3.1 DNA是主要的遗传物质 课件（共37张PPT）

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3.1 DNA是主要的遗传物质
第3章 基因的本质
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。
讨论
1、你认为遗传物质可能具有什么特点
遗传物质应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，等等。
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。
染色体、蛋白质和DNA示意图
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代
人们认识到各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白质。氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。因此，当时大多数的科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质。
20世纪30年代
发现DNA是由4种含氮碱基不同的脱氧核苷酸聚合成的生物大分子，本可以使人意识到DNA很重要。但是对DNA的结构没有清晰的了解，蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
A
P
脱氧
核糖
G
P
脱氧
核糖
C
P
脱氧
核糖
T
P
脱氧
核糖
脱氧核苷酸的化学组成
二、肺炎双球菌的转化实验
1.S菌和R菌
2.艾弗里的体外转化实验
1.格里菲斯的体内转化实验
（1）S菌和R菌
（2）实验过程
（3）实验结论
（4）几点说明
（1）S菌和R菌
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
有无致病（毒）性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 Rough
无
多糖
荚膜
无多糖
荚膜
有（人鼠患肺炎，小鼠败血症死亡）
（2）实验过程
注射
R型
活细菌
01
02
注射
S型
活细菌
03
注射加热致死的S型细菌
04
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
小鼠不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
小鼠不死亡
小鼠死亡，从小鼠体内分离出S型活细菌
（3）实验结论
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。
（4）几点说明
实验中控制单一变量和设置对照组。
第四组实验中，只有少数R菌发生转化，因此，在小鼠体内R菌和S菌是共存的。
转化的原理是基因重组。
2.艾弗里的体外转化实验
（1）实验思路
（2）实验过程
（3）实验结论
（4）自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理”
（1）实验思路
每个实验组中特异性地除去了一种物质，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。
（2）实验过程
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
混合
R型细菌
S型细菌
第一组
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
+
混合
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
R型细菌
S型细菌
第二至四组
+
混合
DNA酶
S型细菌的细胞提取物
有R型细菌的培养基
只长R型细菌
第五组
（3）实验结论
实验表明，细胞提取物中含有前文所述的转化因子，而转化因子很可能就是DNA。
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化性质，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是，艾弗里提出了不同于当时大多数科学家观点的结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质，而其他物质如蛋白质、RNA等不是。
（4）自变量控制中的“加法原理” 和“减法原理”
在对照实验中控制自变量，可以采用“加法或减法原理”；
与常态相比，人为去除某种影响因素的称为减法原理。例如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，这利用了“减法原理”。
与常态比较，人为增加某种影响因素的称为加法原理。例如在必修一酶一节中“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别做了加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，利用了“加法原理”。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体
2.T2噬菌体侵染实验
3.实验结论
4.注意事项
5.思考讨论
6.和艾弗里实验思路的共同之处
7.DNA是主要的遗传物质
1.T2噬菌体
组成及其生活方式
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，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。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。
蛋白质
DNA
尾部
头部
1.T2噬菌体
侵染过程
2.T2噬菌体侵染实验
设计思路
将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
用同位素标记法分别标记蛋白质和DNA，用35S标记蛋白质，用32P标记DNA，以此来区分蛋白质和DNA。
完成人
1952年，美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术完成的。
相关信息
在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。
对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。
2.T2噬菌体侵染实验
实验过程
第一步：分别标记大肠杆菌
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.T2噬菌体侵染实验
实验过程
第二步：分别标记T2噬菌体
含有35S或32P的培养基+大肠杆菌
含35S或32P的大肠杆菌
未标记的噬菌体分别侵染
含35S或32P的噬菌体
2.T2噬菌体侵染实验
实验过程
搅拌的目的：
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
离心的目的：
让上清液中析出T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌
结果说明：
侵染大肠杆菌时噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。
第三步：侵染、保温、搅拌、离心、检测
搅拌后离心
35S标记的噬菌体
35S标记的噬菌体与未标记的大肠杆菌混合、短时间保温
离心后
上清液
沉淀物
上清液的放射性很高
沉淀物的放射性很低
大肠杆菌裂解
在新形成的噬菌体中没有检测到35S
用32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
2.T2噬菌体侵染实验
实验过程
第三步：侵染、保温、搅拌、离心、检测
搅拌后离心
32P标记的噬菌体
32P标记的噬菌体与未标记的大肠杆菌混合、短时间保温
离心后
上清液
沉淀物
上清液的放射性很低
沉淀物的放射性很高
大肠杆菌裂解
在新形成的部分噬菌体中检测到32P
用32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌
结果说明：
侵染大肠杆菌时噬菌体的DNA进入细菌的细胞中。
3.实验结论
赫尔希和蔡斯的实验表明：噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。
因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代DNA遗传的。
DNA才是噬菌体的遗传物质。
4.注意事项
35S标记的实验发现沉淀物中也有放射性的原因
搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
32P标记的实验发现上清液中也有放射性的原因
培养（保温）时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；
培养（保温）时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
讨论：
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？
细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点：
（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20~30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
5.思考讨论
证明DNA是遗传物质的实验
证明DNA是遗传物质的实验
讨论：
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？
从控制自变量的角度，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）。
5.思考讨论
证明DNA是遗传物质的实验
讨论：
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。
5.思考讨论
6.和艾弗里实验思路的共同之处
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
7.DNA是主要的遗传物质
绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的，某些病毒以RNA作为遗传物质，所以DNA是主要的遗传物质。
A型TMV
B型TMV
侵染
侵染
侵染
侵染
A型TMV
B型TMV
烟草花叶病毒（RNA病毒）侵染实验
四、习题检测
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
习题检测
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
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
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，噬菌体在侵染大肠杆菌时，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。
习题检测
4.结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌休侵染细菌的实验。分析DNA作为遗传物质所具备的特点。
肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：
①能够精确地复制自己；
②能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；
③具有贮存遗传信息的能力；
④结构比较稳定等。
习题检测
授课人：
再会