3-1DNA是主要的遗传物质(第1课时)(教学课件)-高中生物学人教版(2019)必修2(共33张PPT)

(共33张PPT)
第三章基因的本质
第一节DNA 是主要的遗传物质
第一课时(肺炎链球菌的转化实验)
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。
讨论
1.你认为遗传物质可能具有什么特点
①应能够储存大量的遗传信息；
②可以准确地复制，可以传递给下一代；
③可以控制生物的性状；
④结构比较稳定。
2.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
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。
同位素标记法，分离提纯法
问题探讨
19世纪中期： 孟德尔通过 豌豆实验证 明了生物的 性状是由遗 传因子控制。 约翰逊 把遗传因子 命名为基因
1903年：萨 顿通过对蝗 虫细胞观察 得出假说： 基因位于染 色体上。
1909年：摩 尔根通过果 蝇实验证明： 基因位于染 色体上。
20世纪中期： 科学家发现： 染色体主要 组成成分DNA 和蛋白质。
对遗传物质的早期预测
对遗传物质的早期预测
形成
不同蛋白质
蛋白质
(生物大分子)
蛋白质是生物体的遗传物质
连接
多肽
20世纪20年代
可能蕴含着遗传信息
不同排列顺序
多种氨基酸
盘曲 折叠
推测
一条肽链的特定区
域进行有规律的盘 曲 断 叠
这条肽链进一步盘 绕形成一定的空间 结构
四条肽链聚集在一起形 成复杂的空间结构
氨基酸之问脱水缩 合形成肤链
对遗传物质的早期预测
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
对DNA 结构没有清晰认识
脱氧 核糖 腺嘌呤脱氧核苷酸 P 脱氧 核糖 鸟嘌呤脱氧核苷酸
脱氧
核糖
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
P
脱氧
核糖
胞嘧啶脱氧核苷酸
蛋白质是遗传物质的观点仍占 主导地位
脱氧核苷酸的化学组成
P P
聚合
DNA
T
G
C
绝大多数生物细胞中，
DNA 由两条脱氧核苷酸链 形成。
格里菲思 艾弗里 赫尔希 蔡斯
“我们表示怀疑!!!”
经典实验的探究过程
肺炎链球菌体内转化实验 (格里菲斯)
肺炎链球菌体外转化实验 ( 艾弗里)
噬菌体侵染细菌的实验 (赫尔希和蔡斯)
烟草花叶病毒的转化实验
通过确凿
的实验证据向
遗传物质是蛋
白质的观点提
出挑战的
经典实验的探究过程
对照原则、单一变量原则
类型 S型细菌
R型细菌
菌体有无多糖类荚膜 有
无
菌落特点 菌落表面光滑
菌落表面粗糙
有无致病性 有，肺炎、并发血症
无
图解
时 间
1928年
科学家
英国科学家
格里菲思
实验材料
小鼠
肺炎链球菌
肺炎链球菌的转化实验
格里菲思的小鼠实验
肺炎链球菌的类型
体内转化实验
说明加热杀死的S型
细菌中存在某种转 化因子使R型细菌转
化成了S型细菌
小鼠不死亡 第三组
小鼠死亡，从小鼠 体内分离出S型活菌
第四组
小鼠死亡，从小鼠体
内分离出S型活细菌
第二组
肺炎链球菌的转化实验
将R 型活细 菌与加热致 死的S型细菌 混合后注射
说明加热致死
的S型细菌无毒
小鼠不死亡
第一组
说明R 型细
菌无毒
格里菲思体内转化实验
加热致死
的S 型细菌
R型
活细菌
活细菌
肺炎链球菌的转化实验 格里菲思体内转化实验
(1)前两组实验的作用 对照。
(2)第3组实验与哪一组形成对照 说明什么问题
(3)第4组实验与哪一组结果相同 说明什么,如何验证
与第二组，说明第四组产生活的S型细菌，可以在尸体中分离到S型细菌
(4)第4组结果出现的原因是什么
无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后，转化为有毒性的
S 型活细菌，而且这种性状的转化是可以遗传的。
与第二组，说明只有活的S型细菌可以使小鼠患败血症死亡。
2、第四组的R型细菌全部转化为了S型细菌吗
第四组实验中也能分离出R型菌，转化的只是部分，R 型菌依然存在。
3、 该实验可得到什么结论 该实验能否证明DNA 是遗传物质
结论：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
加热杀死S型细菌是指破坏了细菌的结构，蛋白质等大分子失去活性，
但是DNA分子没有失活。
肺炎链球菌的转化实验
该实验不能证明DNA 是遗传物质。
1、为什么加热杀死的S型细菌还能使R型活细菌转化为S型活细菌
格里菲思体内转化实验
例 1 肺炎链球菌转化实验的部分过程如图所示，下列叙述正确的是( A )
A.S型肺炎链球菌的菌体是有荚膜的，R 型肺炎链球菌的菌体是无荚膜的
B.S型菌的DNA 经加热后失活，因而注射加热杀死的S型菌后的小鼠仍存活
C.该实验证明了R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的
D.从病死小鼠中分离得到的肺炎链球菌只有S型菌而无R型菌
肺炎链R型球菌
混合
小鼠患病致死
S型
肺炎链球菌
练 习
小鼠存活
肺炎链球菌的转化实验 格里菲思体内转化实验
格里菲思体内转化实验
怎 么 解 释
R型活菌+加热杀死S型 菌 +S型活菌
“转化因子”
肺炎链球菌的转化实验
将R 型活细菌 与加热致死的 S型细菌混合 后注射
R 型活菌
S型活菌
小鼠死亡
转化
假如你是当时的科学家，应该怎样设计实验来证
明转化因子是什么物质
关键思路：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。
多糖
如何设计实验来证明
关键思路：设法去除S型细菌的各组分 后分别与R型活细菌混合培养，观察是 否具有转化活性。
艾弗里设法去除绝大多数糖类、蛋白 质和脂质，制成细胞提取物。
肺炎链球菌的体外转化实验
时 间
20世纪40年代
实验的目标究竟谁是转化因子
艾弗里体外转化实验
艾弗里
① 只有提取物中含有DNA 才发生转化
② DNA 纯度越高，转化效率越高
③用DNA 酶处理DNA 后，停止转化
④只有DNA 保持完整结构时，才具有转化能力
艾弗里体外转化实验
蛋白酶(或RNA酶、酯酶) DNA酶
肺炎链球菌的体外转化实验
实验结果分析：
肺炎链球菌的体外转化实验 艾弗里体外转化实验
艾弗里等人进一步分析细胞提取物的理化特性(如N/P 比值，酶
学分析、电泳分析等),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。
实验结论
(1)DNA 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
(2)蛋白质等其他物质不是遗传物质。
肺炎链球菌的体外转化实验 科学方法 P46
科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
1.加法原理与常态比较，人为增加某种影响因素。
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FeCl 溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
2.减法原理与常态比较，人为去除某种影响因素。
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。
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：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FeC1 溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了
“加法原理”。
常温 90℃水浴
H O
对照组
H O
实验组
H O
实验组
H O
实验组
肝脏研磨液
FeCl
减法原理
■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”。 蛋白酶(或RNA酶、酯酶) DNA酶
有R型 S型 细 菌 有R型
细菌的一 —的细胞 细菌的—
培养基 提 取 物 培 养 基
对照组
S型 细 菌 有R型 —的细胞细菌的一
提取物培养基
实验组
S型细菌 的细胞 提取物
实验组
S 型菌的基因整合到了 R 型菌的DNA 中，并且表达出来。
转化的实质是基因重组。
S型细菌的细胞提取物
处理
蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶
分别与R型细菌混合培养
R型、S型 R型、S型 R型、S型 R型、S型 R型
为什么S 型菌的DNA 能使 R 型菌发生转化 这种转化的实质是什么
肺炎链球菌的体外转化实验
总结
不处理
R 型细菌转化为S型细菌的本质： 基因重组
X基因进 入R型菌
X基因吸附在
R型菌表面
英膜
加热 杀死
控制英膜形
成的X基因
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
R型菌转化 成S型菌
被破坏 的S型菌
重组
项目 体内转化实验(格里菲斯)
体外转化实验(艾弗里)
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
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
实验结果 加热致死的S型细菌使R型细菌转化为S型 细菌
S型细菌的DNA使R型细菌
转化为S型细菌
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 而蛋白质不是
两者的联 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
肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较
在肺炎链球菌的转化实验中，将加热致死的S型 细 菌 与R 型细菌混合后，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( B )
含量 R型细菌
S 型细菌
0 时间
C
练 习
含量 S 型细菌
R型细菌
0 时间
A
不含量 S 型细菌
R 型细菌
0 时间
B
含 量 S 型细菌
R 型细菌
0 时间
D
体外转化实验的不足
·受技术手段限制，提取的DNA 纯度不高。
·当时科学界深信蛋白质是遗传物质。
虽然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。另外，当时科学界普遍认为蛋白质是遗传物质。
有没有比细菌更简单的实验材料及更有说服力的实验呢
1.肺炎链球菌的转化实验证明了( A )
A.DNA 是遗传物质 B.RNA 是遗传物质
C. 蛋白质是遗传物质 D. 糖类是遗传物质
2.肺炎链球菌的转化实验中，使 R 型细菌转化为 S 型细菌的
转化因子是 ( D )
A. 荚 膜 B. 蛋白质
C.R 型细菌的 DNA D.S 型细菌的 DNA
练 习
练 习
下列关于肺炎链球菌转化实验的说法，正确的是 ( D)
A.格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明了DNA 是遗传物质
B.艾弗里实验中S型细菌的细胞提取物+DNA 酶+R型细菌一起培养，
培养基上生存的细菌都是S型细菌
C. 肺炎链球菌的体外转化实验证明了DNA 是主要的遗传物质
D.已加热致死的S型细菌中，蛋白质已经失去活性，而DNA 仍具有活性
7.艾弗里的实验证明了DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，得出
(D )
这 一 结 论 的 关 键 是
A.用S型活细菌和加热致死的S型细菌分别对小白鼠进行注射，并形成对照
B.用加热致死的S型细菌与无致病性的R型活细菌混合后注射到小鼠体内，
检测小鼠体内S型细菌的含量
C.从死亡小鼠体内分离获得了S型细菌
D.分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶或DNA酶处理S型细菌的细胞提取物后加
入各培养基中培养R型细菌，观察是否发生转化
练 习
(1)将加热致死的S型细菌和R 型活细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体中提取
到的细菌全部是S型细菌。(× )
[解析]将加热致死的S型细菌和R型活细菌混合注射到小鼠体内，从小鼠尸体
中可提取到R 型细菌和S型细菌。
(2)格里菲思通过肺炎链球菌转化实验证明了DNA 是遗传物质。(× )
[解析]格里菲思通过肺炎链球菌转化实验推断已经加热致死的S型细菌中含
有促使R 型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——“转化因子”,未证明DNA
是遗传物质。
练 习
(3)用含32P的完全培养基培养噬菌体，可以得到32P标记的噬菌体。 ( × )
[解析]噬菌体是病毒，营寄生生活，必需用活细胞培养。
(4)豌豆细胞内既有DNA, 也有RNA, 但是DNA 是豌豆的主要遗传物质。(× )
[解析]豌豆细胞内既有DNA, 也有RNA, 但只有DNA 是遗传物质。
(5)绝大多数生物的遗传物质是DNA, 只有极少数生物的遗传物质是RNA。 因
此，DNA 是主要的遗传物质。( √ )
练 习