生物學必修二

遺傳與進化第3章基因的本質(zhì)3.1

DNA是主要的遺傳物質(zhì)問題探討20世紀中葉，科學家發(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界激烈的爭論。討論1.你認為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點?2.你認為證明某一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的可行方法

有哪些?染色體、蛋白質(zhì)和DNA示意圖—.作為遺傳物質(zhì)所必須具備的特點1、在細胞生長和繁殖的過程中能夠精確地自我復制，使得前后代具有一定的連續(xù)性；2、能夠指導蛋白質(zhì)的合成，從而控制生物體的性狀和新陳代謝的過程；3、具有儲存大量遺傳信息的潛在能力；4、結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，但在特殊情況下又能發(fā)生突變，而且突變以后還能繼續(xù)復制，并能

遺傳給后代。思考：遺傳物質(zhì)為什么要具備這些條件?蛋白質(zhì)滿足其中的哪些條件?蛋白質(zhì)

作為遺傳物質(zhì)具有哪些不足?蛋白質(zhì)：組成蛋白質(zhì)的氨基酸有21種。由于氨基酸的種類和數(shù)量不同，排列順序不同，可以組成無數(shù)種蛋白質(zhì)，這一點符合上述的第三個特點。蛋白質(zhì)(特別是酶)能夠控

制生物體的性狀和代謝，這一點符合第二個特點。但是蛋白質(zhì)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，分子結(jié)構(gòu)也不穩(wěn)定；它也不能遺傳給后代，所以蛋白質(zhì)不可能是遺傳物質(zhì)。核酸：科學研究已經(jīng)充分證明，核酸具備上述4個特點，所以核酸才是生物體的遺傳物

質(zhì)。核酸又分為脫氧核糖核酸(DNA)

和核糖核酸(RNA)。

絕大多數(shù)生物體的遺傳

物質(zhì)是DNA,有些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。二.對遺傳物質(zhì)的早期推測1、20世紀20年代，大多數(shù)科學家認為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)：當時人們已經(jīng)認

識到蛋白質(zhì)是由多種氨基酸連接而成的生物大分子。各種氨基酸可以按照不同的順序

排列，形成不同的蛋白質(zhì)。這就使人們很自然地想到，氨基酸多種多樣的排列順序，

可能蘊含著遺傳信息。當時對于其他生物大分子的研究，還沒有發(fā)現(xiàn)與此類似的結(jié)構(gòu)

特點。P

0

腺嘌呤(A)

P

0

胸腺嘧啶(T

)

P

0

鳥嘌呤(G)

P

0

胞嘧啶(C)脫氧脫氧

脫氧

脫氧核糖核糖

核糖核糖腺嘌呤脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸、20但紀50年代，以為重口質(zhì)定遺傳初質(zhì)的觀點仍口土導地位·此的入們已以識到

DNA

是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脫氧核苷酸的化學組成包括磷酸、堿基和脫氧核糖。組成DNA

的脫氧核苷酸有4種，每一種有一個特定的堿基。這一認

識本可以使人們意識到DNA

的重要性，但是，由于對DNA

的結(jié)構(gòu)沒有清晰的了解，認

為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點仍占主導地位。肺炎鏈球菌莢膜致病性菌落表面S型有有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并發(fā)敗血癥死亡光滑R型無無致病性粗糙三.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1、格里菲斯：體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗

艾弗里：體外轉(zhuǎn)化實驗2、肺炎鏈球菌給小鼠注射存活情況小鼠尸體中分離的菌種推測R型活菌不死亡加熱殺死的S型死菌，含有某

種促使R型或細菌轉(zhuǎn)化為S型或細菌的活性物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子。S型活菌死亡S型活細菌S型死菌不死亡R型活菌+加熱殺死的S型死菌有S型活細菌，其后代仍死亡為S型細菌轉(zhuǎn)化的實質(zhì)：轉(zhuǎn)化是指游離DNA

分子被細菌攝取，并得以表達的基因轉(zhuǎn)移過程，轉(zhuǎn)化

的實質(zhì)是基因重組。加熱殺死的S型細菌遺留下了完整細菌DNA

的各個片段，其中包

括控制莢膜形成的基因，即S基因。這一片段進入R型細菌的基因組中，使之也能合成

莢膜，抵抗免疫系統(tǒng)中吞噬細胞的吞噬，轉(zhuǎn)化為有毒的S型細菌。思考：轉(zhuǎn)化因子是什么?你會如何進行進一步的實驗來探究?三.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗3、體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗組別向有R型活菌的培養(yǎng)基中加入實驗結(jié)果轉(zhuǎn)化活性1S型細菌的細胞提取物(去除了絕大部分糖類、蛋白質(zhì)和脂質(zhì))空白對照R型+S型有2蛋白酶R型+S型有3酯酶R型+S型有4RNA酶R型+S型有5D

N

A

酶R型無實驗結(jié)論：轉(zhuǎn)化因子是DNA,DNA

是使R型細菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。實驗類型和原理：利用“減法原理”進行對照實驗，人為去除某個影響因素后，觀察

實驗結(jié)果的變化。實驗影響：證明了DNA

是肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)。但是由于S型細菌細胞提取物中的

蛋白質(zhì)不能完全去除(最低仍有0.02%),有部分科學家懷疑艾弗里的實驗結(jié)論。三.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗4、體外轉(zhuǎn)化實驗在對照實驗中，控制自變量可以采用“加法原理”或“減法原理”。與常態(tài)比較，人為增加某

種影響因素的稱為“加法原理”。例如，在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，與對照組相比，實驗組分別作加溫、滴加FeCl?

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，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。例如，在艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗中，每個實驗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)，就利用了“減法原理”。

科學方法自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”思考：能用氮元素標記嗎?了

解

：在T?

噬菌體的化學組成中，60%是蛋白質(zhì)，40%是DNA。

對這兩種物質(zhì)的分析表明：僅蛋白質(zhì)分子中含有硫，磷幾乎都存在于DNA

分子中。頭部DNA蛋白質(zhì)2、T?噬菌體：一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒3、病毒的分類尾部按照遺傳物質(zhì)分：RNA

病毒、DNA病毒按照宿主細胞分：植物病毒、動物病毒、噬菌體四.噬菌體侵染細菌的實驗1、實驗方法：同位素標記法。將DNA用32P標記，蛋白質(zhì)用35S標記，通過觀察

放射性物質(zhì)的分布情況，分析噬菌體DNA

和蛋白質(zhì)在侵染細菌過程中的作田四.噬菌體侵染細菌的實驗4、T?

噬菌體的培養(yǎng)和放射性標記培

養(yǎng)

：細菌可以直接用培養(yǎng)基培養(yǎng)，病毒必須寄生在活細胞內(nèi)才能進行代謝和繁

殖，因此必須用活的宿主細胞培養(yǎng)。放射性標記：①制備含32P的營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基→培養(yǎng)大腸桿菌→得到被32P

標記的大腸桿菌→用32P

標記的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體→得到被32P

標記的T?

噬菌體②制備含35S的營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基→培養(yǎng)大腸桿菌→得到被35S標記的大腸桿菌→用35S

標記的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體→得到被35S標記的T?噬菌體思

考

：根據(jù)T?

噬菌體的結(jié)構(gòu)，32P

和35S

分別標記了T?噬菌體的什么結(jié)構(gòu)?上清液的

放射性很高攪拌后離心離心后在攪拌器中攪拌、離心，檢測上清

液和沉淀物中的放射性物質(zhì)沉淀物的放射性很低細菌裂解在新形成的噬

菌體中沒有檢

測到3s35S標記的噬菌體與細菌混合用標記的噬菌體侵

染未標記的細菌35S標記的噬菌體噬菌體被3s標記四.噬菌體侵染細菌的實驗上清液的

放射性很低沉淀物的

放射性很高細菌裂解攪拌后離心32P標記的噬菌體

離心后

測到32p檢部中的體成菌形噬新分在合菌混噬菌的體與細32P標記在攪拌器中攪拌、離心，檢測上清

液和沉淀物中的放射性物質(zhì)四.噬菌體侵染細菌的實驗用標記的噬菌體侵

染未標記的細菌噬菌體被2P標記四.噬菌體侵染細菌的實驗5、實驗過程實驗過程：用32P

和35S標記兩種T?

噬菌體分別侵染未標記的大腸桿菌，經(jīng)過短時

間保溫后，攪拌、離心，檢查上清液和沉淀的放射性。短時間保溫：有利于噬菌體侵染大腸桿菌，但來不及釋放攪拌：使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離離

心

：使上清液中析出重量較輕的T?

噬菌體，沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌6、實驗現(xiàn)象35S標記時，上清液放射性很高，沉淀物放射性很低，子代噬菌體沒有檢測到35S

32P標記時，上清液放射性很低，沉淀物放射性很高，子代噬菌體檢測到32P7、實驗結(jié)論：噬菌體侵染細菌時，DNA

進入細菌的細胞中，而蛋白質(zhì)外殼仍留

在細胞外。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA

遺傳的。DNA才

是噬菌體的遺傳物質(zhì)。四.噬菌體侵染細菌的實驗8、思考35S標記時，為何沉淀中有少量的放射性?32P標記時，為何上清液中有少量的放射性?保溫時間的長短、攪拌不徹底對實驗結(jié)果各有什么影響?9、病毒的復制增殖：吸附→注入→合成→裝配→釋放五

.DNA是主要的遺傳物質(zhì)1、少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA證據(jù)：從煙草花葉病毒中提取的蛋白質(zhì)，不能使煙草感染

病毒，但是，從這些病毒中提取的RNA,卻能使煙草感染

病毒。2、RNA

病毒實例：煙草花葉病毒、新冠病毒、HIV、流感病毒3、DNA

是主要的遺傳物質(zhì)：因為絕大多數(shù)生物的遺傳物

質(zhì)是DNA,所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。以DNA作遺傳物質(zhì)的生物：所有的細胞生物(真核生物，

原核生物)

,DNA

病毒以RNA作遺傳物質(zhì)的生物：RNA

病毒注意：一種生物只有一種遺傳物質(zhì)，例如人體內(nèi)雖然同時

含DNA和RNA,

但人的遺傳物質(zhì)就是DNA。RNA100nm蛋白質(zhì)外殼▲圖3-7

煙草花葉病毒的示意圖(左)和電鏡照片(右)動物真核

植物真菌原核DNA病毒細胞生物病毒RNA病毒：遺傳物質(zhì)為RNA遺傳物質(zhì)

為DNA生物1.加熱殺死的S

型細菌和R型活細菌混合注射到小鼠體內(nèi)，從小鼠尸體中提取到的細菌全部是S

型細菌。2.格里菲思認為加熱殺死的S

型細菌的

DNA

是轉(zhuǎn)化因

子。3.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細菌實驗證明

DNA

是主要的遺傳物質(zhì)。4.艾弗里證明用DNA

酶分解后的S型活細菌的DNA

不

能使R型細菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。5.

豌豆細胞內(nèi)既有DNA,

也有RNA,

但是

DNA

是豌豆

的主要的遺傳物質(zhì)。1.

噬菌體增殖需要細菌提供模板、原料和酶。2.

噬菌體能在宿主菌內(nèi)以二分裂方式增殖，使該細菌裂解。3.

煙草花葉病毒感染煙草實驗說明所有病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。4.

在噬菌體侵染細菌的實驗中，分別用35S和32P標記的噬菌體

侵染未被標記的大腸桿菌，進行長時間的保溫培養(yǎng)。5.20世

紀初期，人們?nèi)云毡檎J為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)是因為蛋白質(zhì)比DNA具有更高的熱穩(wěn)定性，并且能夠自我復制。選項放射性S元素P元素A全部無全部32S全部31pB全部有全部35S多數(shù)32P,少數(shù)31pC少數(shù)有全部32S少數(shù)32P,多數(shù)31pD全部有全部35S少數(shù)32P,多數(shù)31PKH?32PO?連續(xù)培養(yǎng)一段時間后家禽體細胞1(NH?)?35SO?連續(xù)培養(yǎng)一段時間后家禽體細胞2變式題1

有人試圖通過實驗來了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些過程，設計實驗如圖，一段時間后，檢測子代H5N1病毒

的放射性