【課件】DNA是主要的遺傳物質課件高一下學期生物人教版必修2

歷史的步伐1866年孟德爾發(fā)現遺傳定律1891年科學家描述減數分裂全過程1903年薩頓假說：基因和染色體存在平行關系1909年摩爾根證明：基因在染色體上20世紀中葉染色體主要由蛋白質和DNA組成第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質第3章基因的本質一、導入新課

染色體主要由蛋白質和DNA組成。在這兩種物質中，究竟哪一種物質是遺傳物質呢？活動一：分析推理——誰是遺傳物質？蛋白質DNA支持的材料否定的材料1.親子代之間聯(lián)系的橋梁是生殖細胞。生殖細胞形成過程中，染色體和DNA的數量存在規(guī)律性的變化。2.人們推測，既然基因能夠控制那么多、那么復雜的生物性狀，那么構成基因的遺傳物質也一定是一種非常復雜、非常多樣的化學物質，才能承擔做為基因的艱巨任務。蛋白質恰好是結構最復雜、最多樣的分子。組成蛋白質的主要氨基酸約有20種。組成DNA的核苷酸有4種。蛋白質中氨基酸的不同排列組合可以貯存大量信息。蛋白質是生命活動的承擔者，與生物的性狀密切相關。蛋白質有復雜的空間結構，但在高溫下空間結構會被破壞，容易變性。DNA結構穩(wěn)定，耐高溫。蛋白質不能進行自我復制，而且它在染色體中的含量往往是不固定的。DNA能自我復制、并且在復制的過程中有多種機制保證準確性。

一般情況下，同一種生物在不同發(fā)育時期或不同組織的細胞中，DNA的含量基本相等，而生殖細胞中的DNA含量恰好是體細胞中的一半。同一生物的不同組織細胞中，蛋白質的種類和質量差異較大。小結：遺傳物質應該具有的特點（1）多樣性。具有貯存巨大數量遺傳信息的潛在能力。（2）連續(xù)性。能夠精確地復制自己，保證在親子代之間的傳遞。（3）穩(wěn)定性。結構穩(wěn)定，保證遺傳信息的準確，同時又具有可變化的機制。（4）能夠控制蛋白質的合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝。（一）對遺傳物質的早期推測1．20世紀20年代（1）觀點：

是生物體的遺傳物質。（2）理由：①它是大約20種的

組成的。②氨基酸有多種的__________，可能蘊含有____________。排列順序蛋白質氨基酸遺傳信息由氨基酸形成血紅蛋白的示意圖（一）對遺傳物質的早期推測2．20世紀30年代（1）觀點：________是遺傳物質的觀點占主導地位。（2）對DNA分子的認識：①DNA分子是由許多___________聚合而成的生物大分子。②脫氧核苷酸有四種，化學組成包括________、堿基和____________。磷酸DNA脫氧核苷酸脫氧核糖不同排列順序的核苷酸鏈（二）證明DNA是主要遺傳物質的經典實驗肺炎鏈球菌的轉化實驗1噬菌體侵染細菌的實驗2煙草花葉病毒的感染和重建實驗3（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗1．肺炎鏈球菌體的轉化實驗（體內）R型菌（菌落粗糙、無毒性）S型菌（菌落光滑、有毒性）多糖類莢膜（具有保護作用）S、R型細菌的區(qū)別（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗S、R型細菌的區(qū)別菌落莢膜毒性R型菌粗糙

莢膜

S型菌光滑

莢膜

無

有

無毒

有毒

菌落粗糙菌落光滑1．肺炎鏈球菌體的轉化實驗（體內）①R型菌②S型菌③加熱殺死+混合④肺炎鏈球菌轉化實驗(體內)1928年

格里菲思問題1：

第一、二兩組實驗在整個實驗中起什么作用？問題2：

對比第二、三組實驗，說明什么？問題3：

請描述第四組小鼠做了怎樣的處理？實驗結果是什么？問題4：

第四組小鼠為何死亡？死亡小鼠體內能分離出S型活菌，說明什么？推測導致小鼠死亡的S型活菌是從哪里來的？（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗實驗結論1234

步驟方法現象結論活死活R型活菌無毒S型活菌有毒加熱殺死的S型菌無毒死（體內有S型活細菌）存在“轉化因子”R型活菌S型活菌加熱殺死S型菌R型活菌+加熱殺死S型菌1．格里菲斯肺炎鏈球菌體的轉化實驗（體內）推論：加熱致死的S型細菌，含有某種物質，能把無毒的R型活菌轉化為有毒性的S型活菌。我們把這種物質叫做“轉化因子”。轉化因子究竟是什么物質呢？1．格里菲斯肺炎鏈球菌體的轉化實驗（體內）設計實驗要解決的問題——轉化因子是什么物質？已有背景知識——構成細胞的主要物質有蛋白質、DNA、酯類、莢膜多糖等物質如何設計實驗？思路1：將加熱致死S型菌各種物質分離提純后與R型混合，觀察是否發(fā)生轉化。思路2：用酶解法分別去除細胞提取液中各種成分后，觀察能否將R型菌轉化。轉化因子是什么？如何判斷？檢測的因變量指標是什么？實驗目的：實驗材料：自變量：因變量：肺炎鏈球菌加熱殺死的S型菌中各種物質成分R型菌是否被轉化菌落特征為R型還是S型肺炎鏈球菌體外轉化實驗他們加熱殺死S型細菌并使之破碎，再設法逐一去除裂解物中絕大部分糖類、蛋白質和脂質，制成細胞“提取物”?！瘛爱斘易x到格里菲思的結果時，我開始對“轉化因子”的化學本質感興趣，于是我和我的同事們開始了用培養(yǎng)基去替代小鼠實驗……”●“現在只剩DNA酶沒用過了，我們進行了最后一步：用DNA酶降解提取物?！?---摘自《對引起肺炎雙球菌形態(tài)轉化的物質的化學特性的研究》(艾弗里等)

●“與R型菌混合后，發(fā)現提取物的轉化能力神奇地消失了?！?/p>

●“我們認為正是這種纖維狀粘稠物質將R型的肺炎鏈球菌成功轉化為S型！”1944年，艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗一、R型菌+S型菌細胞提取物二、R型菌+S型菌細胞提取物+蛋白酶三、R型菌+S型菌細胞提取物+RNA酶四、R型菌+S型菌細胞提取物+酯酶五、R型菌+S型菌細胞提取物+DNA酶R型菌+S型菌R型菌+S型菌R型菌+S型菌R型菌+S型菌R型菌是轉化因子DNA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：“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，實驗組分別作加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理。例如：艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗。加法原理S型活細菌

有R型活細菌的培養(yǎng)基只有R型菌落DNA

R型菌落和S型菌落無添加蛋白質RNA脂質S型細菌的提取物

有R型活細菌的培養(yǎng)基R型菌落和S型菌落DNA酶只有R型菌落對照組蛋白酶RNA酶酯酶減法原理（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗艾弗里證明DNA是遺傳物質的實驗（體外轉化）（1）S型菌的__________能使R型菌發(fā)生轉化。（2）S型菌的_______等其他物質不能使R型菌發(fā)生轉化。（3）結論：DNA才是使R型細菌產生穩(wěn)定遺傳變化的物質蛋白質DNADNA結構DNA純度DNA作用質疑：DNA是遺傳物質。艾弗里實驗引發(fā)的思考——理應萬眾矚目，緣何備受冷落？！典例剖析格里菲思用肺炎鏈球菌在小鼠體內進行了著名的轉化實驗。下列有關該實驗的說法,錯誤的是(

)A.說明了肺炎鏈球菌的遺傳物質是DNAB.說明了R型細菌在一定條件下能夠轉化為S型細菌C.說明了R型細菌不具有致病性,S型細菌具有致病性D.說明了加熱致死的S型細菌不具有致病性肺炎鏈球菌有許多類型,有莢膜的S型細菌有毒性,可使小鼠患肺炎,小鼠并發(fā)敗血癥死亡,無莢膜的R型細菌無毒性。下圖為實驗小組設計的肺炎鏈球菌轉化實驗,下列相關說法錯誤的是(

)A.丙組為空白對照,實驗結果為小鼠不死亡B.能導致小鼠患敗血癥死亡的有甲、丁2組C.戊組實驗表明,加入S型細菌的蛋白質后試管中長出的還是無毒性的R型細菌D.丁組產生的有毒性的S型細菌不能將該性狀遺傳給后代噬菌體增殖示意圖引自BrockBiologyofMicroorganisms(13thEdition)2．噬菌體侵染細菌德爾布呂克(MaxDelbrück，1906-1981)1020304000.1110100噬菌體數量（個）時間（min）菌體外菌體內引自EllisEL,DelbrückM.THEGROWTHOFBACTERIOPHAGE.JGenPhysiol.1939;22(3):365‐384.2．噬菌體侵染細菌1020304000.1110100噬菌體數量（個）時間（min）思考：1.噬菌體的數量是如何變化的？2.兩條曲線之間有什么邏輯關系？3.細菌最后的結局是什么？潛伏期生長期釋放期菌體外菌體內引自EllisEL,DelbrückM.THEGROWTHOFBACTERIOPHAGE.JGenPhysiol.1939;22(3):365‐384.噬菌體侵染細菌電鏡圖問題：噬菌體的遺傳物質是什么？作為噬菌體遺傳物質的條件進入細菌細胞中，指導子代噬菌體的形成。可將遺傳信息傳遞到子代噬菌體，保持親子代噬菌體性狀的連續(xù)性、穩(wěn)定性。推測：哪種成分進入，則哪種成分是遺傳物質。蔡斯(左)赫爾希(右)思考1：如何知道哪種成分進入菌體內？2．噬菌體侵染細菌的實驗—赫爾希和蔡斯噬菌體侵染細菌的實驗現象：噬菌體可侵染細菌，并釋放子代噬菌體。假說：遺傳物質會進入菌體，指導子代噬菌體的增殖過程。演繹：若菌體內出現35S，且子代噬菌體中含有35S，則蛋白質是遺傳物質。

若菌體內出現32P，且子代噬菌體中含有32P，則DNA是遺傳物質。上清液中放射性成分？沉淀中放射性成分？觀察指標：（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗同位素標記法同位素可用于追蹤物質的運行和變化規(guī)律。用同位素標記的化合物，化學性質不會改變，科學家通過追蹤同位素標記的化合物，可以弄清化學反應的詳細過程。這種方法叫同位素標記法。

T2噬菌體是一種專門寄生大腸桿菌的病毒。在T2噬菌體的化學組成中，60%是蛋白質，40%是DNA。

對這兩種物質的分析表明：僅蛋白質分子中含有硫（S），磷（P）幾乎都存在于DNA分子中。T2噬菌體電鏡圖和模式圖頭部尾部尾絲DNA標記蛋白質的元素：標記DNA的元素：35S

32P思考2：怎么標記噬菌體？思考2：怎么標記噬菌體？利用含放射性的培養(yǎng)基先標記細菌帶標記的噬菌體分別得到

（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗2．噬菌體侵染細菌的實驗—赫爾希和蔡斯第一步：分別標記細菌第二步：分別標記噬菌體實驗步驟思考3：帶標記的噬菌體感染什么樣的細菌呢？無放射性標記的細菌（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗2．噬菌體侵染細菌的實驗—赫爾希和蔡斯第一步：分別標記細菌第二步：分別標記噬菌體第三步：標記的噬菌體分別侵染未標記細菌實驗步驟Waring攪拌器[保存在斯普林港實驗室的檔案室]攪拌后

思考4：怎樣使菌體外側的噬菌體與大腸桿菌分開?離心后

（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗2．噬菌體侵染細菌的實驗—赫爾希和蔡斯第一步：分別標記細菌第二步：分別標記噬菌體第三步：標記的噬菌體分別侵染未標記細菌第四步：攪拌、離心實驗步驟資料（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗實驗分析35S標記的噬菌體32P標記的噬菌體大腸桿菌細胞外大腸桿菌細胞內子代噬菌體結論放射性高無放射性無放射性放射性高放射性低有放射性

蛋白質外殼沒有進入細菌細胞

DNA進入到細菌的細胞中

DNA才是真正的遺傳物質結論：DNA是噬菌體真正的遺傳物質（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗2．噬菌體侵染細菌的實驗—赫爾希和蔡斯第一步：分別標記細菌第二步：分別標記噬菌體第三步：標記的噬菌體分別侵染未標記細菌第四步：攪拌、離心實驗步驟第五步：分析實驗結果，得出結論(1)直接證明:DNA是噬菌體的遺傳物質。(2)間接證明:①DNA能夠自我復制,使生物體前后代保持一定的連續(xù)性,維持遺傳性狀的穩(wěn)定性;②DNA能控制蛋白質的生物合成,從而控制生物體的新陳代謝和性狀。(3)不能證明DNA是主要的遺傳物質。2．噬菌體侵染細菌的實驗—赫爾希和蔡斯（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗誤差分析

思考：為何在35S標記的組，沉淀物中會含有較低的放射性？

在35S標記的組，沉淀物中會含有較低的放射性因為攪拌不充分，噬菌體吸附在大腸桿菌表面沒有分開。2．噬菌體侵染細菌的實驗

思考：為何在35P標記的組，上清液中會含有較低的放射性？

在32P標記的組，上清液中會含有較低的放射性因為保溫時間過長或過短。時間過短噬菌體還未來得及侵入大腸桿菌，時間過長噬菌體使細菌裂解，被釋放出來了。誤差分析2．噬菌體侵染細菌的實驗（二）證明DNA是遺傳物質的經典實驗某研究人員模擬赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗,進行了以下3個實驗:①用未標記的噬菌體侵染35S標記的細菌;②用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌;③用未標記的噬菌體侵染3H標記的細菌。短時間保溫后離心,理論上以上3個實驗中放射性出現的位置依次是(

)A.沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液B.沉淀物、上清液、沉淀物C.上清液、上清液、沉淀物和上清液D.沉淀物、沉淀物、沉淀物如果用3H、15N、32P、35S共同標記噬菌體后,讓其侵染未被標記的細菌,在產生的子代噬菌體中,能夠找到的放射性元素為(

)A.在外殼中找到3H、15N和35SB.在DNA中找到3H、15N和32PC.在外殼中找到15N和35SD.在DNA中找到15N、32P和35S啟示：1.科學發(fā)現是以前人的發(fā)現和事實作為基礎的2.簡單的研究模型3.假說-演繹的研究思路（三）證明RNA是遺傳物質的經典實驗DNA是唯一的遺傳物質嗎？流感病毒煙草花葉病毒煙草正常葉片煙草花葉病葉片細菌過濾器示意圖問題：引起煙草花葉病的病原體是什么？（二）證明RNA是遺傳物質的經典實驗+RNA酶病毒RNARNA蛋白質煙草花葉病毒感染實驗（三）證明RNA是遺傳物質的經典實驗TMVATMVB3．煙草花葉病毒感染和重建實驗結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。新型冠狀病毒（2019-nCoV）艾滋病病毒（HIV）煙草花葉病毒（TMV）甲型流感病毒（IAV）結論：對這些病毒來說，RNA是遺傳物質。（四）各類生物的遺傳物質生物種類動物植物細菌真菌病毒DNA病毒RNA病毒遺傳物質是DNA遺傳物質是RNA結論：絕大多數生物的遺傳物質是DNA。所以說DNA是主要的遺傳物質。（四）各類生物的遺傳物質遺傳物質必須具備的特點（1）在生長和繁殖過程中能精確的復制自己（2）具有存儲巨大遺傳信息的能力（3）分子結構相對穩(wěn)定（4）能指導蛋白質的合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝小結DNA是遺傳物質DNA是主要的遺傳物質蛋白質是遺傳物質推翻╳修正煙草花葉病毒對煙草細胞的感染實驗肺炎鏈球菌轉化實驗噬菌體侵染細菌實驗1.科學知識可能隨著研究的深入而改變；2.科學工作采用實證的范式；3.科學是創(chuàng)造性的工作。個體水平→細胞水平→染色體水平→分子水平故事未完，精彩待續(xù)……4．下列表述中不正確的是（

）A．病毒的遺傳物質都是DNAB．真核生物細胞的遺傳物質都是DNAC．噬菌體侵染大腸桿菌實驗中，保溫時間過長會影響實驗結果D．肺炎鏈球菌轉化實驗中，新產生的S型菌源自活的R型菌A