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1、第三单元 基因的本质与基因的表达 第一讲 DNA是主要的遗传物质,一、DNA是遗传物质的证据 1间接证据(早期推测) 2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验(体内转化) 艾弗里转化实验(体外转化) (2)噬菌体侵染细菌实验,二、DNA是主要的遗传物质,生物的遗传物质,无细胞结构,真核生物和原核生物,一切生物的遗传物质是核酸，DNA是主要的遗传物质,有细胞结构,病毒,DNA,RNA 或 DNA,三、结论：,一、DNA是遗传物质的证据,1间接证据(早期推测),A:蛋白质是遗传物质(20世纪20年代),各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的 。氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含
2、着 。,蛋白质,遗传信息,结论： 是遗传物质。,蛋白质,一、DNA是遗传物质的证据,1间接证据(早期推测),稳定,DNA,蛋白质,DNA,DNA,连续,B:DNA是遗传物质,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,C,练习：,遗传物质必须具备的特点,1、具有存储巨大数量信息的可能 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
3、而控制生物的性 状和新陈代谢 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？,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验(体内转化),两种菌落的比较,无毒,有毒,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验(体内转化),注入R型活细菌，小鼠不死亡。,注入S型活细菌，小鼠死亡。,一、DNA是遗传物质的证据,R型活细菌和加热杀死的S型细菌混合后注入，小鼠死亡。,注入加热杀死的S型细菌，小鼠不死亡。,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验(体内转化),一、DNA是遗传物质
4、的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验(体内转化),实验结论： 已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质,实验结果：从第四组小鼠体内分理处S型活细菌,转化因子,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验(体内转化),本实验体现了一个完整的科学发现过程的一部分，即发现问题 提出假说实验验证得出结论的前两步，后两步由艾弗里完成。,如果请你设计一个实验来确定转化因子，你的实验设计思路是什么?,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验,艾弗里转化实验(体外转化),S型细菌,分别与R型活细菌培养
5、,R型,R型,R型与S型,分 离,多糖,蛋白质,DNA,DNA酶,R型,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验,艾弗里转化实验(体外转化),实验结果：只有加入DNA才转化； DNA越纯，转化越有效； 用DNA酶处理DNA，不再转化。,实验结论:转化因子是DNA。,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验,艾弗里转化实验(体外转化),艾弗里的实验设计有什么巧妙之处？,把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地观察DNA的作用； 设计对照实验，用DNA酶处理，观察DNA的作用。,2、将加热杀死的S型细菌与R型细菌混合后，注射到小鼠体内，在小鼠体内S型、R
6、型细菌的含量变化情况如图所示：,a、从免疫学角度解释：曲线ab段下降的原因是,R型菌被小鼠的免疫系统所消灭,b、曲线bc段上升的原因是,部分R型细菌转化,为有毒S型细菌后在小鼠体内增殖，导致小鼠 的免疫力下降,0,含量,时间,a,b,c,R型细菌,S型细菌,练习：,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验,艾弗里转化实验(体外转化),艾弗里的实验有什么不足之处？,受技术限制DNA无法100%提纯，总含少量蛋白质。因此，仍有人对实验结论表示怀疑。,一、DNA是遗传物质的证据,2直接证据,(2)噬菌体侵染细菌实验,T2噬菌体模式图,噬菌体：细菌病毒，寄生在细菌体内，侵入细菌
7、后，在自身遗传物质的作用下，以细菌内的物质为原料进行增殖的病毒。,DNA（主要元素是C、H、O、N、P）,蛋白质（主要元素是C、H、O、N、S）,思考：为什么要用35S和32P标记？ 用14C和18O等标记行吗？,蔡斯和赫尔希的实验设计： 1、在噬菌体侵染细菌的实验中，用同位素31P、32P和32S、35S分别做如下标记并将亲代噬菌体和细菌混合：,用放射性同位素35S标记外壳蛋白质,细菌内无放射性,用放射性同位素32P标记内部DNA,细菌内有放射性,蔡斯和赫尔希的实验设计： 2、在噬菌体侵染细菌后、大肠杆菌裂解前搅拌，使细菌外的噬菌体与细菌分离； 3、取上清液和沉淀物分别检测其放射性，结果如下
8、：,结论： 才是真正的遗传物质,DNA,3、根据蔡斯和赫尔希的实验设计回答下列问题： 上清液和沉淀物中的成分分别是 和 ，原因是： 。 进入细菌体内的是噬菌体的 ,依据是： 。 该实验能否证明DNA是遗传物质？能否证明蛋白质不是物质？,噬菌体外壳,细菌,两者密度不同,DNA,放射性32P只存在于沉淀物中,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。,练习：,C,3、根据蔡斯和赫尔希的实验设计回答下列问题： T2噬菌体复制所需原料来自 ，子代T2噬菌体蛋白质外壳合成场所是 。,大肠杆菌,大肠杆菌的核糖体,4、 噬菌体侵染细菌实验不能证明（ ） DNA能自我复制
9、，使前后代保持一定的连续性、稳定性 DNA分子结构的相对稳定性 DNA能指导蛋白质的合成 DNA能产生可遗传变异 DNA是遗传物质 DNA是主要的遗传物质 A B C D,练习：,二、DNA是主要的遗传物质,1.RNA是遗传物质的证据烟草花叶病毒(TMV)对烟草的感染与重建 烟草花叶病毒(简称TMV)，其基本成分是蛋白质和RNA，体内无DNA。为查明其遗传物质，1957年格勒和施拉姆进行了如下实验：,(1)实验一,二、DNA是主要的遗传物质,1.RNA是遗传物质的证据,结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。,二、DNA是主要的遗传物质,1.RNA是遗传物质的证据,(2)实验二,RNA,逆转录的不进
10、行RNA复制，RNA复制的不逆转录。需要注意的是正链RNA复制最后结果得到是正链RNA而不是互补链。逆转录病毒它们的复制有其特有的特点， 一是单链RNA的基因组必须反转录成双链DNA； 二是随后这种DNA必须整合到细胞DNA中； 三是整合状态长期持续下去并传给子代细胞，也可能转录RNA，生产子代病毒或使细胞转化； 四是感染细胞不会死亡，分裂不停止。,2DNA是主要的遗传物质普遍性规律 (1)一切生物的遗传物质是核酸(DNA或RNA)。 (2)凡细胞生物(不论是真核生物还是原核生物)，其遗传物质都是DNA，其细胞中的RNA只是遗传信息表达的媒介。 (3)DNA病毒(如噬菌体)的遗传物质是DNA；
11、只有极少数RNA病毒的遗传物质是RNA。 结论：绝大多数生物的遗传物质是DNA，即DNA是主要的遗传物质。,二、DNA是主要的遗传物质,1.肺炎双球菌的转化实验 (1) 加热杀死的S型细菌能使R型活细菌发生转化的原因：加热到一定温度，蛋白质的分子结构(空间结构)会被破坏而变性，从而丧失生物活性。因此，加热引起蛋白质变性是导致S型细菌死亡的原因。,S型细菌体内的DNA热稳定性较高，把DNA溶液加热至沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链又可部分地得以重聚，恢复其双螺旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致DNA变性。 当与R型细菌混合培养时，S型细菌DNA进入R型细菌
12、体内，这叫DNA的转化。,1.肺炎双球菌的转化实验,2噬菌体侵染细菌的实验 (1)用放射性元素无法直接标记无自主代谢能力的噬菌体，只有用相关元素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，才能使其增殖，子代被标记。 (2)噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：吸附注入合成装配释放。 (3)从组成化合物的元素可知，S只存在于某些蛋白质中，P主要分布于DNA(核酸)中，故可用其同位素标记两种成分。,(4)虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法不同(前者为直接分离培养法，后者为放射性同位素示踪法)，但思路基本一致且都遵循了对照原则。 (5)两个实验的结论都是DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。,2噬菌体侵染
13、细菌的实验,实验过程中排除干扰因素的常用方法 将各种物质分开来分别实验。 用同位素进行示踪(如在噬菌体侵染细菌的实验中用32P和35S分别标记DNA和蛋白质)。 利用酶的专一性除去某些干扰物质(如在肺炎双球菌的转化实验中选用DNA酶降解DNA作对照实验)。,5、(2010青岛质检)下面是关于35S标记噬菌体侵染无标记细菌实验的叙述，其中正确的是 ( ) A与细菌转化实验相同，都是根据遗传物质具有控制性状的特性而设计的 B所使用的噬菌体，必须是接种在含35S的大肠杆菌的培养基中再释放出来的 C采用搅拌和离心等手段，是为了把蛋白质和DNA分开再分别检测其放射性 D新形成的噬菌体中没有检测到35S，
14、说明DNA是遗传 物质而蛋白质不是,B,练习：,(1)放射性同位素示踪法的应用 噬菌体侵染细菌的实验，分别用32P标记DNA，用35S标记蛋白质，观察DNA和蛋白质到底是谁进入细菌细胞体内发挥作用。 标记光合作用和呼吸作用过程中各种原子的转移，如分别标记水中的O和二氧化碳中的O，用来探究光合作用释放的氧气的来源；标记二氧化碳中的C，用来探究C在植物体内是如何合成有机物的；标记氧气中的O，用来探究呼吸作用产物水和二氧化碳中O的来源。,标记矿质元素，可以用来探究矿质元素的运输途径和利用过程。 分别用H标记胸腺嘧啶和尿嘧啶，可以用来探究DNA和RNA的复制、RNA的逆转录、基因的表达(转录和翻译)等
15、。 (2)同位素的选择标准 特征性元素如噬菌体侵染细菌的实验。 所要研究的元素如光合作用中C、O的标记等。,(1)放射性同位素示踪法的应用,(1)探究性实验 指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。 (2)验证性实验 指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验,(3)二者的比较,如果A，则B,(3)二者的比较,3、基因治疗是基因工程在医学上的应用之一，即把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。 格里菲思实验：加热杀死的S型肺炎双球菌+R型菌落R型菌落+S型菌落。 从变异的角度分析，变异的来源分别为 （ ） A基因突变，基因重组 B基因重组，染色体变异 C基因重组，基因突变 D基因重组，基因重组,D,4、为验证“遗传物质是DNA，而不是蛋白质”。一位同学设计了以下实验步骤： 第一步：从有荚膜肺炎双球菌中提取DNA 第二步：用提取的DAN培养无荚膜肺炎双球 菌 预期结果：无荚膜的肺炎双球菌转化成有荚 膜的肺炎双球菌 实验结论：遗传物质是DNA，而不是蛋白
