3.1DNA是主要的遗传物质课件(共42张PPT2个视频)-2024-2025学年下学期高一生物（人教版）必修2

(共42张PPT)
必修二遗传与进化杂交杂交自交自交第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
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界激烈的讨论。
1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
遗传物质能够储存大量遗传信息；
准确复制并传递给下一代；
控制生物的性状和新陈代谢；
结构比较稳定，可发生突变，亦遗传
给后代。
讨论
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些
分离特定的物质能否遗传给下一代；同位素标记法，分离提纯法等。
20世纪20年代：
蛋白质是由多种（21种）氨基酸连接而成的生物大分子。
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
大多数科学家认为：
蛋白质是生物体的遗传物质
20世纪30年代：
DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子（4种），组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每种脱氧核苷酸都有特定的碱基。
但由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
一、对遗传物质的早期推测
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。
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。
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？
蔡斯
DNA
蛋白质
染色体
蛋白质是遗传物质
蛋白质(氨基酸)多种多样
DNA（结构不清楚）
1946年诺贝尔化学奖：证明酶的本质是蛋白质。在当时对蛋白质的研究很热门，蛋白质是遗传物质占主流观点！
而由于对DNA的结构没有清晰的了解，核酸权威专家认为DNA是单调重复的分子，无特异性，缺乏信息携带能力。
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
有无毒性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 rough
有（可致病，使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡）
无（不致病）
（一）肺炎链球菌
二、肺炎链球菌的体内转化实验
1928年，格里菲思
实验材料：
小白鼠和R型、S型肺炎链球菌
败血症（septicemia），是指细菌进入血液循环，并在其中生长繁殖、产生毒素而引起的全身性严重感染。临床表现为发热、严重毒血症状、皮疹瘀点、肝脾肿大和白细胞数增高等。分革兰阳性球菌败血症、革兰阴性杆菌败血症和脓毒败血症。以抗生素治疗为主，辅以其他治疗方法。预防措施为避免皮肤粘膜受损，防止细菌感染。
肺炎链球菌体内转化实验过程
实验中控制单一变量和设置对照组。
自变量：注射的菌种类型
因变量：小鼠的存活情况
无关变量：小鼠的生理状况、菌种注射计量等
格里菲思实验的自变量、因变量和无关变量分别是什么
格里菲思是如何设计实验的？
可遗传
第4组 R型活菌+加热杀死S型菌
S型活菌+R型活菌
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”
推断
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
“谁在转化实验中起作用”，“转化因子究竟是什么物质”
实验思路：把S型细菌的各种物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
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），观察能否使得R型细菌发生转化。
三、肺炎链球菌的体外转化实验（艾弗里和他的同事）
实验结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，DNA是转化因子。DNA是遗传物质。
实验同时说明：蛋白质等物质不是遗传物质，DNA的水解产物也不是遗传物质。
S型菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型菌转化成S型菌
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。
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
R型细菌转化为S型细菌的本质：
基因重组
　　1.实际情况：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，无法真正提取出纯DNA来进一步验证遗传物质就是DNA。有没有可能是DNA上仍沾有的0.02%蛋白质是转化因子呢？
　　2.当时科学界深信蛋白质是遗传物质，DNA只是单调重复的大分子。
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，仍有人对实验结论表示怀疑。
有没有比细菌更为简单的实验材料？有没有更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
T2噬菌体结构简单，只有蛋白质外壳和DNA构成。
四、噬菌体侵染细菌的实验
（一）T2噬菌体的结构模式图
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，进行实验
侵入别的细菌
合成
组装
释放
吸附
注入
（吸附，注入，合成，装配，释放）
（二）T2噬菌体侵染细菌的过程
T2噬菌体是专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，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。
T2噬菌体侵染大肠杆菌
组装
裂解、释放
注入
吸附
合成
②大肠杆菌+含32P的培养基
含32P的大肠杆菌
①T2噬菌体+含35S的大肠杆菌
②T2噬菌体+含32P的大肠杆菌
（四）T2噬菌体侵染大肠杆菌实验过程
第一步：标记大肠杆菌
含35S的大肠杆菌
①大肠杆菌+含35S的培养基
第二步：标记T2噬菌体（用标记的大肠杆菌分别培养T2噬菌体）
含35S的T2噬菌体
含32P的T2噬菌体
(三）实验技术
同位素标记法
元素 C H O N P S
同位素 14C 3H 18O 15N 32P 35S
提示：T2噬菌体的化学组成中，仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。
DNA
蛋白质
32P
DNA
蛋白质
35S
T2噬菌体
蛋白质（C、H、O、N、S）
DNA （ C、H、O、N、P）
第三步：用35S或32P标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌
搅拌的目的：
使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体与大肠杆菌分离
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T2噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外
上清液是噬菌体蛋白质外壳，沉淀物是细菌及其细胞内的噬菌体。
结果说明：
侵染大肠杆菌时T2噬菌体的DNA进入细菌的细胞中
赫尔希和蔡斯的实验：实验结果
亲代T2噬菌体
35S标记蛋白质
32P标记DNA
子代T2噬菌体
外壳蛋白质
无35S标记
DNA有32P
标记
实验结论
DNA分子才是真正的遗传物质
（五）噬菌体侵染细菌的实验表明:
在噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外，亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质。
因此,子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的，DNA才是噬菌体的遗传物质。
但没有证明蛋白质不是遗传物质
可能搅拌不充分
为什么含35S噬菌体侵染细菌，沉淀物中还有很低放射性？
由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
可能保温时间过长或多短
为什么含32P噬菌体侵染细菌，上清液中还有很低放射性？
①保温时间过短，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。
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。
思考·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？
个体小，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，繁殖快。
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？
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）
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：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：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。
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
分别侵染健康烟草植株
得到全新病毒
不能得到病毒
患病
不患病
五、烟草花叶病毒侵染烟草实验
RNA
蛋白质
艾滋病病毒
流感病毒
SARS病毒
细胞生物：（细胞核、细胞质）
DNA
RNA：仅限于某些病毒的遗传物质（烟草花叶病毒、艾滋病病毒、流感病毒、SARS病毒）
DNA病毒（只有DNA，无RNA）
DNA、RNA同时存在
遗传物质
4、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。但肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质。
3、在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、SARS-CoV-2、流感、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。
2、凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物质是DNA。
1、一切生物的遗传物质是核酸
肺炎双球菌 体内转化实验 肺炎双球菌 体外转化实验 噬菌体侵
染细菌实验
实验者
思 路 分离方式
结 论
设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是
酶解法:
分别加入到R型菌中
同位素标记法：
标记DNA或蛋白质
DNA是遗传物质
格里菲思
艾弗里
赫尔希和蔡斯
加热杀死的S型菌体内有“转化因子”
三个经典实验对比
DNA是主要的遗传物质
DNA
RNA
证 据
绝大多 数生物
少数 病毒
肺炎链球菌转化实验
噬菌体侵染细菌的实验
体 内转 化实 验
体 外转 化实 验
S型细菌中存在“转化因子”，使R型活细菌转化为S型活细菌。
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
DNA是遗传物质。
格里菲思
艾弗里
赫尔希、蔡斯
烟草花叶病毒侵染实验
证 据
科学方法：P46
自变量控制中的“加法原理”和“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“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，利用了“加法原理”；
与常态相比，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。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一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，这利用了“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”。
但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子，这就是实验设计的“减法原理”
1.（2021全国高考）在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验，结合现有生物学知识所做的下列推测中，不合理的是（ ）
A．与R型菌相比，S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关
B．S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成
C．加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响
D．将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌D
D
2.（2020浙江高考）下列关于“肺炎双球菌转化实验”的叙述，正确的是（ ）
A．活体转化实验中，R型菌转化成的S型菌不能稳定遗传
B．活体转化实验中，S型菌的荚膜物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌
C．离体转化实验中，蛋白质也能使部分R型菌转化成S型菌且可实现稳定遗传
D．离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
D
课堂练习及作业：
3.某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验，进行了以下4个实验:
①S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠
②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠
③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠
④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是
A.存活、存活、存活、死亡 B.存活、死亡、存活、死亡
C.死亡、死亡、存活、存活 D.存活、死亡、存活、存活
D
4.下图是T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的部分步骤示意图，下列对此实验的有关叙述，正确的是(　　)
A．本实验使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的
B．本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA
C．实验中采用搅拌和离心等操作是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性
D．在新形成的噬菌体中没有检测到35S，说明噬菌体的遗传物质是DNA，不是蛋白质
B
5．艾弗里完成肺炎双球菌的转化实验后，持反对观点者认为：“DNA可能只是在细胞表面起化学作用形成荚膜，而不是起遗传作用”。已知S型肺炎双球菌中存在能抗青霉素的突变型(这种青霉素的抗性不是荚膜产生的)。下列实验设计思路能反驳上述观点的是(　　)
A．R型细菌＋抗青霉素的S型细菌DNA→预期出现抗青霉素的S型细菌
B．R型细菌＋抗青霉素的S型细菌DNA→预期出现S型细菌
C．R型细菌＋S型细菌DNA→预期出现S型细菌
D．R型细菌＋S型细菌DNA→预期出现抗青霉素的R型细菌
A
6.下图是格里菲思实验部分示意图，下列有关说法正确的是
A．两组实验对照，证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
B．第一组小鼠不死亡，是因为肺炎链球菌的DNA和蛋白质均已变性
C．第二组小鼠死亡，说明有R型细菌转化成了S型细菌，进一步说明加热致死的S型细菌中存在转化因子
D．从第二组死亡小鼠体内分离出的肺炎链球菌在培养基上培养，都会产生光滑菌落
C
7.下列有关赫尔希和蔡斯研究T2噬菌体浸染大肠杆菌的实验错误的是（ ）
A.子代噬菌体DNA中的部分元素来自亲代噬菌体
B.35S标记的T2噬菌体的获得需用35S标记的大肠杆菌培养
C.用32P标记的T2噬菌体浸染大肠杆菌，上清液中检测到较高的放射性，可能是因为培养时间过长
D.浸染过程中所需的ATP可由大肠杆菌的线粒体所供
D
大肠杆菌是原核生物，无线粒体
8.赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的叙述正确的是（ ）
A.实验中可用15N代替32P标记DNA
B.噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的
C.噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌
D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
C
DNA和蛋白质都含有N元素
该实验证明了T2噬菌体的遗传物质是DNA
子代T2噬菌体的外壳蛋白是由T2噬菌体的DNA控制合成的
9.某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，进行了如下实验：
①用32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌；
②用未标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌；
③用15N标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。
一段时间后进行离心，检测到放射性存在的主要部位依次是
A．沉淀物、上清液、沉淀物和上清液
B．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
C．沉淀物、上清液、沉淀物
D．上清液、上清液、沉淀物和上清液
B
(2017全国高考题） 10.根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出⑴实验思路，⑵预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）
⑴思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
⑵结果及检测：若甲组收集的病毒含有放射性而乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
1.枯草杆菌具有不同类型，其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌种提取的某种物质，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
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
D
A
练习与应用P47
一、概念检测
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。
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。
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。
作为遗传物质至少要具备以下几个特点：
能够精确的自我复制；
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；
具有储存遗传信息的能力；
结构比较稳定，等等。
二、拓展应用
转化实验中，小鼠体内S型细菌和R型细菌的含量变化曲线如下图所示：
（1）ab段：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，ab时间段内，小鼠体
内还没形成大量的R型细菌的抗体，故该时间
段内R型细菌数量增多。
（2）bc段：小鼠体内形成大量的抗R型细菌的
抗体，致使R型细菌数量减少。
（3）cd段：c点对应的时间点之前，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
免疫力，导致R型细菌大量繁殖，所以cd段R型细菌数量增多。