3.1 DNA是主要的遗传物质 课件(共46张PPT)

(共46张PPT)
（1）、于生活中通过观察发现生物学问题
欢迎走进生物课堂
生物的性状之所以能够由亲代遗传给子代是由于生物体内具有对遗传起决定作用的物质。生物遗传的物质基础是什么呢？
第3章 基因的本质
孟德尔通过豌豆杂交实验证明了生物的性状是由遗传因子控制的。
摩尔根通过果蝇杂交实验证明：基因位于染色体上。
回顾人类探索遗传物质的历程
染色体在传宗接代过程中的稳定性和连续性
说明染色体在生物的遗传中起着重要作用
染色体=DNA+蛋白质，遗传物质是DNA，还是蛋白质？
结论
新问题
好，
就让我们一起来探究吧！
一、对遗传物质的早期推测
1.20世纪20年代：
认为蛋白质是生物体的遗传物质
理由：
①蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。
②氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含有遗传信息。
理由：①DNA分子是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
　 ②脱氧核苷酸有四种，每种脱氧核苷酸都有特定的碱基。
2.20世纪30年代:人们认识到DNA的化学组成。
该时期本可以使人们意识到DNA的重要性。
遗憾：对DNA分子的结构没有清晰的了解
一、对遗传物质的早期推测
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、遗传物质可能具有什么特点？
2、证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
同位素标记法、分离提纯法等。
①能够准确地复制自己，传递给下一代；
②结构比较稳定；
③能贮存大量的遗传信息；
④能够指导蛋白质的合成，
从而控制生物的性状和代谢。
艾弗里
赫尔希
格里菲思
……
向蛋白质是遗传物质的观点提出挑战的学者是谁呢？
1928年，英国的格里菲思（F．Grif-fith）用一种细菌—肺炎链球菌感染小鼠实验。
二、肺炎链球菌转化实验
（体内转化实验）
转化实验材料--肺炎链球菌
多糖类荚膜
多糖类荚膜
R型菌
S型菌
有荚膜
无荚膜
无毒性
粗糙
光滑
有毒性
转化实验材料--肺炎链球菌
是病菌侵入血流循环而发生的全身性感染。细菌可在血中大量繁殖而引起全身中毒症状，致病菌可随血流到各器官组织造成迁徙性病灶。
临床表现：寒战、高热、头痛、呕吐、呼吸加快、心率增速等；严重者出现神志改变或感染性休克；肝脾肿大，以瘀点为主的皮疹，大关节疼痛或红肿。病程长者常发生迁徙性病灶或脓肿，少数可有黄疸。
败血症
1、格里菲斯小鼠体内实验
二、肺炎链球菌的转化实验
问题： 第四组实验小鼠死亡的原因是？
对比三、四组实验，能得出什么结论？
结论：已经加热杀死的S型细菌中，可能含有某种物质使R型细菌转化为S型细菌的物质，该物质称为“转化因子”。
“转化因子”究竟是什么？
加热致死的作用原理：
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。
在格里菲思实验的基础上，艾弗里提出了以下问题：S型细菌中含有DNA、蛋白质、多糖等物质，哪种物质是转化因子（遗传物质）呢？
2.肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里）
艾弗里及同事将加热致死的S型菌破碎后，设法除去绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物（直接分离法）。
在证明DNA还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中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。
2.肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里）
第一组
R型细菌
S型细菌
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
第二至第四组
R型细菌
S型细菌
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
蛋白酶(或RNA酶、酯酶)
第2组~第4组实验
①现象：正常长出S型细菌
②结论：分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶处理后，细胞提取物仍然具有转化活性
2.肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里）
第一组
R型细菌
S型细菌
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
第5组实验
①现象：不长出S型细菌
②结论：用DNA酶处理后，细胞提取物失去转化活性
第五组
只长R型细菌
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
DNA酶
2.肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里）
实验结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质
实验同时说明：蛋白质等物质不是遗传物质
2.肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里）
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。
（如：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。
（如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验）
2.肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里）
1．格里菲思的肺炎双球菌转化实验中，R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中是否只分离出S型活细菌？
不是，分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量多。
[思考探究]
2.如果把S型细菌的DNA提取出来后，直接注射到小鼠体内，能否从小鼠体内分离得到S型细菌？
不能，因为S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌前提是S型细菌的DNA能与R型细菌的DNA发生重组，直接将S型细菌的DNA注入小鼠体内，DNA分子会被小鼠体内的DNA酶分解而失去作用，如果小鼠体内没有R型细菌，也无法转化为S型细菌。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1.该实验用了什么方法？在我们学习过的内容中何处还用过此方法？
2.用35S、32P标记物质的理论基础是什么？能否用14C和18O进行标记？
3. 实验的结论是什么？
4.此实验的指导思想是什么？
阅读思考（P44-45)
1.该实验用了什么方法？
2.实验结果表明了什么？可以得出什么结论？
3.此实验的最关键的设计思路是什么？
思考：
同位素标记法
分别用35S、32P标记噬菌体的蛋白质和
DNA，跟踪其在侵染细菌中的去向，以
认识它们在产生子代噬菌体中的作用。
即设法将蛋白质与DNA分开，单独直接
地观察他们各自的作用。
DNA是遗传物质
电镜下的噬菌体
三、噬菌体侵染细菌的实验（1952）
思考与讨论：P46
1.以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？
（1）个体很小，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。（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。
三、噬菌体侵染细菌的实验（1952）
（含S）
（含P）
蛋白质 的组成元素：
DNA 的组成元素：
C、H、O、N、（S）
C、H、O、N 、P(99%)
—用32p标记
—用35S标记
噬菌体
T2噬菌体的遗传物质究竟是蛋白质还是DNA
思考与讨论：P46
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？
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）。
艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。
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。
同位素标记法
标记噬菌体方法：
先分别用含有放射性同位素32P 和35S的培养基培养细菌。
再分别用噬菌体去侵染上述的细菌。
标记 侵染 搅拌　 　 检测
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希&蔡斯）
被35S标记的噬菌体
被32P标记的噬菌体
被35S标记的噬菌体与细菌混合
被32P标记的噬菌体与细菌混合
搅拌离心
放射性很高
放射性很低
放射性很低
放射性很高
搅拌离心
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希&蔡斯）
①搅拌的目的：
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
②离心的目的：
让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒。
现象：
实验①
上清液放射性高，沉淀物放射性低
实验②
上清液放射性低，沉淀物放射性高
放射性很高
放射性很低
（不含35S ）
放射性很低
放射性很高
（含32P ）
子代噬菌体中没测到了35S。
子代噬菌体中检测到了32P。
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希&蔡斯）
实验过程总结
第一组 实验
第二组
实验
亲代
噬菌体
35 S标记蛋白质
32 P标记DNA
细菌
细胞内
无35S标记蛋白质
有32P标记DNA
子代
噬菌体
外壳蛋白质无35S
DNA有32P标记
实验
结论
DNA才是噬菌体的遗传物质
本实验能直接证明蛋白质不是遗传物质吗？
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希&蔡斯）
实验误差原因分析
（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吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
噬菌体侵染细菌实验（赫尔希&蔡斯）
实验误差原因分析
（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？
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，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，也会使上清液中出现放射性。
噬菌体侵染细菌的过程
吸附
注入
合成
组装
释放
地球上的生物多种多样，所有的生物的遗传物质都是DNA吗？
思考：
四、DNA是主要的遗传物质
2019-nCoV
四、DNA是主要的遗传物质
烟草花叶病毒不含DNA，只有RNA和蛋白质，如何确定其遗传物质是什么？
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
思路:烟草花叶病毒的RNA和蛋白质区分开，直接地、单独地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质
①仅RNA能使烟草产生原样病斑
②仅蛋白质能使烟草产生原样病斑
③RNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑
若出现①结果则仅RNA是遗传物质；
若出现②结果则仅蛋白质是遗传物质；
若出现③结果则RNA和蛋白质都是遗传物质
教师指出:RNA是遗传物质
预测结果：
（现象）
提出问题：
作出假设：
设计实验：
课题：探究烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
得出结论：
设计意图：培养学生将所学科学研究的关键思路实际运用于设计实验的能力
四、DNA是主要的遗传物质
结论：烟草花叶病毒遗传物质是_____
RNA
遗传物质是RNA
生物
病毒
RNA病毒（如：艾滋病病毒、流感病毒、SARS病毒、烟草花叶病毒）
DNA病毒
原核生物
真核生物
遗传物质是DNA
遗传物质的现代发现
结论：因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
本节主要内容
1.格里菲思 肺炎链球菌的转化实验
存在转化因子
2.艾弗里 肺炎链球菌的转化因子实验
DNA是遗传物质
3.赫尔希和蔡斯 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验
DNA才是真正的遗传物质
4.有些病毒不含DNA，只含RNA和蛋白质
RNA是遗传物质
DNA是主要的遗传物质
1．所有病毒的遗传物质（ )
A．都是DNA
B．都是RNA
C．是DNA或RNA
D．是DNA和RNA
——课堂练习——
2．在证明DNA是遗传物质的几个著名经典实验中，在实验设计思路中最关键的是( )
A.要用同位素标记DNA和蛋白质
B.要分离DNA和蛋白质
C.要得到噬菌体和肺炎双球菌
D.要区分DNA和蛋白质，单独观察它们的作用
D