第3章基因的本質第1節(jié)

DNA是主要的遺傳物質本節(jié)聚焦早期科學界對什么是遺傳物質的猜測揭示DNA是遺傳物質的科學家及實驗科學方法：加法原理和減法原理20世紀中葉，科學家發(fā)現染色體主要是由蛋白質和DNA組成的。究竟哪一種是遺傳物質呢？1.你認為遺傳物質可能具有什么特點？2.如何證明某一種物質是遺傳物質？能夠儲存大量的遺傳信息；可以準確地復制并傳遞給下一代；結構比較穩(wěn)定等。染色體染色質DNA蛋白質染色體、蛋白質和DNA示意圖例如，將待定的遺傳物質轉移給其他生物，觀察后代的性狀表現等。20世紀20年代：認為蛋白質是生物體的遺傳物質。原因：①氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著遺傳信息。②沒發(fā)現其他大分子有類似的結構特點。①人們認識到DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子。②意識到DNA的重性，但對DNA結構沒有清晰認識。20世紀30年代：?蛋白質是遺傳物質的觀點占主導地位。噬菌體侵染大腸桿菌的實驗格里菲斯的肺炎鏈球菌體內轉化實驗艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗DNA是遺傳物質的證據科學家：

。實驗材料：

。

格里菲思

肺炎鏈球菌S型細菌R型細菌菌體菌落毒性表面光滑表面粗糙無毒有毒多糖類莢膜莢膜：無莢膜的R型肺炎鏈球菌感染人體或動物后，易被吞噬細胞吞噬并殺滅。有莢膜的S型肺炎鏈球菌可抵抗吞噬細胞的吞噬，有利于細菌在宿主體內生活并繁殖。菌落：由單個細菌在適宜固體培養(yǎng)基表面生長繁殖到一定程度，形成的肉眼可見的子細胞群?！w內轉化S型活細菌S型活細菌R型活細菌S型活細菌加熱殺死的S型細菌R型活細菌+加熱殺死的S型細菌不死亡不死亡1.本實驗的自變量？因變量?如何設置對照？自變量：給小鼠注射的經不同處理的兩種肺炎鏈球菌對照：四個組都是實驗組，相互對照因變量：小鼠是否死亡，小鼠體內分離出的菌種3.二、三組的實驗現象對比，說明

?！w內轉化S型活細菌S型活細菌R型活細菌S型活細菌加熱殺死的S型細菌R型活細菌+加熱殺死的S型細菌不死亡不死亡2.一、二組的實驗現象對比，說明

。R型活細菌不會使小鼠死亡，S型活細菌可使小鼠死亡。加熱致死的S型細菌不會使小鼠死亡格里菲思推測：加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為有毒的S型活細菌的活性物質——轉化因子。S型活細菌R型活細菌+加熱殺死的S型細菌4.第四組小鼠死亡說明什么？體內分離出的S型細菌從哪來？后代也是S型細菌【提醒】轉化的概率較低，發(fā)生轉化的只有少數R型活細菌。因此小鼠體內分離出的細菌大部分是R型細菌，少數是S型細菌。后期出現的大量S型細菌是由轉化后的S型細菌繁殖得來的。本實驗不能證明DNA是遺傳物質。破碎；去除大部分糖類、蛋白質和脂質（含少量多糖、脂質、蛋白質、DNA、RNA）關鍵思路：把S型細菌的各種物質分開，單獨、直接地觀察它們的作用。S型菌的細胞提取液困難：當時技術有限，并不能徹底提純這些物質。轉換思路：采用酶解法。即將細胞提取液分成幾組，每組用不同的酶分別除去某種物質（如：蛋白酶除去蛋白質）觀察剩余提取物的能否將R型細菌轉化為S型菌，從而確定哪種物質是轉化因子。加熱殺死的S型細菌加熱致死的S型細菌中含有多種物質，哪種是轉化因子？第一組第二組第三、四組R型細菌S型細菌混合混合蛋白酶混合酯酶/RNA酶有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物——艾弗里的體外轉化實驗有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物第五組有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物混合DNA酶1.第1組起什么作用？第1組實驗說明什么問題？說明S型細菌的細胞提取物中含有促使R型細菌轉化為S型細菌的轉化因子?？瞻讓φ?。第一組第二組第三、四組R型細菌S型細菌混合R型細菌S型細菌混合蛋白酶混合酯酶/RNA酶有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物第五組有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物混合DNA酶2.第2組加蛋白酶作用是什么？該實驗說明什么？培養(yǎng)基上有R型和S型細菌，說明蛋白質不是轉化因子。除去S型細菌細胞提取物中的蛋白質，其他物質都有。第一組第二組第三、四組R型細菌S型細菌混合R型細菌S型細菌混合蛋白酶混合酯酶/RNA酶有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物第五組R型細菌S型細菌有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物混合DNA酶3.第3、4組加酯酶、RNA酶的作用是什么？3、4組實驗說明什么？培養(yǎng)基上有R型和S型細菌，說明脂肪和RNA不是轉化因子。除去S型細菌細胞提取物中的脂肪、RNA，其他物質都有。第一組第二組第三、四組R型細菌S型細菌混合R型細菌S型細菌混合蛋白酶混合酯酶/RNA酶有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物第五組R型細菌S型細菌有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物混合R型細菌DNA酶3.第5組加DNA酶的作用是什么？該組實驗說明什么？培養(yǎng)基上只有R型細菌，說明沒有DNA，R型細菌不能轉化為S型細菌。即：DNA很可能就是轉化因子。除去S型細菌細胞提取物中的DNA，其他物質都有。第一組第二組第三、四組R型細菌S型細菌混合R型細菌S型細菌混合蛋白酶混合酯酶/RNA酶有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物第五組R型細菌S型細菌有R型細菌的培養(yǎng)基S型細菌細胞提取物混合R型細菌DNA酶實驗結論：DNA才是使R型細菌產生穩(wěn)定遺傳變化的物質。該實驗證明了DNA是遺傳物質，且證明了蛋白質不是遺傳物質。R型細菌轉化為S型細菌的本質：基因重組S型菌莢膜控制莢膜形成的X基因加熱殺死被破壞的S型菌X基因吸附在R型菌表面X基因進入R型菌重組R型菌轉化成S型菌基因重組（S型細菌的DNA片段整合到了R型細菌的DNA中，指導合成了S型細菌的一些物質）＊實現轉化時遺傳物質來自

細菌，原料和能量均來自R型細菌。＊只有少數R型細菌轉化為S型細菌，轉化后的培養(yǎng)基中

細菌占大多數。后來出現大量的S型菌是

。轉化原理：加熱使蛋白質變性失活，DNA的雙鏈解開；當溫度降低到

55℃左右時，DNA的結構會恢復，但蛋白質無法恢復活性。

R型由轉化后的S型菌繁殖而來的S型＊肺炎鏈球菌體外轉化實驗的變量設置：自變量：因變量：＊科學方法：減法原理：與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素加法原理：與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素例：艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉化實驗例：比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗Fe3+催化劑過氧化氫酶加熱常溫S型細菌的細胞提取液的成分不同R型細菌是否被轉化為研究肺炎鏈球菌轉化因子的化學本質，科學家所做實驗及結果如下表。（1）發(fā)生轉化的是第_____組，第3、4、5組實驗的原理基于酶的_______性。（2）第1、2組為對照，以排除一些無關因素對實驗結果的影響，其中第_____組實驗可以排除R型菌突變?yōu)镾型菌的可能性。3、4專一1項目肺炎鏈球菌體內轉化實驗肺炎鏈球菌體外轉化實驗細菌培養(yǎng)小鼠體內體外培養(yǎng)基實驗構思將加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗來說明確實發(fā)生了轉化用“酶解法”特異性地去掉每組中的某種物質,直接、單獨地觀察該種物質的作用實驗結論S型細菌體內有“轉化因子”

轉化因子是DNA，即S型細菌的遺傳物質是DNA

聯系

①所用材料相同②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎，體外轉化實驗是體內轉化實驗的延伸③兩實驗都遵循對照原則、單一變量原則

艾弗里實驗中無法真正去除蛋白質，純度最高時仍存在0.02%蛋白質和DNA混在一起，因此有人對實驗結論表示懷疑。思考：有沒有比細菌更好的材料、更好的方法能夠將DNA和蛋白質

分開，單獨觀察它們的作用呢？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技術，完成了另一個有說服力的實驗。赫爾希（右）和助手蔡斯（左）1.實驗材料：T2噬菌體①專門寄生在大腸桿菌體內的病毒。尾部頭部DNA蛋白質③繁殖特點：僅將遺傳物質導入大腸桿菌，其他物質留在體外。②結構：外殼是蛋白質，頭部內有DNA注入DNA吸附DNA復制、合成蛋白質組裝子代噬菌體釋放Q1：合成子代T2噬菌體的DNA的原料來自？Q2：合成T2噬菌體蛋白質的原料和場所是？大腸桿菌體內的4種脫氧核苷酸大腸桿菌體內的氨基酸和核糖體2.方法：放射性同位素標記法實驗設計思路：利用放射性同位素標記技術將DNA和蛋白質分開標記，觀察是哪個成分進入大腸桿菌.尾部頭部DNA蛋白質用____標記噬菌體蛋白質，____標記噬菌體的DNA。35S

32P

C、H、O、N、SC、H、O、N、PQ：能不能用3H、14C標記噬菌體？不能。因為DNA和蛋白質都含有H元素和C元素，無法確認被標記的是何種物質。

Q：可以用含有35S、32P的培養(yǎng)基直接標記噬菌體嗎？3.標記噬菌體的方法：不能。噬菌體是病毒，無法單獨在培養(yǎng)基上存活，必須寄生在細胞內。第一步：先標記大腸桿菌大腸桿菌+含35S的培養(yǎng)基→含35S的大腸桿菌大腸桿菌+含32P的培養(yǎng)基→含32P的大腸桿菌第二步：再標記T2噬菌體T2噬菌體+含35S的大腸桿菌→含35S的T2噬菌體T2噬菌體+含32P的大腸桿菌→含32P的T2噬菌體無放射性標記的大腸桿菌攪拌離心并檢測放射性檢測子代噬菌體的放射性短時間保溫使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離讓上清液中析出重量較輕的噬菌體顆粒，沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。在適宜溫度下使噬菌體充分侵染大腸桿菌。35S標記的噬菌體：無放射性標記的大腸桿菌攪拌離心并檢測放射性短時間保溫上清液（蛋白質外殼）放射性高沉淀物放射性低子代噬菌體中無35S放射性主要集中在上清液，且細菌裂解后釋放的子代噬菌體無放射性，說明：

。蛋白質沒有進入大腸桿菌（大腸桿菌）35S標記的噬菌體：無放射性標記的大腸桿菌攪拌離心并檢測放射性短時間保溫上清液（蛋白質外殼）放射性高沉淀物放射性低子代噬菌體中無35S攪拌不充分。有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌表面，隨細菌離心到沉淀物中。（大腸桿菌）Q：35S標記噬菌體的實驗理論上只有上清液（含35S的蛋白質外殼）有放射性，為什么沉淀物中也有少量放射性？35S標記的噬菌體：32P標記的噬菌體：短時間保溫無放射性標記的大腸桿菌攪拌離心并檢測放射性上清液放射性低沉淀物放射性高子代噬菌體含32P放射性主要集中在沉淀物，且細菌裂解后釋放的子代噬菌體有放射性，說明：

。噬菌體的DNA進入大腸桿菌中，并遺傳給子代實驗說明：DNA才是T2噬菌體的遺傳物質。32P標記的噬菌體：短時間保溫無放射性標記的大腸桿菌攪拌離心并檢測放射性上清液放射性低沉淀物放射性高子代噬菌體含32PQ：32P標記噬菌體的實驗理論上只有沉淀物（含32P標記的噬菌體DNA和大腸桿菌）有放射性，為什么上清液中也有少量放射性？①保溫時間過短。部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細胞內，經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增殖后釋放出子代，經離心后分布于上清液中。32P35S實驗結論：35S標記的噬菌體32P標記的噬菌體上清液沉淀物子代噬菌體有無放射性的原因放射性高放射性低無放射性放射性高放射性低有放射性蛋白質沒有進入細菌細胞DNA進入到細菌的細胞中DNA才是遺傳物質。子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。注意：本實驗不能證明DNA是主要的遺傳物質。Q.能不能用32P和35S同時標記噬菌體？不能。若用32P和35S同時標記噬菌體，則上清液和沉淀物中均會具有放射性，無法判斷噬菌體遺傳物質的成分。如果用15N、32P、35S共同標記噬菌體后，讓其侵染未標記的大腸桿菌，在產生的子代噬菌體中，能夠(

)A．在外殼中找到15N和35SB．在DNA中找到15N和32PC．在外殼中找到15N和32PD．在DNA中找到15N、32P和35SB＊判斷技巧蛋白質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蛋白質結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是

。RNA4、煙草花葉病毒感染煙草實驗TMV2RNA2蛋白質2蛋白質1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白質1蛋白質2+RNA1TMV1拓展——煙草花葉病毒重建實驗結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。：生物類型所含核酸遺傳物質舉例細胞生物真核生物DNA和RNA原核生物非細胞生物DNA病毒僅有DNARNA病毒僅有RNADNADNADNARNA動物、植物、真菌藍細菌、細菌T2噬菌體、乙肝病毒煙草花葉病毒、HIV、SARS、新冠病毒、流感病毒絕大多數生物的遺傳物質是_____，只有極少數生物的遺傳物質是_____。因此，_________________________。DNA是主要的遺傳物質RNADNA提醒：具體某種生物的遺傳物質是DNA或RNA，不能加“主要”二字。生物種類核酸種類堿基核苷酸遺傳物質實例細胞生物DNA病毒RNA病毒2種（DNA和RNA)1種(DNA)1種(RNA)5種4種4種8種4種4種DNADNARNA人、酵母菌、藍藻等噬菌體等HIV等生物體內的遺傳物質分析原核細胞和病毒的遺傳物質分別是（

）A．DNA，DNAB．DNA，RNAC．DNA和RNA，DNA或RNAD．DNA，DNA或RNAD用不同標記的噬菌體侵染不同標記的細菌，經短時間的保溫培養(yǎng)、充分攪拌和離心處理后，下列預期的實驗結果中，錯誤的兩項是(

)A．用含3H標記的噬菌體侵染未被標記的細菌，上清液和沉淀物中均有放射性B．用未標記的噬菌體侵染14C標記的細菌，上清液和沉淀物中均有放射性C．用含32P標記的噬菌體侵染35S標記的細菌，上清液和沉淀物中可能均有放射性D．用含35S標記的噬菌體侵染18O標記的細菌，上清液和沉淀物中均有放射性BD05設計思路：

。三種方法：設法將物質分開，單獨看其作用減法放射性同位素標記技術特定堿基TU特有元素探究哪種物質是遺傳物質：拓展訓練：豬流感病毒的易感人群年齡在25歲至45歲之間。某學校生物興趣小組的同學通過查閱資料發(fā)現,常見的流感病毒都是RNA病毒,同時提出疑問:豬流