第3章

基因的本質(zhì)

第1節(jié)DNA是

1909年：摩爾根通過果蠅實驗證明：基因位于染色體上。19世紀中期：孟德爾通過豌豆實驗證明了生物的性狀是由遺傳因子控制。1903年：薩頓通過對蝗蟲細胞觀察得出假說：基因位于染色體上。20世紀中期：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：染色體主要組成成分：DNA和蛋白質(zhì)。一、對遺傳物質(zhì)的早期推測

1.20世紀20年代

蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)

2.20世紀30年代有些科學(xué)家認為DNA是遺傳物質(zhì)DNA和蛋白質(zhì)的比較：項目DNA蛋白質(zhì)組成元素

基本單位

細胞中的含量

是否有多樣性

CHONP主要CHON氨基酸很少脫氧核苷酸較多是是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點仍占主導(dǎo)地位

美國微生物學(xué)家艾弗里（1877-1955）首先通過確鑿的實驗證據(jù)對“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”這一觀點提出挑戰(zhàn)的科學(xué)家是格里菲斯---肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗艾弗里---肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗基礎(chǔ)1、實驗材料：菌體特點菌落特點致病性S型細菌

R型細菌

無有人、小鼠患肺炎，小鼠并發(fā)敗血癥無莢膜有莢膜粗糙Rough光滑Smooth小鼠、R型和S型肺炎鏈球菌莢膜的化學(xué)本質(zhì)是______多糖S型細菌R型細菌【菌落】通常是細菌在固體培養(yǎng)基上生長發(fā)育，形成的一團肉眼可見的、有一定形態(tài)、構(gòu)造等特征的子細胞的集團二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗2、格里菲斯的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗活的S型細菌。R型活細菌無毒，S型活細菌有毒（1）對比第一、第二組的實驗現(xiàn)象，說明了什么？（4）第四組小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)并分離出S型活細菌，說明什么？（2）對比第二、第三組的實驗現(xiàn)象，說明了什么？加熱殺死的S型細菌無毒（3）為什么第四組小鼠會死亡？3、思考二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗R+S活R死S小鼠死亡S活S3、思考二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗R型活細菌+S型死細菌S型活細菌轉(zhuǎn)化某種物質(zhì)S型活細菌繁殖1.已經(jīng)加熱致死的S型細菌含有某種促成R型活細菌轉(zhuǎn)化為S型活細菌的轉(zhuǎn)化因子。格里菲思的實驗說明了:究竟是什么物質(zhì)呢?轉(zhuǎn)化因子2.這種性狀的轉(zhuǎn)化是可以遺傳的。弗雷德里克·格里菲斯（Frederick

Griffith）4、轉(zhuǎn)化因子二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗多糖脂質(zhì)蛋白質(zhì)RNADNA……多糖蛋白質(zhì)RNADNA脂質(zhì)S型細菌關(guān)鍵思路：把S型細菌的各種物質(zhì)分開，單獨的、直接的觀察它們的作用。03艾弗里思考1：在加熱致死的S型細菌中含有哪些物質(zhì)？思考2：哪一個才是轉(zhuǎn)化因子呢？那如何才能在這些物質(zhì)中將它找出來呢？你有何想法？4、轉(zhuǎn)化因子二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗究竟是什么物質(zhì)呢?二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（二）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗1、格里菲斯的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗（1）對照組是？實驗組是？（2）第一組與第二至第四組對照可以得出什么結(jié)論？（3）第一組與五組對照呢？第一組是對照組，其余是實驗組。蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)不是轉(zhuǎn)化因子。二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（二）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗2、思考實驗表明：轉(zhuǎn)化因子很可能就是DNA。艾弗里等人進一步分析了細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型細菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。(5)第一組、第二至第四組培養(yǎng)基上除了S型菌，還有R型菌，說明什么？（4）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗除了說明DNA是遺傳物質(zhì)，還能得出什么結(jié)論？加熱殺死的S型細菌使部分活的R型細菌發(fā)生了轉(zhuǎn)化，變成了活的S型細菌。蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（二）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗2、思考自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”應(yīng)用場景：對照實驗加法原理：與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素。

（eg.比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗）減法原理：與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素。

（eg.艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗）（三）科學(xué)方法二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗

艾弗里的實驗引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實驗中無法真正徹底去除細胞中含有的其它物質(zhì)來進一步驗證遺傳物質(zhì)就是DNA，因此，仍有人對實驗結(jié)論表示懷疑。那么要怎樣設(shè)計才能讓人無可挑剔呢？

設(shè)法把DNA和蛋白質(zhì)分開，然后單獨、直接觀察DNA

和蛋白質(zhì)的作用。（實驗中最關(guān)鍵的設(shè)計思路）1、肺炎鏈球菌感染小鼠后，其合成蛋白質(zhì)的場所是小鼠細胞的核糖體。

（

）2、將S型細菌的DNA與R型活細菌混合培養(yǎng)，一段時間后培養(yǎng)基中會有兩種菌落。（

）3、艾弗里的實驗結(jié)論是DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，理由是只有DNA才能是R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌。（

）4、加熱殺死后的S型細菌的DNA已經(jīng)全部斷裂，失去活性。（

）5、如果把S型細菌的DNA提取出來直接注射小鼠體內(nèi)，也能從小鼠體

內(nèi)分離得到S型細菌。（

）×√√××6．注射后能使小白鼠因患敗血病而死亡的是（

）A．R型肺炎鏈球菌

B．加熱殺死后的R型肺炎鏈球菌C．加熱殺死后的S型肺炎鏈球菌D．加熱殺死后的S型肺炎鏈球菌與R型細菌混合D7.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗證明了（

）A.DNA是主要的遺傳物質(zhì)

B.染色體是遺傳物質(zhì)的載體C.DNA是遺傳物質(zhì)

D.RNA是遺傳物質(zhì)C思考：有沒有更好的材料、更好的方法能夠?qū)NA和蛋白質(zhì)分開，單獨去觀察它們的作用呢？1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標記的技術(shù)，完成了另一個有說服力的實驗。

艾弗里的實驗引起了人們的注意。但是，由于艾弗里實驗中無法真正提取出純DNA來進一步驗證遺傳物質(zhì)就是DNA，因此，仍有人對實驗結(jié)論表示懷疑。三、噬菌體侵染細菌的實驗噬菌體結(jié)構(gòu)模式圖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DNA。③在自身遺傳物質(zhì)的指導(dǎo)下進行繁殖,原料來自大腸桿菌。④

子代噬菌體從宿主細胞裂解釋放。三、噬菌體侵染細菌的實驗（一）噬菌體侵染細菌1、噬菌體結(jié)構(gòu)三、噬菌體侵染細菌的實驗（一）噬菌體侵染細菌2、噬菌體侵染細菌過程侵入別的細菌注入復(fù)制、合成吸附組裝釋放吸附注入復(fù)制、合成組裝釋放三、噬菌體侵染細菌的實驗（一）噬菌體侵染細菌2、噬菌體侵染細菌過程方法：放射性同位素標記法（同位素示蹤法）。思路：將DNA和蛋白質(zhì)分開，直接地單獨地去觀察它們各自的作用1、實驗思路和方法三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗思考：如何利用放射性同位素進行標記？（如何區(qū)別DNA和蛋白質(zhì)？）T2噬菌體中60%是蛋白質(zhì),40%是DNA。

在T2噬菌體的化學(xué)分析中,對蛋白質(zhì)和DNA的進一步分析表明:

硫僅存在于蛋白質(zhì)分子中；

磷幾乎都存在于DNA分子中。（1）培養(yǎng)帶標記的噬菌體含放射性同位素35S培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌大腸桿菌（含35S）T2噬菌體（含35S）培養(yǎng)噬菌體含放射性同位素32P培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌大腸桿菌（含32P）T2噬菌體（含32P）培養(yǎng)噬菌體三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗1、實驗過程思考：利用培養(yǎng)基能直接培養(yǎng)噬菌體嗎？不能，因為病毒寄生于活細胞才能生存。分別用35S或32P標記的噬菌體與未標記的大腸桿菌混合經(jīng)短時間保溫后用攪拌器攪拌離心檢測上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性32P標記的噬菌體35S標記的噬菌體上清液放射性很高，沉淀物放射性很低。子代噬菌體中無35S上清液放射性很低，沉淀物放射性很高。子代噬菌體中含32P三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗1、實驗過程（2）噬菌體侵染①短時間保溫的目的?

②攪拌的目的？

③離心的目的？保證噬菌體的DNA進入大腸桿菌；同時避免大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離讓上清液中析出質(zhì)量較輕的T2噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。上清液：蛋白質(zhì)外殼

沉淀物：大腸桿菌、子代噬菌體三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗1、實驗過程（2）噬菌體侵染說明蛋白質(zhì)外殼留在外面，沒有進入到細菌中35S標記的噬菌體35S標記噬菌體與未標記大腸桿菌混合經(jīng)短時間保溫后用攪拌器攪拌離心檢測上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性沉淀物放射性很低?子代噬菌體中無35S。上清液放射性很高攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細菌上，隨細菌離心到沉淀物中。說明：T2噬菌體中的蛋白質(zhì)沒有進入大腸桿菌。三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗1、實驗過程32P標記的噬菌體沉淀物放射性很高。子代噬菌體中含32P32P標記噬菌體與未標記的大腸桿菌混合經(jīng)短時間保溫后用攪拌器攪拌離心檢測上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性上清液放射性很低?保溫時間過短，部分噬菌體還未侵染大腸桿菌；保溫時間過長，部分子代噬菌體已經(jīng)釋放。說明：T2噬菌體中的DNA進入了大腸桿菌。說明DNA是真正的遺傳物質(zhì)三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗1、實驗過程結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)。（2）細菌裂解釋放的噬菌體中，可以檢測到32P標記的DNA，但卻不能檢測到35S標記的蛋白質(zhì)。2、實驗結(jié)果（1）用35S標記的一組實驗，放射性同位素主要分布在上清液中；用32P標記的一組實驗，放射性同位素主要分布在試管的沉淀物中。（說明噬菌體在侵染細菌時，DNA進入到細菌的細胞中，而蛋白質(zhì)外殼留在外面。）（說明DNA是遺傳物質(zhì)。）能不能說明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)？三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗（1）用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌，沉淀物中有放射性的原因3、實驗誤差原因分析由于攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細菌表面，隨細菌離心到沉淀物中。①保溫時間過短，有一部分噬菌體還沒有侵染到大腸桿菌細胞內(nèi)，經(jīng)離心后分布于上清液中。②保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放子代，經(jīng)離心后分布于上清液。（2）用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌，上清液中含放射性的原因③攪拌過于劇烈，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放子代，經(jīng)離

心后分布于上清液。三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗（1）個體很小，結(jié)構(gòu)簡單，易于觀察由遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化；繁殖快，細菌20-30min就可以繁殖一代，病毒可在短時間內(nèi)大量繁殖。（2）巧妙運用減法原理，最大的困難是如何徹底去除細胞中含有的某種物質(zhì)（糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等）。（3）艾弗里：細胞培養(yǎng)技術(shù)、物質(zhì)的提純和鑒定技術(shù)等；赫爾希:噬菌體的培養(yǎng)技術(shù)、同位素標記法、物質(zhì)的提取和分離等技術(shù)。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、相互促進的。三、噬菌體侵染細菌的實驗（二）噬菌體侵染細菌實驗4、思考討論肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗噬菌體侵染細菌實驗實驗者思路分離方式結(jié)論設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)等分開，單獨地研究它們遺傳功能。證明DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。酶解法:分別加入到R型菌中同位素標記法：標記DNA和蛋白質(zhì)DNA是遺傳物質(zhì),但不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)格里菲思艾弗里赫爾希和蔡斯加熱殺死的S型菌體內(nèi)有“轉(zhuǎn)化因子”（三）三個經(jīng)典實驗比較三、噬菌體侵染細菌的實驗?zāi)壳埃延谐浞值目茖W(xué)研究資料證明，絕大多數(shù)生物都是以DNA作為遺傳物質(zhì)的。思考：

只有DNA是遺傳物質(zhì)嗎？下面這些生物的遺傳物質(zhì)是什么？流感病毒SARS病毒煙草花葉病毒新型冠狀病毒四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)（一）RNA是遺傳物質(zhì)的證明實驗結(jié)論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)蛋白質(zhì)RNA分別侵染健康煙草植株患病不患病得到全新病毒不能得到病毒RNA蛋白質(zhì)四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)2、煙草花葉病毒實驗拓展--重建實驗TMV2RNA2蛋白質(zhì)2蛋白質(zhì)1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白質(zhì)1蛋白質(zhì)2+RNA1TMV1煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA：（一）RNA是遺傳物質(zhì)的證明實驗四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)（二）不同生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的區(qū)別生物類型核酸種類遺傳物質(zhì)實例有細胞結(jié)構(gòu)的生物真核生物DNA和RNADNA玉米、小麥、人原核生物乳酸菌、藍藻無細胞結(jié)構(gòu)的生物DNA病毒DNADNAT2噬菌體RNA病毒RNARNA煙草花葉病毒

絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是

，只有少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是

。所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。DNARNA四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)拓展應(yīng)用1.T2噬菌體侵染大腸桿菌時，只有噬菌體的DNA進入細菌的細胞中，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼留在細胞外。大腸桿菌裂解后，釋放出的大量噬菌體卻同原來的噬菌體一樣具有蛋白質(zhì)外殼。請分析子代噬菌體蛋白質(zhì)外殼的來源。大腸桿菌裂解后，釋放出的子代噬菌體是利用親代噬菌體的遺傳信息，以大腸桿菌的氨基酸為原料來合成蛋白質(zhì)外殼的。2.結(jié)合肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗，分析DNA作為遺傳物質(zhì)所具備的特點。（1）能夠準確地自我復(fù)制，保證親子代之間遺傳的連續(xù)性；（2）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，從