第3章

基因的本質(zhì)第1節(jié)

DNA是主要的遺傳物質(zhì)本節(jié)聚焦1.科學(xué)家是怎樣證明DNA是遺傳物質(zhì)的？2.為什么說DNA是主要的遺傳物質(zhì)？3.通過對科學(xué)家揭示DNA是遺傳物質(zhì)過程的分析，你對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程和方法有哪些領(lǐng)悟？11866年孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳定律21891年科學(xué)家描述減數(shù)分裂全過程31903年薩頓假說：基因和染色體存在平行關(guān)系520世紀中葉染色體主要由蛋白質(zhì)和DNA組成1909年4摩爾根證明：基因在染色體上回顧：科學(xué)家的足跡遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA?氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著遺傳信息20世紀20年代沒發(fā)現(xiàn)其他大分子有類似的結(jié)構(gòu)特點一、對遺傳物質(zhì)的早期推測人們認識到DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子20世紀30年代對DNA結(jié)構(gòu)沒有清晰認識認為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點仍占主導(dǎo)地位相關(guān)經(jīng)典實驗01.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗02.噬菌體侵染細菌的實驗03.煙草花葉病毒的感染和重建實驗實驗材料：肺炎鏈球菌

類型

菌落表面特點

菌體表面特點致病性S型細菌R型細菌二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗有致病性能使人患肺炎，使小鼠患肺炎并發(fā)敗血癥無致病性光滑Smooth粗糙Rough注入活的S型細菌注入活的R型細菌注入加熱殺死的S型細菌注入加熱殺死的S型細菌＋活的R型細菌小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)分離出S型活細菌小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)分離出S型活細菌小鼠不死亡小鼠不死亡1、實驗過程二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗2、實驗分析：第1、2組對照，說明

R型細菌__________，S型細菌_________。第2、3組說明，加熱可以殺死S型細菌，使其_____________。無毒性有毒性失去毒性二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗2、實驗分析：第4組小鼠為什么會死亡？_________________________________第4組小鼠體內(nèi)分離出的S型細菌從何而來？由于體內(nèi)有活的S型細菌的作用起死回生？改頭換面？R型活菌+S型死菌S型活菌轉(zhuǎn)化S型活菌后代這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的S型活細菌的后代也是有毒性的S型細菌，又說明了什么？轉(zhuǎn)化的性狀可以遺傳（即遺傳物質(zhì)使其發(fā)生轉(zhuǎn)化）二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗?zāi)隳軓脑搶嶒炛袑W(xué)習(xí)到哪些實驗方法？實驗要控制單一變量和設(shè)置對照組。二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗3、實驗結(jié)論：R型活菌+S型死菌S型活菌轉(zhuǎn)化S型活菌后代加熱殺死的S型菌含有某種促使R型活細菌轉(zhuǎn)化為S型活細菌的活性物質(zhì)。

轉(zhuǎn)化因子R型活菌S型活菌轉(zhuǎn)化因子S型活菌后代二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗要確定“轉(zhuǎn)化因子”是什么，關(guān)鍵思路是什么？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。含R型細菌的培養(yǎng)基分別加入R型細菌？S型細菌？觀察菌落產(chǎn)生情況加法原理含R型細菌的培養(yǎng)基提取液全部加入R型細菌？S型細菌？觀察菌落產(chǎn)生情況分別加入酶除去特定物質(zhì)減法原理由于當時的技術(shù)有限，并不能徹底提純這些物質(zhì)。因此用酶解法，將物質(zhì)單個排除，觀察剩余提取物的轉(zhuǎn)化活性來尋找轉(zhuǎn)化因子?！究茖W(xué)方法】P46加法原理減法原理含義：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：“比較過氧化氫在不同條件下的

分解”實驗組對照組實驗組實驗組

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：“艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗”每個實驗組特異性去除了一種物質(zhì)，從而鑒定出DNA是遺傳物質(zhì)。對照組實驗組實驗組在對照實驗中，控制自變量二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗1、實驗過程（1）制備S型細菌的細胞提取物S型細菌死亡的S型細菌加熱致死S型細菌的細胞提取物破碎，除去絕大部分糖類、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗1、實驗過程（2）分組實驗2、實驗分析：①

第一組實驗結(jié)果是培養(yǎng)皿中長出了S型活細菌。這說明什么？S型細菌的細胞提取物中含有轉(zhuǎn)化因子。二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗1、實驗過程（2）分組實驗2、實驗分析：②實驗中加入的蛋白酶、RNA酶和酯酶的作用是什么？分別除去S型細菌細胞提取物中的蛋白質(zhì)、RNA和酯類物質(zhì)，以明確這些物質(zhì)是不是轉(zhuǎn)化因子。二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗1、實驗過程（2）分組實驗2、實驗分析：③第一至四組的實驗結(jié)果為什么既有R型細菌，又有S型細菌？S型細菌中的轉(zhuǎn)化因子使部分R型細菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。S型細菌中的蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)等物質(zhì)均不是轉(zhuǎn)化因子。二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗1、實驗過程（2）分組實驗2、實驗分析：④第五組，為什么培養(yǎng)皿中只有R型細菌？DNA酶能水解DNA，從而破壞了DNA分子的結(jié)構(gòu)，使其喪失轉(zhuǎn)化功能。DNA是轉(zhuǎn)化因子。二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗——艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗1、實驗過程（2）分組實驗2、實驗分析：⑤該實驗的自變量和因變量是什么？自變量：是否加入酶及酶的種類；

因變量：培養(yǎng)基中是否有活的S菌。

空白對照對照原則、單一變量原則——艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗鑒定分析表明：轉(zhuǎn)化因子是DNA3、實驗結(jié)論：加熱殺死的S型細菌中DNA是轉(zhuǎn)化因子。即

DNA才是使R型細菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。（同時證明了蛋白質(zhì)等不是遺傳物質(zhì)）二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗為什么格里菲斯第4組實驗中加熱殺死的S菌的DNA還具有轉(zhuǎn)化能力？轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是什么？蛋白質(zhì)和核酸對于高溫的耐受力是不同的：在80-100℃的溫度范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)變性失活，DNA雙鏈解開；當溫度恢復(fù)至室溫后，DNA雙鏈能夠重新恢復(fù)，但蛋白質(zhì)的活性無法恢復(fù)。轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是：發(fā)生基因重組二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗對肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗中細菌數(shù)量變化曲線的解讀在肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗中，將加熱致死的S型細菌與R型活細菌混合后注射到小鼠體內(nèi)，小鼠體內(nèi)S型活細菌、R型活細菌數(shù)量的變化情況如圖所示：(1)R型活細菌數(shù)量的變化①ab段：②bc段：③cd段：(2)S型活細菌數(shù)量的變化小鼠體內(nèi)還沒有形成大量的抗R型活細菌的抗體，故該時間段內(nèi)R型活細菌數(shù)量增多；小鼠體內(nèi)形成大量的抗R型活細菌的抗體，致使R型活細菌數(shù)量減少；c點對應(yīng)時間點之前，已有少量R型活細菌轉(zhuǎn)化為S型活細菌，S型活細菌能降低小鼠的免疫力，使小鼠對R型活細菌的殺傷力減弱，導(dǎo)致R型活細菌大量繁殖，所以cd段R型活細菌數(shù)量增多。少量R型活細菌獲得了S型細菌的DNA，并轉(zhuǎn)化為S型活細菌，S型活細菌有多糖類莢膜的保護，能在小鼠體內(nèi)增殖，且隨著小鼠免疫力的降低，小鼠對S型活細菌的殺傷力減弱，S型活細菌增殖加快、數(shù)目增加。3．(等級考)下列關(guān)于肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗的敘述，正確的是(

)A．在轉(zhuǎn)化實驗中R型細菌全部轉(zhuǎn)化為S型細菌B．格里菲思的轉(zhuǎn)化實驗直接證明了DNA是遺傳物質(zhì)C．艾弗里的轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA是主要的遺傳物質(zhì)D．艾弗里的轉(zhuǎn)化實驗利用了自變量控制的減法原理答案：D項目格里菲思體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗艾弗里體外轉(zhuǎn)化實驗培養(yǎng)細菌

體內(nèi)培養(yǎng)

體外培養(yǎng)巧妙構(gòu)思用加熱殺死的

和

活細菌混合注入小鼠體內(nèi)，與用加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內(nèi)作為對照實驗，說明確實發(fā)生了轉(zhuǎn)化每個實驗組用

特異性地去除S型細菌細胞提取物中的一種物質(zhì)，然后培養(yǎng)R型活菌，看能否發(fā)生轉(zhuǎn)化觀察指標實驗結(jié)論已經(jīng)被加熱殺死的S型細菌體內(nèi)含有某種促使R型活菌轉(zhuǎn)化為S型活菌的活性物質(zhì)——“

”

是S型細菌的遺傳物質(zhì)蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)聯(lián)系①所用材料相同，都是

；②體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗是體外轉(zhuǎn)化實驗的基礎(chǔ)，僅說明加熱后殺死的S型細菌體內(nèi)含有

，體外轉(zhuǎn)化實驗進一步說明

；③實驗設(shè)計都遵循

原則小鼠培養(yǎng)基轉(zhuǎn)化因子DNA某種“轉(zhuǎn)化因子”“轉(zhuǎn)化因子”是DNAR型和S型肺炎雙球菌對照原則、單一變量S型細菌R型酶解法小鼠是否死亡及體內(nèi)是否有活的S菌培養(yǎng)基中菌落類型二、肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗時間：1952年科學(xué)家：赫爾希和蔡斯三、噬菌體侵染細菌實驗1、實驗材料：T2噬菌體和大腸桿菌赫爾希

蔡斯

大腸桿菌尾部頭部DNA蛋白質(zhì)

T2噬菌體要證明T2噬菌體的遺傳物質(zhì)究竟是DNA還是蛋白質(zhì)，實驗中最關(guān)鍵的設(shè)計思路是什么？T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒，其結(jié)構(gòu)簡單，無細胞結(jié)構(gòu)，只有核酸（DNA）和蛋白質(zhì)外殼。設(shè)法將T2噬菌體蛋白質(zhì)與DNA分開，單獨、直接地觀察它們的作用。2、實驗方法：放射性同位素標記法三、噬菌體侵染細菌實驗尾部頭部DNA蛋白質(zhì)

T2噬菌體C、H、O、N、PC、H、O、N、S32P35S(只能檢測到細胞是否有放射性，無法檢測來自具體來自哪種元素)同時標記一組噬菌體還是分組標記?35S標記的噬菌體32P標記的噬菌體該如何標記噬菌體？用含32P、35S的培養(yǎng)基直接培養(yǎng)標記噬菌體？噬菌體是病毒，只能寄生在活細胞內(nèi)，不能利用培養(yǎng)基直接培養(yǎng)病毒。所以應(yīng)先培養(yǎng)細菌，再用細菌培養(yǎng)噬菌體。噬菌體侵染大腸桿菌過程：

吸附-注入-合成-組裝-釋放三、噬菌體侵染細菌實驗吸附注入合成組裝釋放噬菌體尾部吸附在大腸桿菌表面把遺傳物質(zhì)注入到細菌細胞利用大腸桿菌的脫氧核苷酸合成出噬菌體的DNA、利用大腸桿菌的氨基酸合成蛋白質(zhì)新合成的DNA、蛋白質(zhì)組裝成很多噬菌體細菌解體，釋放出噬菌體三、噬菌體侵染細菌實驗噬菌體增殖過程：三、噬菌體侵染細菌實驗Q1.歸納實驗步驟Q2.保溫目的？

攪拌目的？

離心目的？Q3.離心后的上清液中是什么？

沉淀中是什么？Q4.放射性如何分布？子代噬菌體能否檢測到放射性？閱讀教材P45，思考討論：三、噬菌體侵染細菌的實驗標記噬菌體標記噬菌體侵染未標記細菌（短時間保溫）攪拌離心觀察放射性的分布三、噬菌體侵染細菌實驗2、實驗過程：如何標記噬菌體？（1）獲得標記的T2噬菌體的過程含35S的_________培養(yǎng)含32P的_________+大腸桿菌含32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)含35S的培養(yǎng)基+大腸桿菌大腸桿菌大腸桿菌35S標記的___________+培養(yǎng)培養(yǎng)32P標記的____________T2噬菌體得到得到T2噬菌體T2噬菌體第1步第2步保溫目的：攪拌目的：離心目的：讓上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被感染的較重的大腸桿菌。為噬菌體培養(yǎng)提供適宜的恒定的溫度，以保證酶的活性，使噬菌體完成侵染過程。使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離三、噬菌體侵染細菌實驗2、實驗過程：（短時間保溫）三、噬菌體侵染細菌實驗2、實驗過程：上清液的放射性很高沉淀物的放射性很低沉淀物的放射性很高上清液的放射性很低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。3、結(jié)果分析：三、噬菌體侵染細菌實驗2、實驗過程：細菌裂解上清液的放射性很高沉淀物的放射性很低沉淀物的放射性很高上清液的放射性很低在新形成的噬菌體中沒有檢測到35S在新形成的部分噬菌體中檢測到32P細菌裂解說明在親代噬菌體和子代噬菌體之間傳遞的物質(zhì)是DNA。3、結(jié)果分析：三、噬菌體侵染細菌實驗4、實驗結(jié)論：在噬菌體中，保證親代與子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA，即DNA是遺傳物質(zhì)?！?953年，赫爾希-蔡斯的實驗與DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型同時在冷泉港的學(xué)術(shù)會議上展示，自此，科學(xué)家才普遍接受了DNA是遺傳物質(zhì)?！亢諣栂?/p>

蔡斯他們因此獲得了諾貝爾獎！直接證明：DNA是遺傳物質(zhì)間接證明：①DNA能自我復(fù)制（能遺傳）

②DNA能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成2．(合格考)某研究人員模擬赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗，進行了如下實驗：①用32P標記的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌；②用未標記的噬菌體侵染35S標記的大腸桿菌；③用3H標記的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌。一段時間后進行離心，檢測到放射性存在的主要部位依次是(

)A．沉淀物、上清液、沉淀物和上清液B．沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液C．沉淀物、上清液、沉淀物D．上清液、上清液、沉淀物和上清液答案：B【誤差分析1】用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌，沉淀物中有少量放射性的原因：三、噬菌體侵染細菌實驗攪拌不充分理論上上清液沉淀物其中一個大腸桿菌實際上原因分析：

由于攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體吸附在細菌表面，

隨細菌離心到沉淀物中。

【誤差分析2】用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌，上清液中含少量放射性的原因:三、噬菌體侵染細菌實驗保溫時間

長部分噬菌體未侵染大腸桿菌部分細菌裂解，噬菌體釋放出來實際上理論上上清液沉淀物釋放實際上保溫時間

短原因分析：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，上清液中出現(xiàn)放射性。②保溫時間過長，部分大腸桿菌裂解，子代噬菌體釋放，經(jīng)離心后分布于上清液，也會使上清液中出現(xiàn)放射性。4．(等級考)下列有關(guān)噬菌體侵染細菌實驗的敘述，正確的是(

)A．將噬菌體接種在含有32P的培養(yǎng)基中可獲得32P標記的噬菌體B．與被標記的噬菌體混合的細菌也要用放射性同位素標記C．實驗一中，培養(yǎng)時間過短會影響上清液中放射性物質(zhì)的含量D．實驗二中，培養(yǎng)時間過長會影響上清液中放射性物質(zhì)的含量答案：D6．用32P標記的噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌，侵染一段時間后攪拌、離心得到上清液和沉淀物，檢測上清液中放射性32P約占初始標記噬菌體放射性的30%。在實驗時間內(nèi)，被侵染細菌的存活率接近100%。下列相關(guān)敘述不正確的是(

)A．離心后大腸桿菌主要分布在沉淀物中B．沉淀物的放射性主要來自噬菌體的DNAC．上清液具有放射性的原因是保溫時間過長D．噬菌體遺傳特性的傳遞過程中起作用的是DNA答案：C3．在噬菌體侵染細菌的實驗中，下列對噬菌體外殼蛋白質(zhì)合成的描述中，正確的是(

)A．氨基酸原料和酶來自細菌B．氨基酸原料和酶來自噬菌體C．氨基酸原料來自細菌，酶來自噬菌體D．氨基酸原料來自噬菌體，酶來自細菌答案：A煙草花葉病毒的示意圖(右上)和電鏡照片(左)RNA蛋白質(zhì)外殼所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？有些病毒不含DNA，只含有蛋白質(zhì)和RNA，如煙草花葉病毒。如果你是科學(xué)家，請設(shè)計實驗證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是什么？思路一：成分分離對照

提取RNA蛋白質(zhì)外殼RNA蛋白質(zhì)提取分離感染感染患病不患病四、生物的遺傳物質(zhì)——煙草花葉病毒感染實驗實驗結(jié)論：

煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNATMV2RNA2蛋白質(zhì)2蛋白質(zhì)1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白質(zhì)1蛋白質(zhì)2+RNA1TMV1：思路二：病毒重組法四、生物的遺傳物質(zhì)實驗結(jié)論：

煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA——煙草花葉病毒重組實驗格里菲斯的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗“轉(zhuǎn)化因子”是什么加熱殺死的S型細菌中含有“轉(zhuǎn)化因子”肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗DNA是肺炎鏈球菌、T2噬菌體的遺傳物質(zhì)DNA是細胞結(jié)構(gòu)的生物和

DNA病毒的遺傳物質(zhì)更多實驗證據(jù)RNA是TMV的遺傳物質(zhì)RNA是RNA病毒的遺傳物質(zhì)更多實驗證據(jù)DNA是主要的遺傳物質(zhì)提示：具體某種或某一類生物的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA，不能加“主要”二字。為什么說“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”？不同生物的遺傳物質(zhì)生物類型核酸種類遺傳物質(zhì)代表生物有細胞結(jié)構(gòu)的生物無細胞結(jié)構(gòu)的生物真核生物原核生物DNA和RNADNA和RNADNADNA細菌，放線菌，藍細菌等高