2020-2021学年高一生物（人教版（2019）必修二）3.1 DNA是主要的遗传物质 课件（40张PPT）

荧光水母
第三章

基 因 的 本 质
第一节　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。
问题探讨：
DNA分子
蛋白质
染色质
染色体
染色体＝DNA＋蛋白质
?
讨论：1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
结构比较稳定;能储存大量遗传信息;可准确复制，传递给下一代等。
蛋白质是生物体的
遗传物质。
一、对遗传物质的早期推测
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。
大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质
“我们表示怀疑！”
艾弗里
赫尔希
格里菲思
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
（3）
格里菲斯的肺炎链球菌转化实验
（1）
艾弗里的肺炎链球菌转化实验
（2）
二、肺炎链球菌转化实验
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}项目
S型细菌
R型细菌
菌落
菌体
有无毒性
表面光滑
表面粗糙
有
无
（一）肺炎链球菌
多糖类的荚膜
何为荚膜？P43
注射
R型
活细菌
小鼠不死亡
第一组
注射
S型
活细菌
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
第二组
注射加热致死的S型细菌
小鼠不死亡
第三组
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
第四组
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
（二）肺炎链球菌转化实验——体内转化
结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种促R型活细菌转化为S型细菌的活性物质——“转化因子”
①第一、二组的实验现象，这说明了什么？
④什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？
由于体内有活的S型细菌的作用。
活的R型细菌转变成了活的S型细菌。
加热杀死的S型细菌使活的R型细菌发生了转化。
②第四组小鼠为什么会死亡呢？
③第四组活的S型细菌如何出现？
S型活细菌会使小鼠死亡。
艾弗里（O.Avery）
“转化因子”是什么？我来继续研究。
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
要确定“转化因子”是什么，关键思路是什么？
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
第一组
+
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
第二至四组
+
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
第五组
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
（三）肺炎链球菌转化实验——体外转化
蛋白酶
二
RNA酶
三
酯酶
四
去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质
DNA酶
核酸等有机物
特异性的去除一种物质。
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化性质，发现这些特性与DNA极为相似。
结论：DNA才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。
思考：
1、分析实验变量？
2、对照实验如何进行的？
自变量：是否加入酶及酶的种类；
因变量：培养基中是否有活的S菌。
第一组为空白对照组。第二至五组为实验组。
每组特异性的去除一种物质，观察S菌的活性。
科学方法：自变量控制中的“减法原理”（P46）
“加法原理”？（P46）
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的技术，完成了另一个有说服力的实验。

思考：有没有更好的材料、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？
赫尔希 蔡斯
噬菌体结构模式图
（四）噬菌体侵染细菌的实验
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，头部含有DNA。
1.噬菌体的结构
放射性同位素标记法
2. 研究方法：
？
DNA和蛋白质，应分别标记哪一种元素？
蛋白质的组成元素：DNA的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
（标记32P）
（标记35S）
T2噬菌体中60%是蛋白质，40%是DNA。
仅蛋白质中含有硫，磷几乎都存在于DNA中。
②细菌+含32P的培养基
含32P的细菌
①噬菌体+含35S的细菌
②噬菌体+含32P的细菌
3. T2噬菌体的标记
第一步：标记大肠杆菌
含35S的细菌
①细菌+含35S的培养基
第二步：标记噬菌体
含35S的噬菌体
含32P的噬菌体
侵入别的细菌
注入
复制、合成
吸附
组装
释放
吸附
注入
复制、合成
组装
释放
4. 噬菌体侵染细菌的过程
搅拌的目的：
使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
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：
侵染的大肠杆菌时T2噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外
结果说明：
侵染的大肠杆菌时T2噬菌体的DNA进入细菌的细胞中
（1）被35S标记的噬菌体+大肠杆菌
混合培养
搅拌，离心
上清液
放射性很高
沉淀物
放射性很低
新噬菌体中不含35S
（2）被32P标记的噬菌体+大肠杆菌
混合培养
搅拌，离心
上清液
沉淀物
放射性很低
放射性很高
新噬菌体中含32P
2.实验能否用32P和35S同时标记噬菌体？
不能，因为放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定是哪种元素的放射性；若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
1.能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？
不能，噬菌体只能寄生在活细胞中，不能在培养基上存活。
思考.讨论
搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
4.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？
(1)保温时间过短，部分噬菌体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出子代，经离心后分布于上清液中。
3.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，发现沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？
赫尔希和蔡斯的实验表明：
实验结论
DNA才是噬菌体的遗传物质。
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。
注意：这个实验不能证明蛋白质不是遗传物质。
证明DNA是遗传物质的实验
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？
个体很小，结构简单，易于观察由遗传物质改变导致的结构和功能的变化；繁殖快，细菌20-30min就可以繁殖一代，病毒可在短时间内大量繁殖。
2.从控制变量的角度，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？
巧妙运用减法原理，最大的困难是如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质等）。
思考 讨论：P46
艾弗里主要运用了细胞培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。
赫尔希等人主要采用了噬菌体的培养技术、同位素标记法、物质的提取和分离等技术。
科学成果的取得需有技术手段作保证，两者相互支持、相互促进。
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？
DNA是生物界唯一的遗传物质吗？
思考： 下面这些生物的遗传物质是什么？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
蛋白质
RNA
分
离
感染
烟草
感染
烟草
实验
结果
出现病斑
不出现病斑
实验
结果
四、烟草花叶病毒的感染和重建实验
正常叶片
感染烟草花叶病素的叶片
TMV A
TMV B
烟草花叶病毒的重建实验所繁殖的病毒类型取决于？
烟草花叶病毒的遗传物质是？
实验结论
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
（含有DNA和RNA）
（含有DNA或RNA）
DNA病毒
RNA病毒
细胞生物
无细胞生物（如病毒）
遗传物质为RNA
遗传物质为DNA
真核生物
原核生物
核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），绝大多数生物都是以 DNA作为遗传物质的，因此DNA是主要的遗传物质。
转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组。
【拓展】加热致死的S型细菌中DNA仍能起作用的原因：
由于DNA的热稳定性比蛋白质要高，所以加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质永久变性失活，DNA的结构也会被破坏，但DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性，但蛋白质却不能恢复。
DNA或RNA
DNA
DNA
（2）烟草的遗传物质是什么？
DNA
（1）动物和人体的遗传物质是什么？
（3）细菌的遗传物质是什么？
（4）一切生物的遗传物质是什么？
（5）病毒的遗传物质是什么？
核酸（DNA或RNA）
课堂练习：