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1、第三章第三章 基因的本质基因的本质第一节第一节观察生活中的现象观察生活中的现象 遗传，到底传递什么？减数分裂受精作用有丝分裂染色体在生物的传种接代中能够保持一定的连续性和稳定性，因此在生物的遗传上起主要作用。到底到底DNA和蛋白质谁是遗传物质呢？和蛋白质谁是遗传物质呢？一、对遗传物质的早期推测一、对遗传物质的早期推测认为认为“蛋白质是遗传物质的观点蛋白质是遗传物质的观点”仍占仍占主导地位主导地位20世纪世纪30年代：认识到年代：认识到DNA有重要作用有重要作用 但是但是,对其结构不清楚对其结构不清楚.20世纪世纪20年代：蛋白质是生物的遗传物质年代：蛋白质是生物的遗传物质 艾弗里艾弗里赫尔希赫
2、尔希向向“蛋白质是遗传物质的观点蛋白质是遗传物质的观点”提出挑提出挑战的学者有战的学者有:格里菲思格里菲思实验材料：肺炎双球菌、小鼠实验材料：肺炎双球菌、小鼠二、肺炎双球菌转化实验二、肺炎双球菌转化实验 （一）体内转化实验（一）体内转化实验(1928年年,英国英国,格里菲思格里菲思)肺炎双球菌类型有无多糖类荚膜菌落有无毒性R型S型（一）肺炎双球菌的转化实验（一）肺炎双球菌的转化实验有多糖荚膜粗糙光滑无多糖荚膜有毒无毒1234 步骤方 法现象结 论（一）体内转化实验格里菲思等R型活菌S型 活 菌加热杀死 S型菌 R型 活 细菌+S型 死 细 菌活死活R型活菌无毒型活菌无毒S型活菌有毒型活菌有毒加
3、热杀死的加热杀死的S型菌无毒型菌无毒死死 体内有体内有S型活细菌型活细菌1234 步骤方 法现象结 论（一）体内转化实验格里菲思等R型活菌S型 活 菌加热杀死 S型菌 R型 活 细菌+S型 死 细 菌活死活R型活菌无毒型活菌无毒S型活菌有毒型活菌有毒加热杀死的加热杀死的S型菌无毒型菌无毒死 体内有S型活细菌 R型 活 细菌+S型 死 细 菌死 体内有S型活细菌 R型 活 细菌 S型 死 细 菌 +S型活 细 菌 （某种物质）存在存在“转化因子转化因子”S型假如你是当时的科学家假如你是当时的科学家,应该怎应该怎样设计实验来证明样设计实验来证明“转化因子转化因子”是什么物质是什么物质?讨论讨论:“
4、转化因子”是什么？S型细菌的化学组分图多糖脂质蛋白质DNARNAS型细菌中有这些组分，如何知道哪种组分是转化因子呢？如果这些物质一直在一起，能不能观察到它们单独所起的作用？关键的思路是（二）体外转化实验（二）体外转化实验艾弗里艾弗里S型活菌R 型 活 菌 培 养 基RRRRR S多糖脂质蛋白质RNADNADNA+DNA酶R结论是把各种物质分开单独地起作用把各种物质分开单独地起作用DNA是肺炎双球菌的遗传物质S【敲敲自己的脑袋敲敲自己的脑袋】肺炎双球菌转化的实质和影响因素肺炎双球菌转化的实质和影响因素(1)(1)加热以后的加热以后的S S型细菌蛋白质失活，型细菌蛋白质失活，DNADNA就不失活吗
5、？就不失活吗？蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的，在加热蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的，在加热杀死的杀死的S S型细菌中，其蛋白质变性失活，但型细菌中，其蛋白质变性失活，但DNADNA并未变性并未变性失活，失活，DNADNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但缓慢冷却时，其结构可恢复。缓慢冷却时，其结构可恢复。【敲敲自己的脑袋敲敲自己的脑袋】肺炎双球菌转化的实质和影响因素肺炎双球菌转化的实质和影响因素(2)R(2)R型细菌转化成型细菌转化成S S型细菌是基因突变吗？型细菌是基因突变吗？转化的实质转化的实质并不是基因发生突变并不是基因发生突变，
6、而是，而是S S型细菌的型细菌的DNADNA片段整合到了片段整合到了R R型细菌的型细菌的DNADNA中，即实现了中，即实现了基因重组基因重组。【敲敲自己的脑袋敲敲自己的脑袋】肺炎双球菌转化的实质和影响因素肺炎双球菌转化的实质和影响因素(3)(3)在转化过程中是不是所有的在转化过程中是不是所有的R R型细菌均转化成型细菌均转化成S S型细型细菌？菌？不是，只有少部分不是，只有少部分R R型细菌转化为型细菌转化为S S型细菌。原因是型细菌。原因是转化受转化受DNADNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。态等因素影响。【典例典例训练训练1】(
7、2011广广东东高考高考)艾弗里和同事用艾弗里和同事用R型和型和S型肺炎双球菌型肺炎双球菌进进行行实验实验，结结果如下表。从表可知果如下表。从表可知实验实验组组号号接种接种菌型菌型加入加入S型菌物型菌物质质培养皿培养皿长长菌菌情况情况R蛋白蛋白质质R型型R荚荚膜多糖膜多糖R型型RDNAR型、型、S型型RDNA（经经DNA酶酶处处理）理）R型型A.不能不能证证明明S型菌的蛋白型菌的蛋白质质不是不是转转化因子化因子B.说说明明S型菌的型菌的荚荚膜多糖有膜多糖有酶酶活性活性C.和和说说明明S型菌的型菌的DNA是是转转化因子化因子D.说说明明DNA是主要的是主要的遗传遗传物物质质疑问：疑问：由于艾弗里
8、的实验中提取的由于艾弗里的实验中提取的DNA，纯，纯度最高时也还有度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，的蛋白质，因此，仍有人表示怀疑。仍有人表示怀疑。那么要怎样设计才能让人无可挑剔呢那么要怎样设计才能让人无可挑剔呢？设法把设法把DNA和蛋白质分开，然后单独、和蛋白质分开，然后单独、直接观察直接观察DNA和蛋白质的作用。和蛋白质的作用。实验中最关键的设计思路实验中最关键的设计思路三、噬菌体侵染细菌的实验三、噬菌体侵染细菌的实验实验材料：实验材料：T T2 2噬菌体噬菌体实验新技术：实验新技术：放射性同位素标记法放射性同位素标记法 用放射性同位素标记化合物，通过用放射性同位素标记化合物，通过检
9、测放射性可追踪化合物的运行。检测放射性可追踪化合物的运行。用不同放射性同位素分别标记用不同放射性同位素分别标记噬菌体的噬菌体的DNA和蛋白质。和蛋白质。感悟科学家探究历程感悟科学家探究历程1.1.为什么选择为什么选择3535S S和和3232P P这两种元素分别对蛋白这两种元素分别对蛋白质和质和DNADNA标记？用标记？用1414C C和和1818O O同位素标记可行吗同位素标记可行吗？C、H、O、N、SC、H、O、N、P（标记（标记（标记（标记32323232P P P P）（标记（标记（标记（标记35353535S S S S）DNA和蛋白质中均有和蛋白质中均有N元素元素,无法把无法把DN
10、A和蛋白质分和蛋白质分开单独地研究开单独地研究研究噬菌体的遗传物质，关键的思路是：把DNA和蛋白质分开单独地研究分开的方法同位素标记法二.噬菌体侵染细菌的实验未标记的细菌未标记的细菌搅拌离心T2噬菌体被感染的细菌搅拌离心T2噬菌体被感染的细菌35S32P搅拌离心搅拌离心T2噬菌体被感染的细菌T2噬菌体被感染的细菌未标记的细菌未标记的细菌3.噬菌体侵染细菌的实验结果搅拌离心搅拌离心T2噬菌体被感染的细菌T2噬菌体被感染的细菌裂解子代噬菌体 没有35S子代噬菌体 有32P裂解未标记的细菌未标记的细菌3.噬菌体侵染细菌的实验结果35S32P4.(4.(双选双选)T)T2 2噬菌体是噬菌体的一个品系，
11、是一类专噬菌体是噬菌体的一个品系，是一类专门寄生在细菌体内的病毒，头部呈正门寄生在细菌体内的病毒，头部呈正2020面体，具有面体，具有蝌蚪状外形。下列关于蝌蚪状外形。下列关于T T2 2噬菌体的叙述错误的是噬菌体的叙述错误的是A.A.外壳由蛋白质构成外壳由蛋白质构成B.B.头部包裹的头部包裹的DNADNA作为遗传物质作为遗传物质C.C.是生命体，能独立进行新陈代谢是生命体，能独立进行新陈代谢D.D.繁殖子代需要的原料来自噬菌体本身繁殖子代需要的原料来自噬菌体本身【解析解析】选选C C、D D。2.2.怎样让噬菌体蛋白质中的怎样让噬菌体蛋白质中的S S元素和元素和DNADNA中中的的P P元素被
12、放射性同位素标记？元素被放射性同位素标记？第一步：标记细菌：第一步：标记细菌：细菌含细菌含3535S S的培养基的培养基 含含3535S S的细菌的细菌 细菌含细菌含3232P P的培养基的培养基 含含3232P P的细菌的细菌 第二步：标记噬菌体：第二步：标记噬菌体：噬菌体含噬菌体含3535S S的细菌的细菌 含含3535S S的噬菌体的噬菌体 噬菌体含噬菌体含3232P P的细菌的细菌 含含3232P P的噬菌体的噬菌体 图图 3-6 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验噬菌体侵染大肠杆菌的实验图图 3-6 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验噬菌体侵染大肠杆菌的实验图图 3-6 T2噬菌体侵染大肠杆菌的
13、实验噬菌体侵染大肠杆菌的实验结论结论DNADNA是遗传物质是遗传物质思考与讨论思考与讨论1.细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：（细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：（1）个体个体很小，结构简单很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和，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。（核酸和蛋白质外壳。（2）繁殖快。繁殖快。细菌细菌2030 min就可就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。2.最关键的实验设计思路是最关键的实验设计思路是设法把设
14、法把DNA与蛋白质分开，单与蛋白质分开，单独地、直接地去观察独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。或蛋白质的作用。3.艾弗里艾弗里采用的主要技术手段有采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术提纯和鉴定技术等。等。赫尔希赫尔希采用的主要技术手段有采用的主要技术手段有噬菌体噬菌体的培养技术、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。术等。科学成果的取得必须有技术手段做保证，技术的发展需要科学成果的取得必须有技术手段做保证，技术的发展需要以科学原理为基础以科学原理为基础，因此，科学与技术是，因此，科学与技术是
15、相互支持、相互相互支持、相互促进的。促进的。【高考警示钟高考警示钟】1.1.噬菌体侵染细菌实验中的标记误区噬菌体侵染细菌实验中的标记误区(1)(1)该实验该实验不能标记不能标记C C、H H、O O、N N这些这些DNADNA和蛋白质共有和蛋白质共有的元素，否则无法将的元素，否则无法将DNADNA和蛋白质区分开。和蛋白质区分开。(2)(2)3535S(S(标记蛋白质标记蛋白质)和和3232P(P(标记标记DNA)DNA)不能同时标记在同不能同时标记在同一噬菌体上一噬菌体上，因为放射性检测时只能检测到存在部位，因为放射性检测时只能检测到存在部位，不能确定是何种元素的放射性。不能确定是何种元素的放
16、射性。2.2.噬菌体侵染细菌实验与艾弗里的肺炎双球菌转化实噬菌体侵染细菌实验与艾弗里的肺炎双球菌转化实验的方法不同验的方法不同(1)(1)前者采用前者采用放射性同位素标记法放射性同位素标记法，即分别标记，即分别标记DNADNA和和蛋白质的特征元素蛋白质的特征元素(3232P P和和3535S)S)；(2)(2)后者则采用后者则采用直接分离法直接分离法，即分离，即分离S S型细菌的型细菌的DNADNA、多糖、蛋白质等，分别与多糖、蛋白质等，分别与R R型细菌混合培养。型细菌混合培养。共同点：设法将DNA与其他成分（特别是蛋白质）分开，单独地直接观察他们各自的作用1.1.在证明在证明DNADNA是
17、遗传物质的实验中，赫尔希和蔡斯分别是遗传物质的实验中，赫尔希和蔡斯分别用用3232P P和和3535S S标记噬菌体的标记噬菌体的DNADNA和蛋白质，在图中，标记和蛋白质，在图中，标记元素所在部位依次是元素所在部位依次是()()A.B.C.D.A.B.C.D.R基基磷酸基团磷酸基团3535S S3232P P变式训练变式训练1：如果用如果用15N、32P、35S标记噬菌标记噬菌体后，让其侵染未标记的细菌，在产生的体后，让其侵染未标记的细菌，在产生的子子代噬菌体代噬菌体的组成结构成分中，能够找到放射的组成结构成分中，能够找到放射性元素为：性元素为：A、可在外壳中找到、可在外壳中找到15N和和3
18、5SB、可在、可在DNA中找到中找到15N和和32PC、可在外壳中找到、可在外壳中找到15ND、可在、可在DNA中找到中找到15N、35S和和32PDNADNA是唯一的遗传物质吗？是唯一的遗传物质吗？【案例介绍案例介绍】科学家通过大量科学家通过大量的研究发现，绝大多数生物的的研究发现，绝大多数生物的遗传物质是遗传物质是DNADNA，但，但RNARNA病毒只病毒只含有含有RNARNA和蛋白质（如烟草花和蛋白质（如烟草花叶病毒），它的遗传物质是叶病毒），它的遗传物质是RNARNA还是蛋白质呢？还是蛋白质呢？设计实验：证明烟草花叶病毒的遗传物质是设计实验：证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNARNA或蛋
19、白质。或蛋白质。学学以以致致用用RNA 蛋白质蛋白质 感染感染 不感染不感染 烟草花烟草花叶病毒叶病毒烟叶烟叶 烟叶烟叶 得花叶病得花叶病得花叶病得花叶病不得花叶病不得花叶病不得花叶病不得花叶病四、四、DNA是是主要主要的遗传物质的遗传物质（一）（一）RNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据结论：结论：烟草花叶病毒的烟草花叶病毒的RNARNA控制其性状，控制其性状，RNA是是烟草花叶病毒的遗传物质。烟草花叶病毒的遗传物质。缺对照？缺对照？DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质遗传物质遗传物质所有细胞生物（原核、真核）所有细胞生物（原核、真核）含含DNA、RNA，遗传物质是，遗传物质是DNA只含只
20、含DNA的病毒（如：噬菌体），的病毒（如：噬菌体），遗传物质是遗传物质是DNA只含只含RNA的病毒（如：的病毒（如：烟草花叶烟草花叶病毒病毒），遗传物质是），遗传物质是RNAH1N1、H5N1、SARS、HIV、流感病毒、流感病毒 绝大部分生物以绝大部分生物以DNA为遗传物质为遗传物质，DNA为主为主要遗传物质要遗传物质植物细胞中植物细胞中DNA的载体：的载体：动物细胞中动物细胞中DNA的载体：的载体：五、五、DNA的分布的分布原核细胞和病毒没有染色体。原核细胞和病毒没有染色体。染色体、叶绿体、线粒体染色体、叶绿体、线粒体染色体、线粒体染色体、线粒体因为因为DNA主要存在于染色体上，所以遗传主
21、要存在于染色体上，所以遗传物质的主要载体是染色体物质的主要载体是染色体;课后练习课后练习基础题基础题 1.（1）（）（）;(2)（）。）。2.C。3.D。拓展题拓展题1.实验表明，噬菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠实验表明，噬菌体在感染大肠杆菌时，进入大肠杆菌内的主要是杆菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质却留在大，而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的肠杆菌的外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。2.肺炎双球
22、菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：结构比较稳定结构比较稳定;能够精确地复制自己；能够指导蛋能够精确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的能力贮存遗传信息的能力,能够产生可遗传的变异等。能够产生可遗传的变异等。1.(20101.(2010江苏高考江苏高考)探索遗传物质的过程是漫长的，探索遗传物质的过程是漫长的，直到直到2020世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物世纪初期，人们仍普遍
23、认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括质。当时人们作出判断的理由不包括()()A.A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异不同生物的蛋白质在结构上存在差异B.B.蛋白质与生物的性状密切相关蛋白质与生物的性状密切相关C.C.蛋白质比蛋白质比DNADNA具有更高的热稳定性，并且能够自我具有更高的热稳定性，并且能够自我复制复制D.D.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息传信息2.(20122.(2012茂名模拟茂名模拟)艾弗里的肺炎双球菌转化实验和艾弗里的肺炎双球菌转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，都能证明赫尔希、蔡斯的噬菌体侵
24、染细菌实验，都能证明DNADNA是遗传物质，对这两个实验的研究方法可能有：是遗传物质，对这两个实验的研究方法可能有：设法把设法把DNADNA与蛋白质分开，研究各自的效应；与蛋白质分开，研究各自的效应；放射性同位素标记法。下列有关叙述正确的是放射性同位素标记法。下列有关叙述正确的是()A.A.两者都运用了两者都运用了和和B.B.前者运用了前者运用了，后者运用了，后者运用了C.C.前者只运用了前者只运用了，后者运用了，后者运用了和和D.D.前者只运用了前者只运用了，后者运用了，后者运用了和和设法把各种物质分开设法把各种物质分开用放射性同位素标记法设法把各种物质分开用放射性同位素标记法设法把各种物质
25、分开课时课时提能演提能演练练(十八十八)7.(20127.(2012中山模拟中山模拟)以下关于核酸的叙述中，错误的以下关于核酸的叙述中，错误的有有()()甲流病毒由于无细胞核，所以不含核酸甲流病毒由于无细胞核，所以不含核酸乳酸菌内核酸、核苷酸、碱基的种类分别为乳酸菌内核酸、核苷酸、碱基的种类分别为2 2、8 8、5 5核酸彻底水解的产物有核苷酸、含氮碱基、核酸彻底水解的产物有核苷酸、含氮碱基、五碳糖、磷酸五碳糖、磷酸核酸有遗传、变异、催化、调节、供能等作用核酸有遗传、变异、催化、调节、供能等作用A.B.A.B.C.D.C.D.病毒由蛋白质病毒由蛋白质+核酸构成核酸构成乳酸菌体内既有乳酸菌体内既有DNADNA，也有，也有RNARNA初步水解得到核苷酸初步水解得到核苷酸调节：激素、神经递质等调节：激素、神经递质等供能：糖类、脂肪等供能：糖类、脂肪等