20世紀中葉，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，究竟哪一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)呢？這個問題成引起科學(xué)家激烈的競爭。
你認為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點？
DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子
使人們意識到DNA的重要性
肺炎鏈球菌的(體內(nèi))轉(zhuǎn)化實驗
1928年，格里菲思以小鼠為實驗材料，研究肺炎鏈球的致病情況
表面光滑( smth )
表面粗糙( rugh )
小鼠死亡,從小鼠體內(nèi)分離出S型活細菌
第一至三組為對照組第四組為實驗組
注入的肺炎鏈球菌的類型和死活
▲該實驗的實驗組和對照組是哪組?
▲該實驗的自變量是什么?
▲第四組小鼠為什么會死亡呢？
R型活細菌不會使小鼠死亡，而S型活細菌可使小鼠死亡
▲對比一、二組的實驗現(xiàn)象，這說明了什么？
體內(nèi)有活的S型細菌的作用
▲第四組活的S型細菌如何出現(xiàn)？
部分活的R型細菌轉(zhuǎn)變成了活的S型細菌
▲對比二、三組的實驗現(xiàn)象，這說明了什么？
加熱致死的S型細菌不能使小鼠死亡
▲什么使活R型細菌轉(zhuǎn)變成活的S型細菌？
加熱殺死的S型細菌中，含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)——“轉(zhuǎn)化因子”，使活的R型細菌發(fā)生了轉(zhuǎn)化
這種轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)呢？
▲這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的S型活細菌的后代也是有致病性的S型細菌，這說明什么？
說明轉(zhuǎn)化的性狀可以遺傳
肺炎鏈球菌的(體外)轉(zhuǎn)化實驗
20世紀40年代，艾弗里和他的同事
破碎加熱致死的S型細菌
去除部分蛋白質(zhì)、脂類等
▲實驗的設(shè)計思路是什么？
用酶解法分別去除細胞提取物中各種成分后，觀察能否將R型細菌轉(zhuǎn)化
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
▲第一組的實驗結(jié)果說明什么？
說明S型細菌的細胞提取物中含有轉(zhuǎn)化因子
▲實驗中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？
分別除去S型細菌細胞提取物中的蛋白質(zhì)、RNA和酯類物質(zhì)，以明確這些物質(zhì)是不是轉(zhuǎn)化因子
▲第一至第四組的實驗結(jié)果為什么既有R型細菌，又有S型細菌？
S型細菌中的轉(zhuǎn)化因子只能使部分R型細菌發(fā)生轉(zhuǎn)化
▲第五組用DNA酶處理S型細菌的細胞提取物之后再與R型活細菌混合培養(yǎng)，為什么培養(yǎng)皿中只有R型細菌？
DNA酶能水解DNA，從而破壞了DNA分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使其喪失轉(zhuǎn)化功能
據(jù)此分析艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗的結(jié)論是什么？
轉(zhuǎn)化實質(zhì)：肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是S型細菌的DNA片段整合到R型細菌的DNA中，使受體細胞獲得了新的遺傳信息，即發(fā)生了基因重組，從而使R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌。
一般情況下，轉(zhuǎn)化率很低，只有極少數(shù)R型細菌被S型細菌的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型細菌大多是由轉(zhuǎn)化后的S型細菌繁殖而來的。
▲轉(zhuǎn)化實質(zhì)是什么？培養(yǎng)基中(或小鼠體內(nèi))的S型細菌都是由R型細菌轉(zhuǎn)化而來嗎？
▲艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗中導(dǎo)致R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌的遺傳物質(zhì)、原料、能量分別由哪方提供？
實現(xiàn)轉(zhuǎn)化時遺傳物質(zhì)來自S型細菌，原料和能量均來自R型細菌。轉(zhuǎn)化實質(zhì)為基因重組。
▲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，細菌死亡。
▲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)，進而恢復(fù)活性。
格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗中“加熱”是否已導(dǎo)致DNA和蛋白質(zhì)變性？請說明理由。
自變量控制中的"加法原理”和“減法原理”
▲與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”
▲與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”
▲例如：艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗
▲例如:"比較過氧化氫在不同條件下的分解"的實驗
與對照組相比，實驗組分別作加溫、滴加FeCl;溶液、滴加肝臟研磨液的處理，就利用了“加法原理"
每個實驗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)，就利用了“減法原理”
1.S型細菌的DNA可使小鼠死亡。( )2.艾弗里實驗中自變量的控制采取了減法原理。( )3.格里菲思的實驗結(jié)果沒有具體證明哪一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)。( )4.艾弗里的實驗證明轉(zhuǎn)化因子是DNA。( )
[典例1]肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗是證實DNA作為遺傳物質(zhì)的最早證據(jù)，下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.肺炎鏈球菌是導(dǎo)致人患敗血癥的病原體B.肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA是肺炎鏈球菌的遺傳物質(zhì)C.肺炎鏈球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA是肺炎鏈球菌的遺傳物質(zhì)D.粗糙型(R)菌株是唯一能夠引起敗血癥或肺炎的菌株
肺炎鏈球菌是導(dǎo)致小鼠患敗血癥的病原體，A錯誤；肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗證明S型細菌中含有某種轉(zhuǎn)化因子將無毒性的R型活細菌轉(zhuǎn)化為有毒性的S型活細菌，B錯誤；肺炎鏈球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA是肺炎鏈球菌的遺傳物質(zhì)，C正確；光滑型(S)菌株是引起敗血癥或肺炎的菌株，D錯誤。
一些科學(xué)家質(zhì)疑的主要是轉(zhuǎn)化因子究竟是DNA還是和DNA混在一起的少量蛋白質(zhì)。他們選擇質(zhì)疑，既與“細胞提取物不夠純”的實際情況有關(guān)。還與當(dāng)時科學(xué)界深信蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)密不可分。
艾弗里的結(jié)論一經(jīng)發(fā)表就引發(fā)質(zhì)疑
一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)
T2噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)來合成自身的組成成分，進行大量增殖。當(dāng)噬菌體增殖到一定數(shù)量后，大腸桿菌裂解，釋放出大量的噬菌體。
第一步：分別標(biāo)記大腸桿菌
大腸桿菌＋含35S的培養(yǎng)基→ 含35S的大腸桿菌
大腸桿菌＋含32P的培養(yǎng)基→ 含32P的大腸桿菌
第二步：分別標(biāo)記噬菌體
噬菌體＋含35S的大腸桿菌→ 含35S的噬菌體
噬菌體＋含32P的大腸桿菌→ 含32P的噬菌體
▲用標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時，需要短時間保溫，然后攪拌、離心。
▲放射性同位素在試管中的分布情況表明：
▲子代噬菌體的標(biāo)記情況表明：
噬菌體侵染細菌時，DNA進入細菌的細胞中，而蛋白質(zhì)外殼仍留在細胞外。
子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。
DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)。
比較肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細菌實驗
酶解法：將細胞提取物分別用蛋白酶、酯酶、DNA酶、RNA酶等處理后再與R型細菌混合培養(yǎng)
同位素標(biāo)記法：分別用同位素35S、32P標(biāo)記噬菌體蛋白質(zhì)和DNA
檢測放射性同位素存在位置
設(shè)法將DNA與其他物質(zhì)分開，單獨、直接地研究它們各自不同的遺傳功能
證明DNA是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)
證明DNA是遺傳物質(zhì)，但不能直接證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)
作為遺傳物質(zhì)必須具備的特點
證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗
1.艾弗里與赫爾希等人選用細菌或病毒作為實驗材料，以細菌或病毒作為實驗材科具有哪些優(yōu)點?
(1)個體很小，結(jié)構(gòu)簡單，細菌是單細胞生物，病毒無細胞結(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。(2)繁殖快,細菌20~30 min就可繁殖一代，病毒短時間內(nèi)可大量繁殖。
2.從控制自變量的角度，艾弗里實驗的基本思路是什么?在實際操作過程中最大的困難是什么?
從控制自變量的角度，艾弗里在每個實驗組中特異性地去除了一-種物質(zhì)，然后觀察在沒有這種物質(zhì)的情況下，實驗結(jié)果會有什么變化。最大的困難是，如何徹底去除細胞中含有的某種物質(zhì)(如糖類、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)手段來實現(xiàn)他們的實驗設(shè)計?這對于你認識科學(xué)與技術(shù)之間的相互關(guān)系有什么啟示?
艾弗里采用的主要技術(shù)手段有細菌的培養(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)手段有噬菌體的培養(yǎng)技術(shù)、同位素標(biāo)記技術(shù)，以及物質(zhì)的提取和分離技術(shù)等?？茖W(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、相互促進的。
5.噬菌體侵染細菌實驗比肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗更具有說服力。（ ）6.T2 噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒。（ ）7.分別用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體。（ ）8.離心管的沉淀物中主要是被侵染的大腸桿菌。（ ）
[典例2]以含(NH4)SO4、KHPO4的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，再向大腸桿菌培養(yǎng)液中接種32P標(biāo)記的T2噬菌體(S元素為32S)，一段時間后，檢測子代噬菌體的放射性及S、P元素，下表中對結(jié)果的預(yù)測，最可能發(fā)生的是(　　)
大腸桿菌中含有35S標(biāo)記的氨基酸和含31P的脫氧核苷酸，噬菌體的DNA被32P標(biāo)記，侵染細菌時，蛋白質(zhì)外殼不進入細菌，只有DNA進入，并以噬菌體DNA為模板，利用大腸桿菌提供的脫氧核苷酸，進行復(fù)制，合成子代噬菌體的DNA，子代噬菌體少數(shù)含32P，多數(shù)含31P；同時利用大腸桿菌提供的氨基酸，合成噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，子代噬菌體全部含有35S。
請設(shè)計實驗探究煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)？
煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA
9.DNA是所有生物的遺傳物質(zhì)( )10.酵母菌的遺傳物質(zhì)主要是DNA( )11.病毒的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA( )12.艾滋病病毒的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA( )
[典例3]下列關(guān)于遺傳物質(zhì)的說法，錯誤的是(　　)①真核生物的遺傳物質(zhì)是DNA?、谠松锏倪z傳物質(zhì)是RNA　③細胞核中的遺傳物質(zhì)是DNA?、芗毎|(zhì)中的遺傳物質(zhì)是RNA?、菁仔虷1N1流感病毒的遺傳物質(zhì)是DNA或RNAA.①②③ B.②③④ C.②④⑤ D.③④⑤
細胞生物無論是真核生物還是原核生物，遺傳物質(zhì)都是DNA，①正確、②錯誤；凡是有細胞結(jié)構(gòu)的生物，無論是細胞核中還是細胞質(zhì)中，遺傳物質(zhì)都是DNA，③正確、④錯誤；甲型H1N1流感病毒是RNA病毒，遺傳物質(zhì)是RNA，⑤錯誤。
1．赫爾希和蔡斯完成的噬菌體侵染細菌的實驗進一步證實了DNA是遺傳物質(zhì)。這項實驗獲得成功的原因之一是噬菌體(　　) A．侵染大腸桿菌后會裂解宿主細胞 B．只將其DNA注入大腸桿菌細胞中 C．DNA可用15N同位素標(biāo)記 D．蛋白質(zhì)可用32P放射性同位素標(biāo)記
噬菌體侵染大腸桿菌后會裂解宿主細胞，但這并不是實驗成功的原因，A錯誤；噬菌體侵染細菌的過程中實現(xiàn)了DNA和蛋白質(zhì)的完全分離，這樣可以單獨地研究二者的功能，B正確；DNA和蛋白質(zhì)外殼都含有N元素，因此不能用15N標(biāo)記DNA，C錯誤；蛋白質(zhì)外殼不含P元素，不能用32P標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼，D錯誤。
2．將S型肺炎鏈球菌的DNA與R型肺炎鏈球菌混合，注射到小鼠體內(nèi)，兩種細菌的含量變化過程如圖所示。下列相關(guān)敘述正確的是(　　) A．圖中開始R型肺炎鏈球菌數(shù)量下降是因為R型細菌正在轉(zhuǎn)化成S型細菌 B．S型肺炎鏈球菌的出現(xiàn)說明了DNA是“轉(zhuǎn)化因子” C．由R型細菌轉(zhuǎn)化而來的S型細菌的后代仍是R型細菌 D．圖中后期出現(xiàn)的大量S型細菌是由R型細菌直接轉(zhuǎn)化而來的
圖中開始R型細菌數(shù)量下降主要是因為小鼠的免疫系統(tǒng)正在清除R型細菌，A錯誤；由R型細菌轉(zhuǎn)化而來的S型細菌的后代為S型細菌，C錯誤；圖中后期出現(xiàn)的大量S型細菌，是由R型細菌轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的S型細菌進行繁殖后得到的，D錯誤。

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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《遺傳與進化》

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