第3章基因的本質(zhì)

第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì)新課導(dǎo)入（科學(xué)史引入）“遺傳學(xué)之父”孟德?tīng)枌?duì)遺傳規(guī)律的研究結(jié)果整理成論文發(fā)表，提出了“遺傳因子”的概念。生物學(xué)家約翰遜將“遺傳因子”命名為“基因”?？茖W(xué)家描述了減數(shù)分裂的全過(guò)程，了解了染色體在親子代之間規(guī)律性傳遞的過(guò)程。薩頓提出假說(shuō)：基因和染色體的行為存在著明顯的平行關(guān)系。摩爾根用實(shí)驗(yàn)證明基因在染色體上。自此，基因在人們的認(rèn)識(shí)中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色體上的一個(gè)個(gè)單位。但是基因到底是什么呢？摩爾根在他的《基因論》一書(shū)的末尾說(shuō)：“我們?nèi)匀缓茈y放棄這個(gè)可愛(ài)的假設(shè)：就是基因之所以穩(wěn)定，是因?yàn)樗碇粋€(gè)有機(jī)的化學(xué)實(shí)體?！蹦敲?，這個(gè)假設(shè)能成立嗎？

基因的本質(zhì)到底是什么呢？新課導(dǎo)入（科學(xué)史引入）新課導(dǎo)入（復(fù)習(xí)導(dǎo)入）DNA上儲(chǔ)存著遺傳信息。在細(xì)胞分裂時(shí)，DNA攜帶的遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，保證了親子代細(xì)胞遺傳的穩(wěn)定性?？茖W(xué)家是怎樣發(fā)現(xiàn)并證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)的呢？環(huán)節(jié)一：對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)1.親子代之間聯(lián)系的“橋梁”是生殖細(xì)胞。在生殖細(xì)胞的形成過(guò)程中，染色體和DNA的數(shù)量存在規(guī)律性的變化。2.人們推測(cè)，既然基因能夠控制那么多、那么復(fù)雜的性狀，那么構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)也一定是一種非常復(fù)雜、非常多樣的化學(xué)物質(zhì)，只有這樣才能承擔(dān)作為基因的艱巨任務(wù)。蛋白質(zhì)恰好是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、最多樣的分子。3.組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種。4.組成DNA的脫氧核苷酸有4種。5.蛋白質(zhì)中氨基酸的不同排列組合可以儲(chǔ)存大量信息。6.蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，與生物體的性狀密切相關(guān)。環(huán)節(jié)一：對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)7.蛋白質(zhì)有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，但在高溫條件下空間結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，容易變性。8.DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐高溫。9.蛋白質(zhì)不能進(jìn)行自我復(fù)制，而且它在染色體中的含量往往是不固定的。10.DNA能自我復(fù)制，并且在復(fù)制過(guò)程中有多種機(jī)制保證準(zhǔn)確性。11.一般情況下，同一種生物在不同發(fā)育時(shí)期，體細(xì)胞中DNA的含量基本相等，而生殖細(xì)胞中DNA的含量約是體細(xì)胞中的一半。12.同一生物體的不同組織細(xì)胞中，蛋白質(zhì)的種類和含量差異較大。環(huán)節(jié)一：對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)對(duì)上述資料進(jìn)行分析、判斷，分別列舉出支持蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的資料和支持DNA是遺傳物質(zhì)的資料。支持蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的資料2、3、5、6支持DNA是遺傳物質(zhì)的資料1、8、10、11環(huán)節(jié)一：對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)對(duì)資料進(jìn)行分類整理和歸納，梳理出遺傳物質(zhì)應(yīng)該具有的特征。資料1、9、10，遺傳物質(zhì)應(yīng)該能通過(guò)自我復(fù)制在親子代之間傳遞，即遺傳物質(zhì)一定要在親子代之間有連續(xù)性。這是遺傳物質(zhì)必須具有的最根本的特征。環(huán)節(jié)一：對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)資料7、8、11、12，說(shuō)明遺傳物質(zhì)應(yīng)該在數(shù)量和結(jié)構(gòu)上保持一定的穩(wěn)定性，這樣才能保證遺傳信息在親子代之間穩(wěn)定傳遞。對(duì)資料進(jìn)行分類整理和歸納，梳理出遺傳物質(zhì)應(yīng)該具有的特征。資料2、3、5，從不同角度描述了蛋白質(zhì)具有多樣性，具備遺傳物質(zhì)的特征，支持了蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)。資料4，脫氧核苷酸種類太少，成為否定DNA是遺傳物質(zhì)的最主要的原因。資料2~5，說(shuō)明遺傳物質(zhì)必須具有多樣性的特點(diǎn)。環(huán)節(jié)一：對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)遺傳物質(zhì)應(yīng)該具有的特點(diǎn)多樣性。具有儲(chǔ)存巨大數(shù)量遺傳信息的潛在能力。連續(xù)性。能夠精確地復(fù)制自己，保證在親子代之間的傳遞。穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)、數(shù)量穩(wěn)定，保證遺傳信息在親子代之間準(zhǔn)確、穩(wěn)定地傳遞。環(huán)節(jié)一：對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)科學(xué)方法——“提出假說(shuō)”首先根據(jù)已有的知識(shí)和信息提出解釋某一生物學(xué)問(wèn)題的一種假說(shuō)，再用進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn)對(duì)已建立的假說(shuō)進(jìn)行修正和補(bǔ)充。一種假說(shuō)最終被接受或被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）R型細(xì)菌外面沒(méi)有莢膜包裹，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面比較粗糙，感染人體或動(dòng)物體后，比較容易被吞噬細(xì)胞吞噬并殺滅，所以R型細(xì)菌的致病性不強(qiáng)，小鼠感染后不會(huì)死亡。S型細(xì)菌外面有莢膜，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面光滑，借助莢膜的保護(hù)，能有效抵抗吞噬細(xì)胞的吞噬，有利于細(xì)菌在宿主體內(nèi)生活并繁殖，所以S型細(xì)菌有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并發(fā)敗血癥死亡。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）1.格里菲思的肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)第一、二組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明R型活細(xì)菌沒(méi)有致死性，S型活細(xì)菌會(huì)讓小鼠死亡。第三組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明加熱致死的S型細(xì)菌對(duì)小鼠沒(méi)有致死性。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）高溫殺菌的原理是什么？提示：高溫會(huì)使蛋白質(zhì)變性，而蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，因此高溫殺菌的原理是使細(xì)菌或真菌的蛋白質(zhì)變性，失去生物活性。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）第四組小鼠的注射物是R型活細(xì)菌與加熱致死的S型細(xì)菌的混合物，相當(dāng)于第一組和第三組注射物的混合物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是什么呢？環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）第一組和第三組小鼠并不死亡，第四組小鼠為何死亡？因?yàn)榈谒慕M小鼠體內(nèi)出現(xiàn)了S型活細(xì)菌，導(dǎo)致小鼠死亡。死亡小鼠體內(nèi)能分離出S型活細(xì)菌，說(shuō)明了什么呢？說(shuō)明S型細(xì)菌的特征傳遞給了后代。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）導(dǎo)致小鼠死亡的S型活細(xì)菌是從哪里來(lái)的呢？

會(huì)不會(huì)是加熱致死的S型細(xì)菌死而復(fù)生了呢？不會(huì)。因?yàn)榈谌M實(shí)驗(yàn)告訴我們，加熱致死的S型細(xì)菌不會(huì)死而復(fù)生。第四組與第三組的區(qū)別是加熱致死的S型細(xì)菌是否與R型活細(xì)菌混合。因此，合理的推測(cè)應(yīng)該是：活的R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成了活的S型細(xì)菌，導(dǎo)致小鼠死亡。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）為什么R型細(xì)菌會(huì)轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌呢？是R型細(xì)菌發(fā)生了變異嗎？不是，因?yàn)榈谝唤M并沒(méi)有發(fā)生這樣的變化。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）對(duì)照四組實(shí)驗(yàn)可知，只有在R型活細(xì)菌與加熱致死的S型細(xì)菌混合時(shí)才會(huì)發(fā)生這種轉(zhuǎn)化，由此可以推測(cè)：加熱致死的S型細(xì)菌含有某種物質(zhì)，能把R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌。我們把這種物質(zhì)叫作轉(zhuǎn)化因子。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）思路1將加熱致死的S型細(xì)菌的各種物質(zhì)分離提純后，分別加入有R型活細(xì)菌的培養(yǎng)基中，觀察是否發(fā)生轉(zhuǎn)化。思路2酶解法：用不同的酶分別去除加熱致死的S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中的一種成分，觀察處理后的細(xì)胞提取物能否將R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌。構(gòu)成細(xì)胞的主要物質(zhì)有蛋白質(zhì)、DNA、RNA、糖類、脂質(zhì)等，根據(jù)你所掌握的知識(shí)，試著設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，尋找轉(zhuǎn)化因子。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）2.艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫业睫D(zhuǎn)化因子是什么。實(shí)驗(yàn)材料：肺炎鏈球菌。實(shí)驗(yàn)原理：先獲取或去除加熱致死的S型細(xì)菌中的某種物質(zhì)，再與R型活細(xì)菌混合，觀察是否發(fā)生轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。自變量：加熱致死的S型細(xì)菌中的各種物質(zhì)成分。因變量：R型活細(xì)菌是否被轉(zhuǎn)化。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）如何判斷是否發(fā)生了轉(zhuǎn)化？

檢測(cè)的因變量指標(biāo)是什么呢？

格里菲思的實(shí)驗(yàn)中是如何判斷發(fā)生了轉(zhuǎn)化的？

還繼續(xù)用小鼠做實(shí)驗(yàn)，觀察小鼠的存活狀態(tài)嗎？提示：研究目的是尋找轉(zhuǎn)化因子是哪一種物質(zhì)。如果在小鼠體內(nèi)完成轉(zhuǎn)化，體內(nèi)環(huán)境太復(fù)雜，干擾因素太多，無(wú)法確定到底是什么因素引起了轉(zhuǎn)化。R型細(xì)菌和S型細(xì)菌除了可以從致死性的差別來(lái)進(jìn)行區(qū)分外，還可以從菌落的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行區(qū)分。觀察菌落的表面形態(tài)，可以判斷R型細(xì)菌是否轉(zhuǎn)化成了S型細(xì)菌。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）本實(shí)驗(yàn)中，蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是什么？

這利用了酶的什么特點(diǎn)？提示：蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是分別去除加熱致死的S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中的特定物質(zhì)，這利用了酶的專一性。第一至第四組的培養(yǎng)基上，為什么既有R型細(xì)菌，又有S型細(xì)菌呢？

培養(yǎng)基上形成的菌落說(shuō)明了什么？提示：因?yàn)檗D(zhuǎn)化是隨機(jī)的，只有一部分R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化成了S型活細(xì)菌。培養(yǎng)基上形成了S型細(xì)菌菌落，說(shuō)明轉(zhuǎn)化成的S型細(xì)菌是可以繁殖的。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）第五組用DNA酶處理加熱致死的S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是培養(yǎng)基上只有R型細(xì)菌的菌落。第五組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了什么？提示：第五組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，用DNA酶處理后的細(xì)胞提取物不再具有轉(zhuǎn)化R型活細(xì)菌的能力，不再有S型活細(xì)菌的出現(xiàn)。艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)既證明了DNA是遺傳物質(zhì)，同時(shí)也證明了蛋白質(zhì)等物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)遵循了哪些原則？提示：遵循了對(duì)照原則、單一變量原則。第一至第四組發(fā)生轉(zhuǎn)化的R型細(xì)菌占多數(shù)還是少數(shù)？提示：被轉(zhuǎn)化的R型細(xì)菌占少數(shù)，在第一至第四組的培養(yǎng)基中，R型細(xì)菌的菌落占多數(shù)。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）易錯(cuò)歸納（1）肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)是S型細(xì)菌的DNA片段整合到了R型細(xì)菌的DNA中，進(jìn)而在R型細(xì)菌中指導(dǎo)合成了S型細(xì)菌的一些物質(zhì)，使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成了S型細(xì)菌。（2）一般情況下，轉(zhuǎn)化率很低，只有極少數(shù)R型細(xì)菌被S型細(xì)菌的DNA侵入并發(fā)生轉(zhuǎn)化，其余S型細(xì)菌大多是由轉(zhuǎn)化后的S型細(xì)菌繁殖而來(lái)的。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路一）加熱的作用原理（1）加熱會(huì)使蛋白質(zhì)變性失活。由于蛋白質(zhì)失活，酶等物質(zhì)失去其相應(yīng)功能，細(xì)菌死亡。（2）加熱時(shí)，DNA的結(jié)構(gòu)也會(huì)被破壞，但當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí)，DNA的結(jié)構(gòu)會(huì)恢復(fù)，進(jìn)而恢復(fù)活性。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）一、肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？

因變量是什么？提示：自變量是給小鼠注射的細(xì)菌種類及是否有活性；因變量是小鼠是否能存活及體內(nèi)是否有活的S型細(xì)菌。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）分析格里菲思做的四組實(shí)驗(yàn)，回答以下問(wèn)題：1.第一、二組實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中起什么作用？2.第二、三組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，說(shuō)明了什么？3.格里菲思對(duì)第四組小鼠做了怎樣的處理？

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是什么？4.推測(cè)導(dǎo)致第四組小鼠死亡的S型活細(xì)菌是從哪里來(lái)的。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）從第四組實(shí)驗(yàn)的小鼠尸體中分離出的有致病性的S型活細(xì)菌，其后代也是有致病性的S型細(xì)菌。由此可以推斷：已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌，含有某種促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）1.第四組的小鼠死亡是加熱致死的S型細(xì)菌復(fù)活導(dǎo)致的還是R型活細(xì)菌被轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的？蛋白質(zhì)具有一定的空間結(jié)構(gòu)，正確的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)行使功能的前提，加熱會(huì)破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)變性。而蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，蛋白質(zhì)失活了，生命活動(dòng)就不可能再恢復(fù)，也就是說(shuō)加熱致死的S型細(xì)菌是不可能復(fù)活的。2.加熱致死的S型細(xì)菌的DNA有沒(méi)有被破壞？加熱會(huì)使DNA變性，當(dāng)溫度緩慢降低時(shí)DNA又會(huì)復(fù)性。所以，加熱致死的S型細(xì)菌的DNA還是有作用的。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）二、肺炎鏈球菌的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1.加熱致死的S型細(xì)菌體內(nèi)含有哪些物質(zhì)？

哪種物質(zhì)可能是轉(zhuǎn)化因子？2.要進(jìn)一步證明哪種物質(zhì)是轉(zhuǎn)化因子，實(shí)驗(yàn)中最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路是什么？提示：設(shè)法將蛋白質(zhì)、DNA等物質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)地、直接地觀察它們的作用。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）3.通過(guò)什么方法將蛋白質(zhì)、DNA等物質(zhì)分開(kāi)？提示：（1）通過(guò)化學(xué)提純法，將每種物質(zhì)分別提取出來(lái)，再加入有R型活細(xì)菌的培養(yǎng)基中，通過(guò)觀察各組的結(jié)果來(lái)尋找轉(zhuǎn)化因子。（2）通過(guò)酶解法，將加熱致死的S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物中的物質(zhì)一個(gè)個(gè)去除，通過(guò)觀察細(xì)胞提取物中的剩余物質(zhì)的作用來(lái)尋找轉(zhuǎn)化因子。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）1.實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？2.實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組分別是什么？3.實(shí)驗(yàn)的方法有哪些？提示：向培養(yǎng)基中加入的S型細(xì)菌的各種成分。提示：第一組為對(duì)照組，第二至第五組為實(shí)驗(yàn)組。提示：酶解法、細(xì)菌培養(yǎng)技術(shù)、對(duì)照實(shí)驗(yàn)等。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）4.如何區(qū)分R型細(xì)菌和S型細(xì)菌？5.本實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論？提示：觀察菌落的形態(tài)。提示：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。環(huán)節(jié)二：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（思路二）列表比較肺炎鏈球菌體內(nèi)與體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。環(huán)節(jié)三：肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法從控制自變量的角度分析，艾弗里實(shí)驗(yàn)的基本思路是什么？提示：每個(gè)實(shí)驗(yàn)組特異性地去除一種物質(zhì)，從而鑒定出哪一種物質(zhì)是轉(zhuǎn)化因子。環(huán)節(jié)三：肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法1.自變量控制中的“加法原理”含義：與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”。舉例：在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組分別作加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理，就利用了“加法原理”。環(huán)節(jié)三：肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法2.自變量控制中的“減法原理”含義：與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。舉例：在艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)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”。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）1.實(shí)驗(yàn)材料——T2噬菌體定義：T2噬菌體是一種專門(mén)寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒。結(jié)構(gòu)：有頭部和尾部。成分：頭部和尾部的外殼由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部含有DNA。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）2.研究方法噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程DNA和蛋白質(zhì)不能直接看到，如何知道噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)外殼有沒(méi)有進(jìn)入細(xì)菌？提示：根據(jù)放射性同位素示蹤法，用放射性同位素分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）3.設(shè)計(jì)思路用放射性同位素標(biāo)記哪種元素？提示：DNA含有C、H、O、N、P元素，蛋白質(zhì)含有C、H、O、N、S等元素。在T2噬菌體中，P是DNA特有的元素，S是蛋白質(zhì)特有的元素，所以可以用32P標(biāo)記DNA，用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)。能不能用3H、14C標(biāo)記T2噬菌體？提示：不能，因?yàn)镈NA和蛋白質(zhì)都含有C和H元素，無(wú)法區(qū)分被標(biāo)記的是哪一種物質(zhì)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）能不能用15N標(biāo)記T2噬菌體？提示：不能，因?yàn)镈NA和蛋白質(zhì)都含有N元素，無(wú)法區(qū)分被標(biāo)記的是哪一種物質(zhì)；且15N是穩(wěn)定同位素，沒(méi)有放射性。能不能同時(shí)用32P和35S標(biāo)記T2噬菌體？提示：不能。若同時(shí)用32P和35S標(biāo)記T2噬菌體，無(wú)法確定放射性來(lái)自核酸還是蛋白質(zhì)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）如何標(biāo)記T2噬菌體？①先標(biāo)記細(xì)菌：在含有放射性同位素32P（或35S）的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌。②再標(biāo)記T2噬菌體：用上述大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體，制備含32P（或35S）的T2噬菌體。總結(jié)設(shè)計(jì)思路設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)地、直接地觀察它們的作用。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）提示：因?yàn)門(mén)2噬菌體是病毒，營(yíng)寄生生活，只有在活細(xì)胞內(nèi)才能進(jìn)行增殖，所以應(yīng)該先培養(yǎng)大腸桿菌，再用大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體。為什么不能直接用含有32P和35S的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)T2噬菌體？環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）4.提出假說(shuō)（1）T2噬菌體注入大腸桿菌的是蛋白質(zhì)，DNA未進(jìn)入。（2）T2噬菌體注入大腸桿菌的是DNA，蛋白質(zhì)未進(jìn)入。（3）T2噬菌體注入大腸桿菌的是蛋白質(zhì)和DNA。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）5.實(shí)驗(yàn)流程第一組實(shí)驗(yàn)：用35S標(biāo)記的T2噬菌體（標(biāo)記蛋白質(zhì)）侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，保溫一段時(shí)間后，攪拌、離心，檢測(cè)沉淀物（大腸桿菌）和上清液中的放射性物質(zhì)。第二組實(shí)驗(yàn)：用32P標(biāo)記的T2噬菌體（標(biāo)記DNA）侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，保溫一段時(shí)間后，攪拌、離心，檢測(cè)沉淀物（大腸桿菌）和上清液中的放射性物質(zhì)。攪拌的目的是使吸附在大腸桿菌上的T2噬菌體與大腸桿菌分離。離心的目的是讓上清液中析出質(zhì)量較輕的T2噬菌體顆粒，而沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）6.演繹推理組別第一組實(shí)驗(yàn)（35S標(biāo)記蛋白質(zhì)）第二組實(shí)驗(yàn)（32P標(biāo)記DNA）假設(shè)1：蛋白質(zhì)進(jìn)入，DNA未進(jìn)入上清液放射性_______沉淀物放射性_______上清液放射性_______沉淀物放射性_______假設(shè)2：DNA進(jìn)入，蛋白質(zhì)未進(jìn)入上清液放射性_______沉淀物放射性_______上清液放射性_______沉淀物放射性_______假設(shè)3：DNA和蛋白質(zhì)都進(jìn)入上清液放射性_______沉淀物放射性_______上清液放射性_______沉淀物放射性_______較低較高較高較低較高較低較低較高較低較高較低較高環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）7.實(shí)驗(yàn)結(jié)果環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）組別第一組實(shí)驗(yàn)（35S標(biāo)記蛋白質(zhì)）第二組實(shí)驗(yàn)（32P標(biāo)記DNA）實(shí)驗(yàn)結(jié)果上清液放射性較高沉淀物放射性較低上清液放射性較低沉淀物放射性較高與假設(shè)2的預(yù)期結(jié)果相符環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）8.得出結(jié)論赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)表明：噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，DNA進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞，而蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過(guò)親代的DNA遺傳的。DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能不能說(shuō)明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)？提示：不能。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)外殼并沒(méi)有進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞，既不能說(shuō)明它是遺傳物質(zhì)，也不能說(shuō)明它不是遺傳物質(zhì)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）保溫時(shí)間對(duì)32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）攪拌對(duì)35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路一）肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)與噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的對(duì)比環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）T2噬菌體是一種專門(mén)寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒，它的頭部和尾部的外殼都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，頭部含有DNA。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）德?tīng)柌紖慰撕桶＠锼箤⑹删w的生長(zhǎng)階段劃分為三個(gè)時(shí)期：潛伏期、裂解期和平穩(wěn)期，建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的一步生長(zhǎng)曲線。一步生長(zhǎng)曲線給后來(lái)的科學(xué)家一個(gè)啟示：從親代噬菌體侵染到子代噬菌體釋放是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，可以通過(guò)控制時(shí)間收集到菌體內(nèi)或菌體外的噬菌體。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）資料120世紀(jì)30年代，科學(xué)家拍攝到噬菌體侵染大腸桿菌的電鏡圖，可以看到細(xì)菌的輪廓，噬菌體顆粒既分布在菌體外，也分布在菌體內(nèi)。菌體外的噬菌體顆粒有序排布在菌體表面。資料21951年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)利用滲透壓驟變的處理方式，能使噬菌體的外殼和內(nèi)部的物質(zhì)分開(kāi)，分開(kāi)后內(nèi)部的物質(zhì)對(duì)DNA酶非常敏感，容易被DNA酶降解。這個(gè)發(fā)現(xiàn)意味著噬菌體可能存在某種過(guò)程，恰好能使蛋白質(zhì)和DNA完全分開(kāi)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）資料3科學(xué)家猜測(cè)，在噬菌體吸附細(xì)菌后，作為遺傳物質(zhì)的成分可能會(huì)進(jìn)入菌體內(nèi)。也就是說(shuō)，誰(shuí)進(jìn)入菌體中誰(shuí)可能就是遺傳物質(zhì)。遺憾的是，電鏡照片沒(méi)辦法確認(rèn)是哪種物質(zhì)進(jìn)入了菌體中。于是，有科學(xué)家提出了一個(gè)大膽的想法：也許噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程類似于注射過(guò)程，噬菌體外殼就像個(gè)針筒，里面的遺傳物質(zhì)可以被推入菌體內(nèi)部。如何證明噬菌體不是整個(gè)進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，而是一部分進(jìn)去了呢？

進(jìn)去的成分是什么？環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）

資料4同位素標(biāo)記可用于示蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。通過(guò)追蹤同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清楚化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過(guò)程。生物學(xué)研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，是穩(wěn)定同位素，如15N、18O等。資料5在T2噬菌體的化學(xué)組成中，60%是蛋白質(zhì)，40%是DNA。對(duì)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。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）選用何種元素對(duì)蛋白質(zhì)和DNA進(jìn)行標(biāo)記？如何標(biāo)記？能否同時(shí)標(biāo)記？提示：選用35S對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)記，用32P對(duì)DNA進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記時(shí)，應(yīng)先用含放射性同位素的培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌，再讓噬菌體侵染上述細(xì)菌，得到被標(biāo)記的噬菌體。蛋白質(zhì)和DNA不能同時(shí)標(biāo)記，否則不能區(qū)分?？梢灾苯訕?biāo)記噬菌體嗎？提示：不可以。噬菌體是病毒，無(wú)法單獨(dú)在培養(yǎng)基上生活，只有寄生在活的宿主細(xì)胞內(nèi)才能繁殖。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）1952年，赫爾希和他的助手蔡斯共同完成了實(shí)驗(yàn)。1.標(biāo)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2.標(biāo)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噬菌體環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）3.侵染與檢測(cè)（1）用35S或32P標(biāo)記的噬菌體與未被標(biāo)記的大腸桿菌混合。（2）經(jīng)短時(shí)間保溫后用攪拌器攪拌。（3）離心，檢測(cè)上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)。（4）大腸桿菌裂解后檢測(cè)子代噬菌體的放射性。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）35S標(biāo)記的一組，上清液放射性很高，沉淀物放射性很低。進(jìn)一步觀察：大腸桿菌裂解釋放出的子代噬菌體中，檢測(cè)不到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)。（2）32P標(biāo)記的一組，上清液放射性很低，沉淀物放射性很高。進(jìn)一步觀察：大腸桿菌裂解釋放出的子代噬菌體中，可以檢測(cè)到32P標(biāo)記的DNA。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）1.用含35S的噬菌體去侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，經(jīng)攪拌、離心后，上清液的放射性很高，而沉淀物為什么仍然有很低的放射性？提示：可能是由于攪拌不充分，還有少量的含35S的噬菌體仍吸附于大腸桿菌上。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）2.用含32P的噬菌體去侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，經(jīng)攪拌、離心后，沉淀物的放射性很高，而上清液為什么仍然有很低的放射性？提示：可能是由于保溫時(shí)間過(guò)短，少量含32P的噬菌體還未吸附于大腸桿菌上；也可能由于保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，含有32P的子代噬菌體已經(jīng)從大腸桿菌中釋放出來(lái)。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）3.你認(rèn)為保溫時(shí)間應(yīng)該多長(zhǎng)？提示：根據(jù)一步生長(zhǎng)曲線分析，20min后細(xì)菌開(kāi)始裂解，保溫時(shí)間應(yīng)該控制在細(xì)菌裂解之前。環(huán)節(jié)四：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（思路二）4.T2噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，只有噬菌體的DNA進(jìn)入菌體中，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼留在菌體外。大腸桿菌裂解后，釋放出的大量噬菌體卻同原來(lái)的噬菌體一樣具有蛋白質(zhì)外殼。試分析子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼的來(lái)源。提示：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(lái)合成蛋白質(zhì)外殼的。環(huán)節(jié)五：DNA是主要的遺傳物質(zhì)資料119世紀(jì)末期，人們已知有某種威脅煙草作物生存的疾病，健康油綠的煙草葉片染病后就會(huì)出現(xiàn)花斑狀病斑，嚴(yán)重時(shí)能導(dǎo)致減產(chǎn)30%~50%。微生物學(xué)家將染病的煙草葉片搗碎，用細(xì)菌過(guò)濾器過(guò)濾，結(jié)果發(fā)現(xiàn)濾液仍然能使健康的葉片染病，說(shuō)明這種病原體比細(xì)菌的體積還要小。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，科學(xué)家確定了這種病原體是煙草花葉病毒（TMV）。

資料2隨著電鏡的發(fā)明，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到煙草花葉病毒（TMV）是一種RNA病毒，沒(méi)有細(xì)胞，由