实验
科学方法
自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理”
加法原理
与常态比较，人为增加某种影响因素
例：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别做了加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，利用了“加法原理”；
减法原理
与常态相比，人为去除某种影响因素
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，这利用了“减法原理”。
请从以下角度来说明肺炎链球菌的体内转化实验与体外转化实验的关系：
(1)区别
(2)联系
①体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验则是前者的延伸。
②实验设计都遵循 和 原则。
对照
单一变量
项目 体内转化实验 体外转化实验
科学家
细菌培养
实验构思
观察指标
实验结论
格里菲思
艾弗里
小鼠体内
体外培养基
用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验说明发生转化
在S型细菌的提取物中，分别去除某种物质，观察能否使R型细菌发生转化
小鼠是否死亡
培养基中菌落类型
已经加热致死的S型细菌体内有转化因子
转化因子是DNA
二、肺炎链球菌的转化实验
有的人获得诺贝尔奖，是为自己增辉，
有的人获奖却是为诺贝尔奖增辉。
艾弗里没有获得诺贝尔奖，是诺贝尔奖的遗憾，不是艾弗里的遗憾。
三、噬菌体侵染细菌的实验
专门寄生于__________内的病毒。
大肠杆菌
DNA
蛋白质外壳
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
(2)噬菌体的成分：
(3)噬菌体的复制与增殖
增殖需要的条件 内　容
模板 ________的DNA
合成噬菌体DNA原料 __________提供的4种脱氧核苷酸
合成T2噬菌体 蛋白质 原料 _____________________
场所 大肠杆菌的核糖体
T2噬菌体　
大肠杆菌　
大肠杆菌的氨基酸　
噬菌体的结构
(1)生活方式：
1、实验材料：
三、噬菌体侵染细菌的实验
2、噬菌体的繁殖过程： → → → →
T2噬菌体侵染细菌（大肠杆菌）时，DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面
吸附
注入
合成
组装
释放
4、实验方法：__________________，用____标记噬菌体蛋白质，____标记噬菌体的
DNA。
三、噬菌体侵染细菌的实验
3、实验思路：将______与蛋白质等分开，______、______去观察它们各
自的作用。
放射性同位素标记法　
35S　
32P 　
DNA　
单独地　
直接地　
主要组成元素
C、H、O、N、P
主要组成元素
C、H、O、N、S
35S标记的噬菌体
32P标记的噬菌体
三、噬菌体侵染细菌的实验
5、噬菌体侵染细菌的实验过程：
（1）标记T2噬菌体：
含35S的噬菌体
含32P的噬菌体
思路：先标记细菌（大肠杆菌）→再用标记后的大肠杆菌培养T2噬菌体→
进而标记T2噬菌体
大肠
杆菌
含35S的细菌培养基→
含32P的细菌培养基→
含35S的细菌
（大肠杆菌）
含32P的细菌
（大肠杆菌）
培养
培养
T2
噬
菌
体
得到
得到
（2）再用已标记的含35S、32P的噬菌体分别侵染细菌：
三、噬菌体侵染细菌的实验
在搅拌器中搅拌、离心后，检测上清液和沉淀物中的放射性物质
用标记的噬菌体
侵染未标记的细菌
噬菌体被
35S标记
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
细菌裂解
沉淀物的放射性很低
上清液的放射性很高
离心后
搅拌后离心
35S标记的噬菌体与细菌混合
35S标记的噬菌体
① 35S标记的噬菌体侵染细菌：
【思考】 实验中搅拌、离心的目的是什么？
三、噬菌体侵染细菌的实验
② 32P标记的噬菌体侵染细菌：
在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物
中的放射性物质
用标记的噬菌体
侵染未标记的细菌
噬菌体被
35P标记
在新形成的噬菌体中检测到32P
细菌裂解
沉淀物的放射性很高
上清液的放射性很低
离心后
搅拌后离心
32P标记的噬菌体与细菌混合
32P标记的噬菌体
三、噬菌体侵染细菌的实验
分组 结果 结果分析
对比实验（相互对照） 35S标记的噬菌体+细菌
32P标记的噬菌体+细菌
宿主细胞内无35S，
35S主要分布在上清液中
上清液中几乎无32P，
32P主要分布在宿主细胞内，
35S—蛋白质外壳
未进入宿主细胞内
32P—DNA
进入了宿主细胞内
实验结论：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的,
因此_______是T2噬菌体遗传物质。
DNA
6、实验结果分析：
三、噬菌体侵染细菌的实验
7、实验误差分析：
（1）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因？
由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，导致上清液中出现放射性。
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液，导致上清液中出现放射性。
（2）用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因？
三个经典实验的对比
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，单独地研究它们的功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质等不是。
酶解法:
分别加入到R型菌中
放射性同位素标记法：
分别标记DNA和蛋白质
证明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
格里菲思
艾弗里及其同事
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”
DNA是唯一的遗传物质吗？
四、DNA是主要的遗传物质
冠状病毒因其形态在电镜下观察类似“王冠” 而得名。2019新型冠状病毒(2019-nCoV)和2003年非典期间致病的冠状病毒(SARS-CoV)以及2012年中东沙特发现的中东呼吸综合征(MERS)致病的冠状病毒(MERS-CoV)均属于冠状病毒。
冠状病毒的遗传物质是RNA，此外小儿麻痹病毒、脑炎病毒、流感病毒和艾滋病病毒等的遗传物质都是RNA。
四、DNA是主要的遗传物质
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
：
结论：只有RNA而没有DNA的病毒中，________是遗传物质
RNA
烟草花叶病毒侵染实验
四、DNA是主要的遗传物质
总结：
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
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
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
四、DNA是主要的遗传物质
生物类型 核酸种类 遗传物质 实例
有细胞结构的生物 真核生物 DNA和RNA DNA 玉米、小麦、人、酵母菌
原核生物 乳酸菌、蓝藻、细菌
无细胞结构的生物 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体
RNA病毒 RNA RNA 烟草花叶病毒
SARS病毒
艾滋病病毒
绝大多数生物的遗传物质是 ，只有少数生物的遗传物质是 。
所以说DNA是主要的遗传物质。
DNA
RNA
拓展：生物的遗传物质
四、DNA是主要的遗传物质
项目 核酸 遗传物质 类型 核苷酸种类 碱基 种类 类型 核苷酸种类 碱基
种类
细胞 生物 真核细胞 DNA和RNA ____ ___ DNA 4 4
原核生物 DNA和RNA 8 5 _____ ___ ___
非细胞生物 (病毒) DNA病毒 DNA 4 4 _____ ___ ___
RNA病毒 RNA ___ ___ RNA 4 4
8
5
DNA
4
4
DNA
4
4
4
4
拓展：生物的遗传物质
巩固提升
1.如图为“噬菌体侵染大肠杆菌实验”的实验流程，第一组实验用的是35S标记的噬菌体，第二组实验用的是32P标记的大肠杆菌。则下列关于该实验的描述，理论上正确的是(　　)
A.第一组实验的上清液中放射性强，沉淀物中无放射性
B.第二组实验的上清液和沉淀物中均无放射性
C.实验中噬菌体是用35S直接标记的
D.35S标记的是噬菌体的DNA，32P标记的是大肠杆菌的蛋白质
A
巩固提升
2.1952年，赫尔希和蔡斯完成了著名的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，有关该实验的说法正确的是(　　)
A．35S标记的噬菌体侵染实验中，若搅拌不充分，上清液中的放射性会降低
B．35S标记的噬菌体侵染实验中，若离心时间短或转速过慢，沉淀物中的放射性会
降低
C．32P标记的噬菌体侵染实验中，搅拌时间过长或过短都会降低沉淀物中的放射性
D．32P标记的噬菌体侵染实验中，保温时间过长或过短都会降低上清液的放射性
A
巩固提升
3.艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。下列关于这两个实验的叙述正确的是(　　)
A．二者都应用同位素示踪技术
B．二者的设计思路都是设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应
C．艾弗里的实验设置了对照，赫尔希与蔡斯的实验没有对照
D．二者都诱发了DNA突变
B