第講遺傳物質(zhì)的探索歷程

2014高考考綱及熱點(diǎn)預(yù)測(cè)人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過程【考綱要求】1、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及所體現(xiàn)的對(duì)照原則2、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、結(jié)論【熱點(diǎn)預(yù)測(cè)】探索遺傳物質(zhì)過程中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)仍是重點(diǎn)，主要以實(shí)驗(yàn)分析題形式出現(xiàn)。當(dāng)前1頁，總共47頁。1866年，孟德爾通過豌豆實(shí)驗(yàn)證明了生物的性狀由

遺傳因子控制。1910年，摩爾根通過果蠅實(shí)驗(yàn)證明了基因位于染色體上?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)：染色體主要組成成分

蛋白質(zhì)和DNA。DNA染色體在遺傳上的連續(xù)性和穩(wěn)定性?蛋白質(zhì)背景了解：歷史的步伐當(dāng)前2頁，總共47頁。一、遺傳物質(zhì)必須具備的特點(diǎn)1、具有存儲(chǔ)巨大數(shù)量信息的可能2、在生長和繁殖過程中能精確的自我復(fù)制3、能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成從而控制生物的性狀和新陳代謝4、分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定（但特殊情況下能產(chǎn)生變異）問題：兩種不同的推測(cè)如何求證呢？考點(diǎn)一遺傳物質(zhì)早期認(rèn)識(shí)當(dāng)前3頁，總共47頁。二、DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)1．間接證據(jù)(早期推測(cè))A:蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)(20世紀(jì)20年代)各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的。氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊(yùn)含著。

蛋白質(zhì)遺傳信息結(jié)論：是遺傳物質(zhì)。蛋白質(zhì)當(dāng)前4頁，總共47頁。穩(wěn)定DNA蛋白質(zhì)DNADNA連續(xù)B:DNA是遺傳物質(zhì)當(dāng)前5頁，總共47頁。【典例1】探索遺傳物質(zhì)的過程是漫長的．直到20世紀(jì)初期，人們?nèi)云毡檎J(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。當(dāng)時(shí)人們作出判斷的理由不包括

A.不同生物的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上存在差異

B.蛋白質(zhì)與生物的性狀密切相關(guān)

C.蛋白質(zhì)比DNA具有更高的熱穩(wěn)定性，并且能夠自我復(fù)制

D.蛋白質(zhì)中氨基酸的不同排列組臺(tái)可以貯存大量遺傳信息C當(dāng)前6頁，總共47頁。1、實(shí)驗(yàn)材料：兩種肺炎雙球菌

多糖類莢膜R型菌菌落:粗糙

無莢膜，無毒S型菌菌落:光滑(Smooth)有莢膜，有毒，可致死一、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(Rough)考點(diǎn)二探索遺傳物質(zhì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)當(dāng)前7頁，總共47頁。（1）將無毒性的R型活細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，不死亡。（2）將有毒性S型活細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，患敗血癥死亡。（3）將加熱殺死后的S型細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，不死亡。（4）將無毒性R型活細(xì)菌與加熱殺死后的S型細(xì)菌混合

后注射到小鼠體內(nèi)，小鼠患敗血癥死亡。2、實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果：當(dāng)前8頁，總共47頁。

“轉(zhuǎn)化因子”是什么？3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：已經(jīng)被加熱殺死的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)化因子當(dāng)前9頁，總共47頁。

問題思考：

在證明DNA還是蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中最關(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，單獨(dú)、直接地觀察它們的作用，才能確定究竟誰是遺傳物質(zhì)。當(dāng)前10頁，總共47頁。多糖脂類蛋白質(zhì)RNA

DNA加熱殺死的S型細(xì)菌在殺死的S型細(xì)菌中含有哪些物質(zhì)？尋找轉(zhuǎn)化因子：

但究竟哪一個(gè)才是轉(zhuǎn)化因子呢？當(dāng)前11頁，總共47頁。

1、實(shí)驗(yàn)過程：

多糖脂類蛋白質(zhì)

RNADNADNA+DNA酶

分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)

R

R

R

R

R

S

RS型活細(xì)菌

R

S

多數(shù)少數(shù)DNA艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1944年當(dāng)前12頁，總共47頁。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

①只有加入DNA才轉(zhuǎn)化；②DNA越純，轉(zhuǎn)化越有效；③用DNA酶處理DNA，不再轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化因子是DNA。DNA才是遺傳物質(zhì)。而蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。（糾正了一個(gè)生物界的錯(cuò)誤的普遍共識(shí)）3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論:當(dāng)前13頁，總共47頁。

1、艾佛理的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)有何妙處？思考：

2、這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論足以讓所有科學(xué)家信服嗎？①把DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨(dú)地、直接地觀察DNA的作用；②設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，用DNA酶處理，觀察DNA的作用。當(dāng)前14頁，總共47頁。肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)1、遵循了嚴(yán)格的對(duì)照原則和單因子變量原則2、科學(xué)的思路：發(fā)現(xiàn)問題→提出假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→得出結(jié)論①體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)②體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)的基本步驟格里菲思，體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)艾弗里，體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)當(dāng)前15頁，總共47頁。

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)中提取出的DNA，純度最高時(shí)也還有0.02%的蛋白質(zhì)，因此，仍有人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論表示懷疑。有沒有比細(xì)菌更為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)材料？當(dāng)前16頁，總共47頁。

1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素標(biāo)記的新技術(shù)，完成了另一個(gè)更具有說服力的實(shí)驗(yàn).二、噬菌體侵染細(xì)菌（大腸桿菌）實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)二探索遺傳物質(zhì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)材料：T2噬菌體、大腸桿菌T2噬菌體中60%是蛋白質(zhì),40%是DNA..當(dāng)前17頁，總共47頁。T2噬菌體的特點(diǎn)①是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒②頭部和尾部的外殼是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部內(nèi)含有DNA③在自身遺傳物質(zhì)的指導(dǎo)下進(jìn)行繁殖,原料來自大腸桿菌④

子代噬菌體從宿主細(xì)胞裂解釋放。

噬菌體大腸桿菌當(dāng)前18頁，總共47頁。噬菌體侵染細(xì)菌的動(dòng)態(tài)過程：侵入別的細(xì)菌合成組裝釋放吸附侵入合成組裝釋放吸附動(dòng)畫

首先，噬菌體的尾端吸附在細(xì)菌的表面侵入然后，噬菌體通過尾軸把DNA全部注進(jìn)細(xì)菌體內(nèi)，而蛋白質(zhì)外殼則留在細(xì)菌體外，不起作用。噬菌體的DNA在細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)胞本身的DNA解體，同時(shí)利用細(xì)菌的化學(xué)成分合成噬菌體自身的DNA和蛋白質(zhì)，這些新合成的DNA和蛋白質(zhì)外殼組裝出很多個(gè)與親代一模一樣的子代噬菌體。最后，這些噬菌體由于細(xì)菌的解體而被釋放出來，再去侵染其他的細(xì)菌。當(dāng)前19頁，總共47頁。

T2噬菌體模式圖選擇噬菌體優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。侵入細(xì)菌后，蛋白質(zhì)外殼與DNA分離，在自身遺傳物質(zhì)的作用下，以細(xì)菌內(nèi)的物質(zhì)為原料進(jìn)行增殖的病毒。DNA（主要元素是C、H、O、N、P）蛋白質(zhì)（主要元素是C、H、O、N、S）思考：為什么要用35S和32P標(biāo)記？用14C和18O等標(biāo)記行嗎？當(dāng)前20頁，總共47頁。2、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：用同位素標(biāo)記親代噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA，分別去感染無任何標(biāo)記的宿主，觀察子代噬菌體的放射性，分析哪種物質(zhì)能在親子代之間遺傳。當(dāng)前21頁，總共47頁。3、實(shí)驗(yàn)過程：（1）標(biāo)記宿主細(xì)菌：分別用35S和32P培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，獲得分別含有35S和32P的大腸桿菌。（2）標(biāo)記噬菌體：分別用35S和32P的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體，獲得分別含有35S和32P的親代噬菌體。細(xì)菌+含35S的培養(yǎng)基細(xì)菌+含32P的培養(yǎng)基含35S的細(xì)菌含32P的細(xì)菌當(dāng)前22頁，總共47頁。（3）侵染細(xì)菌：用含35S的噬菌體＋大腸桿菌混合培養(yǎng)用含32P的噬菌體＋大腸桿菌混合培養(yǎng)（4）攪拌、離心噬菌體+含35S的細(xì)菌噬菌體+含32P的細(xì)菌含35S的噬菌體含32P的噬菌體當(dāng)前23頁，總共47頁。當(dāng)前24頁，總共47頁。上清液放射性低用含32P的噬菌體＋大腸桿菌混合培養(yǎng)沉淀物放射性高用含35S的噬菌體＋大腸桿菌混合培養(yǎng)上清液放射性高沉淀物放射性低沉淀物（大腸桿菌）中含有大量的子代噬菌體個(gè)體。當(dāng)前25頁，總共47頁。（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA才是遺傳物質(zhì)當(dāng)前26頁，總共47頁。——分離不完全(噬菌體蛋白質(zhì)外殼)——釋放出來的、未侵染的噬菌體1、為什么35S標(biāo)記組，沉淀物也有放射性？32P標(biāo)記組上清液也存在放射性？討論：2、赫爾希和蔡斯實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)嗎？當(dāng)前27頁，總共47頁。實(shí)驗(yàn)步驟標(biāo)記細(xì)菌標(biāo)記噬菌體噬菌體侵染細(xì)菌（短時(shí)間保溫）攪拌離心觀察放射性的分布“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大腸桿菌。內(nèi)部DNA不存在了的噬菌體外殼當(dāng)前28頁，總共47頁?！镜淅?】根據(jù)蔡斯和赫爾希的實(shí)驗(yàn)回答下列問題：①上清液和沉淀物中的成分分別是

和

，原因是：

。②進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的是噬菌體的

,依據(jù)是：

。③該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褡C明DNA是遺傳物質(zhì)？能否證明蛋白質(zhì)不是物質(zhì)？噬菌體外殼細(xì)菌兩者密度不同DNA放射性32P只存在于沉淀物中只能證明DNA是遺傳物質(zhì)，不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)外殼未進(jìn)入細(xì)菌。當(dāng)前29頁，總共47頁。C【典例3】根據(jù)蔡斯和赫爾希的實(shí)驗(yàn)回答下列問題：④T2噬菌體復(fù)制所需原料來自，子代T2噬菌體蛋白質(zhì)外殼合成場(chǎng)所是。大腸桿菌大腸桿菌的核糖體【典例4】噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)不能證明（）①DNA能自我復(fù)制，使前后代保持一定的連續(xù)性、穩(wěn)定性②DNA分子結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性③DNA能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成④DNA能產(chǎn)生可遺傳變異⑤DNA是遺傳物質(zhì)⑥D(zhuǎn)NA是主要的遺傳物質(zhì)A．①②③④B．①③⑤C．②④⑥D(zhuǎn)．④⑥返回當(dāng)前30頁，總共47頁。DNA是遺傳物質(zhì)1928年格里菲思——體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1944年艾弗里——體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1952年赫爾希、蔡斯——噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)當(dāng)前31頁，總共47頁。DNA是唯一的遺傳物質(zhì)嗎？當(dāng)前32頁，總共47頁。流感病毒SARS病毒煙草花葉病毒下面這些生物的遺傳物質(zhì)是什么？［敢于質(zhì)疑］當(dāng)前33頁，總共47頁。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？背景知識(shí)：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。［知識(shí)拓展］當(dāng)前34頁，總共47頁。煙草花葉病毒不含DNA，只有RNA和蛋白質(zhì)，其遺傳物質(zhì)是什么？煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA思路:煙草花葉病毒的RNA和蛋白質(zhì)區(qū)分開，直接地、單獨(dú)地去觀察他們各自的作用，從而判斷誰才是遺傳物質(zhì)①僅RNA能使煙草產(chǎn)生原樣病斑

②僅蛋白質(zhì)能使煙草產(chǎn)生原樣病斑

③RNA和蛋白質(zhì)都能使煙草產(chǎn)生原樣病斑若出現(xiàn)①結(jié)果則僅RNA是遺傳物質(zhì)；

若出現(xiàn)②結(jié)果則僅蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)；

若出現(xiàn)③結(jié)果則RNA和蛋白質(zhì)都是遺傳物質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果：（現(xiàn)象）提出問題：作出假設(shè)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：探究煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)？得出結(jié)論：當(dāng)前35頁，總共47頁。實(shí)驗(yàn)探究蛋白質(zhì)RNA分離感染煙草感染煙草實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)病斑不出現(xiàn)病斑實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)當(dāng)前36頁，總共47頁。分離分離重組重組感染新的病毒產(chǎn)生哪種病毒？當(dāng)前37頁，總共47頁。

RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA煙草花葉病毒重建實(shí)驗(yàn)當(dāng)前38頁，總共47頁。細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物原核生物真核生物遺傳物質(zhì)是DNA非細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物遺傳物質(zhì)是RNA只含DNA的病毒：只含RNA的病毒：生物總結(jié)4、由于大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。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)。3、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)。2、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DNA1、一切生物的遺傳物質(zhì)是核酸當(dāng)前39頁，總共47頁。DNA是生物界的主要遺傳物質(zhì)格里菲斯、艾佛里、赫爾希和蔡斯等探索、假設(shè)、證明，所以：當(dāng)前40頁，總共47頁。4、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，在細(xì)菌內(nèi)合成子代噬菌體蛋白質(zhì)外殼——DNA可以指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。1、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，對(duì)S菌加熱處理，DNA仍具有生物活性——DNA分子結(jié)構(gòu)具有相對(duì)穩(wěn)定性。2、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，R型細(xì)菌可以轉(zhuǎn)化生成S型細(xì)菌——DNA可以發(fā)生可遺傳的變異。3、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，DNA在親代與子代噬菌體中具有連續(xù)性——DNA可以發(fā)生復(fù)制，由親代傳遞給子代。能產(chǎn)生可遺傳變異具有相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)能自我復(fù)制,使親子代具有一定的連續(xù)性④能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制生物的性狀能貯存大量的遺傳信息作為遺傳物質(zhì)所必須具備的特點(diǎn):當(dāng)前41頁，總共47頁。②S型細(xì)菌體內(nèi)的DNA熱穩(wěn)定性較高，把DNA溶液加熱至沸點(diǎn)，可使其氫鍵斷裂，雙螺旋解體，但若將其緩慢冷卻，分離的單鏈又可部分地得以重聚，恢復(fù)其雙螺旋結(jié)構(gòu)。因此，在一定溫度范圍內(nèi)，加熱不會(huì)導(dǎo)致DNA變性。③當(dāng)與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)時(shí)，S型細(xì)菌DNA進(jìn)入R型細(xì)菌體內(nèi)，這叫DNA的轉(zhuǎn)化。1.肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)教材拓展延伸當(dāng)前42頁，總共47頁。2．噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)(1)用放射性元素?zé)o法直接標(biāo)記無自主代謝能力的噬菌體，只有用相關(guān)元素標(biāo)記其宿主，再讓噬菌體侵染宿主，才能使其增殖，子代被標(biāo)記。(2)噬菌體在宿主細(xì)胞中的增殖過程包括：吸附―→注入―→合成―→裝配―→釋放。(3)從組