高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》第3章 基因的本質(zhì)第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)優(yōu)質(zhì)課ppt課件

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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(diǎn)？
(1)儲(chǔ)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。
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？
例如：將特定的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移給其他生物，觀察后代的性狀表現(xiàn)。
一、對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)
1.20世紀(jì)20年代：
當(dāng)時(shí)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)。
人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)是由多種氨基酸轉(zhuǎn)接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的排列順序，形成不同的蛋白質(zhì)，即氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊(yùn)含著遺傳信息。
科學(xué)家本可以意識(shí)到DNA的重要性，但是，由于對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)沒(méi)有清晰的了解，認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)仍占主導(dǎo)地位。
2.20世紀(jì)30年代：
人們認(rèn)識(shí)到DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子。
二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
1.肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（格里菲思）
1928年，格里菲思用兩種不同類(lèi)型的肺炎鏈球菌去感染小鼠，做了肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。
通過(guò)確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)向遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)的，首先是美國(guó)生物學(xué)家艾佛里，而艾佛里的實(shí)驗(yàn)又是在英國(guó)微生物學(xué)家格里菲思的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
是指細(xì)菌進(jìn)入血液循環(huán)，并在其中生長(zhǎng)繁殖、產(chǎn)生毒素而引起的全身性嚴(yán)重感染。以抗生素治療為主，輔以其他治療方法。預(yù)防措施為避免皮膚粘膜受損，防止細(xì)菌感染。
是某些細(xì)菌的細(xì)胞壁外面包圍的一層膠狀物質(zhì)。有莢膜的肺炎鏈球菌可抵抗吞噬細(xì)胞的吞噬，有利于細(xì)菌在宿主體內(nèi)生活并繁殖。
1.肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(格里菲思)
說(shuō)明加熱致死的S型細(xì)菌無(wú)毒
說(shuō)明R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成了S型細(xì)菌
本實(shí)驗(yàn)遵循的原則：對(duì)照原則、單一變量原則。
加熱殺死的S型菌含有某種促使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”。
多糖；脂質(zhì)；蛋白質(zhì)；RNA；DNA。
加熱殺死的S型菌體內(nèi)含有多種物質(zhì)，究竟誰(shuí)是轉(zhuǎn)化因子？
要確定“轉(zhuǎn)化因子”是什么，關(guān)鍵思路是什么？
把S型細(xì)菌的各種物質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)的、直接的觀察它們的作用。
X基因吸附在R型菌表面
注意：由于S型細(xì)菌表面有莢膜，所以加熱致死的R型細(xì)菌，無(wú)法將DNA注入到S型細(xì)菌內(nèi)，完成轉(zhuǎn)化
2.肺炎鏈球菌的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(艾弗里)
艾弗里和他的同事將加熱殺死的S細(xì)菌破碎后，設(shè)法去除絕大部分糖類(lèi)、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，制成細(xì)胞提取物。再分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)，觀察是否具有轉(zhuǎn)化活性。
1.本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)題？
S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中含有該轉(zhuǎn)化因子。
2.本實(shí)驗(yàn)起什么作用？
3.本實(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定轉(zhuǎn)化因子是哪種物質(zhì)嗎？
1.加蛋白酶的作用是什么？
去除S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中的蛋白質(zhì)，其他物質(zhì)都有。
2.加蛋白酶后R型菌還是被轉(zhuǎn)化說(shuō)明什么問(wèn)題？
說(shuō)明轉(zhuǎn)化因子不是蛋白質(zhì)。
3.同樣加RNA酶、酯酶什么作用？
去除S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中的RNA或脂肪等物質(zhì)。
4.這些組實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)題
說(shuō)明蛋白質(zhì)、RNA和脂肪等都不是轉(zhuǎn)化因子。
1.加DNA酶的作用是什么？
去除S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中的DNA。
2.加DNA酶后只長(zhǎng)R型菌說(shuō)明什么問(wèn)題？
說(shuō)明細(xì)胞提取物中的轉(zhuǎn)化因子很可能就是DNA。
3.艾弗里等人進(jìn)一步分析了細(xì)胞提取物的理化特性，發(fā)現(xiàn)這些特性都與DNA的極為相似，于是得出結(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)。
該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)遵循哪些原理？其巧妙之處是什么？在實(shí)際操作過(guò)程中最大的困難是什么？
單一變量原則和對(duì)照原則。
如何徹底去除細(xì)胞中含有的某種物質(zhì)（糖類(lèi)、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等）
艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)既證明了DNA是遺傳物質(zhì)，同時(shí)證明了蛋白質(zhì)等不是遺傳物質(zhì)；被轉(zhuǎn)化的R型菌只是少量，在培養(yǎng)后既有R型細(xì)菌又有S型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，R型菌的菌落占多數(shù)；
三、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)
1952年，美國(guó)遺傳學(xué)家赫爾希和他的助手蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素標(biāo)記技術(shù)，完成了另一個(gè)有說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)。
C、H、O、N 、P。
T2噬菌體是一種專(zhuān)門(mén)寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒,它的頭部和尾部的外殼都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，頭部含有DNA。
2.噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程
噬菌體侵染大腸桿菌后，就會(huì)在自身遺傳物質(zhì)作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)來(lái)合成自身的組成成分，進(jìn)行大量增殖。當(dāng)噬菌體增殖到一定數(shù)量后，大腸桿菌裂解并釋放出大量的噬菌體。
噬菌體借尾絲吸附在細(xì)菌表面。
把DNA注入到細(xì)菌細(xì)胞。
利用細(xì)菌的化學(xué)成分、酶系統(tǒng)和核糖體合成出噬菌體的DNA、蛋白質(zhì)。
新合成的DNA、蛋白質(zhì)組裝成很多噬菌體。
細(xì)菌解體，釋放出噬菌體。
3.赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)過(guò)程
問(wèn)題1.怎么將DNA和蛋白質(zhì)分開(kāi)？能不能采用減法原理將DNA和蛋白質(zhì)分別除去？
不能，這樣會(huì)破壞噬菌體結(jié)構(gòu)使其失去侵染能力。DNA和蛋白質(zhì)在一起時(shí)可用放射性同位素分別標(biāo)記DNA中的P元素和蛋白質(zhì)中的S元素。
問(wèn)題2.用35S和32P分別標(biāo)記噬菌體的哪一種組分？為什么？
用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)；用32P標(biāo)記DNA，因?yàn)閮H蛋白質(zhì)分子中含有硫，磷幾乎都存在于DNA分子中。
問(wèn)題4.實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼?2P和35S同時(shí)標(biāo)記噬菌體？
不能，因?yàn)榉派湫詸z測(cè)時(shí)只能檢測(cè)到放射部位，不能確定是哪種元素的放射性；若用32P和35S同時(shí)標(biāo)記噬菌體，則上清液和沉淀物中均會(huì)具有放射性，無(wú)法判斷噬菌體遺傳物質(zhì)的成分。
問(wèn)題3.用14C和18O等同位素可行嗎？為什么？
不能，因?yàn)镃和O這兩種元素在DNA和蛋白質(zhì)中都存在，不能把二者分開(kāi)。
問(wèn)題5.如何培養(yǎng)含放射性35S和32P的T2噬菌體？能否直接用含35S、32P的普通培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)？
不能。因?yàn)門(mén)2噬菌體營(yíng)寄生生活，無(wú)法獨(dú)立生存。故應(yīng)先培養(yǎng)細(xì)菌，再用細(xì)菌培養(yǎng)噬菌體。
含35S T2的噬菌體
含32P T2的噬菌體
含35S的培養(yǎng)基+大腸桿菌
含32P的培養(yǎng)基+大腸桿菌
分別用含35S(或含32P)的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌。
分別用噬菌體侵染用35S(或含32P)標(biāo)記的大腸桿菌。
分別用35S(或含32P)標(biāo)記的噬菌體侵染末標(biāo)記的大腸桿菌。
一組用32P標(biāo)記DNA，一組用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)?！　　?br/>“短時(shí)間”：保證子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)在大腸桿菌中正處于合成階段，子代噬菌體還沒(méi)有組裝好，或雖已經(jīng)組裝但并未使細(xì)菌發(fā)生裂解。
“保溫”：為噬菌體培養(yǎng)提供適宜的恒定的溫度，以保證酶的活性。
攪拌的目的：使吸附在細(xì)菌上的噬菌體顆粒與細(xì)菌分離。
離心的目的：讓上清液中析出重量較輕的噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被感染的而末裂解的大腸桿菌。
被侵染的且末裂解的大腸桿菌
T2噬菌體中的蛋白質(zhì)沒(méi)有進(jìn)入大腸桿菌
T2噬菌體中的DNA進(jìn)入了大腸桿菌
DNA進(jìn)入到細(xì)菌的細(xì)胞中，蛋白質(zhì)沒(méi)有進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞；子代噬菌體的各種性狀，是通過(guò)親代的DNA遺傳的；DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)；不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。
(新形成的噬菌體中沒(méi)有檢測(cè)到35S)
(新形成的噬菌體中檢測(cè)到32P)
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。
問(wèn)題2.用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)上清液中放射性也較高，可能是什么原因造成的？
問(wèn)題1.用35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，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？
保溫時(shí)間過(guò)短，部分噬菌體沒(méi)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；保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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。
證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)
1.艾弗里與赫爾希等人選用細(xì)菌或病毒作為實(shí)驗(yàn)材料，以細(xì)菌或病毒作為實(shí)驗(yàn)材料具有哪些優(yōu)點(diǎn)？
個(gè)體小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，細(xì)菌是單細(xì)胞生物，病毒無(wú)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。繁殖快，細(xì)菌20-30分鐘就可繁殖一代，病毒短時(shí)間內(nèi)可大量繁殖。
2.從控制自變量的角度，艾弗里實(shí)驗(yàn)的基本思路是什么？在實(shí)際操作過(guò)程中最大的困難是什么？
艾弗里在每個(gè)實(shí)驗(yàn)組中特異性地去除了一種物質(zhì)，然后觀察在沒(méi)有這種物質(zhì)的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有什么變化。
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(lèi)、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(lái)實(shí)現(xiàn)他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？這對(duì)于你認(rèn)識(shí)科學(xué)與技術(shù)之間的相互關(guān)系有什么啟示？
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(jìn)的。
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。
設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)等分開(kāi)，單獨(dú)地研究它們遺傳功能。
證明DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。
酶解法:分別加入到R型菌中
放射性同位素標(biāo)記法：分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)
更有力地說(shuō)明DNA是遺傳物質(zhì),但不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)
加熱殺死的S型菌體內(nèi)有“轉(zhuǎn)化因子”。
S型細(xì)菌的分離物質(zhì)分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)相互對(duì)照
分別標(biāo)記噬菌體DNA和蛋白質(zhì)的兩組實(shí)驗(yàn)相互對(duì)照
能否說(shuō)明DNA是自然界所有生物的遺傳物質(zhì)？
四、RNA也可作為遺傳物質(zhì)
目前，已有充分的科學(xué)研究資料證明，絕大多數(shù)生物都是以DNA作為遺傳物質(zhì)的。
如果你是科學(xué)家，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是什么？
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。
RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)。
自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”(P46)
在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中控制自變量，可以采用“加法或減法原理”；
①與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱(chēng)為“加法原理”。
例如在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組分別作加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理，利用了“加法原理”。
②與常態(tài)相比，人為去除某種影響因素的稱(chēng)為“減法原理”。
例如在艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組特異性地去除了一種物質(zhì)，從而鑒定出DNA是遺傳物質(zhì)，這利用了“減法原理”。
一切生物的遺傳物質(zhì)是核酸。凡是具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物，既有DNA，又有RNA，遺傳物質(zhì)是DNA。在只含RNA的少數(shù)病毒（煙草花葉病毒、HIV、SARS、流感、禽流感）中，RNA才作為遺傳物質(zhì)。由于大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說(shuō)DNA是主要的遺傳物質(zhì)。但肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)只能證明DNA是遺傳物質(zhì)。
1.枯草桿菌具有不同類(lèi)型，其中一種類(lèi)型能合成組氨酸。將從這種菌中提取的某種物質(zhì)，加入培養(yǎng)基中，培養(yǎng)不能合成組氨酸的枯草桿菌結(jié)果獲得了活的能合成組氨酸的枯草桿菌。這種物質(zhì)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(xì)菌的實(shí)驗(yàn)表明（ ）A.DNA是遺傳物質(zhì)B.遺傳物質(zhì)包括蛋白質(zhì)和DNAC.病毒中有DNA，但沒(méi)有蛋白質(zhì)D.細(xì)菌中有DNA，但沒(méi)有蛋白質(zhì)
1.T2噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，只有噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞中，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外。大腸桿菌裂解后，釋放出的大量噬菌體卻同原來(lái)的噬菌體一樣具有蛋白質(zhì)外殼。請(qǐng)分析子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼的來(lái)源。
實(shí)驗(yàn)表明噬菌體在侵染大腸桿菌時(shí)，進(jìn)入大腸桿菌內(nèi)的主要是DNA，而大多數(shù)蛋白質(zhì)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(lái)合成蛋白質(zhì)外殼的。