3.1DNA是主要的遗传物质（教学课件）-高中生物人教版 （2019）必修2 (共18张PPT)

(共18张PPT)
第1节 DNA 是主要的遗传物
质
第3章基因的本质
一 对遗传物质的早期推测
20世纪20年代：人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。
各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。氨基酸多样性的排列 顺序，可能蕴含着遗传信息，因此认为蛋白质是生物的遗传物质。
20世纪30年代：人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，
脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖，但由于对DNA 结构尚不了解，
认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
遗传物质究竟是什么
Smooth
有多糖类荚膜，菌落光滑
可使小鼠患肺炎，并发败血症
致死
Rough
无多糖类荚膜，菌落粗糙
不致死
二 肺炎链球菌的转化实验
R型菌
(优点：结构简单、繁殖快)
S型菌
(一)肺炎链球菌的体内转化实验
R型活细菌 S型活细菌 S 型死细菌
小鼠不死亡 小鼠死亡，
分离出R型 、S 型活细菌
为什么会出现S型活菌
格里菲斯
R型活细菌+S型死细菌
小鼠死亡，
分离出S型活细菌
小鼠不死亡
推断1:已经加热致死的S型细菌“死而复生”。 ×不符合科学
推断2: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
转化因子是什么物质
DNA 蛋白质 脂类 多糖 RNA
(二)肺炎链球菌的体外转化实验 艾 弗 里
将加热致死的S型细菌破碎，设法除去绝大部分的糖类、蛋白质和脂质，
第一组 第二至第四组 第五组
细胞提取物含有“转化因子” 蛋白质、RNA、 脂质不是“转化因子”DNA 是“转化因子”
DNA 是使R型细菌产生稳定遗传 变化的物质。
S型细菌 有R 型
的细胞 细菌的
提取物 培养基
混合
R型细菌 R型细菌 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
有R 型
细菌的
培养基
混合
制成细胞提取物。
S型细菌 的细胞 提取物
蛋白酶(或RNA 酶、酯酶)
S 型细菌
S型细菌
混合
DNA
酶
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。
减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。
艾弗里在论文的结尾处写道：“本文提出的证据支持以下观 点：脱氧核糖类型的核酸是肺炎链球菌转化因子的基本单位。” 艾弗里根据这些实验证据得出上述结论已经有足够的说服力，但 是当时科学界普遍认为蛋白质才是遗传物质，因此艾弗里在论文 中也曾十分谨慎地说：“当然也有可能，这种物质的生物学活性 并不是核酸的一种遗传特性，而是由于某些微量的其他物质所造 成的，这些微量物质或者是吸附在它上面，或者与它密切结合在 一起，因此检测不出来。”
DNA极有可能就是细胞提取物中有活性的转化因子。接下来，他 们分析了转化因子的理化特征：转化因子的分子量很大，氮磷比 约为1.67,在260nm的紫外线照射时具有最大的吸收峰值，检测
DNA的二苯胺反应结果是强阳性，检测RNA的苔黑酚检测结果是 弱阳性，两种检测蛋白质的方法结果都是阴性，等等。
这些理化特征或测试反应的结果都与DNA的极为相似。
艾弗里的结论一经发表就引发质疑。 一些科学家质疑的主要 是转化因子究竟是DNA还是和DNA混在一起的少量蛋白质。他们 选择质疑，既与“细胞提取物不够纯”的实际情况有关，还与当 时科学界深信蛋白质是遗传物质密不可分。
(DNA) 。 在此基础上，列文提出了四核苷酸假说：四个互不相 同的核苷酸连接构成四核苷酸，四核苷酸连接组成DNA 分子。这 个假说认为DNA链是单调重复的分子。这可能是因为列文在分析 DNA结构时采用了剧烈的提取方法，破坏了DNA的结构，导致他 将DNA视作分子量很小 (1500Da) 的分子。当时“四核苷酸假
说”深入人心。进入20世纪，12种基本氨基酸被发现，1940年，
其他8种基本氨基酸也一一被揭示。20种氨基酸为基本单位的蛋白 质似乎含有无数复杂且不重复的遗传信息。而艾弗里实验中的细 胞提取物含有微量的蛋白质，因此，很多科学家就不接受艾弗里 的实验结论。
反对艾弗里的还包括他的同事、核酸研究权威米尔斯基
(A.Mirsky,1900-1974) 。 当时，洛克菲勒研究所的米尔斯基实
验室是细胞核结构和功能的研究中心。叫米尔斯基尝试从多种生 物材料中提取核酸和蛋白质。1946年，他从肺炎链球菌中提取了 核酸和蛋白质，并重复了艾弗里的实验，但是因为很难获得不含 蛋白质的纯DNA 因此质疑艾弗里。1949年，米尔斯基发现同种
专门寄生在大肠杆菌内的病毒，
外壳由蛋白质构成，头部内含DNA。
T2噬菌体侵染大肠杆菌后，在自身遗传物质的指导下 ，
利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，
进行大量增殖，当增殖到一定数量时，大肠杆菌裂解，
释放出大量子代噬菌体。(优点：结构简单、易分离、繁殖快)
三 噬体侵 染细 菌的实验 —— 赫尔希和蔡斯
(一 )实验材料——T2噬菌体、大肠杆菌
(二 )实验方法——放射性同位素标记法
利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器
随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。
DNA 元 素 组 成：C 、H 、O 、N 、 P
蛋白质元素组成：C 、H 、O 、N 、[ S 、 Mg
32P (放射性同位素)
35S(放射性同位素)
31p
32S
(三 )实验步骤
得到分别被35S标记及32P 标记的两种大肠杆菌
得到分别被35S标记及32P 标记的两种噬菌体
被标记的两种噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌
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
分析实验结果，得出结论
含放射性同位素35S的培养基
培养大肠杆菌
含35S的大肠杆菌
培养噬菌体
蛋白质外壳含35S的噬菌体
含放射性同位素32P的培养基
培养大肠杆菌
含32P的大肠杆菌
培养噬菌体
蛋白质外壳含32P的噬菌体
短时间保温 搅 拌 ：让吸附在细菌上的噬菌体和细菌分离 短时间：保证噬菌体已将遗传物质注入的大肠杆菌体内，
分布在上清液中
离心 用32P标记的一组，
放射性同位素主要分布在沉淀物中
被S 标记的 被 "s 标记的噬菌体 搅拌器 离心后
噬菌体 与细菌混合 结论：噬菌体侵染细菌时，DNA
噬菌体分别被 0Q 进入细菌中，蛋白质外壳留在细胞
s 或"P标记 记的细菌 体与 体 外。
短时间保温
同时，在细菌裂解释放出的噬菌体
中，可以检测到32P 标记的DNA ,
但不能检测到35S标记的蛋白质。
被“P 标记的 被P 标记的噬菌体 搅拌器 离心后
离心： 量较轻 颗粒(未注入部分)出现在上清液 99 结 论 ：DNA 是噬菌体的遗传物质。
在新形成的噬菌
而在沉淀物中留下被感染(遗传物质已注入)的大肠杆菌。 体中检测到 p
噬菌体
细菌混合
的
与
让重
噬菌体
射性很高
沉淀物的放
射性很低
上清液的放
到s
菌
测
噬
检
的
没有
新形成
中
在
放射性物质
沉淀物中的
细菌分离
外的噬菌
测上清液和
离心后，检
使在细菌
拌器中搅
拌
在
菌体侵染未标
用被标记的噬
射性很低
沉淀物的放
发生裂解；
素主要
一组，
位
的
同
记
放射性
用35S标
培养噬菌体
使大肠杆菌
温：
还未
保
但
上清液的放 射性很高
如果上清液中放射性较高，可能造成的原因 如果沉淀物中放射性较高，可能造成的原因
1.保温时间过短： 搅拌不充分：
部分亲代噬菌体尚未将DNA 注入到大肠杆菌细胞内。部分亲代噬菌体蛋白质外壳仍吸附
2.保温时间过长： 在大肠杆菌表面。
子代噬菌体已从裂解的大肠杆菌内释放出来。
3.搅拌过于剧烈：
大肠杆菌被破坏，释放出其中的子代噬菌体。
误差分析
上清液的 放射性很低
沉淀物的
搅拌后离心
55S标记的噬菌
体与细菌混合
放射性很高
沉淀物的
*s标记的 噬菌体
体与细菌混合
放射性很低
离心后
离心后
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(2)繁殖快
2.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：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
赫尔希等人：噬菌体的培养技术、同位素标记技术、物质分离技术等。
科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。
四 烟草花叶病毒感染实验 烟草花叶病毒电镜照片 RNA
侵染
甲
烟草花叶病毒 正常烟草叶 病态叶
侵染
乙
病毒的蛋白质外壳正常烟草叶 正常烟草叶
侵染
内
病毒的RNA 正常烟草叶 病态叶
结论：
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
烟草花叶病病斑
烟草花叶病毒示意图
真核生物(动植物、真菌)
[细胞生物
原核生物(各种细菌) DNA 病毒
RNA 病毒(艾滋病病毒、流感病毒、
SARS病毒、新冠病
毒.....)
蛋白质病毒(朊病毒)
DNA是主要的遗传物质
绝大多数生物的遗传物质是DNA
生物的遗传物质
非细胞生物一病毒
→ 遗传物质是RNA
遗传物质是DNA
生物