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(gè)問(wèn)題曾引起生物學(xué)界激烈的爭(zhēng)論。
1、你認(rèn)為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點(diǎn)？
遺傳物質(zhì)應(yīng)儲(chǔ)存大量遺傳信息，可以準(zhǔn)確地復(fù)制，并傳遞給下一代，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，等等。
將待定的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移給其他生物，觀察后代的性狀表現(xiàn)，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？
閱讀課本42頁(yè)的相關(guān)內(nèi)容，解決以下問(wèn)題:
（2）20世紀(jì)30年代，人們的觀點(diǎn)是什么？為什么？
（1）20世紀(jì)20年代，人們認(rèn)為誰(shuí)是遺傳物質(zhì)，為什么？
一.對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)
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順序，可能蘊(yùn)含有遺傳信息。
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)。
20世紀(jì)30年代，人們認(rèn)識(shí)到了DNA分子①由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子。②脫氧核苷酸有四種，化學(xué)組成包括磷酸、堿基和脫氧核糖。
遺憾：對(duì)DNA分子的結(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；
這一認(rèn)識(shí)本可以使人們意識(shí)到DNA的重要性。
要通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明DNA還是蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)是遺傳物質(zhì)，最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路是什么？
必須將蛋白質(zhì)、其他物質(zhì)與DNA分開(kāi)，單獨(dú)、直接地觀察它們的作用，才能確定究竟誰(shuí)是遺傳物質(zhì)。
DNA是主要的遺傳物質(zhì)的證據(jù)
二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
小鼠、兩種肺炎鏈球菌
莢膜是某些細(xì)菌的細(xì)胞外的一層膠狀物質(zhì)。無(wú)莢膜的肺炎鏈球菌，感染人體或動(dòng)物后，容易被吞噬細(xì)胞吞噬并殺滅。有莢膜的可抵抗吞噬，利于細(xì)菌在宿主體內(nèi)生活并繁殖。
（一）格里菲思的肺炎鏈球菌（體內(nèi)）轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程
小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)分離出S型活菌
加熱殺死的S型細(xì)菌無(wú)毒
注射加熱殺死的S型活細(xì)菌
將R型活細(xì)菌與加熱殺死的S型細(xì)菌混合后注入
1、為什么加熱殺死的S型細(xì)菌還能使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌？2、第四組的R型細(xì)菌全部轉(zhuǎn)化為了S型細(xì)菌嗎？３、該實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褡C明DNA是遺傳物質(zhì)？
加熱殺死S型細(xì)菌是指破壞了細(xì)菌的結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)等大分子失去活性，但是DNA分子沒(méi)有失活
第四組實(shí)驗(yàn)中也能分離出R型菌，轉(zhuǎn)化的只是部分，R型菌依然存在；
結(jié)論：已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)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)——
該實(shí)驗(yàn)不能證明DNA是遺傳物質(zhì)。
　　　如果你是當(dāng)時(shí)的一位科學(xué)家，為了弄清楚這種轉(zhuǎn)化因子到底是什么物質(zhì)，你該如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)？
肺炎鏈球菌內(nèi)含有DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等化學(xué)成分，到底哪種成分是轉(zhuǎn)化因子呢？
必須將蛋白質(zhì)、其他物質(zhì)與DNA分開(kāi)，單獨(dú)、直接地觀察它們的作用，才能確定究竟誰(shuí)是遺傳物質(zhì)；
但是當(dāng)時(shí)的技術(shù)有限，并不能徹底提純這些物質(zhì)，因此，可以通過(guò)酶解法，將物質(zhì)一個(gè)個(gè)的排除，通過(guò)觀察剩余提取物的轉(zhuǎn)化活性來(lái)尋找轉(zhuǎn)化因子，這就是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“減法原理”（課本P46）
（二）艾弗里的肺炎鏈球菌（體外）轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
培養(yǎng)基R型活細(xì)菌、S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物、蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶
如何獲得細(xì)胞提取物？提取物中含有什么？
　　將加熱致死的S型細(xì)菌破碎；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。
　　提取物中主要含有少量蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和RNA、DNA；
S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物（蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和RNA、DNA）中含有促使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的物質(zhì)
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和RNA不是促使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的物質(zhì)
S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中DNA很可能就是轉(zhuǎn)化因子
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)。
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)；
2.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)；
1.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)；
艾弗里的實(shí)驗(yàn)引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實(shí)驗(yàn)中無(wú)法真正提取出的純DNA來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證遺傳物質(zhì)就是DNA，因此，仍有人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論表示懷疑
那么，有沒(méi)有比細(xì)菌更為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)材料，還能夠把蛋白質(zhì)和DNA徹底分開(kāi)？
請(qǐng)大家預(yù)習(xí)噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)
三、T2噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)
資料：T2噬菌體是一種專(zhuān)門(mén)寄生在大腸桿菌內(nèi)的病毒。在T2噬菌體的化學(xué)組分中，60%是蛋白質(zhì)，40%是DNA。
DNA的元素組成：蛋白質(zhì)的元素組成：
C. H. O. N. P
C. H. O. N.（S）
C、H、O、N 、P
思考：標(biāo)記哪一種元素可以把DNA和蛋白質(zhì)分開(kāi)？為什么？
如何單獨(dú)獲得只有35S或32P標(biāo)記的噬菌體？
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
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
直接用含有放射性同位素的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)噬菌體。
制備含有放射性標(biāo)記噬菌體過(guò)程示意圖
噬菌體侵染含35S細(xì)菌
噬菌體侵染含32P細(xì)菌
在新形成的噬菌體中沒(méi)有檢測(cè)到35S
35S標(biāo)記的噬菌體與細(xì)菌混合
用標(biāo)記的噬菌體侵染未標(biāo)記的細(xì)菌
使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)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。
蛋白質(zhì)外殼沒(méi)有進(jìn)入宿主細(xì)胞，蛋白質(zhì)不是聯(lián)系親代和子代噬菌體的物質(zhì)
在新形成的部分噬菌體中檢測(cè)到32P
32P標(biāo)記的噬菌體與細(xì)菌混合
噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)，DNA進(jìn)入宿主細(xì)胞中，子代噬菌體的各種性狀，是通過(guò)親代DNA遺傳的，DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)
A. 35S標(biāo)記的一組，為什么沉淀中出現(xiàn)了放射性？
B. 32P標(biāo)記的一組，為什么上清液中出現(xiàn)了放射性？
攪拌不充分，仍有少量含35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌表面
a. 保溫時(shí)間過(guò)短，部分噬菌體DNA還未侵染到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)；b. 保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖，后子代噬菌體釋放出來(lái)；
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20-30min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？
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。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。
DNA是唯一的遺傳物質(zhì)嗎？
四、RNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)
煙草花葉病毒(TMV)是由RNA和蛋白質(zhì)組成的，在感染煙草時(shí)，會(huì)出現(xiàn)致病斑。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：煙草花葉病毒（RNA病毒）的遺傳物質(zhì)是RNA
煙草花葉病毒（RNA和蛋白質(zhì)）
少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA
2、極少數(shù)生物沒(méi)有DNA，只有RNA一種核酸，則RNA是遺傳物質(zhì)，如煙草花葉病毒、艾滋病病毒HIV、大多數(shù)流感病毒等
五、DNA是主要的遺傳物質(zhì)
1、絕大多數(shù)生物以DNA為遺傳物質(zhì)：
就整個(gè)生物界來(lái)說(shuō)，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(duì)某個(gè)生物體來(lái)說(shuō)，遺傳物質(zhì)只能是DNA或RNA。
2、煙草的遺傳物質(zhì)是什么？
1、動(dòng)物和人體的遺傳物質(zhì)是什么？
3、細(xì)菌的遺傳物質(zhì)是什么？
4、一切生物的遺傳物質(zhì)是什么？
5、病毒的遺傳物質(zhì)是什么？
　　在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，控制自變量可以采用“加法原理”或“減法原理”；
　　與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素的稱(chēng)為“減法原理”；例如，艾弗里的肺炎鏈球菌（體外）轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，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)；
　　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，“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的實(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，就利用了“加法原理”與常態(tài)比較；
自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”
滴入2滴FeCl3溶液
比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解

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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(jí)： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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