2019--2020人教版高中生物必修二同步课件：3.1 DNA是主要的遗传物质（75张PPT）

(共75张PPT)
第3章　基因的本质
第1节　DNA是主要的遗传物质
蛋白质
蛋白质
【自主预习】
二、肺炎双球菌的转化实验
1.肺炎双球菌:
光滑
有
粗糙
无
种　类 菌落特征 毒　性
S型菌 表面_____ ___毒性
R型菌 表面_____ ___毒性
2.格里菲思的体内转化实验:
(1)过程及现象:
不死亡
死亡
不死亡
死亡
S型活细菌
S型活细菌
(2)实验结论:加热杀死的S型细菌中含有_________,将
无毒性的R型活细菌转化为有毒性的__________。
转化因子
S型活细菌
3.艾弗里的体外转化实验:
(1)过程及现象:
DNA
S型细菌
荚膜多糖
S型细菌
DNA酶
R型细菌
R型细菌
R型细菌
(2)实验结论:使R型细菌产生稳定遗传变化的物质是
____,即____是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。
DNA
DNA
三、噬菌体侵染细菌的实验及DNA是主要的遗传物质
1.噬菌体侵染细菌实验:
(1)T2噬菌体。
①结构:
DNA
脱氧核苷酸
蛋白质
氨基酸
②与大肠杆菌的关系:_____。
③增殖特点:在自身_________的作用下,利用________
体内的物质合成自身的组成成分,进行大量增殖。
(2)实验方法:___________________。
寄生
遗传物质
大肠杆菌
放射性同位素标记法
35S
32P
35S
32P
高
低
高
低
(4)实验结果及结论(填表):
有
有
无
无
DNA
亲代噬菌体 寄主细胞内 子代噬菌体 实验结论
32P标记DNA ___ ___ ____是遗
传物质
35S标记蛋白质 ___ ___
2.验证RNA是遗传物质的实验及生物的遗传物质:
(1)验证RNA是遗传物质的实验。
①材料:_____________。
②过程及结果:
烟草花叶病毒
RNA
不出现烟草花叶病
③结论:______________。
(2)生物的遗传物质:绝大多数生物的遗传物质是____,
因此____是主要的遗传物质。
RNA是遗传物质
DNA
DNA
【预习小测】
1.肺炎双球菌分为S型和R型两种,下列有关其区别的说法正确的是　(　　)
A.S型细菌有荚膜,R型细菌无荚膜
B.R型细菌有荚膜,S型细菌无荚膜
C.S型细菌的菌落表面粗糙
D.R型细菌的菌落表面光滑
【解析】选A。R型细菌的特点是菌落表面粗糙,细胞外无荚膜;S型细菌的特点是菌落表面光滑,细胞外有荚膜。
2.最早人们认为蛋白质是生物的遗传物质的主要依据是　(　　)
A.氨基酸在蛋白质中的排列顺序多种多样
B.氨基酸种类成千上万
C.蛋白质性质稳定,高温下也不变性
D.对DNA结构了解透彻
【解析】选A。人们最早并不了解DNA等大分子物质,人们认为蛋白质中的氨基酸序列多种多样,可能蕴含遗传信息。蛋白质性质不稳定,高温下易变性失活。组成生物体蛋白质的氨基酸仅有约20种。
3.(2018·天津高一检测)噬菌体侵染细菌实验证实了DNA是遗传物质。该实验成功是由于噬菌体　(　　)
A.侵染大肠杆菌后会裂解宿主细胞
B.只有DNA进入大肠杆菌细胞中
C.DNA可用15N标记
D.蛋白质可用32P标记
【解析】选B。噬菌体侵染细菌实验中,用32P标记噬菌体的DNA,35S标记蛋白质,子代噬菌体中只含有32P,不含35S,从而说明只有噬菌体的DNA进入大肠杆菌,DNA是遗传物质。
4.在噬菌体侵染大肠杆菌的实验过程中,进行搅拌分离,得到的上清液中主要含有　(　　)
A.蛋白质外壳
B.较轻的大肠杆菌
C.尚未侵入的噬菌体
D.噬菌体和细菌的混合物
【解析】选A。噬菌体侵染大肠杆菌时,DNA进入大肠杆菌中,蛋白质外壳留在大肠杆菌外,因此离心后上清液中主要含有蛋白质外壳,故A正确。
5.(2018·长春高一检测)在肺炎双球菌转化实验中,将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后,注射到小鼠体内,下列能在死亡小鼠体内出现的细菌类型有　(　　)
①有毒R型　②无毒R型　③有毒S型　④无毒S型
A.①④　　　　B.②③　　　　C.③　　 　D.①③
【解析】选B。将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后,S型细菌中的物质在小鼠体内促使了R型向S型的转化,其实质是S型某些DNA片段进入R型细菌细胞中,与R型细菌的基因发生重组,故细胞中出现了有毒的S型细菌,另外在小鼠体内还有没有发生转化的无毒的R型细菌,B项正确。
主题1　肺炎双球菌的转化实验
【互动探究】
1.格里菲思的体内转化实验:
结合教材“图3-2肺炎双球菌的转化实验”,分析下列问题:
(1)分析对照实验得出实验结论。
①第一组与第二组对照可以说明_________________。
②第二组与第三组对照可以说明___________________
_______。
③_______与_______对照可以说明S型细菌为转化提供
了转化因子。
S型活细菌具有毒性
加热杀死的S型细菌失
去毒性
第一组
第四组
(2)该实验能否证明DNA是遗传物质?
提示:不能,只能证明S型细菌含有转化因子。
2.艾弗里的体外转化实验:
根据肺炎双球菌体外转化实验,分析下列问题:
(1)艾弗里通过实验探究“转化因子”时,最关键的设
计思路是________________________________________
________________________________________。
将S型菌内可能是转化因子的物质相互分离后,
单独观察各种物质对R型菌能否产生转化作用
(2)在艾弗里的实验中,设计多组实验的目的是_______
______________________________________。
(3)在艾弗里的实验中,一组实验为R型细菌与S型细菌
的DNA+DNA酶混合培养,试分析这一组实验的目的。
通过相
互对照,确定何种物质才是真正的转化因子
提示:DNA酶将DNA水解为脱氧核苷酸,水解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌,说明DNA必须保持完整才能完成其功能。同时,也从反面证明了DNA是遗传物质。
【拓展延伸】肺炎双球菌实验的三点提醒
(1)转化的实质是由于S型细菌的DNA整合到了R型细菌的DNA上,实现了基因的重新组合。
(2)加热使S型菌的蛋白质变性失活,但其DNA在加热过程中,双链被打开,当冷却至室温时,DNA的结构可恢复。
(3)在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌,而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、细菌的状态等因素影响。
【探究总结】两个肺炎双球菌转化实验的异同
(1)两个相同点。
①材料相同:均使用R型细菌和S型细菌。
②实验原则相同:均遵循了对照原则。
(2)两个不同点。
①方法不同:格里菲思是利用肺炎双球菌进行体内转化实验,艾弗里是利用肺炎双球菌进行体外转化实验。
②结论不同:格里菲思的体内转化实验证明加热后杀死的S型细菌中存在“转化因子”,艾弗里的体外转化实验证明了“转化因子”是DNA。
【探究训练】
1.(2018·揭阳高一检测)格里菲思用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验,关于实验的结论错误的是　(　　)
A.说明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA
B.说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌
C.说明了R型活细菌是无毒性的
D.说明了加热杀死的S型细菌是无毒性的
【解题指南】明确格里菲思的肺炎双球菌体内转化实
验没有证明何种物质是转化因子。
【解析】选A。该实验只能说明已经被加热杀死的S型
细菌中含有一种能将R型活细菌转化为S型细菌的“转
化因子”,至于该转化因子究竟是什么物质,当时并不
清楚,A项错误;根据实验加热杀死的S型细菌+R型活细菌→小鼠→死亡,说明了R型活细菌在一定条件下能够转化为S型细菌,B项正确;根据实验R型活细菌→小鼠→存活,说明了R型活细菌是无毒性的,C项正确;根据实验加热杀死的S型细菌→小鼠→存活,说明了加热杀死的S型细菌是无毒性的,D项正确。
2.艾弗里及其同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验,结果如下表所示。由表可知　(　　)
实验组号 接种菌型 加入S型细菌的物质 培养皿长菌情况
① R 蛋白质 R型
② R 荚膜多糖 R型
③ R DNA R型、S型
④ R DNA(经
DNA酶处理) R型
A.①不能证明S型细菌的蛋白质不是转化因子
B.②说明S型细菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型细菌的DNA是转化因子
D.①～④说明DNA是主要的遗传物质
【解题指南】观察表格中两方面的信息:一是加入的物
质不同,二是哪组实验发生了细菌转化(R型细菌→S型
细菌)。另外,要明确第④组实验的目的。
【解析】选C。A项,①组:R型细菌+S型细菌的蛋白质,
只长出R型细菌,说明蛋白质不是转化因子。B项,②
组:R型细菌+S型细菌的荚膜多糖,只长出R型细菌,说明
荚膜多糖不是转化因子;无法证明S型细菌的荚膜多糖
有酶活性。C项,③组:R型细菌+S型细菌的DNA,结果既有R型细菌又有S型细菌,说明S型细菌的DNA可以使R型细菌转化为S型细菌。④组:用DNA酶将S型细菌的DNA水解,结果只长出R型细菌,说明DNA的水解产物不能使R型细菌转化为S型细菌,从反面说明了只有DNA才能使R型细菌发生转化。D项,此实验只证明了DNA是遗传物质,没有证明DNA是主要的遗传物质。
【延伸探究】
(1)题1中加热条件对S型细菌会产生怎样的影响?
提示:加热会使蛋白质变性,造成S型细菌死亡。
(2)题2中艾弗里的肺炎双球菌转化实验是否设置了对照?
提示:是。设置了相互对照,①②③相互对照说明DNA是
“转化因子”;③④相互对照说明DNA的水解产物不是
“转化因子”。
【易错警示】S型细菌的DNA+DNA酶+R型活细菌→只长出R型细菌,该实验从另一个角度证明了DNA是遗传物质,而不是为了证明DNA的水解产物——脱氧核苷酸不是遗传物质,尽管此实验可以证明该问题,但不是该实验的实验目的。
【补偿训练】
如图为“肺炎双球菌转化实验”的部分研究过程,能充分说明“DNA是遗传物质,而蛋白质等其他物质不是遗传物质”的是　(　　)
A.①②④　　　　　　　B.①②③
C.①③④ D.①②③④
【解析】选D。实验①中活的R型细菌在S型细菌的DNA
作用下,转化为S型细菌,说明S型细菌的DNA肯定进入了
R型细菌中,并实现了对其性状的控制,证明DNA是遗传
物质。为了排除其他物质是遗传物质的可能性,还要设计一系列对照实验,题中的②③④分别与①形成对照实验,说明S型细菌的RNA、蛋白质、荚膜多糖都不能使R型细菌发生转化,也证明了RNA、蛋白质和荚膜多糖等其他物质不是遗传物质。
主题2　噬菌体侵染细菌的实验
及DNA是主要的遗传物质
【互动探究】
1.实验设计思路及实验方法分析:
(1)能否用含有35S和32P的培养基直接培养T2噬菌体?为什么?
提示:不能。因为噬菌体是营寄生生活的病毒,只有在活细胞中才能繁殖,用分别含有35S和32P的大肠杆菌培养才能获得含有标记的T2噬菌体。
(2)用14C和18O同位素标记噬菌体可行吗?_______。原
因是___________________________________________
_________________________________________。
(3)噬菌体侵染细菌的实验中能否用32P和35S同时标记
噬菌体?___。原因是___________________________
_______________________________________________
___________________________________。
不可行
T2噬菌体的蛋白质和DNA分子中均含有这两种元素,
且18O无放射性,故无法将DNA和蛋白质区分开
否
如果同时用32P和35S标记噬菌体,
在沉淀物和上清液中都能检测到放射性,不能形成对照,
无法判断是哪种成分侵入了大肠杆菌
2.实验操作及结果分析:
(1)探究下表中两种实验操作的目的:
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
让上清液中析出较轻的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
实验操作 目的
搅拌器搅拌 _________________________________
离心 _______________________________________________________________________
(2)完成下表中不同情况下实验的结果分析:
上清液
噬菌体的蛋白质外壳没有进入
大肠杆菌
沉淀物
噬菌体的DNA进入了大肠杆
菌,DNA是遗传物质
标记元素 放射性存在部位 结果分析
35S _______ ____________________________________________________
32P _______ ____________________________________________
(3)分析下列实验结果出现异常的原因。
①标记32P时上清液中出现放射性。
a.保温时间过短:___________________________。
b.保温时间过长:_____________________。
②标记35S时沉淀物中出现放射性:_________________
_________________________。
部分噬菌体没有侵入大肠杆菌
噬菌体完成增殖后释放
搅拌不充分,噬菌体
外壳没有从大肠杆菌上脱离
【拓展延伸】
1.噬菌体侵染大肠杆菌的五步曲:
(1)“吸附”:噬菌体依靠尾钩吸附在大肠杆菌上。
(2)“注入”:噬菌体的DNA注入大肠杆菌细胞内。
(3)“合成”:噬菌体在大肠杆菌细胞内以自身的DNA为模板,利用大肠杆菌细胞内的原料合成自身的DNA和蛋白质。
(4)“组装”:合成好的DNA和蛋白质组装成新的子代噬菌体。
(5)“释放”:大肠杆菌裂解,子代噬菌体释放。
2.噬菌体中的放射性元素分析:
放射性
元素 标记生物 检测物质 检测结果
32P 噬菌体 子代噬菌
体的核酸 部分含放射性
大肠杆菌 全部含放射性
35S 噬菌体 子代噬菌
体蛋白质 均无放射性
大肠杆菌 均含放射性
放射性元素 标记生物 检测物质 检测结果
14C、3H 噬菌体 子代噬菌体的核酸 部分含放射性
子代噬菌体蛋白质 均不含放射性
大肠杆菌 子代噬菌体的核酸 全部含放射性
子代噬菌体蛋白质 全部含放射性
3.对“DNA是主要的遗传物质”的理解:
(1)“肺炎双球菌转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”能证明DNA是主要的遗传物质吗?
提示:不能。上述两个实验仅能证明DNA是遗传物质,并不能证明DNA是主要的遗传物质。
(2)所有生物的遗传物质都是DNA吗?
提示:不是。某些RNA病毒只含有RNA,其遗传物质是RNA。
【拓展延伸】不同生物的遗传物质:
生物类型 细胞生物 非细胞生物
实例 真核生物,如真菌、动植物等 原核生物,例如细菌、蓝藻、放线菌等 多数病毒,例如T2噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等 少数病毒,例如烟草花叶病毒、HIV等
【拓展延伸】不同生物的遗传物质:
生物类型 细胞生物 非细胞生物
核酸种类 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA
遗传物质 DNA DNA DNA RNA
总结 有细胞结构的生物,其遗传物质均是DNA,有些病毒的遗传物质也是DNA,只有少数病毒的遗传物质是RNA
【探究总结】噬菌体侵染细菌实验与艾弗里的肺炎双球菌转化实验的比较
噬菌体侵染细菌实验 艾弗里的肺炎双球菌转化实验
不
同
点 方法不同 同位素标记:分别用32P和35S标记DNA和蛋白质 直接分离:分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等,分别与R型细菌混合培养
噬菌体侵染细菌实验 艾弗里的肺炎双球菌转化实验
不
同
点 结论不同 证明DNA是遗传物质,不能证明蛋白质不是遗传物质(因为蛋白质没有进入细菌体内) 证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
相同点 ①均使DNA和蛋白质分开,单独处理,观察它们各自的作用;
②都遵循了对照原则;
③都能证明DNA是遗传物质,但都不能证明DNA是主要的遗传物质
【探究训练】
1.(2018·江苏高考)下列关于探索DNA是遗传物质实验
的相关叙述,正确的是　(　　)
A.格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变
的结果
B.格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质
C.赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的
D.赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质
【解题指南】解答本题的关键有三点:
(1)理解肺炎双球菌转化实验的原理与结论。
(2)根据T2噬菌体的生活特点确定培养方法。
(3)明确噬菌体侵染实验的结论。
【解析】选D。本题主要考查肺炎双球菌转化实验和噬
菌体侵染大肠杆菌实验。格里菲思实验中肺炎双球菌R
型转化为S型是基因重组的结果,A项错误;格里菲思实
验证明了S型细菌中存在一种转化因子,使R型细菌转化
为S型细菌,B项错误;T2噬菌体营寄生生活,需先用含32P的培养基培养大肠杆菌,获得32P标记的细菌,然后再用32P标记的细菌培养噬菌体,获得32P标记的噬菌体,C项错误;赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质,D项正确。
2.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,进行了以下4个实验:
①用14C标记的噬菌体侵染未标记的细菌;
②用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌;
③用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌;
④用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌。
以上4个实验,保温一段时间后离心,检测到放射性的主要部分是　(　　)
A.沉淀物和上清液、沉淀物、沉淀物、沉淀物
B.沉淀物和上清液、上清液、上清液、上清液
C.沉淀物、沉淀物、上清液、沉淀物和上清液
D.沉淀物和上清液、沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
【解题指南】解答本题需要明确被标记的元素在哪些物质中含有,这些物质分别存在于生物体的哪些结构中,在此基础上,还要分清楚上清液和沉淀物中分别含有哪类生物或生物成分。
【解析】选A。首先要明确上清液中的主要成分是噬菌
体的蛋白质外壳,沉淀物中主要是细菌,而且噬菌体的
DNA会侵染到细菌中;C既存在于DNA中也存在于蛋白质
中,用14C标记的噬菌体在其蛋白质外壳和DNA中都含有
标记元素,所以①的沉淀物和上清液中均有放射性;而②和④标记的都是细菌,所以放射性存在于沉淀物中;③是用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌,由于标记的是噬菌体的DNA,它会侵染到细菌中去,所以具有放射性的主要部分是沉淀物。
【延伸探究】
(1)上题中②③分别用的是35S和32P作为标记元素,能否说明DNA是遗传物质?为什么?
提示:不能。因为标记的是不同生物。
(2)上题若用③中标记的噬菌体去侵染②中标记的细菌,放射性会出现在哪部分?
提示:沉淀物中。
【补偿训练】
(2018·长春高一检测)用3H、15N、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌(无放射性),分析正确的是　(　　)
A.只有噬菌体的蛋白质被标记了,DNA没有被标记
B.子代噬菌体的外壳中可检测到3H、15N、35S
C.子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N
D.子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、14N、35S
【解析】选C。DNA分子中含有H、N元素,所以用3H、
15N、35S标记噬菌体后,噬菌体的蛋白质和DNA都被标记
了,A错误;由于3H、15N、35S标记的蛋白质外壳不进入
细菌,3H、15N标记的DNA分子进入细菌但不能用于合成
子代噬菌体的外壳,所以子代噬菌体的外壳中应该没有放射性,B错误;子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N,C正确;由于35S只标记蛋白质外壳,不进入细菌,所以子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、14N,但不含有35S,D错误。
【课堂小结】