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必修二《遺傳與進化》
第三章 基因的本質
3.1 DNA是主要的遺傳物質
1
1866年
孟德爾發現遺傳定律
遺傳物質是蛋白質還是DNA
2
1891年
科學家描述減數分裂全過程
3
1903年
薩頓假說：基因和染色體存在平行關系
5
20世紀中葉
染色體主要由蛋白質和DNA組成
1909年
4
摩爾根證明：
基因在染色體上
回顧：科學家的足跡
染色體＝DNA＋蛋白質
遺傳物質的特點：
1.能夠儲存大量的遺傳信息
2.可以準確地復制，并傳遞給下一代
3.結構比較穩定
DNA
蛋白質
染色質
染色體
那么在DNA和蛋白質究竟哪一種物質是遺傳物質？
問題探討
一、對遺傳物質的早期推測
是由多種氨基酸連接而成，排列順序多樣，可能蘊含遺傳信息
20世紀20年代
20世紀30年代
認識到 DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子
對DNA結構沒有清晰的了解
蛋白質
蛋白質是遺傳物質
蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
二、DNA是遺傳物質的證據
噬菌體侵染細菌的實驗
格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
向“遺傳物質是蛋白質”提出挑戰的科學家們：
格里菲思
艾弗里
赫爾希
蔡斯
1、格里菲斯肺炎鏈球菌體內轉化實驗
實驗目的：
實驗材料：
兩種肺炎雙球菌、小鼠
研究DNA和蛋白質誰是遺傳物質？
項目 S型細菌 R型細菌
菌體
菌落
有無毒性
S型菌落
R型菌落
表面光滑
表面粗糙
有
無
小鼠不死亡
（第一組）
小鼠死亡
（第二組）
小鼠不死亡
（第三組）
小鼠死亡
（第四組）
？
1、格里菲斯肺炎鏈球菌體內轉化實驗
（閱讀P43）
1.對比第一、二組，說明了什么？ 對比第二、三組，說明了什么？
R型活菌致死，S型活菌不致死
加熱致死的S型菌不會使小鼠死亡。
2. 第四組小鼠為什么會死亡？
體內分離出的S型細菌從哪里來？S型菌死而復生？R型轉化而來？
1、格里菲斯肺炎鏈球菌體內轉化實驗
加熱殺死的S型菌體內含有多種物質，究竟誰是轉化因子？
多糖
脂質 蛋白質
RNA DNA……
格里菲斯推斷：
已經加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子。
可以控制生物的性狀，可以復制，并能傳遞給下一代。
（即遺傳物質）
多糖
蛋白質
RNA
DNA
脂質
S型細菌
多糖
脂質、蛋白質
RNA、DNA等
實驗設計思路
由于當時的技術有限，并不能徹底提純這些物質。因此可用酶解法，將物質單個排除，觀察剩余提取物的轉化活性來尋找轉化因子。
含R型細菌的培養基
分別加入
R型細菌？
S型細菌？
觀察菌落產生情況
加法原理
多糖
蛋白質
RNA
DNA
脂質
S型細菌
多糖
脂質、蛋白質
RNA、DNA等
含R型細菌的培養基
提取液
全部加入
加入酶除去特定物質
R型細菌？
S型細菌？
觀察菌落產生情況
減法原理
2、艾弗里的肺炎雙球菌體外轉化實驗
有R型細菌的培養基
S型細菌的細胞提取物
+
混合
有R型細菌的培養液
S型細菌的細胞提取液
+
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
有R型細菌的培養液
S型細菌的細胞提取液
+
混合
DNA酶
空白對照
結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質,DNA是轉化因子
作用分別是水解蛋白質、RNA、酯類和DNA
轉化原理：加熱致死的S型細菌，其蛋白質變性失活，DNA在加熱過程
中，雙螺旋解開，氫鍵斷裂，但緩慢冷卻時，其結構可恢復。
轉化實質：S型細菌的DNA片段整合到了R型細菌的DNA中。（基因重組）
轉化特點：一般情況下轉化率很低，形成的S型細菌很少，轉化后形成的
S型細菌可以遺傳下去，快速繁殖形成大量的S型細菌，說明S
型細菌的DNA是遺傳物質。
對S型細菌和R型細菌轉化的理解（優化設計P83）
被破壞的S型細菌
控制莢膜形成的基因先吸附→進入→重組
減法原理
加法原理
含義：與常態比較，人為增加某種影響因
素的稱為“加法原理”。
舉例：“比較過氧化氫在不同條件下的
分解”
含義：與常態比較，人為去除某種影響因
素的稱為“減法原理”。
舉例：“艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗”
每個實驗組特異性去除了一種物質，
從而鑒定出DNA是遺傳物質。
對照組
實驗組
實驗組
實驗組
對照組
實驗組
實驗組
科學方法 —“加法原理”和“減法原理”
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
培養細菌 體內培養 體外培養
實驗結果 已經被加熱殺死的S型細菌能使R型細菌轉化為________ 能使R型細菌轉化為S型細菌
實驗結論 已經被加熱殺死的S型細菌體內含有某種“ ” 是S型細菌的遺傳物質，而蛋白質等其他物質不是遺傳物質
聯系 ①所用材料相同，都是 ； ②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎，僅說明加熱后殺死的S型細菌體內含有 ，體外轉化實驗進一步說明 ； ③實驗設計都遵循 原則 小鼠
培養基
S型細菌
S型細菌的DNA
轉化因子
DNA
某種“轉化因子”
“轉化因子”是DNA
R型和S型肺炎雙球菌
對照原則、單一變量
課堂練習
(1)加熱致死的S型細菌和R型活細菌混合注射到小鼠體內，從小鼠尸體
中提取到的細菌全部是S型活細菌(　　)
(2)艾弗里的實驗證明S型肺炎鏈球菌的DNA可以使小鼠死亡(　　)
(3)格里菲思和艾弗里分別用不同的方法證明DNA是遺傳物質(　　)
×
×
×
課堂練習
1．格里菲思以小鼠為材料，研究肺炎鏈球菌的致病情況，S型細菌的菌體有多糖類莢膜，形成的菌落表面光滑；R型細菌的菌體沒有多糖類莢膜，形成的菌落表面粗糙。某小組在其實驗的基礎上增加了下列相關實驗，過程如圖。下列正確的是(　　)
A．過程③中加熱致死的S型細菌的遺傳物質已經不具有活性B．從鼠2血液中分離出來的活菌都能使小鼠死亡C．圖示實驗過程證明存在一種促使R型活細菌轉化成S型活細菌的活性物質D．從鼠5體內分離出活菌在培養基上培養，只會產生粗糙菌落
[典題示例]
（優化設計P83）
C
課堂練習
2．如圖所示為艾弗里肺炎鏈球菌實驗的基本過程，下列說法正確的是(　　)
A．本實驗在進行實驗處理時應用了自變量控制中的減法原理B．取第一組結果中的R型細菌繼續培養，后代中既有R型細菌也有S型細菌C．取第一組結果中的S型細菌繼續培養，后代中既有R型細菌也有S型細菌D．本實驗證明了RNA也是一種遺傳物質
[典題示例]
（優化設計P84）
A
雖然艾弗里的實驗引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實驗中提取出的DNA，
純度最高時也還有0.02%的蛋白質，因此，仍有人對實驗結論表示懷疑。
另外，當時科學界普遍認為蛋白質是遺傳物質。
如何獲取單獨的DNA或者蛋白質進行實驗？有沒有比細菌更為簡單的實驗材料？
T2噬菌體
（細菌病毒，只由蛋白質、RNA組成，
專一寄生于大腸桿菌）
3、噬菌體侵染細菌的實驗
實驗者：
赫爾希和蔡斯
實驗材料：
T2噬菌體 大腸桿菌
選擇T2噬菌體為實驗材料的原因
①結構簡單，只由蛋白質和DNA組成
③繁殖時僅將遺傳物質導入大腸桿菌，繁殖快
T2噬菌體
（細菌病毒，專一寄生于大腸桿菌）
噬菌體侵染大腸桿菌過程
侵入其它細菌
思考：T2噬菌體增殖的場所是哪里？增殖所需原料有哪些？由誰提供？
T2噬菌體只提供遺傳物質(DNA)作為模板，
增殖需要的原料：脫氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等均由大腸桿菌提供。
吸附
注入
復制、合成
組裝
釋放
→
→
→
→
3、噬菌體侵染細菌的實驗
噬菌體侵染細菌的過程
大腸桿菌細胞內
問題1：進入大腸桿菌的遺傳物質有幾種可能？
①噬菌體的蛋白質外殼進入細菌，DNA未進入
②噬菌體的DNA進入細菌，蛋白質外殼未進入
③噬菌體的DNA和蛋白質外殼都進入了細菌
問題2：DNA和蛋白質無法看到，用什么方法
判斷哪種物質進入了？
放射性同位素標記法分別標記DNA和蛋白質
DNA
蛋白質
大腸桿菌
3、噬菌體侵染細菌的實驗
DNA
蛋白質
大腸桿菌
問題3：應標記DNA和蛋白質的什么元素？
3、噬菌體侵染細菌的實驗
35P
32S
問題4：用14、18O或3H等標記行嗎？
問題5：能不能同時用32P和35S標記噬菌體？
問題6：如何標記噬菌體？能否在含放射性
同位素的培養基中標記噬菌體？
不可以，噬菌體是病毒，無法單獨在培養基上存活，
應用含被標記的大腸桿菌培養基培養噬菌體。
3、噬菌體侵染細菌的實驗
實驗過程：
首先，標記噬菌體
35S
32P
+
+
35S
含35S的培養基
含32P的培養基
大腸桿菌
大腸桿菌
含35S的大腸桿菌
含32P的大腸桿菌
35S噬菌體
32 P噬菌體
（課本P45）
標記的T2噬菌體
侵染大腸桿菌
攪拌
離心并檢測放射性
檢測子代噬菌體的放射性
短時間保溫
無放射性標記的細菌
使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離
讓上清液中析出重量較輕的噬菌體顆粒，沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。
噬菌體侵染細菌→攪拌、離心→觀察放射性分布
　
3、噬菌體侵染細菌的實驗
實驗過程：
沉淀物的放射性很
上清液的放射性很
高
低
① 35S標記的噬菌體侵染細菌：
② 32P標記的噬菌體侵染細菌：
沉淀物的放射性很
上清液的放射性很
低
高
35S—蛋白質外殼未進入宿主細胞
32P—DNA進入了宿主細胞內
可能的結果分析
3、噬菌體侵染細菌的實驗
第一組實驗 （35S標記跟蹤蛋白質） 第二組實驗
（32P標記跟蹤DNA）
假設1：注入的是蛋白質，DNA未進入 上清液： 上清液：
沉淀物： 沉淀物：
假設2： 注入的是DNA，蛋白質未進入 上清液： 上清液：
沉淀物： 沉淀物：
假設3：DNA和蛋白質都進入 上清液： 上清液：
沉淀物： 沉淀物：
放射性很高
無放射性
放射性很高
無放射性
放射性很高
無放射性
放射性很高
無放射性
放射性很高
無放射性
放射性很高
無放射性
實驗結論：子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳給后代的,
因此_______是T2噬菌體遺傳物質。
DNA
實驗結果分析：
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
無放射性
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
注意：
該實驗證明了DNA是真正的遺傳物質。但未能證明蛋白質不是遺傳物質，因為T2噬菌體的蛋白質外殼沒有進入大腸桿菌，因此蛋白質的作用不能被證明。
攪拌不充分
理論上
上清液
沉淀物
其中一個
大腸桿菌
實際上
35S標記的一組，沉淀物中出現少量放射性的原因
實驗誤差分析：
保溫時間長
理論上
上清液
沉淀物
若該大腸桿菌有一個噬菌體侵入
實際上
部分釋
放出來
釋放
實際上
保溫時間短
32P標記的一組，上清液中出現少量放射性的原因
實驗誤差分析：
未來得及侵染
[歸納總結] 優化設計P85
(1)用含32P的T2噬菌體
侵染大腸桿菌時：
(2)用含35S的T2噬菌體
侵染大腸桿菌時：
實驗中放射性正常或異常分布的情況及原因：
三個經典實驗對比
肺炎鏈球菌 體內轉化實驗 肺炎鏈球菌 體外轉化實驗 噬菌體侵
染細菌實驗
實驗者
思 路 分離方式
結 論
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，蛋白質等不是。
酶解法:
分別加入到R型菌中
放射性同位素標記法：
分別標記DNA和蛋白質
證明DNA是遺傳物質,但不能證明蛋白質不是遺傳物質
格里菲思
艾弗里及其同事
赫爾希和蔡斯
加熱殺死的S型細菌體內有“轉化因子”
DNA是唯一的遺傳物質嗎？
下面這些生物的遺傳物質是什么？
新型冠狀病毒（2019-nCOV）
煙草花葉病毒
背景知識
煙草花葉病毒（TMV）是由RNA和蛋白質組成的，在感染煙草時，會出現致病斑。
煙草花葉病毒
左：正常煙葉 右：病葉
四、煙草花葉病毒侵染實驗
蛋白質
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
結論：只有RNA而沒有DNA的病毒中，________是遺傳物質
RNA
實驗過程
四、煙草花葉病毒侵染實驗
結論
各種生物的遺傳物質
生物類別 核酸種類 舉例 遺傳物質
細胞 生物 真核生物 DNA和RNA 變形蟲、玉米、人 DNA
原核生物 DNA和RNA 細菌、藍藻 非細胞生物 （以病毒為例） DNA 噬菌體、乙肝病毒 RNA 煙草花葉病毒、HIV(人類免疫缺陷病毒)、流感病毒、SARS病毒、新型冠狀病毒等 RNA
綜上所述，除RNA病毒外，其它（絕大多數）生物的遺傳物質都是DNA，所以：
DNA是主要的遺傳物質
（1）生物的遺傳物質是DNA或RNA，即生物的遺傳物質是核酸。
（2）既含有DNA又含有RNA的生物和只含有DNA的生物，其遺傳物質是DNA。
（3）只含RNA的病毒中，RNA才是遺傳物質。
（4）由于絕大多數生物的遺傳物質是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質。
總結：DNA是主要的遺傳物質
DNA是肺炎鏈球菌、T2噬菌體的遺傳物質
RNA是TMV的遺傳物質
DNA是細胞結構的生物和DNA病毒的遺傳物質
RNA是RNA病毒的遺傳物質
更多實驗證據
更多實驗證據
DNA是主要的遺傳物質
加熱殺死的S型細菌中含有轉化因子
肺炎鏈球菌的轉化實驗
T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗
格里菲斯的體內轉化實驗
艾弗里的體外轉化實驗
轉化因子是什么
即時練習
DNA或RNA
DNA
DNA
（2）煙草的遺傳物質是什么？
DNA
1. （1）動物和人體的遺傳物質是什么？
（3）細菌的遺傳物質是什么？
（4）一切生物的遺傳物質是什么？
（5）病毒的遺傳物質是什么？
核酸（DNA或RNA）
2.下列有關核酸與遺傳物質關系的敘述中，不正確的是(　　)
A.DNA是絕大多數生物的遺傳物質
B.有些生物的遺傳物質是RNA
C.在真核生物中，DNA和RNA都是遺傳物質，其中DNA是主要的遺傳物質
D.核酸是所有生物的遺傳物質，其中DNA是主要的遺傳物質
C
3.下列有關人類對遺傳物質探索歷程的敘述，錯誤的是( )
A.格里菲思的肺炎雙球菌體內轉化實驗證明了S型細菌中存在一種轉化因子
B.艾弗里及其同事的肺炎雙球菌體外轉化實驗證明DNA是遺傳物質
C.赫爾希和蔡斯的實驗證明了DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質
D.煙草花葉病毒侵染煙草的實驗證明RNA是遺傳物質
C
即時練習
4、下圖是T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的部分步驟示意圖，下列對此實驗的有關敘述，正確的是(　　)
A．本實驗使用的被標記的噬菌體是接種在含有35S的培養基中獲得的
B．本實驗選用噬菌體作實驗材料的原因之一是其結構組成只有蛋白質和DNA
C．實驗中采用攪拌和離心等操作是為了把DNA和蛋白質分開再分別檢測其放射性
D．在新形成的噬菌體中沒有檢測到35S，說明噬菌體的遺傳物質是DNA，不是蛋白質
B
即時練習
五、練習與應用
概念檢測 （P47）
1.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，加入培養基中，培養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。這種物質可能是（ ）
A.多肽 B.多糖 C.組氨酸 D. DNA
2.赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗表明（ ）
A.DNA是遺傳物質
B.遺傳物質包括蛋白質和DNA
C.病毒中有DNA，但沒有蛋白質
D.細菌中有DNA，但沒有蛋白質
D
A
五、練習與應用
拓展應用 （P47）
1.T2噬菌體侵染大腸桿菌時，只有噬菌體的DNA進入細菌的細胞中，噬菌體的蛋白質外殼留在細胞外。大腸桿菌裂解后，釋放出的大量噬菌體卻同原來的噬菌體一樣具有蛋白質外殼。請分析子代噬菌體的蛋白質外殼的來源。
實驗表明噬菌體在侵染大腸桿菌時，進入大腸桿菌內的主要是DNA，而大多數蛋白質卻留在大腸桿菌外面。因此，大腸桿菌裂解后，釋放出的子代噬菌體是利用親代噬菌體的遺傳信息，以大腸桿菌的氨基酸為原料來合成蛋白質外殼的。
2.結合肺炎鏈球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗，分析DNA作為遺傳物質所具備的特點。
肺炎鏈球菌的轉化實驗和噬菌體侵染大腸桿菌的實驗證明，作為遺傳物質至少要具備以下幾個特點：
能夠精確的自我復制；
能夠指導蛋白質合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝的過程，
具有儲存遺傳信息的能力，
結構比較穩定，特殊情況下可以發生突變等等。

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