第1節(jié)

DNA是主要的遺傳物質(zhì)第3章基因的本質(zhì)必修二肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1噬菌體侵染細菌的實驗2目錄生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)分析3習題檢測4一、學習目標二、重難點1.闡明DNA是主要的遺傳物質(zhì)的探索過程。2.說明DNA是主要的遺傳物質(zhì)。3.說明自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”。4.認同人類對遺傳物質(zhì)的認識是不斷深化、不斷完善的過程，認同實驗技術在證明DNA是遺傳物質(zhì)中的作用。1.肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程。2.噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程。肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1問題探討20世紀中葉，科學家發(fā)現(xiàn)染色體主要是由蛋白質(zhì)和DNA組成的。在這兩種物質(zhì)中，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢？這個問題曾引起生物學界激烈的爭論。1.你認為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點？①能夠精確的自我復制；②能夠指導蛋白質(zhì)合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝③能貯存大量的遺傳信息；④結構比較穩(wěn)定等。對遺傳物質(zhì)的早期推測①氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著遺傳信息。1.20世紀20年代②沒發(fā)現(xiàn)其他大分子有類似的結構特點。?蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。①人們認識到DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子。2.20世紀30年代②意識到DNA的重要性，但對DNA結構沒有清晰認識。?蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點占主導地位。肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1一、肺炎鏈球菌的類型項目S型細菌R型細菌菌落菌體有無莢膜有無毒性表面光滑Smooth表面粗糙Rough有無多糖莢膜有無S型肺炎鏈球菌可以引起人類和小鼠患肺炎，小鼠并發(fā)敗血癥而死亡。莢膜是什么？有什么作用？

莢膜是某些細菌的細胞壁外面包圍的一層膠狀物質(zhì)。無莢膜的肺炎鏈球菌，感染人體或動物體后，容易被吞噬細胞吞噬并殺滅。有莢膜的肺炎鏈球菌可抵抗吞噬紐胞的吞噬，有利于細菌在宿主體內(nèi)生活并繁殖。

S型細菌具有多糖類莢膜，可以抵御吞噬細胞的吞噬，不能被宿主的正常防御機制所清除，因而導致宿主感染。

R型細菌沒有多糖類莢膜，感染細胞后容易被吞噬并殺滅。一、肺炎鏈球菌的類型肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1二、格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗注射加熱殺死的S型菌+R型活細菌說明R型菌無毒性說明S型菌有毒性說明加熱殺死的S型菌失去毒性分離出的細菌大部分是R型菌對照原則、單一變量原則從第四組實驗的小鼠尸體中分離出的有致病性的S型活細菌，其后代也是有致病性的S型細菌。由此可以判斷：已經(jīng)被加熱殺死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉(zhuǎn)化為有毒性的S型活細菌的活性物質(zhì)—“轉(zhuǎn)化因子”。R型菌S型菌轉(zhuǎn)化因子S型菌

后代

【提醒】發(fā)生轉(zhuǎn)化的只是少部分R型細菌。二、格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗轉(zhuǎn)化后的S型細菌后代還是S，說明轉(zhuǎn)化后可以穩(wěn)定遺傳。

格里菲思第四組實驗中，小鼠體內(nèi)S型細菌、R型細菌含量的變化情況如圖所示，則：①ab段R型細菌數(shù)量減少的原因是：②bc段R型細菌數(shù)量增多的原因是：③后期出現(xiàn)的大量S型細菌的來源:小鼠進行免疫反應致使R型細菌數(shù)量減少。

R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌后，S型細菌增殖使小鼠患病，降低小鼠的免疫力，造成R型細菌大量繁殖。R型細菌轉(zhuǎn)化成的S型細菌繁殖而來。轉(zhuǎn)化后的S型細菌可穩(wěn)定遺傳。二、格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1三、艾弗里及同事的體外轉(zhuǎn)化實驗多糖

脂類

蛋白質(zhì)

RNA

DNA加熱殺死的S型細菌在殺死的S型細菌中含有哪些物質(zhì)？但究竟哪一個才是轉(zhuǎn)化因子呢？【關鍵思路】把S型細菌的各種物質(zhì)分開，單獨的、直接的觀察它們的作用。轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)呢?有R型細菌的培養(yǎng)液加熱殺死的S型細菌的細胞提取液+S型細菌R型細菌有R型細菌的培養(yǎng)液加熱殺死的S型細菌的細胞提取液+S型細菌R型細菌混合混合有R型細菌的培養(yǎng)液加熱殺死的S型細菌的細胞提取液+混合只長R型細菌DNA酶蛋白酶（或RNA酶、酯酶）結論對照原則、單一變量原則DNA才是使R型菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)（DNA是遺傳物質(zhì))三、艾弗里及同事的體外轉(zhuǎn)化實驗基因重組R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌的實質(zhì)：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型細菌重組R型細菌轉(zhuǎn)化成S型細菌

DNA具有熱穩(wěn)定性。加熱使蛋白質(zhì)變性失去活性，DNA的結構也會被破壞，但當溫度降低到55℃左右時，DNA的結構會恢復，但蛋白質(zhì)卻不能恢復。

三、艾弗里及同事的體外轉(zhuǎn)化實驗

格里菲思體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗艾弗里及同事體外轉(zhuǎn)化實驗培養(yǎng)場所巧妙構思實驗結論小鼠體內(nèi)培養(yǎng)基將R型與加熱殺死的S型注入小鼠體內(nèi)作為對照來說明確實發(fā)生轉(zhuǎn)化將物質(zhì)分離提純后，直接、單獨的觀察各物質(zhì)的作用存在某種轉(zhuǎn)化因子讓R→SDNA才是使R型菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1四、肺炎鏈球菌體內(nèi)和體外轉(zhuǎn)化實驗的聯(lián)系1.體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗是體外轉(zhuǎn)化實驗的基礎，

僅說明S型細菌體內(nèi)有“轉(zhuǎn)化因子”；

體外轉(zhuǎn)化實驗則是前者的延伸，

進一步證明了“轉(zhuǎn)化因子”是DNA。2.所用的材料相同：都巧妙選用R型和S型兩種肺炎鏈球菌。3.實驗設計都遵循對照原則和單一變量原則。加法原理與常態(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，實驗組分別作加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理，利用了“加法原理”。在對照實驗中控制自變量，可以采用“加法或減法原理”。減法原理與常態(tài)相比，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(zhuǎn)化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質(zhì)，從而鑒定出DNA是遺傳物質(zhì)，這利用了“減法原理”。噬菌體侵染細菌的實驗2噬菌體侵染細菌的實驗2一、實驗材料——T2噬菌體和大腸桿菌1.T2噬菌體的結構及生活方式噬菌體是感染細菌、真菌、放線菌等微生物的病毒的總稱。（1）頭部內(nèi)含有

：含

元素。（填特征元素）DNAP（2）外殼：

，含

元素。（填特征元素）蛋白質(zhì)S（3）生活方式：專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)。2.噬菌體的增殖⑥侵入別的細菌③合成核酸和蛋白質(zhì)④裝配⑤釋放①吸附②注入核酸一、實驗材料——T2噬菌體和大腸桿菌

T2噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)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(shù)量后，大腸桿菌裂解，釋放出大量的噬菌體。2.噬菌體的增殖噬菌體侵染細菌的實驗2二、實驗方法放射性同位素標記技術選擇什么元素對DNA和蛋白質(zhì)進行放射性標記？（1）蛋白質(zhì):（2）DNA：C、H、O、N、SC、H、O、N、P35S32P可以直接標記T2噬菌體嗎？不可以，T2噬菌體是病毒，無法單獨在培養(yǎng)基上存活，應用含

培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體。被標記的大腸桿菌噬菌體侵染細菌的實驗2三、實驗過程1.第一步：先標記大腸桿菌大腸桿菌+含35S的培養(yǎng)基→含35S的大腸桿菌大腸桿菌+含32P的培養(yǎng)基→含32P的大腸桿菌2.第二步：再標記T2噬菌體T2噬菌體+含35S的大腸桿菌→含35S的T2噬菌體T2噬菌體+含32P的大腸桿菌→含32P的T2噬菌體赫爾希和蔡斯不能用35S、32P標記同一噬菌體3.第三步標記的噬菌體侵染未標記大腸桿菌短時間保溫后攪拌攪拌使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離。保溫時間過短，部分噬菌體還未侵染大腸桿菌；保溫時間過長，部分子代噬菌體已經(jīng)釋放。離心使上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被感染的大腸桿菌。離心三、實驗過程細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性上清液放射性很高沉淀物放射性很低子代噬菌體中無35S不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)上清液放射性很高上清液為噬菌體外殼。沉淀物放射性很低沉淀物主要為包含噬菌體DNA的大腸桿菌。3.第三步：用被標記的噬菌體侵染未被標記的細菌35S標記的噬菌體用35S標記的噬菌體與未標記的大腸桿菌混合經(jīng)短時間保溫后用攪拌器攪拌檢測上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)離心?說明蛋白質(zhì)沒有進入大腸桿菌。32P標記的噬菌體用32P標記的噬菌體與未標記的大腸桿菌混合經(jīng)短時間保溫后用攪拌器攪拌檢測上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)離心沉淀物為包含噬菌體DNA的大腸桿菌。說明DNA是真正的遺傳物質(zhì)子代噬菌體中含32P細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性上清液放射性很低沉淀物放射性很高沉淀物放射性很高上清液放射性很低上清液中主要含噬菌體外殼。3.第三步：用被標記的噬菌體侵染未被標記的細菌噬菌體侵染細菌的實驗2四、實驗結論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(zhì)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(zhì)不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)噬菌體侵染細菌的實驗2五、噬菌體侵染細菌實驗的兩個關鍵環(huán)節(jié)——“保溫”與“攪拌”1.用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌2.用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌五、噬菌體侵染細菌實驗的兩個關鍵環(huán)節(jié)——“保溫”與“攪拌”噬菌體侵染細菌的實驗2六、“二看法”判斷子代噬菌體標記情況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？

個體小，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(zhì)外殼，易于觀察因遺傳物質(zhì)改變導致的結構和功能的變化。

繁殖快，細菌20-30min就可繁殖一代，病毒短時間內(nèi)可大量繁殖。習題鞏固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？

艾弗里在每個實驗組中特異性地去除了一種物質(zhì)，然后觀察在沒有這種物質(zhì)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某種物質(zhì)（如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等）。習題鞏固習題鞏固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(xiàn)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(zhì)的提純和鑒定技術等。赫爾希采用的主要技術手段：噬菌體培養(yǎng)技術、同位素標記技術等。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。探究遺傳物質(zhì)的方法1.探究思路(1)若探究哪種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)——設法將物質(zhì)分開，單獨看作用。(2)若探究未知病毒的遺傳物質(zhì)是DNA還是RNA——利用酶的專一性或同位素標記法。2.探究方法生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)分析3生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)分析3一、煙草花葉病毒感染煙草的實驗【結論】RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。蛋白質(zhì)RNA分別侵染健康煙草植株得到全新病毒不能得到病毒：RNA蛋白質(zhì)患病不患病煙草花葉病毒實驗拓展--重建實驗TMV2RNA2蛋白質(zhì)2蛋白質(zhì)1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白質(zhì)1蛋白質(zhì)2+RNA1TMV1：結論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)分析3二、DNA是主要的遺傳物質(zhì)1.絕大多數(shù)生物以DNA為遺傳物質(zhì)凡是有DNA的生物凡是細胞結構的生物2.極少數(shù)生物沒有DNA，只有RNA一種核酸，則RNA是遺傳物質(zhì)，

如煙草花葉病毒、艾滋病病毒HIV、大多數(shù)流感病毒等

就整個生物界來說，絕大多數(shù)生物是以DNA作為遺傳物質(zhì)的，所以DNA是主要的遺傳物質(zhì)；但對某些生物體來說，遺傳物質(zhì)只能是DNA或RNA。生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)分析3三、不同生物的遺傳物質(zhì)生物種類核酸種類堿基核苷酸遺傳物質(zhì)實例細胞生物病毒DNA病毒RNA病毒2種（DNA和RNA)1種(DNA)1種(RNA)5種4種4種8種4種4種DNADNARNA人、酵母菌、藍藻等噬菌體等HIV等病毒按宿主按核酸種類動物病毒植物病毒細菌病毒DNA病毒RNA病毒如天花病毒，肝炎病毒如煙草花葉病毒如噬菌體天花病毒、噬菌體、乙肝病毒SARS病毒、流感病毒、新冠病毒、煙草花葉病毒、HIV、埃博拉病毒三、不同生物的遺傳物質(zhì)格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗艾弗里及同事的體外轉(zhuǎn)化實驗轉(zhuǎn)化因子是什么加熱殺死的S型細菌中含有轉(zhuǎn)化因子肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗DNA是肺炎鏈球菌、T2噬菌體的遺傳物質(zhì)RNA是TMV的遺傳物質(zhì)DNA是細胞結構的生物和DNA病毒的遺傳物質(zhì)RNA是RNA病毒的遺傳物質(zhì)更多實驗證據(jù)更多實驗證據(jù)DNA是主要的遺傳物質(zhì)課堂總結習題檢測41.枯草桿菌具有不同類型，其中一種類型能合成組氨酸。將從這種菌中提取的某種物質(zhì)，加入培養(yǎng)基中，培養(yǎng)不能合成組氨酸的枯草桿菌，結果獲得了活的能合成組氨酸的枯草桿菌。這種物質(zhì)可能是