學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：清晰闡述格里菲思體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的過程與結(jié)論，精準(zhǔn)說明艾弗里體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、過程及意義，深刻領(lǐng)悟從體內(nèi)到體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究演進(jìn)。2.掌握噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)確描述T?噬菌體的結(jié)構(gòu)與生活方式，詳述赫爾希和蔡斯實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、方法、步驟及結(jié)果，透徹理解該實(shí)驗(yàn)如何證明DNA是遺傳物質(zhì)。3.明確DNA是主要遺傳物質(zhì)：全面概述RNA作為遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，精準(zhǔn)歸納“DNA是主要遺傳物質(zhì)”的內(nèi)涵，清晰辨析不同生物的遺傳物質(zhì)類型。
思考親代與子代之間極其相似的原因是什么？親代將遺傳物質(zhì)遺傳給子代
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。遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA? 這個(gè)問題曾引起生物學(xué)界激烈的爭(zhēng)論。
活動(dòng)一：根據(jù)已有知識(shí)推斷遺傳物質(zhì)的特性
1. 親子代之間聯(lián)系的橋梁是生殖細(xì)胞。生殖細(xì)胞形成過程中，染色體和DNA的數(shù)量存在規(guī)律性的變化。2. 蛋白質(zhì)不能進(jìn)行自我復(fù)制，而且它在染色體中的含量往往是不固定的。3. DNA能自我復(fù)制、并且在復(fù)制的過程中有多種機(jī)制保證準(zhǔn)確性。
遺傳物質(zhì)應(yīng)在親子代間有連續(xù)性
4. 人們推測(cè)，既然基因能夠控制那么多、那么復(fù)雜的生物性狀，那么構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)也一定是一種非常復(fù)雜、非常多樣的化學(xué)物質(zhì)，才能承擔(dān)做為基因的艱巨任務(wù)。蛋白質(zhì)恰好是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、最多樣的分子。5. 組成蛋白質(zhì)的主要氨基酸約有20種。6. 組成DNA的核苷酸有4種。7. 蛋白質(zhì)中氨基酸的不同排列組合可以貯存大量信息。
遺傳物質(zhì)應(yīng)具有：多樣性
組成DNA的四種脫氧核苷酸
8. 蛋白質(zhì)有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，但在高溫下空間結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，容易變性。9.DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐高溫。10. 一般情況下，同一種生物在不同發(fā)育時(shí)期或不同組織的細(xì)胞中，DNA的含量基本相等，而生殖細(xì)胞中的DNA含量恰好是體細(xì)胞中的一半。11. 同一生物的不同組織細(xì)胞中，蛋白質(zhì)的種類和質(zhì)量差異較大。
遺傳物質(zhì)應(yīng)具有：穩(wěn)定性
小結(jié)：遺傳物質(zhì)應(yīng)該具有的特點(diǎn)
（1）多樣性。具有貯存巨大數(shù)量遺傳信息的潛在能力。（2）連續(xù)性。能夠精確地復(fù)制自己，保證在親子代之間的傳遞。（3）穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證遺傳信息的準(zhǔn)確，同時(shí)又具有可變化的機(jī)制。（4）能夠控制蛋白質(zhì)的合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝。
節(jié)選自必修1教材第44頁
活動(dòng)二：根據(jù)實(shí)驗(yàn)尋找證據(jù)
菌落表面光滑、可使小鼠患肺炎，并發(fā)敗血癥致死
菌落無多糖類莢膜，表面粗糙、小鼠不會(huì)患病，不致死
莢膜是某些細(xì)菌的細(xì)胞壁外面包圍的一層膠狀物質(zhì)。無莢膜的肺炎鏈球菌，感染人體或動(dòng)物體后，容易被吞噬細(xì)胞吞噬并殺滅。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。
1928年 格里菲思
肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)示意圖
問題1： 第一、二兩組實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中起什么作用？ 這兩組實(shí)驗(yàn)起到對(duì)照作用，通過與第三組（R型活細(xì)菌和加熱致死的S型細(xì)菌混合注射，小鼠死亡且能分離出S型活細(xì)菌）以及可能的第四組（若為實(shí)驗(yàn)組）對(duì)比，突出單一變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而體現(xiàn)出不同處理方式下肺炎鏈球菌對(duì)小鼠作用的差異，幫助研究者判斷各種因素在轉(zhuǎn)化過程中的作用。
問題2： 對(duì)比第二、三組實(shí)驗(yàn)，說明什么？ 這表明加熱致死的S型細(xì)菌雖本身無致死性，但其中含有某種能促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的“轉(zhuǎn)化因子” ，該因子能讓無毒的R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，獲得致病性。 轉(zhuǎn)化因子可傳遞遺傳特性：轉(zhuǎn)化后的S型活細(xì)菌能在小鼠體內(nèi)繁殖并導(dǎo)致小鼠死亡，說明這種 “轉(zhuǎn)化因子” 可將S型細(xì)菌的遺傳特性傳遞給R型細(xì)菌，使R型細(xì)菌獲得S型細(xì)菌的致病性等遺傳特性。 此實(shí)驗(yàn)為后續(xù)探究遺傳物質(zhì)本質(zhì)奠定基礎(chǔ)。
問題3： 請(qǐng)描述第四組小鼠做了怎樣的處理？實(shí)驗(yàn)結(jié)果是什么？ 實(shí)驗(yàn)處理：對(duì)第四組小鼠注射由加熱致死的S型細(xì)菌提取的、經(jīng)蛋白酶處理后的提取物，再與R型活細(xì)菌混合的菌液 。此處理旨在探究去除蛋白質(zhì)后，剩余物質(zhì)是否還能使R型菌轉(zhuǎn)化。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：小鼠死亡 。并且可從死亡小鼠體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌。這表明即使S型細(xì)菌提取物中的蛋白質(zhì)被蛋白酶分解，依然存在能促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的物質(zhì)，進(jìn)一步說明蛋白質(zhì)不是遺傳轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵物質(zhì) 。
問題4： 第四組小鼠為何死亡？死亡小鼠體內(nèi)能分離出S型活菌，說明什么？推測(cè)導(dǎo)致小鼠死亡的S型活菌是從哪里來的？ 1. 死亡原因是加熱致死S型細(xì)菌雖失去活性，但含有的轉(zhuǎn)化因子未被蛋白酶破壞。這種轉(zhuǎn)化因子能進(jìn)入R型活細(xì)菌，使R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，獲得S型菌的致病性，導(dǎo)致小鼠死亡。 2. 說明加熱致死S型細(xì)菌內(nèi)確實(shí)存在一種能把R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子，該因子不僅能傳遞遺傳信息，還能使受體菌（R型菌）穩(wěn)定地發(fā)生可遺傳變化，獲得新的遺傳特性（如致病性）。轉(zhuǎn)化因子化學(xué)本質(zhì)非蛋白質(zhì)：因提取物經(jīng)蛋白酶處理，蛋白質(zhì)被分解，仍能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，表明蛋白質(zhì)并非此轉(zhuǎn)化過程關(guān)鍵的遺傳物質(zhì)，為遺傳物質(zhì)化學(xué)本質(zhì)研究提供重要線索。 3.導(dǎo)致小鼠死亡的S型活菌是由R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化而來。加熱致死S型細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子進(jìn)入R型活細(xì)菌后，整合到R型菌的遺傳物質(zhì)中，改變其遺傳組成，使R型菌在繁殖過程中按照新的遺傳信息合成S型菌特有的莢膜等物質(zhì)，從而轉(zhuǎn)變?yōu)镾型活菌 。
1.在肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，以下對(duì)相關(guān)操作及結(jié)果的分析，正確的是（ ）A. 給小鼠注射R型活細(xì)菌，小鼠不死亡，原因是R型細(xì)菌沒有多糖莢膜不具有毒性B. 給小鼠注射S型活細(xì)菌，小鼠死亡，原因是S型細(xì)菌有多糖莢膜能使小鼠患敗血癥C.給小鼠注射加熱致死的S型細(xì)菌，小鼠不死亡，原因是加熱使S型細(xì)菌的蛋白質(zhì)變性D. 給小鼠注射R型活細(xì)菌與加熱致死的S型細(xì)菌混合物，小鼠死亡，原因是R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌答案：D
2.關(guān)于格里菲思的肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，以下敘述錯(cuò)誤的是（ ）A. 實(shí)驗(yàn)中涉及的R型細(xì)菌是無毒性的，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面粗糙B. 實(shí)驗(yàn)中涉及的S型細(xì)菌是有毒性的，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面光滑C. 加熱致死的S型細(xì)菌雖失去毒性，但其中的轉(zhuǎn)化因子仍具有一定活性D. 該實(shí)驗(yàn)證明了DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)答案：D
加熱致死的S型細(xì)菌，含有某種物質(zhì)，能把無毒的R型活菌轉(zhuǎn)化為有毒性的S型活菌。我們把這種物質(zhì)叫做“轉(zhuǎn)化因子”。
轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)呢？
如何判斷？檢測(cè)的因變量指標(biāo)是什么？
加熱殺死的S型菌中各種物質(zhì)成分
菌落特征為R型還是S型
肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
肺炎鏈球菌 體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
一、R型菌+S型菌細(xì)胞提取物
二、R型菌+S型菌細(xì)胞提取物+蛋白酶
三、R型菌+S型菌細(xì)胞提取物+RNA酶
四、R型菌+S型菌細(xì)胞提取物+酯酶
五、R型菌+S型菌細(xì)胞提取物+DNA酶
選取自必修二教材P46
DNA是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)
“微生物中可以實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)、重復(fù)發(fā)生的、可遺傳的特殊變化的最好例子是肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)?！保ㄕ?944年艾弗里論文）
噬菌體侵染細(xì)菌的電鏡照片
實(shí)驗(yàn)方法：放射性同位素標(biāo)記法
同位素可用于追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。用同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變，通過追蹤同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程。
1.在T?噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)里，以下操作或結(jié)論有誤的是（ ）A. 用3?S標(biāo)記噬菌體需先培養(yǎng)含3?S的細(xì)菌B. 用32P標(biāo)記噬菌體需先培養(yǎng)含32P的細(xì)菌C.攪拌的目的是讓噬菌體外殼與細(xì)菌脫離D. 該實(shí)驗(yàn)就是證明了DNA是主要遺傳物質(zhì)答案：D
2.關(guān)于T?噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的說法，正確的是（ ）A. 3?S標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌離心后上清液無色B. 32P標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌離心后沉淀物無色C. 保溫時(shí)間過短會(huì)使32P標(biāo)記組上清液放射性強(qiáng)D. 該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明蛋白質(zhì)不是噬菌體的遺傳物質(zhì)答案：C
3.在T?噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，以下相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（ ）A. 用含3?S的培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌以標(biāo)記噬菌體蛋白質(zhì)B. 用含32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌以標(biāo)記噬菌體DNAC. 攪拌不充分會(huì)導(dǎo)致3?S標(biāo)記組沉淀物放射性低 D. 該實(shí)驗(yàn)有力的證明了DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)答案：C
操作步驟第一步:標(biāo)記大腸桿菌細(xì)菌+含35S的培養(yǎng)基含35S的細(xì)菌細(xì)菌+含32P 的培養(yǎng)基含32P的細(xì)菌第二步:標(biāo)記噬菌體噬菌體+含35S的細(xì)菌含35S的噬菌體噬菌體+含32P的細(xì)菌含32P的噬菌體實(shí)驗(yàn)流程標(biāo)記大腸桿菌 標(biāo)記噬菌體 標(biāo)記的噬菌體分別侵染未標(biāo)記的大腸桿菌 攪拌離心培養(yǎng)液:上清液(培養(yǎng)液)沉淀物(大腸桿菌+子代噬菌體) 觀察放射性
? 用3?S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼：? 攪拌離心后，上清液放射性高，因噬菌體蛋白質(zhì)外殼未進(jìn)入細(xì)菌，離心后在上清液。? 沉淀物放射性低，說明細(xì)菌內(nèi)無3?S標(biāo)記蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)未參與噬菌體增殖。? 用32P標(biāo)記DNA：? 攪拌離心后，沉淀物放射性高，表明被32P標(biāo)記的噬菌體DNA進(jìn)入細(xì)菌，隨細(xì)菌沉淀。? 上清液放射性低，說明噬菌體蛋白質(zhì)外殼無32P，即DNA進(jìn)入細(xì)菌指導(dǎo)子代噬菌體合成。? 子代噬菌體檢測(cè)：用32P標(biāo)記DNA的一組，部分子代噬菌體有放射性；3?S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼的一組，子代噬菌體無放射性。該實(shí)驗(yàn)證明，在噬菌體傳代中，DNA有連續(xù)性，是遺傳物質(zhì) 。
DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)?？茖W(xué)結(jié)論的獲得離不開嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛_鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。DNA是主要的遺傳物質(zhì)
1.思維訓(xùn)練：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案2.習(xí)題練習(xí)：做P47課后練習(xí)與應(yīng)用

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》電子課本

第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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