高三總復(fù)習(xí)模塊二遺傳與進(jìn)化(3)基因的本質(zhì)

1、一、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)一、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲斯的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲斯的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1、肺炎雙球菌、肺炎雙球菌 細(xì)菌、原核細(xì)胞細(xì)菌、原核細(xì)胞R型：細(xì)菌表面型：細(xì)菌表面 多糖莢膜，多糖莢膜，菌落菌落 ， 不致病。不致病。無無粗糙粗糙S型：細(xì)菌表面型：細(xì)菌表面 多糖莢膜，多糖莢膜，菌落菌落 ， 使人患肺炎，小鼠患敗血癥而使人患肺炎，小鼠患敗血癥而 。有有光滑光滑致死致死注：兩種細(xì)菌可以通過菌落表面的光滑與注：兩種細(xì)菌可以通過菌落表面的光滑與否初步判斷。否初步判斷。2、實(shí)驗(yàn)過程：、實(shí)驗(yàn)過程：活的活的R型型 小鼠小鼠 不死亡不死亡注入注入活的活的S型型 小鼠小鼠

2、 死亡死亡(體內(nèi)分離出體內(nèi)分離出S菌菌)注入注入加熱殺死的加熱殺死的S型型 小鼠小鼠 不死亡不死亡 注入注入活的活的R型型+加熱殺死的加熱殺死的S型型混合混合注入注入小鼠小鼠死亡死亡(體內(nèi)分離出體內(nèi)分離出S型活菌型活菌)組結(jié)果說明組結(jié)果說明R型細(xì)菌無毒性型細(xì)菌無毒性組結(jié)果說明組結(jié)果說明S型細(xì)菌有毒性型細(xì)菌有毒性組結(jié)果說明加熱殺死的組結(jié)果說明加熱殺死的S型細(xì)菌已失活（型細(xì)菌已失活（加加熱殺死熱殺死S型細(xì)菌的過程中，其蛋白質(zhì)變性失活，型細(xì)菌的過程中，其蛋白質(zhì)變性失活，但是其內(nèi)部的但是其內(nèi)部的DNA在加熱結(jié)束后隨溫度的恢在加熱結(jié)束后隨溫度的恢復(fù)又逐漸恢復(fù)其活性）復(fù)又逐漸恢復(fù)其活性）組小鼠死亡，證明有

3、組小鼠死亡，證明有R型無毒細(xì)菌已轉(zhuǎn)化為型無毒細(xì)菌已轉(zhuǎn)化為S型有毒細(xì)菌，型有毒細(xì)菌，說明說明S型細(xì)菌內(nèi)含有使型細(xì)菌內(nèi)含有使R型細(xì)型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的活性物質(zhì)型細(xì)菌的活性物質(zhì) 。“轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子”實(shí)驗(yàn)自變量：實(shí)驗(yàn)自變量：注入小鼠體內(nèi)的菌體情況注入小鼠體內(nèi)的菌體情況實(shí)驗(yàn)因變量：實(shí)驗(yàn)因變量：小鼠的存活狀態(tài)小鼠的存活狀態(tài)3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：加熱殺死的加熱殺死的S型菌中，必然含型菌中，必然含有某種耐高溫的活性物質(zhì)，促成了有某種耐高溫的活性物質(zhì)，促成了R型活細(xì)型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌，該物質(zhì)被稱為型活細(xì)菌，該物質(zhì)被稱為“轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化因子因子”?；畹幕畹腞菌與熱死的菌與熱死的S菌混合注入

4、小鼠體內(nèi)，菌混合注入小鼠體內(nèi)，小鼠死亡，抽血離心分離出的小鼠死亡，抽血離心分離出的S型活菌，型活菌，是否為是否為R菌突變而來呢？菌突變而來呢？肺炎雙球菌的補(bǔ)充知識肺炎雙球菌的補(bǔ)充知識肺炎雙球菌又稱肺炎鏈球菌（肺炎雙球菌又稱肺炎鏈球菌（Diplococus Pneumoniae），屬于原核生物，有），屬于原核生物，有R型型(R-I;R-II;R-III)和和S型型(S-I;S-II;S-III)，它們是肺炎，它們是肺炎雙球菌兩個穩(wěn)定的品系。是一種人畜共患的雙球菌兩個穩(wěn)定的品系。是一種人畜共患的病原菌，其中病原菌，其中S型在人體內(nèi)引起肺炎，在小型在人體內(nèi)引起肺炎，在小白鼠體內(nèi)導(dǎo)致敗血癥，使小白鼠死

5、亡。白鼠體內(nèi)導(dǎo)致敗血癥，使小白鼠死亡。莢膜（莢膜（capsule）：只是某些細(xì)菌在一定）：只是某些細(xì)菌在一定條件下或生長發(fā)育到某一階段時，在細(xì)胞壁條件下或生長發(fā)育到某一階段時，在細(xì)胞壁外一層厚度不均的膠狀物。具有保護(hù)細(xì)菌免外一層厚度不均的膠狀物。具有保護(hù)細(xì)菌免受干旱損傷，可以貯藏養(yǎng)料，堆積代謝產(chǎn)物，受干旱損傷，可以貯藏養(yǎng)料，堆積代謝產(chǎn)物，與細(xì)菌致病性有關(guān)。產(chǎn)生莢膜細(xì)菌在與細(xì)菌致病性有關(guān)。產(chǎn)生莢膜細(xì)菌在固體培固體培養(yǎng)基養(yǎng)基上形成表面濕潤、有光澤、粘液狀的光上形成表面濕潤、有光澤、粘液狀的光滑型（滑型（smooth），即），即S型型菌落菌落。不產(chǎn)生莢。不產(chǎn)生莢膜的細(xì)菌表面干燥、粗糙型膜的細(xì)菌表面干

6、燥、粗糙型(rough)，即，即R型菌落。型菌落。用特異性水解莢膜的酶除去莢膜，細(xì)菌的生用特異性水解莢膜的酶除去莢膜，細(xì)菌的生命活動不受影響。莢膜有自身保護(hù)功能：命活動不受影響。莢膜有自身保護(hù)功能：莢膜富含水，可保護(hù)細(xì)菌免受干燥，大部莢膜富含水，可保護(hù)細(xì)菌免受干燥，大部分細(xì)菌的莢膜由多糖組成；分細(xì)菌的莢膜由多糖組成；能抵御吞噬細(xì)胞的吞噬和其他物質(zhì)的侵害；能抵御吞噬細(xì)胞的吞噬和其他物質(zhì)的侵害；莢膜為主要表面抗原，它是有些病菌的毒莢膜為主要表面抗原，它是有些病菌的毒力因子，故力因子，故S型肺炎雙球菌靠其莢膜致病，而型肺炎雙球菌靠其莢膜致病，而無莢膜的無莢膜的R型為非致病菌。型為非致病菌。產(chǎn)生莢膜與

7、否是細(xì)菌的一種遺傳特性產(chǎn)生莢膜與否是細(xì)菌的一種遺傳特性(根據(jù)莢根據(jù)莢膜的成分不同膜的成分不同S菌又可分為菌又可分為I、II、III型型)，并與，并與環(huán)境條件密切相關(guān)。從莢膜的功能第環(huán)境條件密切相關(guān)。從莢膜的功能第點(diǎn)可點(diǎn)可知，知，S型細(xì)菌進(jìn)入吞噬細(xì)胞后，由于莢膜的型細(xì)菌進(jìn)入吞噬細(xì)胞后，由于莢膜的保護(hù)，能抵抗吞噬和消化作用保護(hù)，能抵抗吞噬和消化作用，從而迅速繁，從而迅速繁殖、擴(kuò)散，引發(fā)機(jī)體發(fā)生疾病，嚴(yán)重時會引殖、擴(kuò)散，引發(fā)機(jī)體發(fā)生疾病，嚴(yán)重時會引起死亡；而起死亡；而R型細(xì)菌無莢膜，會被吞噬細(xì)胞型細(xì)菌無莢膜，會被吞噬細(xì)胞吞噬、消化，所以不能使機(jī)體患病吞噬、消化，所以不能使機(jī)體患病。1928年，格里菲

8、斯將肺炎球菌年，格里菲斯將肺炎球菌S在特在特殊條件下進(jìn)行離體培養(yǎng)，從中分離出殊條件下進(jìn)行離體培養(yǎng)，從中分離出R-II型。當(dāng)他把這種型。當(dāng)他把這種R型的少量活細(xì)菌和大型的少量活細(xì)菌和大量已被殺死的量已被殺死的S混合注射到小家鼠體混合注射到小家鼠體內(nèi)以后，出乎意料，小家鼠卻被致死了。內(nèi)以后，出乎意料，小家鼠卻被致死了。剖檢發(fā)現(xiàn)，小家鼠的心血中有剖檢發(fā)現(xiàn)，小家鼠的心血中有S細(xì)菌。細(xì)菌。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以有三種解釋。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以有三種解釋。S細(xì)菌可能并未完全殺死細(xì)菌可能并未完全殺死。但這種解釋不能。但這種解釋不能成立，成立，因?yàn)閱为?dú)注射經(jīng)過處理的因?yàn)閱为?dú)注射經(jīng)過處理的S時并不能致時并不能致死小家鼠死

9、小家鼠。R型型-II已突變?yōu)橐淹蛔優(yōu)镾-III型型。這一點(diǎn)也不能成立，。這一點(diǎn)也不能成立，因?yàn)槠蕶z發(fā)現(xiàn)的是因?yàn)槠蕶z發(fā)現(xiàn)的是S不是不是S，RII型從型從S突突變而來，理應(yīng)回復(fù)突變?yōu)樽兌鴣?，理?yīng)回復(fù)突變?yōu)?S。R型從殺死的型從殺死的S獲得獲得某種物質(zhì)某種物質(zhì)，導(dǎo)致類型轉(zhuǎn)，導(dǎo)致類型轉(zhuǎn)化，從而恢復(fù)了原先因突變而喪失的合成莢膜化，從而恢復(fù)了原先因突變而喪失的合成莢膜的能力。的能力。格里菲斯肯定了這種解釋。這就是最格里菲斯肯定了這種解釋。這就是最早發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。早發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。（二）艾弗里的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（二）艾弗里的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)思路：設(shè)法將思路：設(shè)法將S型細(xì)菌的各種物質(zhì)分離提純型細(xì)

10、菌的各種物質(zhì)分離提純后，單獨(dú)的觀察各物質(zhì)對轉(zhuǎn)化所起的作用。后，單獨(dú)的觀察各物質(zhì)對轉(zhuǎn)化所起的作用?；畹幕畹腟型菌型菌提提取取多糖多糖RNADNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分別與活的分別與活的R型細(xì)菌混合培養(yǎng)于型細(xì)菌混合培養(yǎng)于固體平板固體平板僅僅R型型僅僅R型型僅僅R型型大量大量R型型少量少量S型型通過觀察菌落即可判斷通過觀察菌落即可判斷正實(shí)驗(yàn)：正實(shí)驗(yàn)：負(fù)實(shí)驗(yàn)：負(fù)實(shí)驗(yàn)：熱死熱死的的S型菌型菌RNA酶酶蛋白酶蛋白酶DNA酶酶分別與活的分別與活的R型細(xì)菌混合培養(yǎng)于型細(xì)菌混合培養(yǎng)于固體平板固體平板大量大量R型，型，少量少量S型型僅僅R型型正實(shí)驗(yàn)的自變量：正實(shí)驗(yàn)的自變量：在在R型細(xì)菌平板上是否出型細(xì)菌平板上是否出現(xiàn)現(xiàn)S

11、型菌落型菌落因變量：因變量：提取的提取的S型菌的不同物質(zhì)型菌的不同物質(zhì)負(fù)實(shí)驗(yàn)的自變量：負(fù)實(shí)驗(yàn)的自變量：因變量：因變量：在在R型細(xì)菌平板上是否出型細(xì)菌平板上是否出現(xiàn)現(xiàn)S型菌落型菌落處理熱死的處理熱死的S菌的酶不同菌的酶不同結(jié)論：結(jié)論：DNA才是使才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)，即：化的物質(zhì)，即： 。DNA才是遺傳物質(zhì)才是遺傳物質(zhì)關(guān)于艾弗里的實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)思考關(guān)于艾弗里的實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)思考1、為什么發(fā)生轉(zhuǎn)化的平板上只有少量、為什么發(fā)生轉(zhuǎn)化的平板上只有少量菌落是菌落是S型細(xì)菌？型細(xì)菌？因?yàn)檗D(zhuǎn)化受因?yàn)檗D(zhuǎn)化受 DNA的純度的純度、兩種細(xì)菌的親緣兩種細(xì)菌的親緣關(guān)系、受體菌的狀態(tài)關(guān)系、受體

12、菌的狀態(tài) 等因素影響，所以轉(zhuǎn)等因素影響，所以轉(zhuǎn)化的效率很低?；男屎艿?。2、為什么正實(shí)驗(yàn)要用活的、為什么正實(shí)驗(yàn)要用活的S菌提取相關(guān)物菌提取相關(guān)物質(zhì)，而負(fù)實(shí)驗(yàn)要用酶處理死的質(zhì)，而負(fù)實(shí)驗(yàn)要用酶處理死的S菌？菌？因?yàn)槿绻脽崴赖囊驗(yàn)槿绻脽崴赖腟菌提取相應(yīng)物質(zhì)，則會在菌提取相應(yīng)物質(zhì)，則會在加熱時便導(dǎo)致其中的蛋白質(zhì)變性失活，再去做加熱時便導(dǎo)致其中的蛋白質(zhì)變性失活，再去做轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，將無法判斷其是否是轉(zhuǎn)化因子；而轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，將無法判斷其是否是轉(zhuǎn)化因子；而如果用酶去處理活的如果用酶去處理活的S菌，會由于膜的選擇透菌，會由于膜的選擇透過性導(dǎo)致酶無法進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，將不能酶解相過性導(dǎo)致酶無法進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，將不能酶

13、解相應(yīng)物質(zhì)，應(yīng)物質(zhì)，S菌存活，結(jié)果將是菌存活，結(jié)果將是S菌直接在平板菌直接在平板上繁殖。上繁殖。例題例題1 1：某研究人員模擬肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，進(jìn)：某研究人員模擬肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了以下行了以下4 4個實(shí)驗(yàn)：個實(shí)驗(yàn)：S S型菌的型菌的DNADNADNADNA酶酶加入加入R R型菌型菌注射入小鼠注射入小鼠R R型菌的型菌的DNADNADNADNA酶酶加入加入S S型菌型菌注射入小鼠注射入小鼠R R型菌型菌DNADNA酶酶高溫加熱后冷卻高溫加熱后冷卻加入加入S S型菌的型菌的DNADNA注射入小鼠注射入小鼠S S型菌型菌DNADNA酶酶高溫加熱后冷卻高溫加熱后冷卻加入加入R R型菌的型菌的

14、DNADNA注射入小鼠注射入小鼠以上以上4 4個實(shí)驗(yàn)中小鼠存活的情況依次是個實(shí)驗(yàn)中小鼠存活的情況依次是( () )A A存活、存活、存活、存活存活、存活、存活、存活B B存活、死亡、死亡、存活存活、死亡、死亡、存活C C死亡、死亡、存活、存活死亡、死亡、存活、存活D D存活、死亡、存活、存活存活、死亡、存活、存活D3、為什么選擇固體平板而不用液體培養(yǎng)基？、為什么選擇固體平板而不用液體培養(yǎng)基？因?yàn)榕袛嗍欠裼幸驗(yàn)榕袛嗍欠裼蠸菌存在的最簡單方法便是菌存在的最簡單方法便是通過菌落的光滑與否。通過菌落的光滑與否。4、艾弗里做負(fù)實(shí)驗(yàn)的目的是什么？、艾弗里做負(fù)實(shí)驗(yàn)的目的是什么？該負(fù)實(shí)驗(yàn)的目的是該負(fù)實(shí)驗(yàn)的目的

15、是從反面證明從反面證明DNA是轉(zhuǎn)化是轉(zhuǎn)化因子因子，雖然可以說明，雖然可以說明DNA的水解產(chǎn)物不是的水解產(chǎn)物不是轉(zhuǎn)化因子，但不是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。轉(zhuǎn)化因子，但不是實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 8、下面為肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中基本步驟的圖示。、下面為肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中基本步驟的圖示。有關(guān)說法正確的是有關(guān)說法正確的是( () )A要加熱處理，要加熱處理，要將提取物分別加入不同培要將提取物分別加入不同培養(yǎng)基，養(yǎng)基，要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基B不加熱處理，不加熱處理，要將提取物分別加入不同培要將提取物分別加入不同培養(yǎng)基，養(yǎng)基，要用液體培養(yǎng)基要用液體培養(yǎng)基C要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，結(jié)果可能有要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，結(jié)果可能有S

16、型和型和R型兩種菌落型兩種菌落D要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，結(jié)果一定只有要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，結(jié)果一定只有S型型或或R型一種菌落型一種菌落C如果某人將純化的如果某人將純化的R型活細(xì)菌在平板上型活細(xì)菌在平板上培養(yǎng)，也出現(xiàn)了少數(shù)的培養(yǎng)，也出現(xiàn)了少數(shù)的S型菌落，是為型菌落，是為什么？什么？基因突變基因突變轉(zhuǎn)化：指受體菌接受供體菌的轉(zhuǎn)化：指受體菌接受供體菌的DNA片段片段，而，而獲得后者獲得后者部分遺傳性狀部分遺傳性狀的現(xiàn)象。最終可實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象。最終可實(shí)現(xiàn)原核生物的原核生物的基因重組基因重組，轉(zhuǎn)化的效率因菌體親，轉(zhuǎn)化的效率因菌體親緣關(guān)系和緣關(guān)系和DNA的純度有關(guān)。的純度有關(guān)。補(bǔ)充補(bǔ)充:轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：基因

17、重組基因重組供體供體雙鏈雙鏈DNA感受態(tài)受體感受態(tài)受體酶解并吸收單鏈酶解并吸收單鏈DNA片段片段同源片段配對同源片段配對單鏈整合單鏈整合轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化未轉(zhuǎn)化未轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化過程圖解細(xì)菌轉(zhuǎn)化過程圖解若若R菌吸收了菌吸收了S菌的菌的DNA片段，是否一片段，是否一定獲得莢膜這一遺傳特性？定獲得莢膜這一遺傳特性？不一定，如果吸收的不一定，如果吸收的DNA片段不與莢膜片段不與莢膜相關(guān)，則不會擁有這一性狀。相關(guān)，則不會擁有這一性狀。例題例題3：科學(xué)家進(jìn)一步研究格里菲思實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)：科學(xué)家進(jìn)一步研究格里菲思實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)：被加熱殺死的被加熱殺死的S型菌自溶，釋放出的部分型菌自溶，釋放出的部分DNA片片段遇到感受態(tài)的段遇到感受態(tài)的R型活菌時，其雙鏈拆開，其中型活菌時，其雙鏈拆開，其中一條鏈降解，另一條單鏈進(jìn)入一條鏈降解，另一條單鏈進(jìn)入R型菌并與其基因型菌并與其基因相應(yīng)相應(yīng)“同源區(qū)段同源區(qū)段”配對，使配對，使R型菌型菌DNA的相應(yīng)片的相應(yīng)片段一條鏈被切除并將其替換，形成段一條鏈被切除并將其替換，形成“雜種雜種DNA區(qū)區(qū)段段”，這樣的細(xì)菌經(jīng)增殖就會出現(xiàn)，這樣的細(xì)菌經(jīng)增殖就會出現(xiàn)S型菌。以下型菌。以下分析不正確的是分析不正確的是A.起轉(zhuǎn)化作用的是具有遺傳效應(yīng)的一段起轉(zhuǎn)化作用的是具有遺傳效應(yīng)的一