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？這個問題曾引起生物學(xué)界激烈的爭論。
1.你認(rèn)為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點？ 2.你認(rèn)為證明某一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的可行方法有哪些？ 提示：同位素標(biāo)記法，分離提純法等。
①能精確地自我復(fù)制；②能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成從而控制生物的性狀和新陳代謝；③具有貯存大量遺傳信息的能力；④結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,但在特殊情況下又能發(fā)生突變,而且突變以后還能繼續(xù)復(fù)制，并能遺傳給后代。
一、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)。①蛋白質(zhì)是由多種氨基酸連接而成的生物大分子；②氨基酸多種多樣的排列組合方式；③可能蘊含著遺傳信息。
20世紀(jì)30年代，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)DNA由4種脫氧核糖核苷酸連接而成。但對DNA的結(jié)構(gòu)沒有清晰的了解。 “蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”的看法依然占主導(dǎo)地位。
20世紀(jì)30年代,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)： ①DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成生物大分子 ②組成DNA的脫氧核苷酸有4種； ③每種脫氧核苷酸都有特定的堿基。
由于對DNA分子的結(jié)構(gòu)沒有清晰了解，蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點仍占主導(dǎo)地位。
首先向“遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)”提出挑戰(zhàn)的是誰？他做了什么實驗？
二、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗
1、格里菲思-----體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗
肺炎雙球菌----原核生物，擬核
R活菌與S死菌混合注射
小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌
［實驗結(jié)論］加熱殺死的S型細(xì)菌中，必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)——“轉(zhuǎn)化因子”。
①對比A.B組的實驗現(xiàn)象，這說明了什么？
④什么使活R型細(xì)菌轉(zhuǎn)變成活的S型細(xì)菌？
由于體內(nèi)有活的S型細(xì)菌的作用。
部分活的R型細(xì)菌變成了活的S型細(xì)菌。
加熱殺死的S型細(xì)菌使活的R型細(xì)菌發(fā)生了轉(zhuǎn)化。
［過程探究1］格里菲思的實驗：P43
②D組小鼠為什么會死亡呢？
③活的S型細(xì)菌如何出現(xiàn)？
S型細(xì)菌使小鼠死亡。
關(guān)鍵思路：把S型細(xì)菌的蛋白質(zhì)、多糖、DNA等各種物質(zhì)分開，單獨的、直接的觀察它們的作用。
要確定“轉(zhuǎn)化因子”是什么,關(guān)鍵思路是什么？
2、分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)，觀察其后代是否有S型細(xì)菌出現(xiàn).
1、從活的S型細(xì)菌中分離，提取出各種成分，(DNA、蛋白質(zhì)和多糖 等物質(zhì))
DNA或蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)誰是遺傳物質(zhì)?
只有加入S型菌的DNA才能使R型菌轉(zhuǎn)變成S型菌
兩種類型的肺炎雙球菌(R型和S型)
2、艾弗里-----體外轉(zhuǎn)化實驗
探究轉(zhuǎn)化因子的化學(xué)本質(zhì)。
S型菌的蛋白質(zhì)或莢膜多糖
S型菌的DNA+DNA酶
DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。
莢膜多糖 脂肪 蛋白質(zhì) DNA DNA+DNA酶
分別在培養(yǎng)基上與R菌混合培養(yǎng)
R R R R
現(xiàn)代遺傳學(xué)的解釋：(這種轉(zhuǎn)化的實質(zhì))
外源的S菌的DNA與R菌的DNA間實現(xiàn)了DNA重組(或基因重組)。使R菌獲得了新的遺傳信息。
細(xì)胞破壞， S基因保持完整
R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌
思考：1、該實驗是如何將蛋白質(zhì)與DNA分開的？
加熱殺死的S型細(xì)菌，其蛋白質(zhì)變性失活；DNA在加熱過程中，雙螺旋解開、氫鍵被打斷，但緩慢冷卻時，其結(jié)構(gòu)可恢復(fù)。
2、格里菲斯實驗的原理（實質(zhì)）是什么？
轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是S型細(xì)菌的DNA片段整合到了R型細(xì)菌的DNA中，即實現(xiàn)了基因重組。
1、在艾弗里證明遺傳物質(zhì)是DNA的實驗中，將從S型活菌中提取的DNA用DNA酶進(jìn)行了處理，并將處理后的DNA與R型菌混合培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基上僅有R型菌生長。設(shè)置本實驗步驟的目的是A．證明R型菌生長不需要DNAB．與“以S型菌的DNA與R型菌混合培養(yǎng)”的實驗形成對照C．補充R型菌生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)D．直接證明S型菌DNA不是促進(jìn)R型菌轉(zhuǎn)化的因素
2、在肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗中，將加熱殺死的S型細(xì)菌與R型細(xì)菌相混合后，注射到小鼠體內(nèi)，小鼠死 亡，則小鼠體內(nèi)S型、R型細(xì)菌含量變化情況如圖所示。下列敘述錯誤的是 （ ） A.在小鼠死亡后,體內(nèi)存在著S型、R型兩種類型的細(xì)菌B.曲線ab段下降的原因之一是R型細(xì)菌被小鼠的免疫系統(tǒng)所消滅C.曲線bc段上升,與S型細(xì)菌在小鼠體內(nèi)增殖導(dǎo)致小鼠免疫力降低有關(guān)D.S型細(xì)菌數(shù)量從0開始是由于R型細(xì)菌基因突變的結(jié)果
［過程探究2］艾弗里的實驗分析： P44
只在A組中出現(xiàn)S型細(xì)菌,說明了什么?
只有加入DNA，R型細(xì)菌才能轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌
［結(jié)論2］ DNA是轉(zhuǎn)化因子,而蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。
有沒有可能是DNA上仍沾有的0.02%蛋白質(zhì)是轉(zhuǎn)化因子呢？
有沒有比細(xì)菌更為簡單的實驗材料？
三、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗
1952年，美國遺傳學(xué)家赫爾希（）和蔡斯（）以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行實驗。
(2)結(jié)構(gòu):頭部和尾部的外表是由 構(gòu)成,頭部內(nèi)有 。
(3)生活方式： .
三、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗（赫爾希和蔡斯）
(4)增殖特點:病毒自身DNA作模板,利用 體內(nèi)的物質(zhì)合成自身成分，進(jìn)行增殖。
大腸桿菌 T2噬菌體
⑴個體小,結(jié)構(gòu)簡單⑵繁殖快
以細(xì)菌或病毒作實驗材料有哪些優(yōu)點？
(1)無細(xì)胞結(jié)構(gòu),屬于DNA病毒
T2 專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)
（5）噬菌體侵染細(xì)菌過程：
吸附→注入（核酸）→合成→組裝→釋放
(2)方法：同位素標(biāo)記法。
用35S和32P分別標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA。
將DNA和蛋白質(zhì)分開,直接單獨觀察各自的作用
(3)如何標(biāo)記呢？(討論)
a.先標(biāo)記大腸桿菌： 在分別含有放射性同位素32p 和35s的培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)菌。b.再標(biāo)記T2噬菌體：分別用上述細(xì)菌培養(yǎng)T2噬菌體,制備含32p的噬菌體和含35s的噬菌體c.標(biāo)記的T2噬菌體侵染未標(biāo)記的大腸桿菌
(1)用35S標(biāo)記的T2噬菌體侵染未標(biāo)記的細(xì)菌
被35S標(biāo)記的噬菌體與細(xì)菌混合
重量較輕的T2噬菌體或蛋白質(zhì)外殼
保溫、攪拌、離心的目的是？
上清液放射性很高，沉淀物放射性很低。
（2）用含32p的噬菌體去感染未被標(biāo)記的大腸桿菌。
上清液放射性很低，沉淀物放射性很高。
結(jié)論：DNA分子在親子代之間具有連續(xù)性，是遺傳物質(zhì)。不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。
實驗誤差原因分析
（1）用35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌,沉淀物中有放射性的原因 （2）用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌，上清液中含放射性的原因
由于攪拌不充分，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。
①保溫時間過短，有一部分噬菌體還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保溫離心時間過長，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放子代，經(jīng)離心后分布于上清液。
［相關(guān)鏈接］冠狀病毒的結(jié)構(gòu)：
四、煙草花葉病毒
左：正常煙葉 右：病葉
四、煙草花葉病毒感染實驗
RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)
DNA是主要的遺傳物質(zhì)
因為絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)
五、生物的遺傳物質(zhì)
煙草花葉病毒侵染煙草實驗
①核酸是一切生物的遺傳物質(zhì)
RNA(少數(shù))：HIV、流感病毒、SARS病毒、煙草花葉病毒
DNA(多數(shù))：噬菌體、乙肝病毒
真核細(xì)胞：真菌、動植物
只要有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，同時含DNA和RNA，但遺傳物質(zhì)只有DNA
結(jié)論：DNA是主要的遺傳物質(zhì)
具體某種生物的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA,不能加“主要”二字。
1．凡是具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物(包括真核生物和原核生物)，既有DNA又有RNA，其遺傳物質(zhì)是DNA。2．不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物（病毒）多數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是DNA，如T2噬菌體等，少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，如煙草花葉病毒、HIV等。3．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)；但對某個生物體來說，遺傳物質(zhì)只能是DNA或RNA。
染色體、DNA、基因三者的關(guān)系：
2、染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成
3、基因是DNA上的一個片段，這個片段有特定的遺傳效應(yīng)。
1、染色體主要分布在細(xì)胞核中。
4、一條染色體的DNA上有許多的基因?；蛟谌旧w(DNA)上呈線性排列。
1.在肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗中，將加熱殺死的S型細(xì)菌與R型細(xì)菌相混合后，注射到小鼠體內(nèi)，小鼠死亡，則小鼠體內(nèi)S型、R型細(xì)菌含量變化情況最可能是下圖哪個選項（ ） A B C D
2.下列是說法錯誤的是（ ）
A.若用32P和35S標(biāo)記細(xì)菌而噬菌體為標(biāo)記，在子代噬菌體的蛋白質(zhì)中可找到標(biāo)記元素35S，在DNA中可找到標(biāo)記元素32P。B.若用C、H、N等標(biāo)記噬菌體而細(xì)菌未標(biāo)記，在子代噬菌體中，只有DNA中能找到標(biāo)記元素。C.若用C、H、N等標(biāo)記細(xì)菌而噬菌體未標(biāo)記，在子代噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA中均可找到標(biāo)記元素D.噬菌體侵染細(xì)菌實驗證明：DNA是主要的遺傳物質(zhì)
3、 在赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗中，用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌，在理論上，上清液中不含放射性，下層沉淀物中具有很高的放射性；而實驗最終結(jié)果顯示：在離心上層液體中，也具有一定的放射性，而下層的放射性強度比理論值略低。 (1) 在赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗中，采用的實驗方法是 。 (2)在理論上,上層液放射性應(yīng)該為0，其原因是 ， 。 (3)由于實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)之間有較大的誤差，由此對實驗過程進(jìn)行誤差分析：a、在實驗中，從噬菌體和大腸桿菌混合培養(yǎng)到離心機分離，這一段時間如果時間 過長，會使上清液的放射性升高。其原是 。
理論上講，噬菌體已將含32P的DNA全部注入到大腸桿菌內(nèi)，上清液只含噬菌體蛋白質(zhì)外殼
噬菌體在大腸桿菌體內(nèi)增殖后釋放出來,經(jīng)離心后分布于上清液

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第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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