(共32张PPT)
§3.1 DNA是主要的遗传物质 第1课时
高一年级 生物学
历史的步伐
1866年
孟德尔发现遗传定律
1891年
科学家描述减数分裂全过程
1903年
萨顿假说：基因和染色体存在平行关系
1909年
摩尔根证明：
基因在染色体上
20世纪中叶
染色体主要由蛋白质和DNA组成
遗传物质是蛋白质还是DNA?
染色体
蛋白质
DNA
主要 成分
活动一：分析推理——谁是遗传物质？
蛋白质 DNA
支持的材料
否定的材料
蛋白质 DNA
支持的材料
否定的材料
1.亲子代之间联系的桥梁是生殖细胞。生殖细胞形成过程中，染色体和DNA的数量存在规律性的变化。
1
蛋白质 DNA
支持的材料
否定的材料
2. 人们推测，既然基因能够控制那么多、那么复杂的生物性状，那么构成基因的遗传物质也一定是一种非常复杂、非常多样的化学物质，才能承担做为基因的艰巨任务。蛋白质恰好是结构最复杂、最多样的分子。
1
2
组成蛋白质的主要氨基酸约有20种。
组成DNA的核苷酸有4种。
蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量信息。
蛋白质是生命活动的承担者，与生物的性状密切相关。
蛋白质有复杂的空间结构，但在高温下空间结构会被破 坏，容易变性。
DNA结构稳定，耐高温。
蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的。
DNA能自我复制、并且在复制的过程中有多种机制保证准确性。
一般情况下，同一种生物在不同发育时期或不同组织的细胞中，DNA的含量基本相等，而生殖细胞中的DNA含量恰好是体细胞中的一半。
同一生物的不同组织细胞中，蛋白质的种类和质量差异较大。
分析推理——谁是遗传物质？
蛋白质 DNA
支持的材料 2、3、5、6 1、8、10、11
否定的材料 7、9、12 4
信息整合归纳
1. 亲子代之间联系的桥梁是生殖细胞。生殖细胞形成过程中，染色体和DNA的数量存在规律性的变化。
9. 蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的。
10. DNA能自我复制、并且在复制的过程中有多种机制保证准确性。
遗传物质应在亲子代间有连续性
2. 人们推测，既然基因能够控制那么多、那么复杂的生物性状，那么构成基因的遗传物质也一定是一种非常复杂、非常多样的化学物质，才能承担做为基因的艰巨任务。蛋白质恰好是结构最复杂、最多样的分子。
3. 组成蛋白质的主要氨基酸约有20种。
4. 组成DNA的核苷酸有4种。
5. 蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量信息。
信息整合归纳
遗传物质应具有：多样性
组成DNA的四种脱氧核苷酸
7. 蛋白质有复杂的空间结构，但在高温下空间结构会被破坏，容易变性。
DNA结构稳定，耐高温。
11. 一般情况下，同一种生物在不同发育时期或不同组织的细胞中，DNA的含量基本相等，而生殖细胞中的DNA含量恰好是体细胞中的一半。
12. 同一生物的不同组织细胞中，蛋白质的种类和质量差异较大。
信息整合归纳
遗传物质应具有：稳定性
小结：遗传物质应该具有的特点
（1）多样性。具有贮存巨大数量遗传信息的潜在能力。
（2）连续性。能够精确地复制自己，保证在亲子代之间的传递。
（3）稳定性。结构稳定，保证遗传信息的准确，同时又具有可变化的机制。
（4）能够控制蛋白质的合成，从而控制生物的性状和新陈代谢。
节选自必修1教材第44页
活动二：寻找直接证据——实验
Frederick Griffith
(1877-1941)
Oswald Avery
(1877-1955)
肺炎链球菌转化实验
R型菌
S型菌
Rough
Smooth
菌落光滑、可使小鼠致死
菌落粗糙、小鼠不致死
了解肺炎链球菌：
1928年
格里菲思
肺炎链球菌
体内转化实验
问题1：
第一、二两组实验在整个实验中起什么作用？
问题2：
对比第二、三组实验，说明什么？
问题3：
请描述第四组小鼠做了怎样的处理？实验结果是什么？
问题4：
第四组小鼠为何死亡？死亡小鼠体内能分离出S型活菌，说明什么？推测导致小鼠死亡的S型活菌是从哪里来的？
推论：
加热致死的S型细菌，含有某种物质，能把无毒的R型活菌转化为有毒性的S型活菌。我们把这种物质叫做“转化因子”。
转化因子究竟是什么物质呢？
设计实验
要解决的问题——
转化因子是什么物质？
已有背景知识——
构成细胞的主要物质有蛋白质、DNA、酯类、荚膜多糖等物质
如何设计实验？
思路1：将加热致死S型菌各种物质分离提纯后与R型混合，观察是否发生转化。
思路2：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型菌转化。
转化因子是什么？
如何判断？
检测的因变量指标是什么？
实验目的：
实验材料：
自变量：
因变量：
肺炎链球菌
加热杀死的S型菌中各种物质成分
R型菌是否被转化
菌落特征为R型还是S型
肺炎链球菌体外转化实验
1944年，艾弗里
肺炎链球菌
体外转化实验
一、R型菌+S型菌细胞提取物
二、R型菌+S型菌细胞提取物+蛋白酶
三、R型菌+S型菌细胞提取物+RNA酶
四、R型菌+S型菌细胞提取物+酯酶
五、R型菌+S型菌细胞提取物+DNA酶
R型菌+ S型菌
R型菌+ S型菌
R型菌+ S型菌
R型菌+ S型菌
R型菌
是转化因子
DNA
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”。
与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
例如：“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。
例如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
艾弗里的实验结论：
DNA是转化因子
DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
“微生物中可以实验诱导、重复发生的、可遗传的特殊变化的最好例子是肺炎链球菌转化实验。”
（摘自1944年艾弗里论文）
艾弗里实验引发的思考
——理应万众瞩目，缘何备受冷落？！
“四核苷酸假说”DNA不可能作为遗传物质？
提取的DNA分子和DNA酶纯度不够？
DNA只是对荚膜的形成有直接效应，而非遗传物质？
1948年
1949年
1950年
小结：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
科学结论的获得离不开严谨的推理和确凿的实验证据。
突破思维定势，摆脱固有观念，是正确对待新事物的态度。(共27张PPT)
§3.1 DNA是主要的遗传物质 第2课时
高一年级 生物学
DNA结构
DNA纯度
DNA作用
质疑：DNA是遗传物质。
回顾：
噬菌体增殖示意图
引自Brock Biology of Microorganisms (13th Edition)
德尔布吕克
(Max Delbrück，
1906-1981)
10
20
30
40
0
0.1
1
10
100
噬菌体数量（个）
时间（min）
菌体外
菌体内
引自Ellis EL, Delbrück M. THE GROWTH OF BACTERIOPHAGE. J Gen Physiol. 1939;22(3):365‐384.
10
20
30
40
0
0.1
1
10
100
噬菌体数量（个）
时间（min）
思考：
1.噬菌体的数量是如何变化的？
2.两条曲线之间有什么逻辑关系？
3.细菌最后的结局是什么？
潜伏期
生长期
释放期
菌体外
菌体内
引自Ellis EL, Delbrück M. THE GROWTH OF BACTERIOPHAGE. J Gen Physiol. 1939;22(3):365‐384.
噬菌体侵染细菌电镜图
问题：噬菌体的遗传物质是什么？
作为噬菌体遗传物质的条件
进入细菌细胞中，指导子代噬菌体的形成。
可将遗传信息传递到子代噬菌体，保持亲子代噬菌体性状的连续性、稳定性。
推测：哪种成分进入，则哪种成分是遗传物质。
蔡斯(左)赫尔希(右)
思考1：如何知道哪种成分进入菌体内？
T2噬菌体是一种专门寄生大肠杆菌的病毒。
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（S），磷（P）几乎都存在于DNA分子中。
35S—标记蛋白质、32P—标记DNA
T2噬菌体电镜图和模式图
头部
尾部
尾丝
DNA
思考2：怎么标记噬菌体？
利用含放射性的培养基先标记细菌
带标记的噬菌体
分别得到
思考3：实验用噬菌体可否带2种标记？
思考4：带标记的噬菌体感染什么样的细菌呢？
无放射性标记的细菌
Waring 搅拌器
[保存在斯普林港实验室的档案室]
搅拌后
思考5：怎样使菌体外侧的噬菌体与大肠杆菌分开?
离心后
三、噬菌体侵染细菌的实验
现象：噬菌体可侵染细菌，并释放子代噬菌体。
假说：遗传物质会进入菌体，指导子代噬菌体的增殖过程。
演绎：若菌体内出现35S，且子代噬菌体中含有35S，则蛋白质是遗传物质。
若菌体内出现32P，且子代噬菌体中含有32P，则DNA是遗传物质。
上清液中放射性成分？
沉淀中放射性成分？
观察指标：
时间
（min）
上清液放射性相对百分比（%）
5
6
7
总的百分数
引自HERSHEY AD, CHASE M. Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. J Gen Physiol. 1952;36(1):39–56.
思考：
1.受侵染细菌的存活数量变化不大，能说明什么？
2.由菌体外35S和32P百分比变化，能分析得出什么结论？
受侵染细菌存活数量
引自HERSHEY AD, CHASE M. Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. J Gen Physiol. 1952;36(1):39–56.
时间
（min）
上清液放射性相对百分比（%）
5
6
7
推论：
1.含35S的蛋白质主要分布于上清液。
2.大部分含32P的DNA进入细菌内部。
总的百分数
受侵染细菌存活数量
译自HERSHEY AD, CHASE M. Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. J Gen Physiol. 1952;36(1):39–56.
搅拌时间 噬菌体浓度 32P标记的噬菌体 35S标记的噬菌体
同位素百分比 存活率 同位素百分比 存活率
0 min 0.6 10% 120% 16% 101%
2.5 min 0.6 21% 82% 81% 78%
侵染倍数对从侵染细胞中甩脱噬菌体的影响
0 min 6 13% 89% 46% 90%
2.5 min 6 24% 86% 82% 85%
资料
三、噬菌体侵染细菌的实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
资料
细菌溶解后的结果
引自HERSHEY AD, CHASE M. Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. J Gen Physiol. 1952;36(1):39–56.
赫尔希和蔡斯的实验结论：
噬菌体的遗传物质是DNA。
启示：
1.科学发现是以前人的发现和事实作为基础的
2.简单的研究模型
3.假说-演绎的研究思路
烟草正常叶片
烟草花叶病叶片
细菌过滤器示意图
问题：引起烟草花叶病的病原体是什么？
烟草花叶病病斑
TMV电镜图和模式图
设计思路：将蛋白质和RNA分开，分别感染健康烟草叶片。
四、烟草花叶病毒感染和重建实验
结论：TMV的遗传物质是RNA。
原核
细胞
DNA是遗传物质
真核细胞
DNA病毒
绝大多数生物的遗传物质是DNA
核酸是
遗传物质
DNA是遗传物质
RNA是遗传物质
RNA病毒
小结
DNA是遗传物质
DNA是主要的遗传物质
蛋白质是遗传物质
推翻
╳
修正
烟草花叶病毒对烟草细胞的感染实验
肺炎链球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
1.科学知识可能随着研究的深入而改变；
2.科学工作采用实证的范式；
3.科学是创造性的工作。
个体水平→细胞水平→染色体水平→分子水平
故事未完，
精彩待续
……
