3.1 DNA是主要的遗传物质- 课件(共63张PPT) 高中生物2025-2026学年人教版（2019）必修2

(共63张PPT)
第1节
DNA是主要的遗传物质
第3章 基因的本质
学习目标
1.说出对遗传物质的早期推测。
2.阐述肺炎链球菌转化实验的过程和结论(重、难点)。
3.阐述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程和结论以及烟草花叶病毒感染实验的过程和结论(重、难点)。
4.说明DNA是主要的遗传物质。
科学家的足迹
1
1866年
孟德尔发现遗传定律
遗传物质是蛋白质还是DNA
2
1891年
科学家描述减数分裂全过程
3
1903年
萨顿假说：基因和染色体存在平行关系
5
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
1909年
4
摩尔根证明：
基因在染色体上
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。在这两种给物质中，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。
DNA
蛋白质
染色质
染色体
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。在这两种给物质中，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。
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
目标一　
对遗传物质的早期推测
人们认识到 蛋白质 是由多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。
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。脱氧核苷酸有4种，每种有一个特定的碱基。
没发现其他大分子有类似的结构特点。
蛋白质是生物体的遗传物质。
意识到DNA的重要性，但对DNA结构没有清晰认识。
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。
20世纪20年代
20世纪30年代
对遗传物质的早期推测
遗传物质可能具有什么特点？
1.具有相对稳定的结构
2.能贮存大量的遗传信息
3.能自我复制，使亲子代具有一定的连续性
4.能指导蛋白质合成，从而控制生物的性状
5.能产生可遗传变异
对遗传物质的早期推测
DNA是遗传物质的证据的几个实验
格里菲思的体内转化实验
艾弗里的证明转化因子实验
肺炎链球菌的转化实验
1
（1）
（2）
赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌实验
2
目标二　
肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲思的体内转化实验
实验材料：
R型、S型肺炎双球菌和小白鼠
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
无
荚膜的化学本质是多糖
多糖
荚膜
1.格里菲思的体内转化实验
说明R型菌无毒性
说明S型菌有毒性
说明加热杀死的S型菌失去毒性
R型菌
对照原则、单一变量原则
第1组
第2组
第3组
第4组
请阅读教材第43页的内容，思考完成下列问题：
1．分析该实验的自变量
注入的肺炎链球菌的类型和死活
2．分析该实验的实验组和对照组
第一至三组为对照组，第四组为实验组
3．对比第一、第二组的实验现象，说明了什么？
R型活细菌不会使小鼠死亡，而S型活细菌可使小鼠死亡。
1.格里菲思的体内转化实验
请阅读教材第43页的内容，思考完成下列问题：
4．对比第二、第三组的实验现象，说明了什么？
加热致死的S型细菌不会使小鼠死亡。
5．第四组中分离出的S型活菌，是加热杀死的S型细菌复活了吗？
不是，通过第三组可以排除这种可能。
6．本实验能得出什么结论？
加热杀死的S型细菌中存在某种转化因子，能使R型细菌转化为S型细菌。
1.格里菲思的体内转化实验
1.格里菲思的体内转化实验
从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以判断：已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—“转化因子” 。
R型菌
S型菌
转化因子
S型菌
后代
“谁在转化实验中起作用”，“转化因子究竟是什么物质”
1. 加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁
是转化因子？
多糖
脂质
蛋白质
DNA
RNA
…
2. 要进一步证明哪种物质是转化因子，实验中
最关键的设计思路是什么？
关键思路：设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用。
1.格里菲思的体内转化实验
2.艾弗里的证明转化因子实验
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
S型细菌
R型细菌
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
S型细菌
R型细菌
混合
混合
有R型细菌的培养液
S型细菌的细胞提取液
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
第1组
第2-第4组
第5组
请阅读教材第44页的内容，思考完成下列问题：
1．概述该实验的设计思路。
用酶解法分别去除细胞提取液中各种成分后，观察能否将R型细菌转化。
2．分析该实验的自变量
向培养基中加入的S型菌的成分不同。
3．分析该实验的实验组
第一至四组为对照组
第五组为实验组。
2.艾弗里的证明转化因子实验
请阅读教材第43页的内容，思考完成下列问题：
4．第一组将加热致死的S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合培养，实验结果是培养皿中长出了S型活细菌。这说明什么？
S型细菌的细胞提取物（蛋白质、脂质和RNA、DNA）中含有促使R型细菌转化为S型细菌的物质-转化因子。
5．实验中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
加入蛋白酶是为了证明实现转化的不是蛋白质；
加入RNA酶是为了证明实现转化的不是RNA；
加入酯酶是为了证明实现转化的不是酯类物质。
2.艾弗里的证明转化因子实验
请阅读教材第43页的内容，思考完成下列问题：
6．第一至四组的实验结果为什么既有R型细菌，又有S型细菌？
S型细菌中的转化因子只能使部分R型细菌发生转化。
7．第五组，用DNA酶处理S型细菌的细胞提取液之后再与R型活细菌混合培养，为什么培养皿中只有R型细菌？
DNA酶能水解DNA，从而破坏了DNA分子的结构，使其丧失转化功能。
2.艾弗里的证明转化因子实验
由此说明：蛋白质、荚膜多糖和用DNA酶处理的DNA均不引起转化，而DNA却能引起转化。
实验结论：“转化因子”是DNA，DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。
2.艾弗里的证明转化因子实验
基因重组
R型细菌转化为S型细菌的本质：
S型细菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型细菌
X基因吸附在R型细菌表面
X基因进入R型细菌
重组
R型细菌转化成S型细菌
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
比较：格里菲斯肺炎链球菌转化实验和艾弗里肺炎链球菌转化实验
格里菲斯的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验
培养细菌的场所
自变量
观察现象
实验技术方法
实验结论
小鼠体内
培养基（体外）
注射的肺炎链球菌的类型、死活
加入培养基的S型菌的成分
小鼠的死活（肺炎链球菌的毒性）
菌落的类型
注射法
酶解法、细菌培养技术
S型细菌内存在转化因子
S型细菌的DNA是遗传物质
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”。
科学方法
加法原理
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”；
核心归纳
(1)转化的实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，使其获得了新的遗传信息，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。
(2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
1.为研究导致R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化因子是DNA还是蛋白质，科学家进行了肺炎链球菌转化实验。其基本过程如图所示：
下列叙述错误的是
A.甲组培养皿中只有一部分R型细菌发生了转化
B.乙组培养皿中有光滑和粗糙两种菌落，可推测蛋白酶不能分解转化因子
C.丙组培养皿中观察到的现象是只长出光滑的菌落
D.该实验可以证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA
√
解析　R型细菌转化形成S型细菌的转化效率非常低，因此甲组培养皿中只有一部分R型细菌发生了转化，A正确；
蛋白酶只能分解蛋白质，不能分解DNA，DNA是转化因子，因此乙组中有R型和S型两种细菌，即光滑和粗糙两种菌落，B正确；
DNA酶能分解DNA，因此丙组中无转化因子，最终培养基上只有一种R型细菌，没有荚膜，属于粗糙型，C错误；
该实验分别用DNA酶和蛋白酶处理，观察是否能将R型细菌转化为S型细菌，从而证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA，D正确。
2.关于肺炎链球菌的转化实验，下列说法正确的是
A.S型细菌有荚膜，形成的菌落表面光滑，无致病性
B.艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
C.格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了S型肺炎链球菌的DNA可使R型细菌发生转化
D.艾弗里的实验中采用了自变量控制中的“加法原理”
√
解析　S型细菌的菌体有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑，有致病性，A错误；
格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了S型肺炎链球菌中存在某种转化因子，并未证明转化因子是什么，C错误；
艾弗里的实验中采用了自变量控制中的“减法原理”，D错误。
目标三　
噬菌体侵染细菌的实验
艾弗里的实验不但没有使科学界接受，反而引起了科学界许多人怀疑。
有没有可能DNA上仍沾有蛋白质，极少的蛋白质就是转化因子呢？
科学界的怀疑、否定，不但没有能动摇艾弗里等人继续探索的坚定信心，反而加强了他们的信念，为进一步明确、探索而奋斗。
在1949年艾弗里及同事将DNA中蛋白质的污染降到0.02%，但仍未能改变人们的观点。
是否有更好的实验材料，可以不用经过人工提纯DNA，就能单独地去观察DNA或蛋白质的作用呢？
终于在1952年，由美国科学家赫尔希和蔡斯找到了一种理想的实验材料——T2噬菌体，通过噬菌体侵染细菌的实验从而证实了… …
玛莎·蔡斯
赫尔希
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的新技术，完成了一个更有说服力的实验。
1. T2 噬菌体简介
1. T2 噬菌体简介
1. T2 噬菌体简介
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。
T2噬菌体
1. T2 噬菌体简介
T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程
1. T2 噬菌体简介
侵入别的细菌
合成
组装
释放
吸附
侵入
吸附，注入，合成，装配，释放
噬菌体不是整个进入大肠杆菌体内。研究表明：空壳噬菌体能吸附但不能产生子代噬菌体，因此空壳噬菌体不含遗传物质，遗传物质在侵染时注入了大肠杆菌体内。
哪一种物质进入了大肠杆菌体内？
DNA和蛋白质不能直接看到，怎么办？
放射性分别标记DNA和蛋白质
选择什么元素进行放射性标记
组成元素
蛋白质:
DNA：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
35S
32P
2. 放射性同位素标记
用35S标记噬菌体的蛋白质
用32P标记噬菌体的DNA
可以直接标记噬菌体吗？
不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体
2. 放射性同位素标记
怎样用同位素分别标记DNA和蛋白质
（1）用分别含有35S 和32P的培养基培养细菌；
（2）用噬菌体分别侵染上述细菌；
（3）制备分离只含35S或只含32P的噬菌体。
3. 实验过程
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
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
3. 实验过程
3. 实验过程
标记的噬菌体
侵染大肠杆菌
短时间保温后搅拌
离心
搅拌使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；
保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
离心的目的是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。
3. 实验过程
35S标记的噬菌体
用35S标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌体中无35S
不能证明蛋白质不是遗传物质。
上清液放射性很高
说明T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。
沉淀物放射性很低
搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，随细菌离心到沉淀物中。
3. 实验过程
32P标记的噬菌体
说明T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。
说明DNA是真正的遗传物质
子代噬菌体中含32P
用32P标记的噬菌体与大肠杆菌混合
经短时间保温后用搅拌器搅拌
离心检测上清液和
沉淀物中的放射性物质
细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
沉淀物放射性很高
上清液放射性很低
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。
3. 实验过程
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 放射性高
无放射性
无放射性
放射性高
放射性低
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
3. 实验过程
标记细菌
标记噬菌体
噬菌体侵染未标记的细菌（短时间保温）
搅拌离心
观察放射性的分布
（一组用32P标记DNA，一组用35S标记蛋白质)　　　
搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离
离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
“短时间”：保证子代噬菌体的DNA和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成阶段，子代噬菌体还没有组装好，或虽已经组装但并未使细菌发生裂解
“保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。
但不能证明蛋白质不是遗传物质
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，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质
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，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
请阅读教材第45-46页的内容，思考完成下列问题：
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？
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）
请阅读教材第45-46页的内容，思考完成下列问题：
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。
启示：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。
请阅读教材第45-46页的内容，思考完成下列问题：
艾弗里实验 噬菌体侵染细菌实验
处理方式
对照原则
实验结论
设计思路 直接分离
同位素标记法
S型细菌的分离物质分别与
R型细菌混合培养相互对照
分别标记噬菌体DNA和蛋白质的两组实验相互对照
设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究各自不同的遗传功能
证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
证明DNA是遗传物质，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内）
两个经典实验的比较
1.赫尔希和蔡斯进行了噬菌体侵染细菌的实验，部分步骤如图所示，结果发现A中放射性很高，B中放射性很低。下列说法错误的是
A.图中亲代噬菌体的蛋白质被35S标记
B.用含放射性同位素标记的大肠杆菌来培养噬菌体
C.理论上B无放射性的原因是噬菌体的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌
D.本组实验能直接证明进入大肠杆菌体内的只有噬菌体DNA
√
解析　本实验只做了标记噬菌体蛋白质外壳的一组实验，缺少标记噬菌体DNA的实验，因此不能直接证明进入大肠杆菌体内的只有噬菌体DNA，D错误。
2.如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染大肠杆菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，能够找到的标记元素为
A.在蛋白质外壳中找到15N和35S
B.在DNA中找到15N和32P
C.在蛋白质外壳中找到15N
D.在DNA中找到15N、32P和35S
√
解析　合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到15N和35S，A、C错误；
噬菌体的DNA中不含S元素，D错误。
目标四　
DNA是主要的遗传物质
目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。
思考： 只有DNA是遗传物质吗？
下面这些生物的遗传物质是什么？
SARS病毒
艾滋病病毒（HIV）
COVID--19
流感病毒
RNA可作为某些病毒的遗传物质
RNA是遗传物质的实验证据
1.烟草花叶病毒侵染烟草的实验
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
蛋白质
RNA
分别侵染健康烟草植株
得到全新病毒
不能得到病毒
：
RNA
蛋白质
烟草花叶病毒（TMV）只含蛋白质和RNA
患病
不患病
2. 烟草花叶病毒（TMV）重建实验
RNA是遗传物质的实验证据
TMV 2
RNA 2
蛋白质 2
蛋白质 1+RNA 2
TMV 2
TMV 1
RNA 1
蛋白质 1
蛋白质 2+RNA 1
TMV 1
结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
：
重组病毒
感染
感染
烟草叶病斑
子代
子代
生物类型 所含核酸 遗传物质 举例
细胞生物 真核生物 动物、植物、真菌
原核生物 细菌、蓝细菌
非细胞生物 DNA病毒 T2噬菌体
RNA数病毒 艾滋病病毒、新型冠状病毒
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
RNA
DNA
绝大多数生物遗传物质是DNA，少数是RNA。因此，DNA是主要的遗传物质。
生物体内核酸的种类及遗传物质
5.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个毒株，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验中，实验过程与实验结果不对应的是
实验 编号 实验过程 实验结果 病斑类型 病斑中分离出的病毒类型
① a型TMV→感染植物 a型 a型
② b型TMV→感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
A.实验① B.实验②
C.实验③ D.实验④
√
解析　实验①：a型TMV→感染植物，病斑类型是a型，病斑中分离出的病毒类型是a型，A正确；
实验②：b型TMV→感染植物，病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型是b型，B正确；
实验③：组合病毒的RNA来自b型TMV的RNA，由于RNA病毒中RNA是遗传物质，因此组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物，病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型是b型，C错误。
2.下列关于生物遗传物质的叙述中，正确的是(　　)
A．细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA
B．所有生物的遗传物质都是DNA
C．具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是RNA
D．生物的遗传物质是DNA或RNA，具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA
D
课堂小结
DNA是主要的遗传物质
对遗传物质的早期推测
遗传物质的实验探索
DNA是主要的遗传物质
格里菲思的体内转化实验
艾弗里的特外转化实验
赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验
烟草花叶病毒感染烟草的实验
加热杀死的S菌体内含转化因子
S菌的DNA是转化因子（遗传物质）
噬菌体的遗传物质是DNA
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA