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1、第一节第一节 DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质 第三章基因的本质 棠湖中学外语实验学校 王福民 通过对细胞有丝分裂、减数分裂和受精 过程的研究，人们了解到染色体在生物的传 种接代过程中，能够保持一定的稳定性和连 续性。因此，人们认为染色体在遗传上起着 主要作用。 染色体的化学成分主要是蛋白质和 DNA 。 一、对遗传物质的早期推断 阅读教材P42“对遗传物质的早期推测”，思考以下问题： 那么在这两种物质中，究竟哪一种 是遗传物质呢？ 那么染色体的组成成分是什么呢？ 3 1、20世纪二三十年代人们对蛋白质和DNA的认识水平如何？ 当时对蛋白质的认识水平是它是由多种氨基酸连接而成的。对
2、 DNA的认识水平是它是由许多个脱氧核苷酸聚合成的生物大分子。 2、当时认为遗传物质是哪种物质？为什么会有这样的观点？ 当时认为蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。原因是人们对 DNA的了解很少，而且构成DNA的脱氧核苷酸只有四种，把它和 生物多样性很难联系在一起，反而构成蛋白质的氨基酸种类较多， 和生物的多样性联系在一起看似容易理解。 3、从这个事实你能得出什么启示？ 科学发展过程是一个不断纠正错误的过程。 4、向蛋白质是遗传物质这个观点提出挑战的学者是谁？他凭 何提出质疑？ 艾弗里。他在总结格里菲思实验的基础上提出遗传物质是DNA 而不是蛋白质这一重要观点。 阅读课本P43“格里菲斯的肺炎双
3、球菌转化实验” ，思考以 下问题： v（1）、用文字、箭头写出实验过程和实验现象（或口头描述）？ v（2）、本实验用到的肺炎双球菌有几种？怎么区分？ v（3）、“加热杀死”的含义是什么？ v（4）、 、 对照得出什么结论？ v（5）、 对照说明什么？（是什么原因导致第四组小鼠死亡 ？） v（6）、格里菲斯的小鼠体内转化实验得到怎样的结论？ 二、肺炎双球菌的转化实验： 1、 格里菲思的实验（体内转化实验 ） 实验材料：两种肺炎双球菌 多糖类荚膜 R型菌 无荚膜， 菌落表面粗糙，无毒 S型菌 有荚膜， 菌落表面光滑，有毒，可致死 实验过程： 第四组小鼠死亡的原因？ 假设一：S型菌没有彻底杀死； 假
4、设二：S型菌死而复活： 假设三：混合后重新出现的（即R型转化成S型）。 思 考： 第四组实验将R型活细菌和加热杀死后的S型细菌 混合后注射到小鼠体内，产生了有毒性的S型活细菌（ R型菌转化成了有毒的S型菌），而且这些转化成的S型 细菌的后代也是有毒性的。 实验结论： 细菌发生性状转化，且这种转化可以遗传。 已经被杀死的S细菌中，必然含有某种促成这一转化的 活性物质“转化因子”。从而改变了R型细菌的遗 传性。 S型菌由DNA、蛋白质、多糖、脂质和RNA等物质组 成，那么究竟谁是“转化因子” ？ 2、 艾弗里确定转化因子的实验（体外转化实验） 阅读课本P43-P44 “艾弗里证明DNA是遗传物质的
5、实验” ，思考以下问题： v（1）、S型细菌中哪种物质促使R型细菌转化成了S型细菌？ v（2）、如果你是艾弗里，如何做这个实验（即设计思路）？ v（3）、你的假设是什么？请说出实验流程和实验预期。 v（4）、实验结果是什么？ v（5）、本实验可以得出什么结论？ v（6）、艾弗里的实验方法和思想是什么？ 在证明S型细菌中转化因子究竟是什么物质中最关 键的设计思路是什么？ 将组成S型细菌中的物质：蛋白质、脂质、多糖、 DNA、RNA等进行分离、提纯，分别加入到培养了R型 细菌的培养液中，单独、直接地观察它们的作用，从而 来确定究竟谁是转化因子。 提出问题： 实验方案： 2、然后分别将它们加入已经培
6、养了R型细 菌的培养基中，观察结果 1、从S型活细菌中提取出DNA、蛋白质和 多糖等物质 谁是转化因子（遗传物质）? 作出假设： 实施方案 验证预测： 结果预测： DNA是转化因子（遗传物质） 只有加入S型菌的DNA才能使R型菌转变成S 型菌 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA DNA和DNA水解酶 分别与R型活细菌混合培养 S型活细菌 R S R S 多数少数 DNA的纯度越高，转化就越有效。 R R S S R R R R R R R R R R 实验结论：实验结论： DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，也 就是说，DNA才是遗传物质（转化因子），蛋白质不是 遗传物质。 艾弗里的实
7、验引起了人们的注意，但是，不是所有的 人都信服这一结果，因为实验中DNA纯度最高时也还有 0.02%的蛋白质，所以有人对其结果表示怀疑。 1952年，赫尔希和蔡斯完成了更有说服力的实验证据。 必须将蛋白质与DNA完全分开，单独、直接地观察它 们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。 拓展 点拨艾弗里的实验方法和思想。 赫尔希和蔡斯等科学家是如何进行实验的？ 阅读课本P44-P45“噬菌体侵染细菌的实验” ，思考以下问题： v（1）、你对本实验的材料噬菌体了解多少？噬菌体怎样侵染细菌？ v（2）、本实验的设计中如何把看不见的过程转变为可检测的结果？ v（3）、噬菌体有DNA和蛋白质两种组分，用35S
8、和32P分别标记了噬菌体的 哪种组分？用14C和18O等同位素可行吗？为什么？ v（4）、如何用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质外壳？ v（5）、实验过程中保温、搅拌和离心的目的分别是什么？ v（6）、本实验观察的是什么？（即观测指标是什么？） v（7）、离心后沉淀物与上清液各有什么成分？ v（8）、噬菌体侵染细菌为什么要短时间保温？如果保温时间过长，会出 现什么现象？ v（9）、用35S标记的噬菌体侵染细菌，搅拌后为什么沉淀物中放射性很低 而不是没有放射性？用32P标记的噬菌体侵染细菌，搅拌后为什么上清液放 射性很低而不是没有放射性？ v（10）、实验结论是什么？ 三、噬
9、菌体侵染细菌的实验： 1、实验材料：T2噬菌体： （一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒）放大25000倍 三、 噬菌体侵染细菌的实验 为什么选择噬菌体作为实验材料？ 噬菌体的结构模式图： T2噬菌体侵染大肠杆菌 后,就会在自身遗传物质的作 用下,利用大肠杆菌体内的物 质来合成自身的组成成分,从 而进行大量的增殖。 那么T2噬菌体在大肠杆 菌体内的增殖是在那种物质 的指导下完成的呢？究竟 DNA还是蛋白质呢？ 小结：噬菌体侵染细菌的过程 总的来说分5个步骤：吸附注入合成组装 释放。 在噬菌体侵染细菌实验中，只有噬菌体DNA注入到细菌 细胞内，而噬菌体蛋白质外壳则留在细菌之外。侵入到细菌 细胞内的噬
10、菌体，以自己的DNA为模板，以细菌体内的脱氧 核苷酸为原料，复制出许多子代噬菌体的DNA；并在这些 DNA的指导下以细菌体内的氨基酸为原料，在大肠杆菌体内 的核糖体上通过脱水缩合合成子代噬菌体的蛋白质外壳。 思考：怎么证明“在噬菌体侵染细菌实验中，只有噬菌体DNA注 入到细菌细胞内，而噬菌体蛋白质外壳则留在细菌之外”？ 资料： 在T2噬菌体的化学组成中, 60%是蛋白质，40%是 DNA。对这两种物质的分析表明:仅蛋白质分子中含有硫, 磷几乎都存在于DNA分子中。 思考：怎样才能知道进入大肠杆菌的是DNA还是蛋白质呢？（即 本实验的设计中如何把看不见的过程转变为可检测的结果？ ） 2、实验方法
11、:同位素标记法 可让一部分噬菌体只标记蛋白质而不标记DNA，另一 部分噬菌体只标记DNA而不标记蛋白质，从而分别观察这 两种大分子物质的变化和作用。 思考：用哪种同位素来分别标记DNA和蛋白质? 用35S标记噬菌体的蛋白质， 用32P标记噬菌体的DNA。 （即35S代表蛋白质，32P代表DNA） 怎样用这两种同位素分别标记噬菌体的DNA和蛋白质? 能否直接标记？ 在分别含有放射性同位素35S 和32P的培养基培养细菌 用噬菌体分别侵染上述含有35S 和32P的大肠杆菌 制备分离只含35S或只含32P的噬菌体 蛋白质的组成元素： DNA 的组成元素： C C、H H、OO、N N、S S C C
12、、H H、OO、N N 、P P 思考： 用14C或18O等同位素标记噬菌体可行吗，为什么？ 0 0 不行；DNA和蛋白质都含C、O元素。 思路先标记大肠杆菌，再用标记的大肠杆菌标记噬菌体。 制备含有放射性标记噬菌体过程示意图 然后用32P 或35S标记的噬菌体分别去侵染未被标记的大肠杆菌。 3、实验过程： 阅读P45，观察图3-6思考以下问题： 实验过程中搅拌和离心的目的是什么? 离心之后,上清夜和沉淀物分别是什么? 实验过程中为何要有短时间的保温? 用35S标记的一组侵染实验，放射性同位素主要分布在上清 液中；用32P标记的一组实验，放射性同位素主要分布在试 管的沉淀物中。这一结果说明了什
13、么？ 细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA， 但却不能检测到35S标记的蛋白质。这又说明了什么？ 此实验的结论是什么? 实验过程 3、实验过程： 3、实验过程： 离心 离心 0 0 思考离心之后,上清夜和沉淀物分别是什么? 上清液：T2噬菌体颗粒 亲代T2噬菌体蛋白质外壳 完整的T2噬菌体 是亲代的？ 是子代的？ 沉淀物：被感染的大肠 杆菌 含子代噬菌体的大肠杆菌（未破裂） 既含子代噬菌体又含亲代噬菌体 蛋白质外壳 0 0 思考本实验的理论结果是什么? 0 0 1、 32P标记噬菌体的DNA：上清液中放射性很低，而沉淀物 内的放射性很高。并在进一步实验中，在新生成的噬菌体中
14、检测到了32P。 2、35S标记噬菌体的蛋白质：上清液中放射性很高，而沉淀 物内的放射性很低。并在进一步实验中，在新生成的噬菌体 中检测不到35S 。 4、实验结果： 噬菌体侵染细菌的实验表明: 噬菌体侵染细菌时，DNA 进入到细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在外面。因此，子 代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传给后代的。 DNA才是真正的遗传物质。 5、实验结论： 实验过程及结果小结： 第一组 实验 第二组 实验 亲代 噬菌体 35 S标记 蛋白质 32 P标记 DNA 寄主 细胞内 无35S标记 蛋白质 有32P标记 DNA 子代 噬菌体 蛋白质无35S 标记 DNA有32P 标记 实
15、验 结论 DNA分子 具有连续 性，是遗 传物质 思 考:为什么第一组的沉淀物和第二组的上清液还有少量放射 性？（即用32S标记的噬菌体侵染细菌，搅拌后为什么沉淀物 中放射性很低而不是没有放射性？用32P标记的噬菌体侵染细 菌，搅拌后为什么上清液放射性很低而不是没有放射性？ ） 经同位素测定，第一组上清液中35S的含量为80%，沉淀中含 量为20%，这表明蛋白质的外壳脱落下来，并未进入细胞中， 沉淀中的20%可能由于少量的噬菌体经搅拌后，仍吸附在细胞 上所致。 而第二组32P相反在沉淀中含有70%，而在上清液中仅有30% 。表明噬菌体感染细菌后将带有32P的DNA已注入细胞中，可 能还有少部分
16、噬菌体尚未将DNA注入宿主就被搅拌了下来或 侵染时间较长子代噬菌体释放出来，所以上清液中约有30% 的32P 2.最关键的设计思路是：设法把DNA与蛋白质分开,单独地 、直接地去观察DNA的作用。 思考与讨论P46: (小组讨论) 1.（1）个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导 致的结构和功能的变化。细菌是单细胞生物，病毒无细胞 结构，只有核酸和蛋白质外壳。 （2）繁殖快。细菌2030 min就可繁殖一代，病毒短时 间内可大量繁殖。 3.艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提 纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培 养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等 思 路： 验证DNA是遗传物质的两个经典实验：肺炎双球菌转 化实验和噬菌体侵染细菌实验的实验思路基本相同，即将双 球菌或噬菌体的DNA与其他化学成分（特别是蛋白质）分离 ，然后用各种成分分别单独用于转化实验或侵染
