【生物】DNA是主要的遺傳物質課件-2023-2024學年高一下學期生物人教版（2019）必修2

DNA是主要的遺傳物質科學回顧1909年：摩爾根通過果蠅實驗證明：基因位于染色體上。19世紀中期：孟德爾通過豌豆實驗證明了生物的性狀是由遺傳因子控制。1903年：薩頓通過對蝗蟲細胞觀察得出假說：基因位于染色體上。20世紀中期：科學家發(fā)現：染色體主要組成成分：DNA和蛋白質。誰是遺傳物質？作為遺傳物質需要具備哪些條件？一、對遺傳物質的早期推測蛋白質是由

連接而成的大分子其中，氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著遺傳信息。

20世紀20年代

20世紀30年代DNA是由

種

聚合而成的生物大分子每種脫氧核苷酸都有特定的堿基

1946年諾貝爾化學獎：證明酶的本質是蛋白質。在當時對蛋白質的研究很熱門，蛋白質是遺傳物質占主流觀點??！

而由于對DNA的結構沒有清晰的了解，核酸權威專家認為DNA是單調重復的分子，無特異性，缺乏信息攜帶能力。多種氨基酸4脫氧核苷酸艾弗里赫爾希格里菲思蔡斯蛋白質是遺傳物質！是嗎？我不信！二、證明DNA是遺傳物質的實驗二、證明DNA是遺傳物質的實驗格里菲思體內轉化實驗艾弗里的體外轉化實驗格里菲思艾弗里赫爾希蔡斯肺炎鏈球菌的轉化實驗噬菌體侵染細菌的實驗閱讀課本P43--44，思考下列問題：1、體內轉化實驗的實驗材料？2、S型細菌和R型細菌的菌落特點？菌體特點？毒性？3、體內轉化實驗的實驗過程？4、體內轉化實驗的分析：①對比1、2組的實驗現象，這說明了什么？②對比2、3組的實驗現象，這說明了什么？③依據第一組和第三組的實驗結果，推測4組小鼠為什么會死亡（直接原因）？④為什么第4組中的S型菌已加熱殺死了還出現活的S型細菌？5、體內轉化實驗的實驗結論？6、艾弗里的體外轉化實驗的設計思路？7、艾弗里的體外轉化實驗的實驗過程？8、艾弗里的體外轉化實驗的實驗結論？9、R型細菌轉化為S型細菌的原理是什么？（1）實驗材料：菌落特點菌體特點毒性（動物實驗）S型細菌

R型細菌

無毒有毒人肺炎小鼠敗血癥無莢膜有莢膜粗糙Rough光滑SmoothR型和S型肺炎雙球菌、小鼠莢膜的化學本質是_______多糖實驗1：格里菲思的肺炎鏈球菌的體內轉化實驗第一組不死亡第二組死亡第三組不死亡第四組死亡注射R型活細菌注射S型活細菌注射加熱致死的S型細菌將R型活細菌與加熱致死的S型細菌混合后注射（2）實驗過程：你能從該實驗中學習到哪些實驗方法？實驗要控制單一變量和設置對照組。①對比1、2組的實驗現象，這說明了什么？第一組：R型細菌無致病性，不會使小鼠死亡。第二組：S型細菌有致病性，能使小鼠死亡。

（3）分析實驗：②對比2、3組的實驗現象，這說明了什么？第二組：S型細菌有致病性，第三組：加熱殺死的S型細菌無致病性。③依據第一組和第三組的實驗結果，推測4組小鼠為什么會死亡（直接原因）？（3）分析實驗：由于體內有活的S型細菌的作用。殺死的S型菌含“轉化因子”并能遺傳(P43最后一句話)。④為什么第4組中的S型菌已加熱殺死了還出現活的S型細菌？假設1：S型菌死而復活假設2：混合后重新出現的

（即R型轉化成S型）

思考：如果你是當時的一位科學家，為了弄清楚這種轉化因子到底是

哪一種物質，你該如何設計這個實驗？

必須將蛋白質、其他物質與DNA分開，單獨、直接地觀察它們的作用，

但是當時的技術有限，并不能徹底提純這些物質，因此，可以通過酶解法，將物質一個個的排除，通過觀察剩余提取物的轉化活性來尋找轉化因子，這就是實驗設計的“減法原理”（課本P46）多糖脂質蛋白質RNADNA……S型細菌多糖蛋白質RNADNA脂質【合作探究】---尋覓“轉化因子”加熱殺死的S型細菌+酯酶

+DNA酶

什么都不加

R+SR+SR+SR+SR實驗2：艾弗里的肺炎鏈球菌的體外轉化實驗去除了何種物質：

+蛋白酶+RNA酶蛋白質RNA

DNA脂類與R型活細菌混合培養(yǎng)先設法去除大部分糖類、蛋白質和脂質①②③④⑤設計思路：實驗過程：實驗過程：空白對照條件對照對照原則、單一變量原則實驗結論：DNA是使R型細菌產生穩(wěn)定遺傳變化的物質，蛋白質不是遺傳物質?？茖W方法自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”

在對照實驗中控制自變量，可以采用“加法或減法原理”。

①與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱為加法原理。例如在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，與對照組相比，實驗組分別做了加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理，利用了“加法原理”；

②與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素的稱為減法原理。例如在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質，這利用了“減法原理”。格里菲斯的體內轉化實驗艾弗里的體外轉化實驗培養(yǎng)細菌的場所自變量觀察現象實驗技術方法實驗結論小鼠體內培養(yǎng)基（體外）注射的肺炎鏈球菌的類型、死活加入培養(yǎng)基的S型菌的成分小鼠的死活菌落的類型注射法酶解法、細菌培養(yǎng)技術S型細菌內存在轉化因子S型細菌的DNA是遺傳物質比較：體內轉化實驗與體外轉化實驗基因重組S型細菌莢膜控制莢膜形成的X基因加熱殺死被破壞的S型細菌X基因吸附在R型細菌表面X基因進入R型細菌基因重組R型細菌轉化成S型細菌只是少數R型菌轉化為S型菌深度思考：R型細菌轉化為S型細菌的原理是什么？破壞了誰？保留了誰？R型細菌在80-100℃的溫度范圍內，蛋白質變性失活，DNA雙鏈解開；當溫度恢復至室溫后，DNA雙鏈能夠重新恢復，但蛋白質的活性無法恢復。

1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標記的新技術，完成了另一個更具有說服力的實驗。

思考：有沒有更好的材料、更好的方法將DNA和蛋白質分開，單獨去觀察它們的作用呢？赫爾希蔡斯他們因此獲得了諾貝爾獎！

盡管艾弗里的實驗完全能夠證明DNA是遺傳物質，但是，由于當時人們深受蛋白質是遺傳物質的影響，并沒有接受艾弗里的實驗結論?！竞献魈骄俊?--尋覓“轉化因子”實驗3：赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗1、實驗材料？2、實驗方法？3、實驗過程？4、如何用35S、32P標記噬菌體？5、子代T2噬菌體DNA合成的模板？DNA的原料？蛋白質的原料？蛋白質的場所？6、攪拌的目的？離心的目的？7、實驗結果？8、實驗結論？閱讀課本P44--46，思考下列問題：分別用35S或32P標記噬菌體與大腸桿菌混合經短時間保溫后用攪拌器攪拌離心檢測上清液和沉淀物中的放射性物質細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性32P標記的噬菌體35S標記的噬菌體：上清液放射性很高，沉淀物放射性很低。上清液放射性很低，沉淀物放射性很高。子代噬菌體中無35S子代噬菌體中含32P實驗3：赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗（1）實驗材料：T2噬菌體、大腸桿菌

T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內的病毒，它的頭部和尾部的外殼都是由蛋白質構成的，頭部內含有DNA。T2噬菌體侵染大腸桿菌后(圖3-5)，就會在自身遺傳物質的作用下，利用大腸桿菌體內的物質來合成自身的組成成分，進行大量增殖。當噬菌體增殖到一定數量后，大腸桿菌裂解，釋放出大量的噬菌體。脫氧核苷酸、氨基酸、酶、ATP等（2）實驗方法：放射性同位素標記法DNA蛋白質組成元素：C、H、O、N、P組成元素：C、H、O、N、S35S32P不能標記C、H、O、N這些DNA和蛋白質共有的元素，否則無法將DNA和蛋白質區(qū)分開。RH2N－C－C－OH

HO標記噬菌體方法（P45第二段第一句）：在分別含有放射性同位素32P和35S的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌再用上述細菌培養(yǎng)T2噬菌體，得到含32P的噬菌體和含35S的噬菌體①先培養(yǎng)細菌②再培養(yǎng)噬菌體35S（標記蛋白質）和32P（標記DNA）不能同時標記在同一噬菌體上，因為放射性檢測時只能檢測到存在部位，不能確定是何種元素的放射性。能否直接用含35S、32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)出被標記的噬菌體？不可以，噬菌體是病毒，只能寄生在活細胞（大腸桿菌）中，不能在培養(yǎng)基上存活。應先標記大腸桿菌再標記噬菌體。DNA的模板DNA的原料蛋白質的原料蛋白質的場所T2噬菌體的DNA大腸桿菌提供的四種脫氧核苷酸大腸桿菌的氨基酸大腸桿菌的核糖體子代T2噬菌體的合成：噬菌體侵染細菌的過程吸附，注入，合成，組裝，釋放侵染過程：在新形成的噬菌體中沒有檢測到35S細菌裂解沉淀物的放射性很低上清液的放射性很高離心后攪拌后離心35S標記的噬菌體與細菌混合短時間保溫35S標記的噬菌體①

35S標記的噬菌體侵染細菌：（3）實驗過程：說明T2噬菌體中的蛋白質沒有進入大腸桿菌。攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌上，隨細菌離心到沉淀物中。攪拌的目的？離心的目的？在新形成的噬菌體中檢測到32P細菌裂解沉淀物的放射性很高上清液的放射性很低離心后攪拌后離心32P標記的噬菌體與細菌混合短時間保溫32P標記的噬菌體②

32P標記的噬菌體侵染細菌：說明T2噬菌體中的DNA進入了大腸桿菌。培養(yǎng)（保溫）時間短，部分噬菌體還未侵染細菌；培養(yǎng)（保溫）時間長，部分子代噬菌體已經釋放。①標記噬菌體：先用培養(yǎng)基標記大腸桿菌，再用噬菌體侵染標記好的大腸桿菌②用標記好的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，短時間保溫③攪拌離心，檢測上清液和沉淀物中的放射性④細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性小結：實驗過程：35S標記的噬菌體32P標記的噬菌體上清液沉淀物子代噬菌體結論放射性高放射性低無放射性放射性高放射性低有放射性

蛋白質沒有進入細菌細胞

DNA進入到細菌的細胞中

DNA才是噬菌體的遺傳物質不能證明蛋白質不是遺傳物質（4）實驗結果：相互對照【問題1】實驗過程中攪拌的目的是什么？離心的目的是什么？【問題2】離心后上清液與沉淀物各有什么成分？①攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離;②離心的目的是讓上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒,而離心管中的沉淀物中留下被感染的大腸桿菌。①上清液：噬菌體的蛋白質外殼;

②沉淀物：大腸桿菌書本P47、《金》P52例3、4【問題3】分析子代噬菌體的蛋白質外殼的來源？P47拓展應用釋放出的子代噬菌體是利用親代噬菌體的DNA（遺傳信息），以大腸桿菌的氨基酸為原料來合成蛋白質外殼的。思考?討論1、艾弗里與赫爾希等人選用細菌或病毒作為實驗材料，以細菌或病毒作為實驗材料具有哪些優(yōu)點？2、從控制自變量的角度，艾弗里實驗的基本思路是什么？在實際操作過程中最大的困難是什么？（1）個體很小，結構簡單，細菌是單細胞生物，病毒無細胞結構，只有核酸和蛋白質外殼，易于觀察因遺傳物質改變導致的結構和功能的變化。（2）繁殖快，細菌20～30min就可繁殖一代，病毒短時間內可大量繁殖。從控制自變量的角度，艾弗里在每個實驗組中特異性地去除了一種物質，然后觀察在沒有這種物質的情況下，實驗結果會有什么變化。最大的困難是，如何徹底去除細胞中含有的其它物質。思考?討論3、艾弗里和赫爾希等人都分別采用了哪些技術手段來實現他們的實驗設計？這對于你認識科學與技術之間的相互關系有什么啟示？艾弗里采用的主要技術手段：細菌的培養(yǎng)技術、物質的提純和鑒定技術等。赫爾希采用的主要技術手段：噬菌體的培養(yǎng)技術、同位素標記技術以及物質的提取和分離技術等。啟示：科學成果的取得必須有技術手段作保證，技術的發(fā)展需要以科學原理為基礎，因此，科學與技術是相互支持、相互促進的。實驗肺炎雙球菌體內轉化實驗肺炎雙球菌體外轉化實驗噬菌體侵染細菌實驗科學家者實驗材料思路分離方式結論以及各實驗的關系設法將DNA與蛋白質等分開，單獨地研究它們遺傳功能。證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質。酶解法:分別加入到R型菌中同位素標記法：標記DNA和蛋白質更有力地說明DNA是遺傳物質,但不能證明蛋白質不是遺傳物質格里菲思艾弗里赫爾希和蔡斯加熱殺死的S型菌體內有“轉化因子”,是體外轉化實驗的基礎。能說明DNA是自然界所有生物的遺傳物質？三個經典實驗對比R型和S型肺炎雙球菌小鼠R型和S型肺炎雙球菌各種酶T2噬菌體大腸桿菌三、RNA是遺傳物質的實驗證據煙草花葉病毒

病葉正常葉1、煙草花葉病毒侵染實驗四、RNA是遺傳物質的實驗證據蛋白質分別侵染健康煙草植株患病不患病得到全新病毒不能得到病毒1、煙草花葉病毒侵染實驗2、實驗結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNARNA生物類型核酸種類遺傳物質實例有細胞結構的生物真核生物DNA和R