第1讲 遗传物质的探索历程

死亡 存活 存活
老鼠 死亡
活S型菌
遗传
是什么？ •被加热杀死的 S型细菌中, 含有某种转化因子;
•这种转化可以遗传
子代活S型菌
思考：
1、你能对格里菲斯的实验结论进行评价吗？ 若果能，怎样评价？ 2、如果你是科学家，你应该怎样来追寻 “转化因子”？实验设计的关键思路是什么？
寻找转化因子：
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
想一想： 说明了 什么？
转化因子是DNA。DNA才是遗传物质，而蛋白质等
其他物质不是遗传物质。（纠正了一个生物界的错 误的普遍共识）
1、艾佛理的体外转化实验有何妙处？
（1）把DNA和蛋白质等物质分开，单独地、直接地研究。 （2）严格的遵照对照原则和单一变量原则。如：用DNA酶处理 DNA与单独用DNA形成对照。
小结：探索遗传物质的过程
•1928年——格里菲思发现肺炎双球菌转化现象——转化因子
•1944年——艾弗里证明肺炎双球菌的转化因子是DNA
•1952年——赫尔希和蔡斯证明T2噬菌体的遗传物质是DNA
和
③ 该实验能否证明DNA是遗传物质？能否证明蛋白质不是物
质？ 只能证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物 质，因为蛋白质外壳未进入细菌。
【典例4】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：
大肠杆菌 ，子代T2噬菌 体蛋白质外壳合成场所是大肠杆菌的核糖体 。
④ T2噬菌体复制所需原料来自
【典例5】 噬菌体侵染细菌实验不能证明（
【变式训练】 噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋 白质外壳是( ) A A.在噬菌体DNA的指导下，用细菌的物质合成的 B.在细菌DNA的指导下，用细菌的物质合成的 C.在噬菌体DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的 D.在细菌DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的
经典实验
1928年 格里菲思 ——体内转化实验 1944年 艾弗里——体外转化实验
小结：
用同位素标记亲代噬菌体的蛋白质和 DNA，分别去感染无任何标记的宿主，观察 子代噬菌体的放射性，分析能在亲和子代之间 传递的物质是DNA还是蛋白质。
赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验
用35S培养 基培养大肠杆 菌，获得35S的 大肠杆菌
用35S的大 肠杆菌培养T2 噬菌体，获得 35S的T 噬菌体 2
加热杀死的S型细菌
多糖
脂类 蛋白质
RNA
DNA
但究竟哪一个才是转化因子呢？
艾弗里的体外转化实验 1944年
1、 实验过程： S型活细菌
多糖
脂类
蛋白质
RNA
DNADNA
DNA+DNA酶
分别与R型活细菌混合培养 R R R R R S R
R
多数
少数
S
2、实验结果： ①只有加入DNA才能发生转化； ②DNA越纯，转化越有效； ③用DNA酶处理DNA，不再转化。 3、实验结论:
C
考点二 1、实验材料：
肺炎球菌 R型 S型
(Rough)
遗传物质探索历程
一、肺炎双球菌的转化实验
菌落特征
粗糙
光滑
两种肺炎双球菌 有何不同？
荚膜
无
有
毒性
无
有
(Smooth)
实验过程 1.活S型菌 2.活R型菌 3.灭活S型菌 4. 灭活S型+活R型 老鼠 老鼠 老鼠
实验结果
实验结论 S型活菌有毒性 R型活菌无毒性 加热杀死的S型 菌无毒性 “转化因子”
A．S型细菌的性状是由其DNA决定的 B．在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入到R型细菌细胞中 C．DNA是主要的遗传物质 D．DNA是遗传物质 【答案】 C
【变式训练1】格里菲思(F.Griffith)用肺炎双球菌在 小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果( ) A．证明了DNA是遗传物质 B．证明了RNA是遗传物质 C．证明了蛋白质是遗传物质 D．没有具体证明哪一种物质是遗传物质
甚是遗传?
2017届生物高考备考 高一生物课件 必修二
2015-5-20
背景了解：历史的步伐
1866年，孟德尔 1910年，摩尔根通 染色体在遗传 通过豌豆实验证 过果蝇实验证明了 上的连续性和 明了生物的性状 基因位于染色体上 稳定性 由 遗传因子控 。 制 。
科学家发现：染色 体主要组成成分
蛋白质（主要元素是C、H、O、N、S）
T2 噬菌体的特点
1、是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒——属于消费者。 2、结构简单，由蛋白质外壳和DNA构成。 3、侵染寄主时，DNA和蛋白质会自动分离。 4、利用寄主的一切原料、酶、ATP及场所合成自身结构，繁殖的子 代噬菌体从宿主细胞裂解释放。
噬 菌 体 大肠杆菌
D
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由 于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还 有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表 示怀疑。
要想证明，就得选择比细菌更为简单的 实验材料。
考点二
遗传物质的探索历程
二、噬菌体侵染细菌（大肠杆菌）实验
1、实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌
DNA（元素组成为C、H、O、N、P）
（2）结论：DNA是遗传物质。
【典例1】探索遗传物质的过程是漫长的．直到20世纪初期， 人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的 理由不包括 A、不同生物的蛋白质在结构上存在差异 B、蛋白质与生物的性状密切相关 C、蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且 能够自我复制 D、蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存 大量遗传信息
噬菌体侵染细菌的动态过程：
吸附
吸附
侵入
合成
组装
释放
动画
注入
最后，这些噬菌 侵入别的细菌 这些新合成的 DNA 和蛋白 体由于细菌的解体而 噬菌体的 DNA 在细菌体内， 然后， 噬菌体通过尾轴把 首先，噬菌体的尾端吸附在 被释放出来，再去侵 质外壳组装出很多个与亲代一模 使细胞本身的 DNA 解体，同时利 DNA 全部注进细菌体内，而蛋白质 释放 染其他的细菌。 一样的子代噬菌体。 细菌的表面 用细菌的化学成分合成噬菌体自身 外壳则留在细菌体外，不起作用。 的 DNA和蛋白质，
搅拌、离心
结论：噬菌体的DNA进入细菌内
赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验
上清液
事实：经检测发现，大肠杆菌内含有大量
子代T2噬菌体
沉淀物中
结论：DNA是遗传物质
为什么说噬菌体实验更有说服 力？
本实验更具有说服力， 因为用同位素标记的噬菌 体做实验材料能将DNA和蛋 白质彻底分离
思考与讨论：
1、理论上， 35S标记的噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳 没有进入细菌，离心后放射性应该只在上清液，沉淀物为 什么也有放射性？ ——搅拌不充分(噬菌体蛋白质外壳) 2、理论上， 32P标记的噬菌体侵染细菌时，DNA进入细 菌，离心后放射性应该只在沉淀物，上清液为什么也有放 射性？ ——保温时间过长，释放出来的子代噬菌体；保 温时间过短，未来得及侵染的亲代噬菌体。
1952年 赫尔希、蔡斯——噬菌体侵染细菌实验
DNA 是遗传物质
DNA是唯一的遗传物质吗？
［敢于质疑］
下面这些生物的遗传物质是什么？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
乙肝病毒 艾滋病病毒 烟草花叶病毒
［知识拓展］
如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒 的遗传物质是什么？
背景知识：烟草花叶 病毒TMV是由RNA 和蛋白质组成的，在 感染烟草时，会出现 致病斑。
①仅RNA能使烟草产生原样病斑 ②仅蛋白质能使烟草产生原样病斑 ③RNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑
得出结论：
若出现①结果，则仅RNA是遗传物质。 若出现②结果，则仅蛋白质是遗传物质。 若出现③结果，则RNA和蛋白质都是遗传物质。
实验探究过程
分 离
蛋白质
感染 烟草
感染 烟草
实验 结果
不出现病斑
RNA
合成 组装
同位素示踪法 2、实验设计思路：
T2噬菌体的遗传物质是DNA吗？如何设 计实验？ （提示：采用什么技术使我们可以在 实验中分别追踪DNA和蛋白质的去向）
wk.baidu.com噬菌体侵染细菌的过程
思考：如果你是科学家，该如何设计实验？
（1）同位素标记什么物质？具体标记什么元 素？分别标记还是同时标记？ （2）怎样对噬菌体进行标记？（利用其生活习 性分析） （3）怎样才能追踪被标记的物质由亲代传递 给子代？
探究烟草花叶病毒的遗传物质？
发现问题： 烟草花叶病毒不含DNA，只有RNA和蛋白质 提出问题： 烟草花叶病毒的遗传物质是什么？ 作出假设： 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA 设计实验：
设法将烟草花叶病毒的RNA和蛋白质区分开，直接地、单 独地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质
预测结果： （现象）
（1）理由：各种氨基酸可以按照不同的方式排列， 形成不同的蛋白质（大分子）。氨基酸多种多样的 排列顺序，可能蕴含着大量的遗传信息 。 （2）结论：蛋白质是遗传物质。
2、DNA是遗传物质
（1）理由：
①染色体在生物传中接代过程（有丝分裂、减数分裂及 受精作用）中，始终保持一定的连续性和稳定性。
②染色体主要由蛋白质和DNA构成，且DNA含量相对稳定。
C ①DNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性、稳定性
）
②DNA分子结构的相对稳定性 ③DNA能指导蛋白质的合成 ④DNA能产生可遗传变异 ⑤DNA是遗传物质 ⑥DNA是主要的遗传物质 A．①②③④ B．①③⑤ C．②④⑥ D．④⑥
【变式训练】用噬菌体去侵染内含有32P的细菌，在细菌解 体后，含32P的应是( A ) A、子代噬菌体DNA B、子代噬菌体蛋白质外壳 C、子代噬菌体所有部分 D、子代噬菌体不含32P 【变式训练】用噬菌体去感染内含大量3H的细菌，待细菌 解体后，3H应( B ) A、随细菌的解体而消失 B、发现于噬菌体外壳和DNA中 C、仅发现于噬菌体的DNA中 D、仅发现于噬菌体的外壳中
小结实验步骤
标记细菌
“短时间”：保证子代噬菌体的DNA和蛋 白质在大肠杆菌中正处于合成阶段，子代 噬菌体还没有组装好，或虽已经组装但并 未使细菌发生裂解 “保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定 的温度，以保证酶的活性。
标记噬菌体
噬菌体侵染细菌（短时间保温）
搅拌的目的：使吸附在细菌 上的噬菌体颗粒与细菌分离
实验 结果
出现病斑
结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
烟草花叶病毒重建实验
RNA病毒的遗传物质是RNA
重组
分离 感 染
新的病毒
产生 哪种 病毒？
分离 重组
总结 生 物
细胞结构 生物
原核生物 真核生物 只含DNA的病毒：
遗传物质是DNA
非细胞结构 遗传物质是RNA 只含RNA的病毒： 生物 1、生物的遗传物质是核酸 2、凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物 质是DNA 3、在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感 、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。 4、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗 传物质。
用含35S蛋白质 外壳的T2噬菌体 （亲代），侵染未 标记的大肠杆菌
结论：噬菌体的蛋白质外壳未进入细菌内
赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验
用含32P培 养基培养大肠杆 菌，获得含有32P 的大肠杆菌
用含32P的 大肠杆菌培养T2 噬菌体，获得含 有32P的T2噬菌体
用含32P的T2噬 菌体（亲代），侵 染未标记的大肠杆 菌
蛋白质和DNA。
蛋白质
?
DNA
考点一
遗传物质早期认识
思考：遗传物质应该有哪些特点？
1、具有存储大量遗传信息的可能 2、在生长和繁殖过程中能精确的自我复制 3、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性状 4、分子结构相对稳定（但特殊情况下能产生变异）
问题：两种不同的推测如何求证呢？
二、遗传物质的争论 1、蛋白质是遗传物质(20世纪20年代)
搅拌离心
离心的目的：让上清液中析出 重量较轻的噬菌体颗粒，而离 心管的沉淀物中留下被感染的 大肠杆菌。
内部DNA不存在了 的噬菌体外壳
观察放射性的分布
【典例4】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：
① 上清液和沉淀物中的成分分别是 噬菌体外壳 细菌 ，原因是： 两者密度不同 。
② 进入细菌体内的是噬菌体的 DNA ,依据是： 放射性32P存在于沉淀物中 。
思考：
2、能否总结探究实验的基本步骤？
发现问题 →提出假设 →设计实验验证 →得出结论
格里菲思 体内转化实验
艾弗里， 体外转化实验
【典例2】1944年，科学家从S型活细菌中提取出DNA、蛋 白质和多糖等物质，将S型菌的DNA加入到培养R型细菌的培 养基中，结果发现其中的R型细菌转化成了S型细菌；而加入 蛋白质、多糖等物质的培养基中，R型细菌不能发生这种变 化。这一现象不能说明的是( )