3.1 DNA是主要的遗传物质 课件 (共37张PPT)

(共37张PPT)
第1节
DNA是主要的遗传物质
SW生老师
问题探讨
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。
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。
DNA
蛋白质
染色质
染色体
20世纪20年代
（1）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方式排列，形成不同的蛋白质。
（2）氨基酸的多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
蛋白质是生物体的遗传物质
一、对遗传物质的早期推测
20世纪30年代
（1）DNA 是由许多脱氧核苷酸连接而成的生物大分子。
（2）脱氧核苷酸有4种,每种有一个特定的碱基。但人们对 DNA 的结构尚无清晰了解。
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位
1928年，英国的格里菲思用一种细菌——肺炎链球菌感染小鼠实验。
多糖类荚膜
S型细菌
R型细菌
二、格里菲思的体内转化实验
S型细菌
R型细菌
光滑
粗糙
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
　有毒性，可致死
无毒性
形态
结构
毒性
多糖类荚膜
菌落表面
肺炎链球菌类型
(使人患肺炎,使老鼠患败血症)
1.将R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。
2.将S型活细菌注射到小鼠体内，患败血症死亡。
3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。
4.将R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后注射到
小鼠体内，小鼠患败血症死亡。
实验过程
第一组：
R型活细菌+小鼠
小鼠不死亡
第二组：
S型活细菌+小鼠
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
第三组：
加热后杀死的S型细菌+小鼠
小鼠不死亡
R型活细菌是无毒的。
S型活细菌是有毒的
加热后杀死的S型细菌是无毒的。
第四组：
R型活细菌+加热后杀
死的S型细菌+小鼠
小鼠死亡,从小鼠体内分离出R型活细菌、S型活细菌
无毒性的R型活细菌在与被加热后杀死的S型细菌混合后，转化为 型活细菌，而且这种性状 (是/否)可以遗传的。
有毒性的S
是
实验过程
格里菲思推论：
加热后杀死的S型细菌
某一活性物质——“转化因子”
R型活细菌
S型活细菌
转化
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
但究竟哪一个才是转化因子呢？
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
对S型细菌中的物质进行提纯和鉴定
获得S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等物质
哪种物质将R型细菌转化为S型细菌，则该物质就是转化因子
分别与R型细菌混合培养
艾弗里的研究思路：
三、艾弗里的体外转化实验
第一组：
实验结果：
培养基上出现了两种菌落，一种表面光滑S型细菌、一种表面粗糙R型细菌。
第二~四组：
培养基上出现了两种菌落，一种表面光滑S型细菌、一种表面粗糙R型细菌。
实验结果：
实验结果：
第五组：
培养基上只出现一种表面粗糙的菌落R型细菌。
实验结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
1.体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？
实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。
2.在证明DNA是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？
必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。
项目 体内转化实验 体外转化实验
培养 细菌 _____体内培养 _______体外培养
实验 原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌体内各成分的相互对照
实验 结果 已经被加热杀死的S型细菌能使R型活细菌转化为_________ ________________能使R型细菌转化为S型细菌
小鼠
培养基
S型细菌
S型细菌的DNA
格里菲思肺炎链球菌转化实验和艾弗里肺炎链球菌转化实验的比较
实验 结论 已经被加热杀死的S型细菌体内含有某种“_________” _____是S型细菌的遗传物质，而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R型和S型肺炎链球菌； ②体内转化实验是基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有________________，而体外转化实验则进一步说明_______________________ ③实验设计都遵循对照原则、单一变量原则 转化因子
DNA
某种“转化因子”
“转化因子”就是DNA
格里菲思肺炎链球菌转化实验和艾弗里肺炎链球菌转化实验的比较
(1)体内转化实验不能简单地说成 S 型细菌的 DNA 可使小鼠死亡，而是具有毒性的 S 型细菌，使小鼠致死。
(2)在转化过程中并不是所有的 R 型细菌均转化成 S 型细菌，只有少部分 R 型细菌转化为 S 型细菌。
(3)在加热杀死的 S 型细菌中，其蛋白质变性失活，但不要认为 DNA 也变性失活。 DNA 在加热过程中，双螺旋解开,氢键被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
易错提醒
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。
有没有比细菌更简单的实验材料及更有说服力的实验呢？
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法完成了一个更有说服力的实验。
实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌
T2噬菌体中60%是蛋白质,40%是DNA
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
① 是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
② 头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA。
③在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌。
④ 子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。
噬菌体
大肠杆菌
T2噬菌体特点：
侵入别的细菌
注入
合成
释放
吸附
组装
侵染过程：
吸附——注入——合成——组装——释放
DNA和蛋白质,应分别标记哪一种元素？为什么？
1、实验设计思路：
把蛋白质和DNA区分开，直接地、单独地观察DNA和蛋白质的作用。
2、实验方法：放射性同位素标记法
蛋白质的组成元素：
DNA的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N 、P
S
P
（用35S做标记）
（用32P做标记）
32P
35S
标记
DNA
蛋白质
标记
如何使最初的噬菌体带有放射性呢？能否直接在液体培养基中培养噬菌体？
（3）噬菌体侵染细菌
（1）先标记大肠杆菌
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）再标记T2噬菌体
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体
1、短时间保温： 使T2噬菌体的遗传物质侵入大肠杆菌繁殖子代
2、搅拌:使吸附在细菌上的T2噬菌体与大肠杆菌分离
3、离心：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
4、检测：沉淀物留下被感染的大肠杆菌
实验说明：
被标记的35S-蛋白质外壳未进入大肠杆菌，也未参与子代噬菌体的形成。
35S标记
的噬菌体
35S标记的噬菌
体与细菌混合
细菌裂解
沉淀物的
放射性很低
上清液的
放射性很高
没有检测到35S
搅拌后离心
离心后
35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌的实验
实验说明：被标记的32P -DNA进入大肠杆菌，且参与子代噬菌体的形成。
32P标记
的噬菌体
32P标记的噬菌
体与细菌混合
细菌裂解
沉淀物的
放射性很高
上清液的
放射性很低
检测到32P
搅拌后离心
离心后
32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的实验
35S标记的噬菌体 32P标记的噬菌体
上清液
沉淀物
子代噬菌体
结论 放射性很高
放射性很低
无放射性
放射性很高
放射性很低
有放射性
◇蛋白质没有进入细菌细胞
◇DNA进入到细菌的细胞中
◇DNA才是噬菌体的遗传物质
不能证明蛋白质不是遗传物质
放射性分析
1、在第一组实验中为什么沉淀物有放射性？
搅拌不充分，被标记的35S-蛋白质没有从大肠杆菌表面脱落，离心机离心后会随着大肠杆菌沉于试管底部。
2、在第二组实验中为什么上清液有放射性？
(1)保温时间过短，部分噬菌体未侵染大肠杆菌，受到离心作用浮于上清液中。
(2)保温时间过长，部分噬菌体从大肠杆菌体中释放出来，经过离心作用会浮于上清液中。
子代噬菌体组成物质来源分析
1、蛋白质外壳来源
寄主细胞提供原料氨基酸，在寄主细胞的核糖体上合成，与亲代噬菌体的蛋白质外壳无关。
2、DNA来源
释放的众多子代噬菌体中，只有少数含有亲代噬菌体 DNA 的单链，其余子代噬菌体的 DNA 均由寄主细胞提供原料合成，不含亲代噬菌体的 DNA 。
DNA是唯一的遗传物质吗？
烟草花叶病毒
冠状病毒
背景知识：烟草花叶病毒TMV是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。
如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
五、RNA是遗传物质的实验
RNA
蛋白质
感染
不感染
烟草花
叶病毒
烟叶
烟叶
得花叶病
不得花叶病
结论：烟草花叶病毒的RNA控制其性状，RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。
课后总结
课后练习
一、概念检测
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
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
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。
实验表明，T2噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌体内的是T2噬菌体的DNA，而T2噬菌体的蛋白质外壳却留在细胞外。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代T2噬菌体是利用亲代T2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。
肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验表明，DNA作为遗传物质至少要具备以下几个条件：能够准确地进行复制；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定等