資源簡介

第3章 基因的本質
第1節 DNA是主要的遺傳物質
多糖類的莢膜
一
遺傳物質早期推測
1
提出“遺傳因子”，并總結遺傳規律
孟德爾
2
把“遺傳因子”命名為基因
約翰遜
3
提出基因在染色體上的假說
薩 頓
4
實驗證明基因位于染色體上
摩爾根
科學家發現：染色體的主要組成成分是 DNA和蛋白質
5
課前回顧：遺傳物質的探索
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？
一. 遺傳物質早期推測
20世紀30年代：
DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
但由于對DNA分子的結構沒有清晰的了解，人們認為蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
20世紀20年代：
蛋白質是由多種氨基酸連接而成的大分子。
一. 遺傳物質早期推測
大多數科學家認為——蛋白質是遺傳物質
“ 我們表示懷疑！”
艾弗里
赫爾希
格里菲思
蔡斯
二
肺炎鏈球菌的轉化實驗
格里菲思
艾弗里
艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
格里菲斯的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
實驗材料：
兩種肺炎鏈球菌、小白鼠
1. 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
項目
S型肺炎鏈球菌
R型肺炎鏈球菌
菌落
菌體
有無毒性
表面光滑 Smooth
表面粗糙 rough
有
無
多糖類的莢膜
不死亡
死亡
不死亡
死亡
注射R型
活細菌
注射S型
活細菌
注射加熱致死的S型細菌
將R型活細菌與加熱致死的S型細菌混合后注射
說明加熱致死的S型細菌無毒
說明S型細菌有毒
說明R型細菌無毒
說明R型細菌轉化成了S型細菌
對照原則、單一變量原則
實驗過程：
1.分析實驗的自變量？
注入的肺炎鏈球菌的類型和死活
2.分析實驗的實驗組和對照組？
第一至三組為對照組
第四組為實驗組
3.對比第一、二組的實驗現象，
這說明了什么？
S型活細菌會使小鼠死亡
4.第四組活的S型細菌如何出現？
活的R型細菌轉變成了活的
S型細菌。
5.本實驗能得出什么結論？
加熱殺死的S型細菌中存在
某種轉化因子，能使R型細
菌轉化為S型細菌。
1. 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
1.分析實驗的自變量？
注入的肺炎鏈球菌的類型和死活
2.分析實驗的實驗組和對照組？
第一至三組為對照組
第四組為實驗組
3.對比第一、二組的實驗現象，
這說明了什么？
S型活細菌會使小鼠死亡
4.第四組活的S型細菌如何出現？
活的R型細菌轉變成了活的
S型細菌。
5.本實驗能得出什么結論？
加熱殺死的S型細菌中存在
某種轉化因子，能使R型細
菌轉化為S型細菌。
1. 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
格里菲思推論：
已經加熱殺死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化成為S型活細菌的活性物質------轉化因子
1. 格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
活R
死S
活S
S型菌
轉化因子
轉化因子究竟是什么物質？
多糖 脂類 蛋白質 RNA DNA
加熱殺死的S型細菌
2. 要進一步證明哪種物質是轉化因子，實驗中最關鍵的設計思路是什么？
1. 加熱殺死的S型菌體內含有多種物質，究竟誰是轉化因子？
R型菌
S型菌
轉化因子
S型菌
后代
設法將蛋白質、DNA等物質分開，單獨、直接地觀察它們的作用。
通過“酶解法”，將物質一個個排除，通過觀察剩余提取物的轉化活性來尋找轉化因子。
3. 通過什么方法將蛋白質、DNA等物質分開？
討論：
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
實驗材料：
培養基
R型活細菌、
S型細菌的細胞提取物、
蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶
如何獲得細胞提取物？提取物中含有什么？
將加熱致死的S型細菌破碎；設法去除絕大部分糖類、蛋白質和脂質，制成細胞提取物。
提取物中主要含有少量蛋白質、脂質和RNA、DNA。
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
2. 艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
對照原則、單一變量原則
實驗結論：
1.DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
2.蛋白質等其他物質不是遺傳物質。
實驗過程：
第一組
第二至第四組
第五組
有R型細菌的培養基
S型細菌的細胞提取物
+
S型細菌
R型細菌
混合
有R型細菌的培養液
S型細菌的細胞提取液
+
S型細菌
R型細菌
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
只長R型細菌
DNA酶
1.分析實驗的自變量？
向培養基中加入的S型菌的
成分不同
2.分析實驗的實驗組和對照組？
第一至四組為對照組
第五組為實驗組
3.分析實驗的方法?
酶解法
細菌體外培養
4.如何區分R型和S型菌?
根據菌落的形態
5.本實驗能得出什么結論?
DNA才是使R型菌產生
穩定遺傳變化的物質
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
2. 艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
1.分析實驗的自變量？
向培養基中加入的S型菌的
成分不同
2.分析實驗的實驗組和對照組？
第一至四組為對照組
第五組為實驗組
3.分析實驗的方法?
酶解法
細菌體外培養
4.如何區分R型和S型菌?
根據菌落的形態
5.本實驗能得出什么結論?
DNA才是使R型菌產生
穩定遺傳變化的物質
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
2. 艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
基因重組
R型細菌轉化為S型細菌的原理：
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型細菌轉化成S型細菌
注意：只是少數R型細菌轉化為S型細菌
知識拓展
思考：
從控制自變量的角度，艾弗里實驗的基本思路是什么？
每個實驗組特異性地去除了一種物質，
從而鑒定出誰是遺傳物質 -----減法原理
我們之前學過的哪個實驗運用了加法原理？
與常態相比，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。
加法原理
減法原理
與常態比較，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”。
科學方法
2. 艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗
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：在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，與對照組相比，實驗組分別作加溫、滴加FeC13溶液、滴加肝臟研磨液的處理，就利用了“加法原理”。
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：在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質，就利用了“減法原理”。
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——自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”
二. 肺炎鏈球菌的轉化實驗
項目
體內轉化實驗
體外轉化實驗
培養細菌
在小鼠體內
體外培養基
實驗對照
R型細菌與S型細菌的致病性對照
S型細菌各組成成分的作用進行對照
巧妙構思
用加熱殺死的S型細菌和R型活細菌混合注入小鼠體內，與用加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗，說明確實發生了轉化
每個實驗組用酶解法特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質
實驗結論
S型細菌體內有“轉化因子”
S型細菌的DNA是遺傳物質
聯系
①所用材料相同
②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎，體外轉化實驗是體內轉化實驗的延伸
③兩實驗都遵循對照原則、單一變量原則
肺炎鏈球菌體內轉化實驗和體外轉化實驗的比較
[例1] 格里菲思用肺炎鏈球菌在小鼠身上進行了著名的轉化實驗，關于實驗的結論錯誤的是 (　　)
A.說明了肺炎鏈球菌的遺傳物質是DNA
B.說明了R型活細菌在一定條件下能夠轉化為S型細菌
C.說明了R型活細菌是無毒性的
D.說明了加熱致死的S型細菌是無毒性的
A
課堂檢測
[例2] 如圖表示某生物興趣小組做的肺炎鏈球菌的轉化實驗，下列相關敘述錯誤的是(　　)
B
A.DNA酶的作用是水解S型細菌的DNA
B.結果1中S型肺炎鏈球菌占絕大多數
C.該實驗證明DNA是遺傳物質
D.結果2中全部為R型肺炎鏈球菌
課堂檢測
但是，仍有人對實驗結論表示懷疑。因為艾弗里實驗中無法真正去除蛋白質，可能仍存在少量的蛋白質。
有沒有更好的材料、更好的方法
能夠將DNA和蛋白質分開，單獨去觀察它們的作用呢？
三
噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
1. 實驗者：
赫爾希和蔡斯
2. 實驗材料：
T2噬菌體 大腸桿菌
① 成分只有蛋白質和DNA
② 一種專門寄生在大腸桿菌體內的病毒，僅能在大腸桿菌內繁殖。
③ 繁殖時，僅將遺傳物質導入大腸桿菌，其他物質保留在體外。
三. 噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
侵入別的細菌
注入
復制、合成
吸附
組裝
釋放
吸附
注入
復制、合成
組裝
釋放
3. T2噬菌體病毒侵染細菌的過程：
放射性同位素標記
哪一種物質進入了大腸桿菌體內？
DNA和蛋白質不能直接看到，怎么辦？
放射性分別標記DNA和蛋白質
選擇什么元素進行放射性標記
主要組成元素
C、H、O、N、P
主要組成元素
C、H、O、N、S
同位素標記法
32P標記的噬菌體
35S標記的噬菌體
4. 實驗方法：
三. 噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
5. 實驗過程：
思考-如何讓噬菌體帶上標記呢？
三. 噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
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。
含35S的細菌培養基
＋
大腸桿菌
培養
含35S的細菌
＋噬菌體
培養
35S標記的
噬菌體
含32P的細菌培養基
＋
大腸桿菌
培養
含32P的細菌
＋噬菌體
培養
32P標記的
噬菌體
離心
含35S或32P
培養基
含35S或32P
細菌
噬菌體侵染含35S或32P細菌
32P標記
35S標記
或
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。
5. 實驗過程——噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
35S標記的噬菌體
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代噬菌體中無35S
5. 實驗過程——噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
甲組
說明：T2噬菌體中的蛋白質沒有進入大腸桿菌。
用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，發現沉淀物中也有少量放射性，可能是什么原因造成的？
攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌表面，隨細菌離心到沉淀物中。
用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，發現上清液中放射性也較高，可能是什么原因造成的？
（1）保溫時間過短，部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細胞內；
（2）保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內增殖后釋放出子代。
32P標記的噬菌體
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
子代噬菌體中含有32P
噬菌體侵染細的實驗
乙組
說明DNA是真正的遺傳物質
5. 實驗過程——噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
6. 實驗結果：
①噬菌體侵染細菌時， 進入細菌的細胞中，而 仍留在細胞外。
②子代噬菌體的各種性狀是通過 遺傳的。
7. 實驗結論： 才是噬菌體的遺傳物質。
DNA
蛋白質外殼
親代的DNA
DNA
補充：不能證明蛋白質不是遺傳物質，但能證明DNA能夠指導
蛋白質的合成。
三. 噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
三. 噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
(2)實驗過程中，兩次涉及大腸桿菌，這兩次涉及的大腸桿菌有什么區別？
提示　第一次是有標記的大腸桿菌，第二次是未被標記的大腸桿菌。
(1)本實驗采用的對照方法是什么？
提示　對比實驗(相互對照)。
(3)能否用3H、14C標記噬菌體？
提示不能，因為C、H是DNA和蛋白質的共有元素，無法確認被標記的是何種物質。
(4)盡管艾弗里、赫爾希等人的實驗方法不同，但其最關鍵的實驗設計思路卻有共同之處，你能否具體指出關鍵之處？
提示　最關鍵的實驗設計思路是設法把DNA與蛋白質分開，單獨地、直接地去觀察DNA和蛋白質的作用。
知識拓展
三個經典實驗的比較
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，蛋白質不是。
酶解法:
分別加入到R型菌中
同位素標記法：
標記DNA和蛋白質
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
赫爾希和蔡斯
加熱殺死的S型菌體內有“轉化因子”
三. 噬菌體侵染大腸桿菌的實驗
[例3] 如果用15N、32P、35S標記噬菌體后，讓其侵染未標記的細菌，在產生的子代噬菌體的組成成分中，能夠找到的帶標記元素為(　　)
A.可在DNA中找到15N和32P
B.可在外殼中找到15N和35S
C.可在DNA中找到15N和32P、35S
D.可在外殼中找到15N
A
課堂檢測
[例4] 某校生物研究性學習小組模擬赫爾希和蔡斯做了噬菌體侵染細菌的實驗，實驗過程如圖所示，下列有關分析錯誤的是(　 　)
BCD
A.理論上，b和c中不應具有放射性
B.實驗中b含少量放射性與①過程中培養時間過長或過短有關
C.實驗中c含有放射性與④過程中攪拌不充分有關
D.該實驗證明了DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質
課堂檢測
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。
四. 生物的遺傳物質
討論：為了使實驗更有說服力，需要加一個對照組，怎樣設計？
用完整的煙草花葉病毒去侵染煙草葉，一段時間后觀察煙草葉上是否有病斑。
(1)實驗材料：煙草花葉病毒(只含有 和 )、煙草。
(2)實驗過程(如何設計)
蛋白質
RNA
1. RNA是遺傳物質的實驗證據
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
RNA
蛋白質
(3)結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是 ，不是 。
RNA
蛋白質
在感染煙草時，會出現致病斑。
四. 生物的遺傳物質
TMV 2
RNA 2
蛋白質 2
蛋白質 1+RNA 2
TMV 2
TMV 1
RNA 1
蛋白質 1
蛋白質 2+RNA 1
TMV 1
煙草花葉病毒重建實驗示意圖
煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA
：
拓 展
四. 生物的遺傳物質
絕大多數生物的遺傳物質是 ，只有極少數生物的遺傳物質是 。
因此， 是主要的遺傳物質。
DNA
RNA
DNA
2. DNA是主要的遺傳物質
細胞生物（有DNA和RNA）
DNA
RNA：僅限于某些病毒的遺傳物質
DNA病毒（只有DNA，無RNA）如噬菌體
真核和原核生物
DNA是主要的遺傳物質
遺傳物質
COVID--19
SARS病毒
艾滋病病毒
流感病毒
四. 生物的遺傳物質
遺傳物質的探索思路
請總結：探索“遺傳物質”的思路和方法，并完成填空：
(1)探究思路：探究哪種物質是遺傳物質——__
____________________
________。
(2)三種方法
法將物質分開，單獨看其作用
設
減法
同位素標記
技術
特定堿基
T
U
特有元素
方法規律
[例5] 下列關于生物遺傳物質的說法，正確的是(　　)
A.同時含有DNA和RNA的生物的遺傳物質是DNA
B.DNA是主要的遺傳物質是指一種生物的遺傳物質主要是DNA
C.真核生物的遺傳物質都是DNA，病毒的遺傳物質都是RNA
D.肺炎鏈球菌體外轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗證明了DNA是主要的遺傳物質

A
課堂檢測
(1)肺炎鏈球菌活體細菌轉化實驗中，R型細菌轉化為S型細菌是基因突變的結果。( )
(2)艾弗里的實驗證明S型肺炎鏈球菌的DNA具有致病性。( )
(3)T2噬菌體可侵染肺炎鏈球菌，導致其裂解。 ( )
(4)T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗中，32P標記組為實驗組，35S標記組為對照組。( )
(5)豌豆的遺傳物質主要是DNA。( )
(6)生物細胞核內的遺傳物質為DNA，細胞質內的遺傳物質為RNA。( )
×
×
×
×
×
×
課堂檢測
煙草花葉病毒(TMV)和車前草病毒(HRV)都能感染煙葉，但二者引起的病斑不同，如圖甲。將TMV的遺傳物質和蛋白質分離，并分別單獨感染健康煙葉，結果如圖乙。科學家將不同病毒的遺傳物質與蛋白質重新組合形成“雜種病毒”，然后感染健康煙葉，如圖丙。依據實驗，下列推論合理的是
A.圖甲實驗結果說明病毒的蛋白質外殼能感染煙葉
B.圖乙實驗結果說明TMV的蛋白質外殼能感染煙葉
C.圖丙實驗結果是煙葉被感染，并且出現b病斑
D.雜種病毒產生的子代具有TMV的蛋白質外殼
√
知識拓展
DNA是主要的遺傳物質
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
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
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
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課堂小結
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多糖類的莢膜

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