基因的本質(zhì)DNA是主要的遺傳物質(zhì)

第3章基因的本質(zhì)

第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì)人教版必修2基因是什么？DNA或蛋白質(zhì)？幾多實驗，幾多論爭。是誰將謎底揭破？”第3章基因的本質(zhì)

19世紀(jì)中期，孟德爾通過豌豆實驗證明了生物的性狀是由

基因

控制的?

20世紀(jì)初期，摩爾根通過果蠅實驗證明了：基因位于染色體上。問題探討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？這個問題曾引起生物學(xué)界激烈的爭論。1、遺傳物質(zhì)可能具有什么特點？2、證明某一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的可行方法有哪些？同位素標(biāo)記法、分離提純法、病毒重組法等。遺傳物質(zhì)必須穩(wěn)定，要能貯存大量的遺傳信息，可以準(zhǔn)確地復(fù)制出拷貝，傳遞給下一代等一、對遺傳物質(zhì)的早期推測1.20世紀(jì)20年代——蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)

氨基酸的多種多樣的排列順序可能蘊含著遺傳信息2.20世紀(jì)30年代后——DNA可能是遺傳物質(zhì)

DNA是由許多脫氧核苷酸聚合形成的生物大分子

但是對DNA分子結(jié)構(gòu)了解不夠，實驗證據(jù)不足

蛋白質(zhì)和DNA，誰是遺傳物質(zhì)?艾弗里赫爾希格里菲思……

向蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點提出挑戰(zhàn)的學(xué)者是誰呢？實驗材料：兩種肺炎雙球菌

R型菌菌落:粗糙，無莢膜，無毒多糖類莢膜S型菌菌落:光滑，有莢膜，有毒，可致死

一.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗人：肺炎小鼠：敗血癥細(xì)菌作為實驗材料,具有的優(yōu)點是：

（1）細(xì)菌是單細(xì)胞生物,個體很小,結(jié)構(gòu)簡單,容易看出因遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化.

（2）繁殖快.細(xì)菌20～30min就可繁殖一代,病毒短時間內(nèi)可大量繁殖.科學(xué)家以細(xì)菌為實驗材料可能原因是什么？菌落【實驗一、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗】1.將無毒性的R型活細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，不死亡。2.將有毒性的S型活細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，死亡。分析：R菌不致死，無毒。分析：S菌使小鼠致死，有毒性?！緦嶒炓弧⒎窝纂p球菌的轉(zhuǎn)化實驗】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)，小鼠死亡。分析：S菌死亡后失去毒性，不致死。R活菌S活菌+S死細(xì)菌轉(zhuǎn)化（有毒有莢膜）肺炎雙球菌內(nèi)有DNA、蛋白質(zhì)、多糖等化學(xué)成分，到底哪種成分是轉(zhuǎn)化因子呢？結(jié)論2新問題R型活菌+加熱殺死S型菌加熱殺死的S型菌含有促成轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)——“轉(zhuǎn)化因子”R型活菌S型活菌轉(zhuǎn)化思考討論：1、實驗先進(jìn)行第一、二組的目的是什么？可否直接進(jìn)行第四組？

2、對比分析第一、二組說明什么？第二、三組說明什么？第三、四組又說明什么？3、誰在轉(zhuǎn)化實驗中起作用？轉(zhuǎn)化因子到底是什么物質(zhì)？4、如果你做轉(zhuǎn)化實驗，如何設(shè)計？［實驗設(shè)計］尋找轉(zhuǎn)化因子：

在殺死的S型細(xì)菌中含有哪些物質(zhì)？多糖脂類蛋白質(zhì)RNADNA加熱殺死的S型細(xì)菌但究竟哪一個才是轉(zhuǎn)化因子呢？

假如你是當(dāng)時的科學(xué)家,應(yīng)該怎樣設(shè)計實驗來證明:轉(zhuǎn)化因子是什么物質(zhì)?討論:

在證明DNA還是蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的實驗中最關(guān)鍵的設(shè)計思路是什么？

必須將蛋白質(zhì)、其他物質(zhì)與DNA分開，單獨、直接地觀察它們的作用，才能確定究竟誰是遺傳物質(zhì)。(二)艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗

S型活細(xì)菌多糖脂類蛋白質(zhì)DNADNA+DNA酶分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)RRRRRRSS【實驗二、艾弗里確定轉(zhuǎn)化因子的實驗】結(jié)論3新問題DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定的遺傳變化的物質(zhì)。DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。DNA純度不夠，是否是0.02%的蛋白質(zhì)在起傳作用呢，如何獲取單獨的DNA或者蛋白質(zhì)進(jìn)行實驗？實驗中最關(guān)鍵的設(shè)計思路提出問題實驗方案：2、分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)，觀察其后代是否有S型細(xì)菌出現(xiàn).1、從活的S型細(xì)菌中分離，提取出各種成分，(DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì))DNA\蛋白質(zhì)和其他物質(zhì)誰是遺傳物質(zhì)?作出假設(shè):實施方案驗證預(yù)測預(yù)期效果：DNA是遺傳物質(zhì)只有加入S型菌的DNA才能使R型菌轉(zhuǎn)變成S型菌分析結(jié)論實驗材料：兩種類型的肺炎雙球菌(R型和S型)◆艾弗里和同事用R型和S型肺炎雙球菌進(jìn)行實驗，結(jié)果如下表。從表可知（）A.①不能證明S型菌的蛋白質(zhì)不是轉(zhuǎn)化因子

B.②說明S型菌的莢膜多糖有酶活性

C.③和④說明S型菌的DNA是轉(zhuǎn)化因子

D.①--④說明DNA是主要的遺傳物質(zhì)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，只有DNA和蛋白質(zhì)外殼繁殖快噬菌體侵染細(xì)菌的實驗

三、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗小資料:

T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒,T2噬菌體侵染細(xì)菌后,就會在自身遺傳物質(zhì)的作用下,利用細(xì)菌體內(nèi)的物質(zhì)來合成自身的組成成分,從而進(jìn)行大量的繁殖.噬菌體侵染細(xì)菌的示意圖三、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗研究材料：噬菌體1952，赫爾希和蔡斯研究方法：同位素標(biāo)記法①營寄生生活②在自身遺傳物質(zhì)的指導(dǎo)下進(jìn)行繁殖③

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。

噬菌體的結(jié)構(gòu)噬菌體的繁殖35S標(biāo)記蛋白質(zhì),32P標(biāo)記DNA（2）研究方法：同位素標(biāo)記法蛋白質(zhì)的組成元素：DNA的組成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N、P（標(biāo)記32P）（標(biāo)記35S）①標(biāo)記噬菌體方法：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的噬菌體同位素標(biāo)記法

同位素可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。用同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會改變，科學(xué)家通過追蹤同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程。這種方法叫同位素標(biāo)記法。離心離心【實驗三、T2噬菌體侵染細(xì)菌實驗】

實驗材料：噬菌體、大腸桿菌

實驗步驟：1.標(biāo)記大腸桿菌：2.標(biāo)記噬菌體：3.標(biāo)記的噬菌體分別侵染未標(biāo)記的大腸桿菌：4.攪拌離心培養(yǎng)液：上清液（培養(yǎng)液）沉淀物（大腸桿菌含子代噬菌體）5.觀察放射性用35s標(biāo)記噬菌體后侵染細(xì)菌35S標(biāo)記噬菌體+細(xì)菌攪拌離心上：噬菌體放射性高沉淀：細(xì)菌低細(xì)菌內(nèi)無放射性【實驗三、T2噬菌體侵染細(xì)菌實驗】噬菌體侵染細(xì)菌時，蛋白質(zhì)外殼留在外面，沒有進(jìn)入到細(xì)菌中。實驗表明想一想：這一結(jié)果又說明了什么?用32p標(biāo)記噬菌體后侵染細(xì)菌細(xì)菌內(nèi)有放射性32P標(biāo)記噬菌體+細(xì)菌攪拌離心上：噬菌體放射性低沉淀：細(xì)菌高【實驗三、T2噬菌體侵染細(xì)菌實驗】想一想：這一結(jié)果又說明了什么?實驗表明

噬菌體侵染細(xì)菌時，DNA進(jìn)入到細(xì)菌中。［過程探究3］赫爾希和蔡斯的實驗：

①A、B兩組實驗結(jié)果:A組標(biāo)記的是蛋白質(zhì)，侵染時留在外面，產(chǎn)生的子代噬菌體不含放射性。

B組標(biāo)記的是DNA，侵染時進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，產(chǎn)生子代噬菌體含有放射性。?②實驗說明什么？

噬菌體進(jìn)入細(xì)菌中的是DNA，蛋白質(zhì)留在外面，這樣就形成了與親代一樣的噬菌體，遺傳物質(zhì)是DNA,它的蛋白質(zhì)不是親代連續(xù)下來的，是由DNA控制合成的。［知識建構(gòu)3］DNA是遺傳物質(zhì)。?所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？?親代噬菌體原寄主細(xì)胞內(nèi)子代噬菌體32P標(biāo)記DNA無32P標(biāo)記DNADNA有32P標(biāo)記35S標(biāo)記蛋白質(zhì)無35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼蛋白質(zhì)無35S結(jié)論4DNA分子在親子代之間具有連續(xù)性，是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)新問題所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？①該實驗用了什么方法？②如何使噬菌體標(biāo)記上放射性？③用35S、32P標(biāo)記物質(zhì)的理論基礎(chǔ)是什么？能否用14C和18O進(jìn)行標(biāo)記？④如果實驗用上述方法進(jìn)行，測試的結(jié)果如何？表明了什么？⑤噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)的增殖是在哪種物質(zhì)的作用下完成的？子代噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA分別是怎樣形成的？⑥此實驗的關(guān)鍵設(shè)計思路是什么？⑦實驗的結(jié)論是什么？

肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗噬菌體侵染細(xì)菌實驗不同點直接分離：分離S型菌的DNA、多糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)間接分離：分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)的特征元素，侵染時自然分離相同點1.實驗的設(shè)計思路相同,都是設(shè)法把DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨觀察它們的作用2.都遵循了對照原則3.都能證明DNA是遺傳物質(zhì)，但不能證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)兩種不同實驗的異同點蛋白質(zhì)［相關(guān)鏈接］SARS病毒的結(jié)構(gòu)：RNA［相關(guān)鏈接］

SARS病毒的遺傳物

質(zhì)：

?

SARS病毒中，誰是遺傳物質(zhì)？

［知識建構(gòu)4］

RNA是遺傳物質(zhì)。［課堂延伸］設(shè)計實驗：證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是什么？煙草花葉病毒（TMV）被病毒感染的煙草葉片RNA蛋白質(zhì)設(shè)計實驗：TMV（煙草花葉病毒）蛋白質(zhì)RNA設(shè)計思路：技術(shù)方法：將蛋白質(zhì)與RNA分離，單獨觀察自身分離、化學(xué)提取分離、酶解法分離分離DNA與蛋白質(zhì)的技術(shù)手段有三類：（1）自身分離。（同位素標(biāo)記觀察）（2）化學(xué)提取法分離RNA與蛋白質(zhì)，（3）用RNA酶和蛋白酶分別處理噬菌體分離分離重組重組感染新的病毒產(chǎn)生哪種病毒？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)中的氨基酸的不同排列組合可以儲存大量的遺傳信息C例2.格里菲思（F.Griffith）用肺炎雙球菌在小鼠身上進(jìn)行了著名的轉(zhuǎn)化實驗，此實驗結(jié)果()A．證明了DNA是遺傳物質(zhì)

B．證明了RNA是遺傳物質(zhì)

C．證明了蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)

D．沒有具體證明哪一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)D例3.艾弗里和同事用R型和S型肺炎雙球菌進(jìn)行實驗，結(jié)果如下表。從表可知A．①不能證明S型菌的蛋白質(zhì)不是轉(zhuǎn)化因子B．②說明S型菌的莢膜多糖有酶活性C．③和④說明S型菌的DNA是轉(zhuǎn)化因子D．①~④說明DNA是主要的遺傳物質(zhì)【答案】C培養(yǎng)

例4.某研究人員模擬肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，進(jìn)行了以下4個實驗：①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠③R型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入S型菌的DNA→注射入小鼠④S型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入R型菌的DNA→注射入小鼠以上4個實驗中小鼠存活的情況依次是(

)A．存活、存活、存活、死亡

B．存活、死亡、存活、死亡

C．死亡、死亡、存活、存活

D．存活、死亡、存活、存活D例5.關(guān)于“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”的敘述，正確的是

A．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

B．分別用35S和32P標(biāo)記的噬菌體侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，進(jìn)行長時間的保溫培養(yǎng)

C．用35S標(biāo)記噬菌體的侵染實驗中，沉淀物存在少量放射性可能是攪拌不充分所致

D．32P、35S標(biāo)記的噬菌體侵染實驗分別說明DNA是遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)【答案】C例6.若1個35S標(biāo)記的大腸桿菌被1個32P標(biāo)記的噬菌體侵染，裂解后釋放的所有噬菌體A．一定有35S，可能有32PB．只有35SC．一定有32P，可能有35SD．只有32P【答案】A例7.某同學(xué)分離純化了甲、乙兩種噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA，重新組合為“雜合”噬菌體，然后分別感染大腸桿菌，并對子代噬菌體的表現(xiàn)型作出預(yù)測，見表。其中預(yù)測正確的是“雜合”噬菌體的組成實驗預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果序號子代表現(xiàn)型甲的DNA＋乙的蛋白質(zhì)1與甲種一致2與乙種一致乙的DNA＋甲的蛋白質(zhì)3與甲種一致4與乙種一致A．1、3 B．1、4 C．2、3 D．2、4例8.艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗和赫爾希與蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌試驗都證明了DNA是遺傳物質(zhì)。這兩個實驗在設(shè)計思路上的共同點是

A．重組DNA片段，研究其表型效應(yīng)

B．誘發(fā)DNA突變，研究其表型效應(yīng)

C．設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)分開，研究各自的效應(yīng)

D．應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)，研究DNA在親代與子代之間的傳遞【答案】C

（一）絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。四、DNA是主要的遺傳物質(zhì)注意①細(xì)胞質(zhì)中的核酸主要是RNA，細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)是DNA。②DNA是主要遺傳物質(zhì)是數(shù)量分析的結(jié)果，不是本節(jié)兩個經(jīng)典實驗得出的結(jié)論。[知識建構(gòu)5]大多數(shù)生物以

為遺傳物質(zhì)，少數(shù)生物以

為遺傳物質(zhì)，所以

是一切生物的遺傳物質(zhì)，

是主要的遺傳物質(zhì)。蛋白質(zhì)