生物人教版（2019）必修2 3.1DNA是主要的遗传物质（共55张ppt1份视频）课件

(共55张PPT)
必修二《遗传与进化》
第三章 基因的本质
3.1 DNA是主要的遗传物质
1
提出遗传因子
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
20世纪中叶科学家发现：染色体的主要组成成分是DNA和蛋白质
5
对遗传物质的探索
DNA

蛋白质
问题探讨 P42
1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
DNA

蛋白质
能够储存大量的遗传信息
可以准确地复制，并传递给下一代
结构比较稳定
2.你认为证明某一种物质是遗传物质
的可行方法有哪些
例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等等
对遗传物质的早期推测
蛋白质是由多种氨基酸连接而成
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含遗传信息
20世纪20年代
20世纪30年代
认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子
对DNA结构没有清晰的了解
蛋白质是遗传物质
蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位
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
肺炎链球菌的转化实验
噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希、蔡斯）
体内转化实验（格里菲思）
体外转化实验（艾弗里）
首先提出挑战
格里菲思
艾弗里
赫尔希
蔡斯
证明“DNA是遗传物质”的经典实验
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
1.实验材料：
小鼠、肺炎链球菌
阅读课本43页，填写两种肺炎链球菌的特点：
类型　 菌体表面特点 致病性 菌落表面特点
S型细菌
R型细菌
何为荚膜？有何作用？
荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围胶状物质，成分为多糖
有致病性
人患肺炎
小鼠患肺炎，并发败血症
无致病性
光滑
Smooth
粗糙
Rough
何为菌落？
细菌等微生物在固体培养基中形成的肉眼可见的子细胞群体
对细菌起保护作用
不死亡
注射R型
活细菌
说明R型细菌无毒
死亡
说明S型细菌有毒
注射S型
活细菌
不死亡
说明加热致死的S型细菌无毒
注射加热致死的S型细菌
死亡
说明？
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
2.实验过程（图3—2）：
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
2.实验过程（图3—2）：
说明R型 细菌无毒
说明S型细菌有毒
说明加热致死的S型细菌无毒
第四组中分离出的S型活菌，是加热杀死的S型细菌复活了吗？为什么？
不是
通过第三组可以排除这种可能
大胆猜测第4组活的S型细菌如何出现？
R型活菌 S型活菌
转化
加热杀死S型菌
R型活菌 S型活菌
转化
已经加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质
——“转化因子”
格里菲思肺炎链球菌体内转化实验
3.实验结论：
活性物质
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
转化因子究竟是什么物质？如何设计这个实验？
讨论
分离提纯
酶处理
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
S型细菌的细胞提取物
（含DNA、RNA、蛋白质等）
去掉蛋白质
去掉RNA
去掉DNA
加法原理：
与常态比较，人为增加某种影响因素。
减法原理：
与常态比较，人为去除某种影响因素。
①常温放置
H2O2溶液
②90℃加热
③加2滴FeCl3溶液
④加2滴H2O2酶
艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
1、格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
格里菲斯推断：
已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。
可以控制生物的性状，可以复制，并能传递给下一代。
（即遗传物质）
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
实验设计思路
由于当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质。因此可用酶解法，将物质单个排除，观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子。
含R型细菌的培养基
分别加入
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
加法原理
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
多糖
脂质、蛋白质
RNA、DNA等
含R型细菌的培养基
提取液
全部加入
加入酶除去特定物质
R型细菌？
S型细菌？
观察菌落产生情况
减法原理
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：“比较过氧化氢在不同条件下的
分解”
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：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”
每个实验组特异性去除了一种物质，
从而鉴定出DNA是遗传物质。
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 —“加法原理”和“减法原理”
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
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
DNA酶
空白对照
结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质,DNA是转化因子
作用分别是水解蛋白质、RNA、酯类和DNA
艾弗里肺炎链球菌体外转化实验
项目 肺炎链球菌体内转化实验 肺炎链球菌体外转化实验
科学家
培养细菌 体内培养 体外培养
巧妙构思 用加热杀死的 和 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 特异性地去除S型细菌细胞提取物中的一种物质，然后培养R型活菌，看能否发生转化
观察指标
实验结论 已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种促使R型活菌转化为S型活菌的活性物质——“ ” 是S型细菌的遗传物质
蛋白质等其他物质不是遗传物质
联系 ①所用材料相同，都是 ； ②体内转化实验是体外转化实验的基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有 ，体外转化实验进一步说明 ； ③实验设计都遵循 原则 小鼠
培养基
转化因子
DNA
某种“转化因子”
“转化因子”是DNA
R型和S型肺炎双球菌
对照原则、单一变量
旧知回顾
S型细菌
R型
酶解法
小鼠是否死亡及体内是否有活的S菌
培养基中菌落类型
格里菲思
艾弗里
比较两个肺炎链球菌的转化实验
深度思考
加热能杀死S型细菌，为何“杀不死”DNA
蛋白质和核酸对高温的耐受力不同
在80-100℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复到室温，DNA双链还能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。
①加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的，温度降低后蛋白质活性也不可恢复。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，因而导致细菌死亡。
②加热时，DNA双链会解旋，加热结束后，随温度的降低DNA双链可恢复双螺旋结构，恢复活性。
R型细菌转化为S型细菌的实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中
（即基因重组）
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
基因重组
R型细菌转化成具荚膜的S型细菌
注意：1.S型菌只提供DNA模板，其他的原料全是R型菌的
2.只是少数R型细菌转化为S型细菌
知识拓展
在肺炎链球菌的转化实验中，将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡，则小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是下图中的哪个选项(　 　)
B
练一练
在肺炎链球菌体内转化实验中，将加热杀死的S型菌与R型活菌混合后注射到小鼠体内，小鼠体内S型、R型细菌含量的变化情况如图所示。
在肺炎链球菌体内转化实验中，将加热杀死的S型菌与R型活菌混合后注射到小鼠体内，小鼠体内S型、R型细菌含量的变化情况如图所示。
(1)ab段：
(2)bc段：
将加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合后注射到小鼠体内，ab时间段内，小鼠体内还没形成大量的免疫R型细菌的抗体，故该时间段内R型细菌数量增多。
小鼠体内形成大量的对抗R型细菌的抗体，致使R型细菌数量减少。
在肺炎链球菌体内转化实验中，将加热杀死的S型菌与R型活菌混合后注射到小鼠体内，小鼠体内S型、R型细菌含量的变化情况如图所示。
(3)cd段：
(4)S型细菌来源：
c之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫能力，造成R型细菌大量繁殖，所以cd段R型细菌数量增多。
少量R型细菌获得了S型细菌的DNA，并转化为S型细菌，故S型细菌是从0开始的。
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，说明DNA是遗传物质。
赫尔希 蔡斯
他们因此获得了诺贝尔奖！
尽管艾弗里的实验完全能够证明DNA是遗传物质，但是，由于当时人们深受蛋白质是遗传物质的影响，并没有接受艾弗里的实验结论。
有没有比细菌更好的材料、更好的方法可将DNA和蛋白质彻底分开，单独去观察它们的作用呢？
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料：
大肠杆菌、T2噬菌体
思考讨论下列有关噬菌体的相关问题：
①选用T2噬菌体做实验材料的优点？
②T2噬菌体如何侵染大肠杆菌？
③T2噬菌体增殖的场所是哪里？增殖产生子代的遗传物质来自？所需原料、主要条件有哪些？由谁提供？
④进入大肠杆菌的遗传物质有几种可能？
⑤DNA和蛋白质无法看到，用什么方法判断哪种物质进入了？
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料：
大肠杆菌、T2噬菌体
①选用T2噬菌体做实验材料的优点？
a、结构简单：
无细胞结构，只有核酸（DNA）和蛋白质外壳
b、繁殖快：
病毒短时间内可大量繁殖
c、严格寄生生物：
专门寄生在大肠杆菌体内
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料：
大肠杆菌、T2噬菌体
②T2噬菌体如何侵染大肠杆菌？
噬菌体借尾丝吸附在细菌表面。
把DNA注入到细菌细胞。
利用细菌的化学成分、酶系统和核糖体合成出噬菌体的DNA、蛋白质。
新合成的DNA、蛋白质组装成很多噬菌体。
细菌解体，释放出噬菌体。
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料：
大肠杆菌、T2噬菌体
②T2噬菌体如何侵染大肠杆菌？
噬菌体侵染大肠杆菌过程
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料：
大肠杆菌、T2噬菌体
③T2噬菌体增殖的场所是哪里？
增殖产生子代的遗传物质来自？
所需原料、主要条件有哪些？
由谁提供？
只能是大肠杆菌细胞内
T2噬菌体
脱氧核苷酸、氨基酸、酶、ATP等
宿主细胞——大肠杆菌
总结：
T2噬菌体增殖过程中：
T2噬菌体只提供遗传物质作为模板
合成子代所需场所、原料、酶、ATP等都由大肠杆菌提供
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料：
大肠杆菌、T2噬菌体
④进入大肠杆菌的遗传物质有几种可能？
噬菌体的蛋白质外壳进入细菌，DNA未进入
噬菌体的DNA进入细菌，蛋白质外壳未进入
噬菌体的DNA和蛋白质外壳都进入了细菌
⑤DNA和蛋白质无法看到，用什么方法判断哪种物质进入了？
放射性同位素标记法
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
2.研究方法：
放射性同位素标记法
思考讨论下列有关噬菌体同位素标记的问题：
①应标记DNA和蛋白质的什么元素？为什么？
②用14C、18O或3H等标记行吗？为什么？
③是同时还是分别用32P和35S标记噬菌体？为什么
④能否在含32P和35S的普通培养基中标记噬菌体？为什么？
⑤如何标记噬菌体？
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
2.研究方法：
放射性同位素标记法
①应标记DNA和蛋白质的什么元素？为什么？
蛋白质的组成元素：
DNA的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
（标记32P）
（标记35S）
P是DNA特有的元素，S是蛋白质特有的元素，用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
2.研究方法：
放射性同位素标记法
②用14C、18O或3H等标记行吗？为什么？
不能
因为DNA和蛋白质都含C、O、H，因此无法确认被标记的是何种物质
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
2.研究方法：
放射性同位素标记法
③是同时还是分别用32P和35S标记噬菌体？为什么
分别标记
因为若用32P和35S同时标记噬菌体，DNA和蛋白质同时被标记，离心后上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
2.研究方法：
放射性同位素标记法
④能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？为什么？
不能
噬菌体是病毒，其生命活动离不开活细胞，无法单独在培养基上存活
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
2.研究方法：
放射性同位素标记法
⑤如何标记噬菌体？
先标记细菌
含35S的大肠杆菌
含32P的大肠杆菌
再标记噬菌体
含35ST2的噬菌体
含32PT2的噬菌体
含35S的培养基+大肠杆菌
+T2噬菌体
含32P的培养基+大肠杆菌
+T2噬菌体
噬菌体侵染细菌的实验
带标记的T2噬菌体去侵染什么样的大肠杆菌呢？
无放射性标记的细菌
无放射性标记的细菌
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
3.实验过程（图3—6）：
看图分析：
1.归纳实验步骤？
2.思考 保温目的？
搅拌目的？
离心目的？
3.离心后的上清液中是什么？
沉淀中是什么？
4.放射性如何分布？
子代噬菌体能否检测到放射性？
标记细菌
标记
噬菌体
标记噬菌体侵染未标记细菌
（短时间保温）
搅拌
离心
观察放射性的分布
“短时间”：促使噬菌体充分侵染细菌；同时避免大肠杆菌裂解释放子代噬菌体
“保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性
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T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
3.实验过程（图3—6）：
上清液
沉淀物
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
4.实验结果（预期理论结果）：
放射性？
上清液
放射性？
沉淀物
放射性？
子代噬菌体
放射性？
上清液
放射性？
沉淀物
放射性？
子代噬菌体
有放射性
无放射性
无放射性
有放射性
无放射性
部分有放射性
搅拌不充分，导致少量含35S的噬菌体蛋白质外壳还吸附在细菌表面，离心时随细菌到沉淀物中
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
4.实验结果（实际）：
原因
原因
标记部位 35S标记的蛋白质 32P标记的DNA
放射性情况 上清液 很高 很低
沉淀物 很低 很高
子代噬菌体 没有检测到35S 检测到32P
DNA是T2噬菌体的遗传物质
1、两组实验大肠杆菌内放射性的分布情况说明？
亲代噬菌体的DNA传递给了子代噬菌体，蛋白质则没有
蛋白质外壳未进入大肠杆菌中，DNA进入到大肠杆菌中
2、子代噬菌体有标记的DNA，却没有标记的蛋白质。说明？
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
5.实验结论：
讨论P46思考与讨论
证明DNA是遗传物质的实验
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？
①个体小、结构简单（细菌是单细胞，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分钟就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖)
证明DNA是遗传物质的实验
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？
在每个实验组中用酶解法特异性地去除S型细菌细胞提取物中的一种物质，然后培养R型活菌，观察在没有这种物质的情况下看能否发生转化
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）
证明DNA是遗传物质的实验
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？
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
细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等
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
只有DNA是遗传物质吗？
科学家发现许多病毒中只含有蛋白质和RNA，没有DNA，比如烟草花叶病毒。
烟草花叶病毒示意图和电镜照片
为了弄清这种病毒中遗传物质是蛋白质还是RNA，科学家进行了烟草花叶病毒的感染实验。
烟草花叶病毒的感染实验
RNA
分别侵染健康烟草植株
患病
得到病毒
RNA
蛋白质
蛋白质
不患病
不能得到
病毒
分离出RNA和蛋白质
RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
结论：
其它常见RNA病毒：
新冠病毒
SARS病毒
艾滋病病毒
埃博拉病毒
流感病毒
细胞结构生物
非细胞结构生物（病毒）
（含有DNA和RNA）
（含有DNA或RNA）
DNA病毒
RNA病毒
遗传物质为
RNA
遗传物质为
DNA
真核生物
原核生物
DNA是主要的遗传物质
生物
生物界中绝大多数生物的遗传物质是DNA
DNA是主要的遗传物质
注意：
对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质
对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字
DNA是主要的遗传物质
1、动物和人体的遗传物质是什么？
DNA
2、烟草的遗传物质是什么？
DNA
3、烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
RNA
4、细菌的遗传物质是什么？
DNA
5、一切生物的遗传物质是什么？
核酸
试一试:
课堂总结
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
一、概念检测
练习与应用 P47
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 B.遗传物质包括蛋白质和DNA
C.病毒中有DNA，但没有蛋白质 D.细菌中有DNA，但没有蛋白质
A
二、拓展应用
1.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。请分析子代噬菌体的
蛋白质外壳的来源。
练习与应用 P47
利用亲代噬菌体DNA中的遗传信息，
以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成。
2.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析
DNA作为遗传物质所具备的特点。
①能够精确的自我复制
②能够指导蛋白合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程
③具有储存遗传信息的能力
④结构比较稳定
练习与应用 P47
二、拓展应用