高中生物必修二：DNA是主要的遺傳物質(zhì)

1、,第三章 基因的本質(zhì),第一節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì),摩爾根通過果蠅實驗證明了基因位于 上,孟德爾通過豌豆實驗證明了生物的性狀由 控制,遺傳因子,染色體,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：染色體主要組成成分,蛋白質(zhì)和DNA。,歷史的步伐,染色體在遺傳上的連續(xù)性和穩(wěn)定性,說明染色體在生物的遺傳中起著重要作用,染色體=DNA+蛋白質(zhì)，遺傳物質(zhì)是DNA，還是蛋白質(zhì)？,結(jié)論,新問題,氨基酸多種多樣,染色體,20世紀(jì)20年代：蛋白質(zhì)是生物的遺傳物質(zhì),蛋白質(zhì),DNA,結(jié)構(gòu)未知,遺傳物質(zhì),1. DNA基本單位脫氧核苷酸,2. 脫氧核苷酸的種類,20世紀(jì)30年代：DNA有重要作用,體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗,1.肺炎雙球菌的類型,S型菌,R型菌

2、,莢膜,（多糖）,R型菌,S型菌,菌落光滑(Smooth)，菌體有莢膜，能夠使人患肺炎或使小鼠患敗血病，有毒性。,菌落粗糙(Rough)，菌體無莢膜，無毒性。,體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗,2.實驗,體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌,體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗,2.實驗,體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌,體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗,2.實驗,S型死+R型活=S型活,結(jié)論：加熱殺死的S型細(xì)菌中，含有促成R型 細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型活細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子,促進(jìn)上述轉(zhuǎn)化的“轉(zhuǎn)化因子”是什么？,體外轉(zhuǎn)化實驗,1.S型細(xì)菌物質(zhì)的提純和鑒定,體外轉(zhuǎn)化實驗,R 型、S型,R 型,R 型,2. 實驗,培養(yǎng)R型菌的培養(yǎng)基,S型菌,R 型,DNA的純度越高，轉(zhuǎn)化就越有效。,2. 實驗,體外轉(zhuǎn)化

3、實驗,3. 實驗結(jié)論,體外轉(zhuǎn)化實驗,DNA是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)，DNA是轉(zhuǎn)化因子。,以上轉(zhuǎn)化實驗表明：,DNA是遺傳物質(zhì),而蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。,體外轉(zhuǎn)化實驗,4. 艾弗里的實驗思路,將S型細(xì)菌中的多糖、 蛋白質(zhì)、脂 類和DNA等提取出來，分別與R型 細(xì)菌進(jìn)行混合。,1、實驗材料：2、假設(shè)：3、實驗操作：,5、實驗結(jié)果：,6、分析結(jié)論：,只有DNA與R型細(xì)菌進(jìn)行混合，才 能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌,DNA是使R型菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì),DNA是遺傳物質(zhì),選用肺炎雙球菌,DNA是遺傳物質(zhì),由此可見：科學(xué)家是設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)分開，從而單獨地、直接地去觀察DNA的作用。,發(fā)現(xiàn)問題

4、,提出問題,實驗驗證,得出結(jié)論,格里菲思,艾弗里及其同事,小鼠體內(nèi),培養(yǎng)基(體外),用加熱殺死的S型細(xì)菌做對照,將物質(zhì)提純分離各自觀察,小鼠是否死亡,培養(yǎng)基中菌落,S型細(xì)菌體內(nèi)有轉(zhuǎn)化因子,S型細(xì)菌的DNA是遺傳物質(zhì),肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中的4點易錯分析,易 錯 警 示,赫爾希和蔡斯的T2噬菌體試驗(1952年),1. T2 噬菌體,T2 噬菌體的特點, 是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒 頭部和尾部的外殼是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部內(nèi)含有DNA 在自身遺傳物質(zhì)的指導(dǎo)下進(jìn)行繁殖,原料來自大腸桿菌 子代噬菌體從宿主細(xì)胞裂解釋放。,噬菌體,大腸桿菌,2. 實驗準(zhǔn)備,用含35S和32P的培養(yǎng)基分別培養(yǎng)大腸桿菌，

5、 用上述大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體，得到含32P標(biāo)記DNA的噬菌體和含35S標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體,為什么需要先標(biāo)記大腸桿菌？,噬菌體不能直接被標(biāo)記，它是寄生于大腸桿菌的病毒，可通過大腸桿菌進(jìn)行標(biāo)記,2. 實驗準(zhǔn)備,用含35S和32P的培養(yǎng)基分別培養(yǎng)大腸桿菌， 用上述大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體，得到含32P標(biāo)記DNA的噬菌體和含35S標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體,C、H、O、N、P,C、H、O、N、S,（32p標(biāo)記）,（35s標(biāo)記）,將DNA和蛋白質(zhì)區(qū)分開, 單獨觀察他們的作用,2. 實驗準(zhǔn)備,3. 實驗過程,用35S標(biāo)記的噬菌體,（蛋白質(zhì)被標(biāo)記）,未標(biāo)記的大腸桿菌,+,攪拌,子代噬菌體無35S,短時間,2. 實驗

6、準(zhǔn)備,3. 實驗過程,用35S標(biāo)記的噬菌體,（蛋白質(zhì)被標(biāo)記）,未標(biāo)記的大腸桿菌,+,離心,上清液,沉淀物,（含T2噬菌體顆粒）,（含被感染的大腸桿菌）,放射性高,放射性低,說明：噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進(jìn)入 大腸桿菌中,子代噬菌體無放射性,2. 實驗準(zhǔn)備,3. 實驗過程,用32P標(biāo)記的噬菌體,（DNA被標(biāo)記）,未標(biāo)記的大腸桿菌,+,子代噬菌體有32P,攪拌,短時間,2. 實驗準(zhǔn)備,3. 實驗過程,用32P標(biāo)記的噬菌體,（DNA被標(biāo)記）,未標(biāo)記的大腸桿菌,+,離心,上清液,沉淀物,（含T2噬菌體顆粒）,（含被感染的大腸桿菌）,放射性低,放射性高,說明：DNA進(jìn)入大腸桿菌中,子代噬菌體有放射性,35

7、 S標(biāo)記 蛋白質(zhì),32 P標(biāo)記DNA,無35S標(biāo)記蛋白質(zhì),有32P標(biāo)記DNA,外殼蛋白質(zhì)無35S,DNA 有32P,DNA分子是遺傳物質(zhì),三 噬菌體侵染細(xì)菌的實驗,4、T2噬菌體侵染大腸桿菌的示意圖：,吸附,標(biāo)記細(xì)菌,標(biāo)記噬菌體,噬菌體侵染細(xì)菌（短時間保溫）,攪拌離心,觀察放射性的分布,“短時間”：保證子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)在大腸桿菌中正處于合成階段，子代噬菌體還沒有組裝好，或雖已經(jīng)組裝但并未使細(xì)菌發(fā)生裂解,“保溫”：為噬菌體培養(yǎng)提供適宜的恒定的溫度，以保證酶的活性。,攪拌的目的：使吸附在細(xì)菌上的噬菌體顆粒與細(xì)菌分離,離心的目的：讓上清液中析出重量較輕的噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被

8、感染的大腸桿菌。,內(nèi)部無DNA 的噬菌體外殼,實驗過程,1、 為什么選擇35S和32P作標(biāo)記而不選用其他的同位素?,2、 第一（二）組實驗中為什么上清液的放射性很高（低），沉淀物的放射性很低（高）？,在第一組實驗中，35S標(biāo)記的T2噬菌體與大腸桿菌混合培養(yǎng)后，攪拌不充分，使吸附在大腸桿菌外被35S標(biāo)記的噬菌體蛋白質(zhì)外殼沒有與大腸桿菌完全分離開，離心后進(jìn)入沉淀物中，使沉淀物中出現(xiàn)放射性 。 在第二組實驗中，32P標(biāo)記的噬菌體和大腸桿菌混合培養(yǎng)的時間過長，噬菌體在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)增殖后釋放出來，經(jīng)離心后分布于上清液；混合培養(yǎng)的時間過短，有一部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)離心后分布于上清液中，

9、使上清液出現(xiàn)放射性 。,因為硫僅存在于T2噬菌體的蛋白質(zhì)組分中，而磷則主要存在于 DNA的組分中。用14C和18O等元素是不可行的，因為 T2噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA分子的組分中都含有這兩種元素。,1、實驗設(shè)計思路：,3、實驗過程：,把蛋白質(zhì)和DNA區(qū)分開，直接地、單獨地觀察DNA和蛋白質(zhì)的作用,(1)標(biāo)記細(xì)菌,細(xì)菌+含35S的培養(yǎng)基 細(xì)菌+含32P的培養(yǎng)基,含35S的細(xì)菌,含32P的細(xì)菌,(2)標(biāo)記噬菌體,噬菌體+含35S的細(xì)菌 噬菌體+含32P的細(xì)菌,含35S的噬菌體 含32P的噬菌體,(3)噬菌體侵染細(xì)菌,含35S的噬菌體+細(xì)菌 含32P的噬菌體+細(xì)菌,:上清液放射性很高,沉淀物放射性很低

10、 : 上清液放射性很低,沉淀物放射性很高,2、實驗方法： 放射性同位素標(biāo)記法,為什么沉淀物或上清液有少量放射性,三 噬菌體侵染細(xì)菌的實驗,思考,1.細(xì)菌和病毒作為實驗材料，具有的優(yōu)點是：（1）個體很小，結(jié)構(gòu)簡單，容易看出因遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化。細(xì)菌是單細(xì)胞生物，病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只有核酸和蛋白質(zhì)外殼。（2）繁殖快。細(xì)菌2030 min就可繁殖一代，病毒短時間內(nèi)可大量繁殖。,2.最關(guān)鍵的實驗設(shè)計思路是設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)分開，單獨地、直接地去觀察DNA或蛋白質(zhì)的作用。,3.艾弗里采用的主要技術(shù)手段有細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)、物質(zhì)的提純和鑒定技術(shù)等。赫爾希采用的主要技術(shù)手段有噬菌體的培養(yǎng)技術(shù)、同

11、位素標(biāo)記技術(shù)，以及物質(zhì)的提取和分離技術(shù)等。 科學(xué)成果的取得必須有技術(shù)手段做保證，技術(shù)的發(fā)展需要以科學(xué)原理為基礎(chǔ)，因此，科學(xué)與技術(shù)是相互支持、相互促進(jìn)的。,易 錯 警 示,噬菌體侵染細(xì)菌實驗的易錯分析,三 噬菌體侵染細(xì)菌的實驗,5、實驗結(jié)論：,DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì),1.DNA能自我復(fù)制，使前后代保持一定的連續(xù)性，維持遺傳性狀的穩(wěn)定性。 2.DNA能控制蛋白質(zhì)的生物合成，從而能控制新陳代謝和遺傳性狀。,1.DNA是主要的遺傳物質(zhì) 2.蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì),三 噬菌體侵染細(xì)菌的實驗,結(jié)論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì),RNA,三 噬菌體侵染細(xì)菌的實驗,結(jié)論：RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA,真核生物,原核生物,DNA和RNA,DNA和RNA,DNA,DNA,細(xì)菌，藍(lán)藻，放線菌,高等植物， 動物和人,DNA病毒,RNA病毒,DNA,RNA,DNA,RNA,T2噬菌體,煙草花葉病毒，HIV,因為絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說DNA主要的遺傳物質(zhì),4、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中，在細(xì)菌內(nèi)合成子代噬菌體蛋白質(zhì)外殼DNA可以指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。,1、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，對S菌加熱處理，DNA仍具有生物活性DNA分子結(jié)構(gòu)具有相對穩(wěn)定性。,2、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，R型細(xì)菌可以轉(zhuǎn)化生成S型細(xì)菌DNA可以發(fā)