第3章基因的本質(zhì)第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì)1891年1866年1910年1903年孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳定律科學(xué)家描述減數(shù)分裂全過程薩頓假說：基因在染色體上摩爾根證明基因在染色體上20世紀(jì)中葉染色體主要由蛋白質(zhì)和DNA組成遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA?

20世紀(jì)中葉，科學(xué)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？討論：1.你認(rèn)為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點？(1)儲存大量的遺傳信息；(2)可以準(zhǔn)確地復(fù)制，并傳遞給下一代；(3)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定等。一、對遺傳物質(zhì)的早期推測

蛋白質(zhì)具一定的熱穩(wěn)定性。一、對遺傳物質(zhì)的早期推測赫爾希和蔡斯噬菌體侵染細(xì)菌的實驗格里菲思的肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)：肺炎鏈球菌噬菌體肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗一二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗1.格里菲思的肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗①實驗材料：R型、S型肺炎鏈球菌和小鼠比較菌落特點菌體特點毒性S型細(xì)菌

R型細(xì)菌

無致病性人和小鼠患肺炎小鼠并發(fā)敗血癥死亡光滑Smooth粗糙Rough有多糖類的莢膜無多糖類的莢膜有致病性二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗②實驗過程：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(xì)菌注射S型活細(xì)菌注射加熱致死的S型細(xì)菌將R型活細(xì)菌與加熱致死的S型細(xì)菌混合后注射二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗思考：（1）對比第一、二組的實驗現(xiàn)象，說明了什么？

（2）對比第二、三組的實驗現(xiàn)象，說明了什么？

（3）

第四組小鼠為什么會死亡？體內(nèi)分離出的S型細(xì)菌從哪里來？

（4）

這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的S型活細(xì)菌的后代也是有毒性的S型細(xì)菌，又說明了什么？R型活細(xì)菌不會使小鼠死亡，而S型活細(xì)菌可使小鼠死亡。加熱致死的S型細(xì)菌不會使小鼠死亡。R型菌S型菌

轉(zhuǎn)化因子S型菌

增殖加熱殺死的S型菌格里菲思推論：已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌，含有某種促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化成為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)--轉(zhuǎn)化因子。轉(zhuǎn)化的性狀可以遺傳（即遺傳物質(zhì)）二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗②實驗過程：小鼠不死亡小鼠死亡，體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌

小鼠死亡，

體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌小鼠不死亡注射R型活細(xì)菌注射S型活細(xì)菌注射加熱致死的S型細(xì)菌將R型活細(xì)菌與加熱致死的S型細(xì)菌混合后注射第一組第二組第三組第四組對照組實驗組二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗?zāi)姆N物質(zhì)是轉(zhuǎn)化因子？加熱殺死的S型細(xì)菌多糖DNA蛋白質(zhì)脂類RNA？二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗2.艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗①實驗設(shè)計思路：破碎加熱殺死的S型細(xì)菌，設(shè)法去除絕大部分的糖類、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，制成細(xì)胞提取物（再經(jīng)過不同處理，單獨地、直接地觀察它們的作用）自變量控制的原理：加法原理和減法原理（p46）與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”。二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗2.艾弗里的肺炎鏈球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗減法原理組別S型細(xì)菌細(xì)胞提取物的處理方法實驗結(jié)果第一組第二組第三組第四組第五組不作處理蛋白酶RNA酶酯酶DNA酶加入有R型活細(xì)菌的培養(yǎng)基中S型細(xì)菌細(xì)胞提取物R型細(xì)菌思考：1.分析實驗自變量：

；

因變量：

。R型細(xì)菌S型細(xì)菌是否有某種成分培養(yǎng)基中是否有活的S菌2.哪組是對照組？哪組是實驗組？第一組為空白對照組。第二至五組為實驗組。3.該實驗的設(shè)計遵循哪些原則?遵循單一變量原則和對照原則。4.實驗結(jié)論是什么?轉(zhuǎn)化因子是DNA，即DNA是肺炎鏈球菌的遺傳物質(zhì)該實驗的巧妙之處是什么？在實際操作過程中最大的困難是什么？結(jié)論：“轉(zhuǎn)化因子”是DNA，DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。其巧妙之處在于：運用“減法原理”，即在每個實驗組人為去除某個影響因素后，觀察實驗結(jié)果的變化。最大的困難是：如何徹底去除細(xì)胞中含有的某種物質(zhì)（糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等）S型菌莢膜控制莢膜形成的X基因加熱殺死被破壞的S型菌X基因吸附在R型菌表面X基因進入R型菌重組R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌蛋白質(zhì)和核酸對于高溫的耐受力是不同的。1、在80-100℃的溫度范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)失活，DNA雙鏈解開；R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的本質(zhì)：基因重組注意：只是少數(shù)R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌2、當(dāng)溫度恢復(fù)至室溫后，DNA雙鏈能夠重新恢復(fù)，但蛋白質(zhì)加熱變性后活性無法恢復(fù)。為什么格里菲斯第4組實驗中加熱殺死的S菌的DNA還具有轉(zhuǎn)化能力？格里菲斯的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗表明：加熱殺死的S型細(xì)菌中含有轉(zhuǎn)化因子，能將R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗表明：DNA是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定性遺傳變化的物質(zhì)基礎(chǔ)，DNA就是轉(zhuǎn)化因子。

肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗有沒有更好的材料、更好的方法能夠?qū)NA和蛋白質(zhì)分開，單獨去觀察它們的作用呢？噬菌體侵染細(xì)菌實驗二三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗1.實驗材料：T2噬菌體和大腸桿菌T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒。三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗2.噬菌體侵染細(xì)菌的過程：三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗噬菌體侵染大腸桿菌過程侵入別的細(xì)菌合成組裝釋放吸附注入三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗3.研究方法：放射性同位素標(biāo)記技術(shù)哪一種物質(zhì)進入了大腸桿菌體內(nèi)DNA和蛋白質(zhì)不能直接看到，怎么辦放射性分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)選擇什么元素進行放射性標(biāo)記32P

標(biāo)記DNA

蛋白質(zhì)

標(biāo)記DNAC、H、O、N、P蛋白質(zhì)C、H、O、N、S35S三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗4.噬菌體侵染細(xì)菌實驗：如何單獨獲得只有35S或32P標(biāo)記的T2噬菌體？35S標(biāo)記的噬菌體32P標(biāo)記的噬菌體可以用含35S或32P元素的培養(yǎng)基培養(yǎng)出35S或32P標(biāo)記的T2噬菌體噬菌體嗎？注意：

不可以，噬菌體是病毒，必須寄生在活細(xì)胞內(nèi)，無法單獨在培養(yǎng)基上存活，應(yīng)用含被標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體。實驗過程：

第二步：標(biāo)記好的兩種T2噬菌體侵染細(xì)菌第一步：獲得被標(biāo)記的噬菌體+培養(yǎng)含32P的_________大腸桿菌含32P的細(xì)菌培養(yǎng)基大腸桿菌含35S的_________大腸桿菌含35S的細(xì)菌培養(yǎng)基+培養(yǎng)大腸桿菌+培養(yǎng)培養(yǎng)35S標(biāo)記的

_______32P標(biāo)記的

_______T2噬菌體甲組乙組T2噬菌體T2噬菌體三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗第二步：標(biāo)記好的兩種T2噬菌體侵染細(xì)菌標(biāo)記細(xì)菌標(biāo)記噬菌體標(biāo)記噬菌體侵染新的未標(biāo)記細(xì)菌（短時間保溫）攪拌離心觀察放射性的分布“短時間”：促使噬菌體充分侵染細(xì)菌；同時避免大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體攪拌：使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離上清液沉淀物輕：T2噬菌體顆粒重：被感染的大腸桿菌保溫時間過短，部分噬菌體還未侵染大腸桿菌；保溫時間過長，子代噬菌體已經(jīng)釋放。上清液沉淀物子代噬菌體放射性很高無放射性放射性很低35S（蛋白質(zhì)）標(biāo)記的噬菌體上清液沉淀物子代噬菌體放射性很高放射性很低部分有放射性32P（DNA）標(biāo)記的噬菌體35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)沒有進入到大腸桿菌內(nèi)32P標(biāo)記的DNA進入到大腸桿菌內(nèi)蛋白質(zhì)不是噬菌體的遺傳物質(zhì)DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗5.實驗現(xiàn)象及結(jié)論：35S標(biāo)記的實驗32P標(biāo)記的實驗標(biāo)記部位放射性情況上清液沉淀物子代噬菌體有無放射性原因蛋白質(zhì)很高DNA很低蛋白質(zhì)未進入大腸桿菌DNA進入大腸桿菌很高很低有放射性無放射性結(jié)論：子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。即DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗理論上上清液沉淀物其中一個大腸桿菌實際上①35S標(biāo)記的一組，為什么沉淀中出現(xiàn)了放射性？攪拌不充分導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌上，離心時隨細(xì)菌到沉淀物中。攪拌不充分三、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗思考：（2）32P標(biāo)記的實驗發(fā)現(xiàn)上清液中也很高的放射性，可能是什么原因造成的？保溫時間過短，部分噬菌體還未侵染細(xì)菌；保溫時間過長，子代噬菌體已經(jīng)釋放。理論上上清液沉淀物部分噬菌體未侵染大腸桿菌實際上保溫時間短保溫時間長部分噬菌體釋放出來釋放實際上1.艾弗里與赫爾希等人選用細(xì)菌或病毒作為實驗材料，以細(xì)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個體小，結(jié)構(gòu)簡單，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，易于觀察因遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化。②繁殖快，細(xì)菌20-30min就可繁殖一代，病毒短時間內(nèi)可大量繁殖。艾弗里在每個實驗組中特異性地去除了一種物質(zhì)（減法原理），然后觀察在無這種物質(zhì)的情況下，實驗結(jié)果的變化。

最大的困難是，如何徹底去除細(xì)胞中含有的某種物質(zhì)（如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等）3.艾弗里和赫爾希等人都分別采用了哪些技術(shù)手段來實現(xiàn)他們的實驗設(shè)計？這對于你認(rèn)識科學(xué)與技術(shù)之間的相互關(guān)系有什么啟示？艾弗里采用的主要技術(shù)手段：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：噬菌體培養(yǎng)技術(shù)、同位素標(biāo)記技術(shù)、物質(zhì)的提純和分離技術(shù)等。啟示：科學(xué)成果的取得必須有技術(shù)手段作保證，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、相互促進的。啟示：

科學(xué)成果的取得必須有技術(shù)手段作保證，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、相互促進的。三大經(jīng)典實驗對比肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗噬菌體侵染細(xì)菌實驗實驗者思路分離方式結(jié)論以及各實驗的關(guān)系設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)等分開，單獨地研究它們遺傳功能。證明DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。直接分離:分別加入到R型菌中同位素標(biāo)記法：標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)說明DNA是遺傳物質(zhì)格里菲思艾弗里赫爾希和蔡斯加熱殺死的S型菌體內(nèi)有“轉(zhuǎn)化因子”,是體外轉(zhuǎn)化實驗的基礎(chǔ)。這三個實驗?zāi)芊裾f明DNA是自然界中所有生物的遺傳物質(zhì)？四、RNA是遺傳物質(zhì)的實驗證據(jù)煙草花葉病毒（TMV）是由RNA和蛋白質(zhì)組成的，在感染煙草時，會出現(xiàn)致病斑。四、RNA是遺傳物質(zhì)的實驗證據(jù)蛋白質(zhì)RNA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煙草花葉病毒組分單獨侵染煙草實驗煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA：煙草花葉病毒重建實驗示意圖TMV2RNA2蛋白質(zhì)2蛋白質(zhì)1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白質(zhì)1蛋白質(zhì)2+RNA1TMV1煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA：四、RNA是遺傳物質(zhì)的實驗證據(jù)_____