(共48张PPT)
§3-1 DNA是主要的遗传物质
基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
学习目标
遗传物质的探究历程：①科学史；②遗传物质的特点；
③对遗传规律的早期推测
肺炎双球菌的转化实验：
①体内转化（格里菲思）；②体外转化（艾弗里）
噬菌体侵染细菌的实验
烟草花叶病毒侵染烟草的实验
课堂引入——遗传物质的探究历程
遗传学的大佬们（300+）
1866年
1900年
科学家甲
大佬说得对！孟粉永相随!
科学家乙
大佬说得对！孟粉永相随!
我发现生物的性状由遗传因子决定！
我还发现了他们的遗传规律
孟德尔
我就很牛啊朋友们！！！
孟德尔
课堂引入——遗传物质的探究历程
遗传学的大佬们（300+）
1900年
我觉得基因在染色体上，但我证明不了。。。。。。
萨顿
萨顿
楼上大神们说的对，但我准备把遗传因子改名叫基因，这样顺多了。
约翰逊
课堂引入——遗传物质的探究历程
遗传学的大佬们（300+）
1908年
我觉得你们都在瞎扯，直接把群名改成“孟德尔粉丝群”吧
摩尔根
遗传学的未来还得是看我摩尔根的
摩尔根
1910年
嘿嘿嘿 怪不好意思的 ~
孟大神我直接路转粉！！！
摩尔根
孟德尔：发表《植物杂交实验》
1866年
1891年
科学家
1903年
1910年
1928~1944年
格里菲思和艾弗里
1952年
赫尔希和蔡斯
人们就已经观察到了染色体、细胞的有丝分裂和减数分裂。
萨顿：提出基因在染色体上的假说
摩尔根：证明了基因在染色体上
格里菲斯和艾弗里：证明遗传物质是DNA，而非蛋白质
赫尔希和蔡斯：用噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质
课堂引入——遗传物质的探究历程
通过豌豆实验证明了生物的性状是由遗传因子控制。
通过对蝗虫细胞观察得出假说
通过果蝇实验证明
20世纪中期：科学家发现：染色体主要组成成分：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。
你认为遗传物质可能具有什么特点？
你认为要想说明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
讨论
问题探讨——遗传物质的特点
①能够自我复制，使前后代保持一定的连续性 ；
②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程；
③能贮存大量遗传信息；
④结构比较稳定，但又能产生可遗传的变异。
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——①蛋白质是生物体的遗传物质
20世纪20年代
多种氨基酸
蛋白质
(生物大分子)
不同排列顺序
不同蛋白质
可能蕴含着遗传信息
蛋白质是生物体的遗传物质
连接
形成
推测
对遗传物质的早期推测——②DNA是生物体的遗传物质（占少数）
20世纪30年代
脱氧核苷酸的化学组成
DNA
聚合
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位
对DNA结构了解不清晰
“我们表示怀疑！”
艾弗里
赫尔希
格里菲思
蔡斯
过渡
肺炎链球菌的转化实验——①格里菲思的体内转化实验
类型 R型细菌 S型细菌
菌体 无多糖类荚膜 有多糖类荚膜
菌落 粗糙（rough） 光滑（smooth）
毒性 不致病 可致病，使人和小鼠患肺
炎，小鼠并发败血症死亡
1. 实验材料：
小鼠和两种肺炎链球菌
拓展：菌落、荚膜
菌落：是由单个细菌在适宜固体培养基表面生长繁殖到一定程度，形成的肉眼可见的子细胞种群。
荚膜：某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质，主要成分是多糖。
无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物后，容易被吞噬细胞吞噬消灭，有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
肺炎链球菌的转化实验——①格里菲思的体内转化实验
第一组 第二组 第三组 第四组
小鼠不死亡
从死亡的小鼠体内分离出S型活细菌
小鼠不死亡
方法
体内转化实验
现象
？
注射R型活细菌+加热致死的S型菌
注射加热致死的S型细菌
注射S型活细菌
注射R型活细菌
从死亡的小鼠体内分离出S型活细菌
肺炎链球菌的转化实验——①格里菲思的体内转化实验
1、实验的自变量是什么？如何进行对照？不同对照的结论是什么？
2、对于D组的实验结果你怎么解释，你会做出怎样的假设？
思考
Thinking
假说二：R菌以某种方式使加热杀死的S型菌“复活”
假说三：在死亡的S菌作用下，R菌突变为S菌
假说五：死亡S型菌的“某物质”进入R型菌，使其转化为活S菌 合成出荚膜
假说一：少量残余S菌大量繁殖
假说四：Ｓ死菌刺激小鼠体内产生免疫物质，后者刺激Ｒ菌突变成了Ｓ菌
×
×
建立假说要注意一定的有效性
高温使蛋白质结构破坏不可逆
假说……
肺炎链球菌的转化实验——①格里菲思的体内转化实验
资料：格里菲思了解到肺炎双球菌有很多类型，S菌有Ⅰ-S、Ⅱ-S、Ⅲ-S，R菌有Ⅰ-R、Ⅱ-R、Ⅲ-R,且自然状态下会有S菌突变为同型R菌，如：Ⅱ-S可突变为Ⅱ-R，但不会突变为Ⅲ-R。转化实验中用到的材料是Ⅱ-R菌与Ⅲ-S菌，且第四组实验小鼠体内提取出来的活S菌为Ⅲ-S
假说三：在死亡的S菌作用下，R菌突变为S菌
假说五：死亡S型菌的“某物质”进入R型菌，使其转化为活S菌 合成出荚膜
假说四：Ｓ死菌刺激小鼠体内产生免疫物质，后者刺激Ｒ菌突变成了Ｓ菌
×
×
推断：（教材43页）
已经被加热杀死的S型细菌中，含有某种促成这一转化的活性物质——转化因子。
肺炎链球菌的转化实验——①格里菲思的体内转化实验
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？
格里菲思提出的“转化因子”到底是什么呢？
思考
Thinking
过渡
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是
哪一种物质，你该如何设计这个实验？
思考
Thinking
科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
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
但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子，这就是实验设计的“减法原理”（课本P46）
S型细菌
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
适应范围：在对照实验中，控制自变量可以采用。
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”。
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”。
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”
第一组 第二～四组 第五组
R型细菌
S型细菌
混合
R型细菌
S型细菌
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
混合
DNA酶
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
R型细菌
体外转化实验
肺炎链球菌的转化实验——②艾弗里的体外转化实验
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
结论：转化因子很可能是DNA， DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
讨论1：加热致死的S型细菌细胞提取物可能有哪些成分？
讨论2：第一组实验有什么作用？
讨论3：第二到第五组实验中加入的酶有什么作用？
蛋白质、RNA、脂质、DNA。
作空白对照
破坏细胞提取物中相应的蛋白质、RNA、脂质和DNA。
肺炎链球菌的转化实验——②艾弗里的体外转化实验
肺炎链球菌的转化实验——②艾弗里的体外转化实验
S型细菌
死亡的S型细菌
S型细菌的细胞提取物
制备S型细菌的细胞提取物
加热致死
破碎，除去绝大部分糖类、蛋白质、脂质
加入有R型细菌的培养基中
S型细菌的细胞提取物与R型细菌的培养基混合
混合、接种
肺炎链球菌的转化实验——②艾弗里的体外转化实验
质疑
Question
细胞提取物不够纯；
当时科学界深信蛋白质是遗传物质。
过渡
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
有没有比细菌更为简单的实验材料？
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的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验.他们因此获得了诺贝尔奖！
例题：某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：
①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠
②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（ ）
A．存活、存活、存活、死亡
B．存活、死亡、存活、死亡
C．死亡、死亡、存活、存活
D．存活、死亡、存活、存活
D
课堂检测
噬菌体的侵染细菌实验
赫尔希(右，A.D.Hershey，1908-1997)和蔡斯(左，M.C.Chase，1927-2003)
1952年
时 间
美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯
科学家
放射性同位素标记技术
实验技术
定义：是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
结构：头部和尾部
成分：头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部含有DNA。
T2噬菌体的模式图
实验材料——T2噬菌体
头部
尾部
DNA
蛋白质
噬菌体侵染细菌的电镜照片
噬菌体的侵染细菌实验
⑴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。
⑵繁殖快。细菌20~30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
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？
T2噬菌体侵染大肠杆菌
噬菌体的蛋白质外壳
大肠杆菌
注入的噬菌体DNA
思考
Thinking
实验材料——T2噬菌体
噬菌体的侵染细菌实验
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？
释放
吸附
注入
合成
组装
噬菌体的侵染细菌实验
思考
Thinking
设法将DNA与其他物质分开，单独、直接研究它们各自不同的遗传功能。最大的困难是如何彻底分离DNA与蛋白质。
DNA
35S
32P
蛋白质
3.可以直接标记噬菌体吗？
不可以
噬菌体是DNA病毒，无法单独在培养基上存活。必须寄生在活的宿主细胞内才能繁殖。
噬菌体的侵染细菌实验
思考
Thinking
标记的亲代T2
遗传物质的条件——能自我复制，保持连续性 ；能指导蛋白质合成来控制性状
子代T2是否有放射性
实验结论？
①用什么标记？
②如何标记？
③不能同时标记两种物质，当时的技术无法区分二者的放射性。
①子代在哪儿？
②如何保证子代所处位置？
③实验结果？
噬菌体的侵染细菌实验
思考
Thinking
1.先标记大肠杆菌
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. 再标记T2噬菌体
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程
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
分别用35S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
35S标记的噬菌体
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。
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程1：35S标记
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？
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程1：35S标记
思考
Thinking
32P标记的噬菌体
分别用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
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。
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程2：32P标记
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程2：32P标记
思考
Thinking
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？
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程2：32P标记
1、用含35S 的噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌后，经搅拌、离心后， 上清液中的放射性很高，而沉淀物为什么仍然有很低的放射性？
2、用含 32 P 的噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌后，经搅拌、离心后，沉淀物中的放射性很高，而为什么上清液仍然有很低的放射性？
可能是由于还有少量的含35S 的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上，未从中分离出来。
可能是由于少量含32 P 的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上
或含有32 P 的子代噬菌体已经从大肠杆菌中释放出来
——培养（保温）时间过短，
——培养（保温）时间过长，
——搅拌不充分
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程
噬菌体侵染细菌
小结：DNA是遗传物质的研究历史
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
（赫尔希和蔡斯）噬菌体侵染大肠杆菌的实验
（加热致死的S型细菌含有某种促使R型活细菌的活性物质——转化因子）
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
证明DNA是遗传物质（转化因子）
能证明蛋白质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质
不能证明蛋白质不是遗传物质
积极思考：
DNA是唯一的遗传物质吗？以下生物的遗传物质是什么呢？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
过渡
有些病毒不含DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒。
烟草花叶病毒感染烟草的实验
RNA是遗传物质
提取
RNA
蛋白质外壳
RNA
蛋白质
提取
感染
感染
烟草不感染病毒
烟草感染病毒
分离
烟草
烟草
烟草花叶病毒侵染烟草的实验
各种生物的遗传物质
生物类别 核酸种类 举例 遗传物质
细胞 生物 真核生物 DNA和RNA 变形虫、玉米、人 DNA
原核生物 DNA和RNA 细菌、蓝藻 非细胞生物 （以病毒为例） DNA 噬菌体 RNA 烟草花叶病毒、HIV等 RNA
综上所述，除RNA病毒外，其它（绝大多数）生物的遗传物质都是DNA，所以：
DNA是主要的遗传物质
烟草花叶病毒侵染烟草的实验
生
物
界
细
胞
生
物
非
细
胞
生
物
RNA病毒:艾滋病病毒(HIV逆转录)、
流感病毒（如禽流感，猪流感，现称甲型H1N1病毒）、
SARA病毒、登革热病毒、
甲肝病毒、烟草花叶病毒及类病毒等
DNA病毒：噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等
原核生物:细菌、支原体、衣原体、
蓝藻、放线菌等
真核生物:植物、动物、原生生物、真菌
遗传物质是RNA
遗传物质是DNA
总结：不同生物遗传物质的判断
DNA是主要的遗传物质
遗传物质
DNA是主要遗传物质的证据
RNA是遗传物质的证据
肺炎链球菌的转化实验（格里菲思）
肺炎链球菌的转化实验（艾弗里）
噬菌体侵染细菌的实验（ 赫尔希、蔡斯）
烟草花叶病毒侵染烟草的实验
DNA是主要的遗传物质的
课程小结
1.判断有关肺炎双球菌转化实验叙述的正误
（1）加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂，失去活性（）
（2）在艾弗里的实验中，DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型细菌发生转化（）
（3）肺炎双球菌转化实验说明DNA是主要的遗传物质（）
（4）格里菲思的体内转化实验证明了DNA是遗传物质（）
（5）肺炎双球菌转化实验最关键的设计思路是将DNA和蛋白质分开，分别观察其作用（）
（6）在转化过程中，加热杀死后的S型细菌的DNA没有进入R型活细菌的细胞中（）
课堂检测
2.判断有关生物遗传物质叙述的正误
（1）生物遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸（）
（2）所有生物的遗传物质都是DNA（）
（3）细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA（）
（4）小麦的遗传物质主要是DNA（）
（5）乳酸菌的遗传物质主要分布在染色体上（）
课堂检测
1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中
提取的某种物质，加入培养基中，培养不能合成组氨酸的枯草杆菌，结
果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是（ ）
A. 多肽 B. 多糖 C. 组氨酸 D. DNA
D
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
C. 病毒中有DNA，但没有蛋白质
A
B. 遗传物质包括蛋白质和DNA
D. 细菌中有DNA，但没有蛋白质
课堂检测
3. T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中，
噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后，释放出的大量
噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。 试分析子代噬菌体
的蛋白质外壳的来源。
实验表明，噬菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
课堂检测
