第3章 第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)

第3章基因的本質(zhì)基因在染色體上染色體DNA蛋白質(zhì)基因是什么？DNA或蛋白質(zhì)？幾多實驗，幾多論爭。是誰將謎底揭破？DNA是主要的遺傳物質(zhì)了解1.對遺傳物質(zhì)的早期推測2.實驗技術(shù)在證明DNA是主要遺傳物質(zhì)中的作用理解1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程2.噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程應(yīng)用1.總結(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的探索過程2.設(shè)計實驗證明RNA也是遺傳物質(zhì)1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程2.噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì)問題探討：1.你認為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點？①分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定②能貯存大量的遺傳信息，并決定生物的性狀③可以復(fù)制，并能傳遞給后代，保持前后代之間的連續(xù)性2.你認為證明某一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)可行方法有哪些？單獨地、直接地來看這種物質(zhì)的作用（決定性狀等）一、對遺傳物質(zhì)的早期推測1.20世紀(jì)20年代：蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)（蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序多種多樣，可能蘊含著遺傳信息）2.20世紀(jì)30年代：科學(xué)家本可以意識到DNA的重要性，（但由于DNA結(jié)構(gòu)不清晰。蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)仍占主導(dǎo)地位）腺嘌呤（A）P脫氧核糖鳥嘌呤（G）P脫氧核糖胸腺嘧啶（T）P脫氧核糖胞嘧啶（C）P脫氧核糖艾弗里二、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗1、肺炎雙球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗（格里菲思）R型細菌多糖類莢膜S型細菌光滑粗糙有多糖類的莢膜無多糖類的莢膜有毒性，可致死無毒性S型細菌R型細菌菌落菌體毒性R型活細菌①

R型細菌無毒性第一組S型活細菌第二組②S型細菌有毒性加熱殺死S型細菌③

加熱殺死的S型細菌已經(jīng)失活第三組第四組R型活細菌加熱殺死S型細菌④加熱殺死的S型細菌存在能使R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌的轉(zhuǎn)化因子肺炎雙球菌中含有DNA、蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)，那么，究竟什么是轉(zhuǎn)化因子------遺傳物質(zhì)？2、肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗（艾弗里）R型菌S型菌只長R型菌只長R型菌R型菌S型菌DNAS型菌蛋白質(zhì)或莢膜多糖S型菌DNA

+DNA酶R型菌培養(yǎng)基R型菌培養(yǎng)基R型菌培養(yǎng)基R型菌R型菌

S型細菌多糖脂質(zhì)蛋白質(zhì)RNADNA

DNA+DNA酶

分別與R型活細菌混合培養(yǎng)RRRRRRSRS結(jié)論：DNA才是轉(zhuǎn)化因子，即遺傳物質(zhì)蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。DNA純度越高轉(zhuǎn)化效率越高DNA純度不夠，是否是0.02%的蛋白質(zhì)在起轉(zhuǎn)化作用呢，如何獲取單獨的DNA或者蛋白質(zhì)進行實驗？通過分析肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，請思考下列問題：1．仔細觀察并分析教材P43圖3－2、P44圖3－3肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗，討論交流下列問題：(1)格里菲思的轉(zhuǎn)化實驗中有無設(shè)計對照實驗？若有，則對照組和實驗組分別是第幾組？怎樣設(shè)計的？提示：有對照設(shè)計。對照組是第一至三組，分別向健康小鼠體內(nèi)注射R型活細菌、S型活細菌，加熱殺死的S型細菌。實驗組是第四組，向健康小鼠體內(nèi)注射R型活細菌和加熱殺死的S型細菌混合液。(2)在艾弗里第一組(S型細菌DNA和R型活細菌混合培養(yǎng))實驗中，所有R型細菌全部都轉(zhuǎn)化為S型細菌嗎？提示：沒有。大多后代是R型細菌，因轉(zhuǎn)化效率很低，只有少數(shù)R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌。(3)艾弗里實驗第三組，設(shè)計了R型細菌與S型細菌DNA加DNA酶混合培養(yǎng)，分析設(shè)計該組實驗的目的是什么？提示：DNA酶將DNA水解為脫氧核苷酸，分解后的產(chǎn)物不能使R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌，說明DNA必須保持完整性，才能完成其功能。同時證明了DNA是遺傳物質(zhì)。(4)從對照實驗設(shè)計角度分析：①艾弗里實驗的單一變量是什么？提示：向R型細菌培養(yǎng)基中加入從S型細菌提取的不同物質(zhì)。②將可能作為“轉(zhuǎn)化因子”的各種物質(zhì)，分別進行實驗的設(shè)計意圖是什么？提示：進行相互對照，可對實驗結(jié)果進行對比分析，得出結(jié)論，同時可避免其他物質(zhì)的干擾。(5)在肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，能夠證明DNA是遺傳物質(zhì)的最關(guān)鍵的實驗設(shè)計思路是什么？提示：將DNA與蛋白質(zhì)、多糖等其他物質(zhì)分開，單獨地、直接地觀察每種物質(zhì)的作用。2．判斷正誤：(1)格里菲斯和艾弗里分別用不同的方法證明DNA是遺傳物質(zhì)。()(2)艾弗里實驗中DNA＋R型活菌培養(yǎng)基上生存的細菌都是S型菌。()(3)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。()×××三、噬菌體侵染細菌的實驗（1）噬菌體的結(jié)構(gòu)（赫爾希和蔡斯）(噬菌體是細菌病毒)病毒核酸蛋白質(zhì)（外殼或衣殼）（內(nèi)部）（DNA或RNA）病毒只含有一種核酸（DNA或RNA）（2）病毒的增殖①生活方式：寄生

于活細胞中（不能用培養(yǎng)基來培養(yǎng)病毒）②增殖過程：吸附注入吸附注入合成合成組裝組裝釋放釋放吸附：噬菌體的尾部吸附在細菌的表面，以便侵染細菌注入：噬菌體將自身DNA注入到細菌體內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在外面合成：在噬菌體DNA的指導(dǎo)下，以細菌中原料（AA、核苷酸）合成噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA組裝：合成的蛋白質(zhì)外殼和DNA在細菌內(nèi)組裝成新的噬菌體釋放：組裝成的新的噬菌體內(nèi)從細菌體釋放，再侵染其他的細菌（3）實驗方法：蛋白質(zhì)的組成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N、P

（標(biāo)記32P）（標(biāo)記35S）同位素標(biāo)記法①標(biāo)記噬菌體：a.標(biāo)記大腸桿菌（分別用35S和32P標(biāo)記的培養(yǎng)基培養(yǎng)）含35S的培養(yǎng)基+大腸桿菌→含35S的大腸桿菌b.標(biāo)記噬菌體（分別用35S和32P標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體）含32P的培養(yǎng)基+大腸桿菌→含32P的大腸桿菌含35S的大腸桿菌+噬菌體→含35S的噬菌體含32P的大腸桿菌+噬菌體→含32P的噬菌體DNA的組成元素：被35S標(biāo)記的噬菌體被32P標(biāo)記的噬菌體被35S標(biāo)記的噬菌體與細菌混合被32P標(biāo)記的噬菌體與細菌混合噬菌體外殼被侵染的細菌噬菌體侵染細菌注入的是DNA放射性的不同，說明了？細菌裂解后，釋放的噬菌體無35S的蛋白質(zhì)，有32P的DNA，說明了？親代與子代之間有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)上清液②噬菌體侵染細菌：通過分析T2噬菌體侵染細菌的實驗，請思考：1．仔細觀察教材P45圖3－6，探討下列有關(guān)問題：(1)實驗中為什么選擇35S和32P這兩種同位素分別對蛋白質(zhì)和DNA進行標(biāo)記？能利用14C和15N同位素進行標(biāo)記嗎？試說明理由。提示：①因為S僅存在于T2噬菌體的蛋白質(zhì)中，而P主要存在于DNA中，故用35S和32P分別標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA。②不能。因為T2噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA中均含有這兩種元素，無法將DNA和蛋白質(zhì)區(qū)分開。(2)請根據(jù)噬菌體的代謝特點，分析能否直接利用分別含放射性同位素35S和32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體？說明原因。提示：不能。因為病毒無細胞結(jié)構(gòu)，其體內(nèi)缺少完整的獨立生活的酶系統(tǒng)，專營活細胞內(nèi)寄生生活，病毒在普通培養(yǎng)基上無法生存。(3)在T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗中需經(jīng)過短時間保溫后，再攪拌、離心、檢測放射性。分析控制短時間的原因是什么？提示：短時間，防止已被T2噬菌體侵染的大腸桿菌裂解釋放出子代噬菌體、干擾實驗結(jié)果。(4)噬菌體侵染大腸桿菌實驗，除證明DNA是遺傳物質(zhì)外，還能得出哪些結(jié)論？提示：本實驗還能間接證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個特點：

①DNA使前后代保持一定的連續(xù)性(即DNA復(fù)制)。②DNA能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制生物的新陳代謝過程和性狀。思考(1)僅用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，侵染細菌后攪拌離心，實驗結(jié)果為離心管下層放射性較強，說明噬菌體的DNA已經(jīng)進入細菌體內(nèi)了。而上層的上清液中也有較弱的放射性，應(yīng)該怎么解釋？(2)僅用35S標(biāo)記噬菌體外殼，侵染細菌后攪拌離心，實驗結(jié)果為離心管上層放射性較強，說明噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進入細菌體內(nèi)。而下層沉淀物中也有較弱放射性，應(yīng)該如何解釋？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噬菌體和大腸桿菌混合培養(yǎng)到用離心機分離，這一段保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放子代，經(jīng)離心后分布于上清液，也會使上清液中出現(xiàn)放射性。③T2噬菌體的化學(xué)成分中，99%的磷元素存在于DNA分子中，可能是另外1%的磷使上清液顯示出很弱的放射性。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。2．判斷正誤：(1)用32P標(biāo)記的T2噬菌體侵染大腸桿菌，若實驗中攪拌不充分，會造成上清液中有很高的放射性。()(2)噬菌體侵入大腸桿菌后，進行DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成的原料來自自身攜帶的物質(zhì)。()(3)用含32P的普通培養(yǎng)基培養(yǎng)T2噬菌體，可標(biāo)記噬菌體的DNA。()×××與肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的比較相同點①均使DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨處理，觀察它

們各自的作用②都遵循了對照原則③都能證明DNA是遺傳物質(zhì)，但不能證明

DNA是主要的遺傳物質(zhì)不同點方法不同艾弗里實驗直接分離：分離S型細菌的DNA、多糖、蛋白質(zhì)等，分別與R型菌混合培養(yǎng)噬菌體侵染細菌實驗同位素標(biāo)記法：分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)的特殊元素(32P和35S)，侵染時自然分離

[練一練]

1.有人試圖通過實驗來了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些過程，設(shè)計實驗如圖：一段時間后，檢測子代H5N1病毒的放射性及S、P，表中對結(jié)果的預(yù)測最可能發(fā)生的是(

)選項放射性SPA全部無全部32S全部31PB全部有全部35S多數(shù)32P，少數(shù)31PC少數(shù)有全部32S少數(shù)32P，多數(shù)31PD全部有全部35S少數(shù)32P，多數(shù)31P答案D煙草花葉病毒感染煙葉的實驗RNA蛋白質(zhì)感染不感染RNA是遺傳物質(zhì)，四、RNA是遺傳物質(zhì)（少數(shù)RNA病毒：TMV，HIV，SARS病毒、流感病毒）