資源簡介

第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)
一、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗
1．對遺傳物質(zhì)的早期推測
20世紀(jì)20年代，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。20世紀(jì)30年代，人們認(rèn)識到組成DNA的脫氧核苷酸有4種，每一種有一個特定的堿基。這一認(rèn)識本可以使人們意識到DNA的重要性，但是，由于對DNA的結(jié)構(gòu)沒有清晰的了解，認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點仍占主導(dǎo)地位。
2．肺炎鏈球菌的類型
項目 S型細(xì)菌 R型細(xì)菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌體
有無致病性 有 無
3．格里菲思的肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗
實驗過程 結(jié)果分析 結(jié)論
(1)R型活細(xì)菌小鼠不死亡 R型細(xì)菌無致病性 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)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子
(2)S型活細(xì)菌小鼠死亡S型活細(xì)菌 S型細(xì)菌有致病性
(3)加熱致死的S型細(xì)菌小鼠不死亡 加熱致死的S型細(xì)菌已失活
小鼠死亡S型活細(xì)菌 R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，且性狀可以遺傳
【拓展延伸】　加熱的作用原理
(1)加熱會使蛋白質(zhì)變性失活，這種失活是不可逆的。由于蛋白質(zhì)失活，酶等生命體系失去其相應(yīng)功能，細(xì)菌死亡。
(2)加熱時，DNA的結(jié)構(gòu)也會被破壞，但當(dāng)溫度降低到55 ℃左右時，DNA的結(jié)構(gòu)會恢復(fù)，進(jìn)而恢復(fù)活性。
4．艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗
(1)實驗過程及結(jié)果
(2)結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。
(3)減法原理：在對照實驗中，與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素稱為“減法原理”。例如，在艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(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是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。
【特別提醒】　(1)肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗的實質(zhì)是S型細(xì)菌的DNA片段整合到了R型細(xì)菌的DNA中，進(jìn)而在R型細(xì)菌中指導(dǎo)合成了S型細(xì)菌的一些物質(zhì)，使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成了S型細(xì)菌。
(2)一般情況下，轉(zhuǎn)化率很低，只有極少數(shù)R型細(xì)菌被S型細(xì)菌的DNA侵入并發(fā)生轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)基中(或小鼠體內(nèi))的大量S型細(xì)菌大多是由轉(zhuǎn)化后的S型細(xì)菌繁殖而來的。
強(qiáng)化記憶：
請從以下角度來說明肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗與體外轉(zhuǎn)化實驗的關(guān)系：
(1)區(qū)別
項目 體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗 體外轉(zhuǎn)化實驗
科學(xué)家 格里菲思 艾弗里及其同事
細(xì)菌培養(yǎng) 小鼠體內(nèi) 體外培養(yǎng)基
實驗構(gòu)思 用加熱致死的S型細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)作為對照實驗來說明確實發(fā)生了轉(zhuǎn)化 在S型細(xì)菌的提取物中，分別去除某種物質(zhì)，觀察能否使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化
觀察指標(biāo) 小鼠是否死亡 培養(yǎng)基中菌落類型
實驗結(jié)論 已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌體內(nèi)有轉(zhuǎn)化因子 轉(zhuǎn)化因子是DNA
(2)聯(lián)系
①體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗是體外轉(zhuǎn)化實驗的基礎(chǔ)，體外轉(zhuǎn)化實驗則是前者的延伸。
②實驗設(shè)計都遵循對照原則和單一變量原則。
二、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗
1．實驗者：赫爾希和蔡斯。
2．實驗方法：放射性同位素標(biāo)記技術(shù)。
3．實驗材料：T2噬菌體和大腸桿菌
(1)T2噬菌體的模式圖
(2)T2噬菌體的增殖
①合成T2噬菌體的DNA的模板：進(jìn)入大腸桿菌體內(nèi)的T2噬菌體的遺傳物質(zhì)。
②合成T2噬菌體的DNA的原料：大腸桿菌提供的四種脫氧核苷酸。
③合成T2噬菌體的蛋白質(zhì)的原料：大腸桿菌的氨基酸，場所：大腸桿菌的核糖體。
4．實驗過程
(1)標(biāo)記T2噬菌體
(2)侵染細(xì)菌
5．實驗分析
(1)噬菌體侵染細(xì)菌時，DNA進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)外殼仍留在細(xì)胞外。
(2)子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳的。
6．實驗結(jié)論：DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)。
【特別提醒】　噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中應(yīng)注意的問題
(1)病毒營寄生生活，T2噬菌體只能侵染大腸桿菌，而不能侵染其他細(xì)菌。
(2)標(biāo)記噬菌體時應(yīng)先標(biāo)記細(xì)菌，用噬菌體侵染被標(biāo)記的細(xì)菌，這樣來標(biāo)記噬菌體。因為噬菌體是沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒，必須依賴活細(xì)胞生存。
強(qiáng)化記憶：
1．本實驗采用的是放射性同位素標(biāo)記技術(shù)，為什么用32P和35S進(jìn)行標(biāo)記？
提示　P是噬菌體DNA特有的元素，S是噬菌體蛋白質(zhì)特有的元素，用32P和35S分別標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，可以單獨地觀察它們各自的作用。
2．能否用14C和3H標(biāo)記噬菌體？能否用32P和35S同時標(biāo)記噬菌體？
提示　不能，因為DNA和蛋白質(zhì)都含C和H，因此無法確認(rèn)被標(biāo)記的是何種物質(zhì)；不能，因為若用32P和35S同時標(biāo)記噬菌體，則上清液和沉淀物中均會具有放射性，無法判斷噬菌體遺傳物質(zhì)的成分。
3．用35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時，發(fā)現(xiàn)沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？
提示　攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心到沉淀物中。
4．用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時，發(fā)現(xiàn)上清液中放射性也較高，可能是什么原因造成的？
提示　(1)保溫時間過短，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。
(2)保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放出子代，經(jīng)離心后分布于上清液中。
【歸納總結(jié)】　
(1)噬菌體侵染細(xì)菌實驗的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)——“保溫”與“攪拌”
①保溫時間要合適——若保溫時間過短或過長會使32P組的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌體未侵染細(xì)菌或子代噬菌體被釋放出來。
②“攪拌”要充分——如果攪拌不充分，35S組部分噬菌體與大腸桿菌沒有分離，噬菌體與細(xì)菌共存于沉淀物中，這樣會造成沉淀物中放射性偏高。
(2)使用不同元素標(biāo)記后子代放射性有無的判斷
三、生物的遺傳物質(zhì)
1．RNA是遺傳物質(zhì)的實驗證據(jù)
(1)實驗材料：煙草花葉病毒(只含有蛋白質(zhì)和RNA)、煙草。
(2)實驗過程
(3)結(jié)論：煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，不是蛋白質(zhì)。
2．DNA是主要的遺傳物質(zhì)：絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有極少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是RNA。因此，DNA是主要的遺傳物質(zhì)。
強(qiáng)化記憶：
請總結(jié)：探索“遺傳物質(zhì)”的思路和方法，并完成填空：
(1)探究思路：探究哪種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)——設(shè)法將物質(zhì)分開，單獨看其作用。
(2)三種方法
必背知識：
1．肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗的結(jié)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)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子。
2．艾弗里通過對肺炎鏈球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗的研究，提出DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。
3．T2噬菌體侵染細(xì)菌的實驗證明：DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)。
4．絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。
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