【高中生物】DNA是主要的遗传物质课件 高一下学期生物人教版2019必修2.pptx

DNA是主要的遗传物质阐明阐明DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质的探索过程的探索过程说明说明DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质说明自变量控制中的加法说明自变量控制中的加法原理和减法原理原理和减法原理认同人类对遗传物质的认认同人类对遗传物质的认识是不断深化不断完善的识是不断深化不断完善的过程，认同实验技术在证过程，认同实验技术在证明明DNADNA是遗传物质中的作用是遗传物质中的作用DNA是主要的遗传物质01遗传物质的早期推测对遗传物质的早期推测An early guess of genetic material科学家发现：染色体科学家发现：染色体主要组成成分主要组成成分蛋白质蛋白质和和DNA。DNA染色体在遗传上染色体在遗传上的连续性和稳定的连续性和稳定性性?蛋白质蛋白质孟德尔通过豌豆孟德尔通过豌豆实验证明生物的实验证明生物的性状由性状由遗传因子遗传因子控制控制摩尔根通过果蝇摩尔根通过果蝇实验证明基因位实验证明基因位于于染色体染色体上上DNA分子蛋白质染色质染色体染色体染色体DNADNA蛋白质蛋白质?讨论：讨论：1.1.你认为遗传物质可能具有什么特点？你认为遗传物质可能具有什么特点？2.2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？结构比较稳定结构比较稳定;能储存大量遗传信息能储存大量遗传信息;可准确复制，传递给下一代等。可准确复制，传递给下一代等。将特定的遗传物质转移给后代，观察后代的性状等等问题探讨 1.20世纪20年代 蛋白质是遗传物质氨基酸的多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息 2.20世纪30年代后DNA才是遗传物质基本单位：脱氧核糖核苷酸 一、对遗传物质的早期推测是蛋白质！是DNA要通过要通过实验实验证明证明DNADNA还是蛋白质或其他物质还是蛋白质或其他物质是遗传物质，最关键的设计思路是什么？是遗传物质，最关键的设计思路是什么？必须将蛋白质、其他物质与必须将蛋白质、其他物质与DNADNA分开，分开，单独、直接地观察它们的作用，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。才能确定究竟谁是遗传物质。证明证明DNADNA是遗传物质的实验是遗传物质的实验格里菲思体内转化实验艾弗里的体外转化实验格里菲思格里菲思艾弗里艾弗里赫尔希赫尔希蔡斯蔡斯肺炎链球菌的转化实验噬菌体侵染细菌的实验DNA是主要的遗传物质01遗传物质的早期推测02肺炎链球菌的转化实验20世纪初，肺炎大爆发，美国每年有世纪初，肺炎大爆发，美国每年有5万人因肺炎去世。而引发肺炎的万人因肺炎去世。而引发肺炎的罪魁祸首是罪魁祸首是肺炎链球菌肺炎链球菌。肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀伤力，伤力，使小鼠患肺炎，并发败血症死亡使小鼠患肺炎，并发败血症死亡。肺炎链球菌肺炎链球菌小鼠死亡小鼠死亡实验材料：两种肺炎链球菌 多糖类荚膜R型菌S型菌R型S型表面多糖类荚膜毒性光滑粗糙有无有无二、肺炎链球菌的转化实验第二组注射R型活细菌小鼠不死亡第一组小鼠死亡，分离出S型活细菌注射S型活细菌小鼠不死亡第三组注射加热致死的S型细菌小鼠死亡，分离出S型活细菌第四组R型活细菌+加热致死S型细菌对照原则、单一变量原则格格 里里 菲菲 斯斯 体体 内内 转转 化化 实实 验验R型菌S型菌加热杀死的S型菌加热杀死的S型菌R型细菌依据第一组和第三组的实验结果，推测第四组实验结果直接原因？R型活细菌S型活细菌S型死细菌某种活某种活性物质性物质推断:已经加热杀死的S型细菌中，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质 。转化因子精讲点拨小鼠体内提取出S型活细菌和R型活细菌结论:S型死菌中含有一种“转化因子”，能使R型菌转化为S型菌使小鼠致死。R+S活R死S小鼠死亡S活S S中的转化因子体外转化多糖脂质 蛋白质RNA DNA多糖蛋白质RNADNA脂质S型细菌关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。03艾弗里思考1：在杀死的S型细菌中含有哪些物质？思考2：哪一个才是转化因子呢？那如何才能在这些物质中将它找出来呢？你有何想法？【知识链接【知识链接】有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取液第一组+S型细菌R型细菌第二至四组+S型细菌R型细菌混合混合第五组+混合只长R型细菌DNA酶蛋白酶（或RNA酶、酯酶）二、肺炎链球菌的转化实验对照组蛋白酶S型菌的细胞提取物RNA酶酯酶DNA酶 分别与R型活菌混合培养R+SR+SR+SR+SR R艾弗里实验过程归纳每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了自变量控制中的“减法原理”自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”应用场景：对照实验加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素。（eg.比较过氧化氢在不同条件下的分解实验）减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素。（eg.艾弗里的肺炎链球菌转化实验）科学方法艾艾 佛佛 里里 体体 外外 转转 化化 实实 验验有有R型细菌型细菌的培养液的培养液S型细菌的型细菌的细胞提取液细胞提取液+S型细菌型细菌R型细菌型细菌有有R型细菌型细菌的培养液的培养液S型细菌的型细菌的细胞提取液细胞提取液+S型细菌型细菌R型细菌型细菌混合混合混合混合有有R型细菌的型细菌的培养液培养液S型细菌的型细菌的细胞提取液细胞提取液+混合混合只长只长R型细菌型细菌DNA酶酶蛋白酶（或蛋白酶（或RNA酶、酯酶）酶、酯酶）实验结论：实验结论：DNA才是使才是使R型菌产生型菌产生稳定遗传变化稳定遗传变化的物质的物质。对照原则、单一变量原则S型菌荚膜控制荚膜形成的X基因加热杀死被破坏的S型菌X基因吸附在R型菌表面X基因进入R型菌重组部分R型菌转化成S型菌 蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。基因重组S型细菌荚膜控制荚膜形成的X基因加热杀死被破坏的S型细菌X基因吸附在R型细菌表面X基因进入R型细菌重组R型细菌转化成S型细菌只是少数R型细菌转化为S型细菌深入分析R型细菌转化为S型细菌的本质是什么？破坏了谁？保留了谁？项目体内转化实验体外转化实验培养细菌在小鼠体内体外培养基实验对照R型细菌与S型细菌的致病性对照S型细菌各组成成分的作用进行对照巧妙构思用加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内，与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验，说明确实发生了转化每个实验组用酶解法特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质实验结论S型细菌体内有“转化因子”S型细菌的DNA是遗传物质联系所用材料相同体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸两实验都遵循对照原则、单一变量原则肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较请完成任务纸1、肺炎链球菌感染小鼠后，其合成蛋白质的场所是小鼠细胞的核糖体。（）2、将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，一段时间后培养基中会有两种菌落。（）3、艾弗里的实验结论是DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，理由是只有DNA才能是R型细菌转化为S型细菌。（）4、加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂，失去活性。（）5、如果把S型细菌的DNA提取出来直接注射小鼠体内，也能从小鼠体 内分离得到S型细菌。（）概念检测03 04艾弗里的实验提取物不纯03 04赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另外一个有说服力的实验。01遗传物质的早期推测02肺炎链球菌转化实验03噬菌体侵染细菌的实验DNA是主要的遗传物质实验材料实验材料：T2噬菌体 大肠杆菌噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯）选材的原因：结构简单，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，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。为什么？细菌病毒，专门寄生在大肠杆菌T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程1、吸附2、注入3、合成4、组装5、释放噬菌体侵染细菌电镜复原照片噬菌体侵染细菌电镜复原照片 根据T2噬菌体的结构（只含DNA和蛋白质）和增殖特点你们认为注入的物质有几种可能呢？1 1、只有（）注入了大肠杆菌细胞内2 2、只有（）注入了大肠杆菌细胞内3 3、（）都注入了大肠杆菌细胞内蛋白质DNA蛋白质和DNA推测噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希和蔡斯）思考：如何将噬菌体的DNA和蛋白质分开分别观察其作用？(放射性)同位素标记尾部头部DNA蛋白质(C、H、O、N、P )(C、H、O、N、S )四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验3.实验方法（35S标记）（32P标记）T2噬菌体侵染细菌实验哪一种物质进入哪一种物质进入了大肠杆菌体内了大肠杆菌体内？DNA和蛋白质不能和蛋白质不能直接看到，怎么办直接看到，怎么办？放射性分别标记放射性分别标记DNA和蛋白质和蛋白质选择什么元素进选择什么元素进行放射性标记行放射性标记实验方法：放射性同位素标记实验方法：放射性同位素标记组成元素蛋白质:DNA：C、H、O、N、SC、H、O、N、P35S32P可以直接标记噬菌体吗？不可以，噬菌体是病毒，无法单不可以，噬菌体是病毒，无法单独在培养基上存活，应用含被标记的独在培养基上存活，应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体大肠杆菌培养基培养噬菌体制备含有放射性标记噬菌体过程示意图离心含35S培养基含35S细菌噬菌体侵染含35S细菌含35S噬菌体含32P培养基含32P细菌噬菌体侵染含32P细菌含32P噬菌体2、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验（1952年）三、噬菌体侵染细菌的实验35S标记的噬菌体标记的噬菌体32P标记的噬菌体标记的噬菌体侵染噬菌体将遗传物质注入大肠杆菌暂停、思考三、噬菌体侵染细菌的实验亲代噬菌体离心搅拌使吸附在大肠杆菌外的噬菌体分离使亲子代噬菌体分离获得含有子代噬菌体的大肠杆菌大肠杆菌子代噬菌体分别用35S或32P标记噬菌体与大肠杆菌混合经短时间保温后用搅拌器搅拌离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性32P标记的噬菌体35S标记的噬菌体 ：上清液放射性很上清液放射性很高高，沉淀物放射性很沉淀物放射性很低。低。上清液放射性上清液放射性很低，很低，沉淀物放射性沉淀物放射性很很高高。子代噬菌子代噬菌体中无体中无3535S S子代噬菌子代噬菌体体中含中含3232P P被35S标记的噬菌体被32P标记的噬菌体说明：T2噬菌体侵染细菌时，将 注入细菌的细胞内，蛋白质外壳留在仍留在外面。离心离心DNA赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验实验实验结果：结果：误差分析亲代噬菌体亲代噬菌体上清液上清液(主要是主要是噬菌体外壳噬菌体外壳)沉淀物沉淀物(主要是主要是被被侵染的大肠杆菌侵染的大肠杆菌)细菌裂解释放出的子细菌裂解释放出的子代噬菌体有无放射性代噬菌体有无放射性35S-蛋白质蛋白质32P-DNA放射性高放射性高放射性低放射性低没有检测到没有检测到35S放射性低放射性低放射性高放射性高检测到检测到32P35S标记的噬菌体标记的噬菌体32P标记的噬菌体标记的噬菌体A.35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？B.32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？搅拌不充分搅拌不充分理论上理论上上清液上清液沉淀物沉淀物其中一个其中一个大肠杆菌大肠杆菌实际上实际上35S标记的一组，为什么沉淀中出现了放射性？保温时间长保温时间长理论上上清液上清液沉淀物沉淀物若该大肠杆菌有若该大肠杆菌有一个噬菌体侵入一个噬菌体侵入实际上部分释部分释放出来放出来释放释放未来及未来及侵染侵染实际上保温时间短保温时间短32P标记的一组，为什么上清液中出现了放射性？正式实验过程：第第一一组组第第二二组组混合培养混合培养混合培养混合培养(保温保温保温保温)搅拌后离心搅拌后离心（课本（课本P45-P45-图图3-3-6 6）思考思考1 1：离心：离心和搅拌的作用和搅拌的作用分别是什么？分别是什么？搅拌：搅拌：使吸附在大肠杆菌上的使吸附在大肠杆菌上的T T2 2噬菌体、蛋白质外壳与大肠杆菌分离。噬菌体、蛋白质外壳与大肠杆菌分离。搅拌不充分搅拌不充分3535S S标记的噬菌体及蛋白质外壳没有与标记的噬菌体及蛋白质外壳没有与大肠大肠杆杆菌分离，随之到了沉淀物中。菌分离，随之到了沉淀物中。沉淀物中出沉淀物中出现放射性现放射性结论结论结论结论DNA是T2噬菌体的遗传物质。正式实验过程：第第一一组组第第二二组组混合培养混合培养混合培养混合培养(保温保温保温保温)搅拌后离心搅拌后离心（课本（课本P45-P45-图图3-3-6 6）思考思考2 2：保温时间保温时间保温时间保温时间对实对实验有何影响？验有何影响？过长过长大肠杆菌裂解大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体也在上清液中释放出子代噬菌体也在上清液中过短过短含有32P的噬菌体还没有进入大肠杆菌致使上清液出现放射性实际：低理论：无沉淀沉淀沉淀沉淀物物物物原因原因？搅拌不充分搅拌不充分，少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。实际低理论无上上清清液液原因原因原因原因？1.保温时间过短2.保温时间过长艾弗里实验噬菌体侵染细菌实验处理方式对照原则实验结论设计思路直接分离直接分离同位素标记法同位素标记法S型细菌的分离物质分别型细菌的分离物质分别与与R型细菌混合培养相互对照型细菌混合培养相互对照分别标记噬菌体分别标记噬菌体DNA和蛋白质和蛋白质的两组实验相互对照的两组实验相互对照设法将设法将DNA与其他物质分开与其他物质分开，单独单独地直接研究各自不同的遗传功能地直接研究各自不同的遗传功能证明证明DNA是遗传物质，是遗传物质，蛋白质不是遗传物质蛋白质不是遗传物质证明证明DNA是遗传物质，但不能是遗传物质，但不能有效证明蛋白质不是遗传物质有效证明蛋白质不是遗传物质（蛋白质没有进入细菌体内）（蛋白质没有进入细菌体内）两个经典实验的比较思考思考讨论讨论1.艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？个体小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，个体小，结构简单，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，易于观察因遗传物质改变导致的结构只有核酸和蛋白质外壳，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。和功能的变化。繁殖快，细菌繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。繁殖。思考思考讨论讨论2.从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）脂质、蛋白质等）思考思考讨论讨论3.艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。术、物质的提纯和分离技术等。启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。肺炎双球菌体内体内转化实验肺炎链球菌体外体外转化实验噬菌体侵染细菌实验实验者实验者思路思路分离方式分离方式结论以及各结论以及各实验的关系实验的关系设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。直接分离:分别加入到R型菌中同位素标记法：标记DNA和蛋白质更有力地说明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质格里菲思艾弗里赫尔希和蔡斯加热杀死的S型菌体内有“转化因子”,是体外转化实验的基础。能否说明DNA是自然界所有生物的遗传物质？三个经典实验对比遗传物质的现代发现只有DNA是遗传物质吗？烟草花叶病毒流感病毒2019-nCoV01遗传物质的早期推测02肺炎链球菌转化实验03噬菌体侵染细菌的实验04RNA病毒的遗传物质DNA是主要的遗传物质病毒的分类：病毒的分类：四、四、RNARNA是遗传物质的证明实验是遗传物质的证明实验结论：结论：RNA是是烟草花叶病毒的烟草花叶病毒的遗传物质遗传物质蛋白质蛋白质RNA 分分别别侵侵染染健健康康烟烟草草植植株株患病患病不患病不患病得到全新病毒得到全新病毒不能得到病毒不能得到病毒 ：RNA蛋白蛋白质质不同生物的遗传物质生物细胞生物非细胞生物类型真核生物原核生物多数病毒少数病毒实例真菌、原生生物、所有动、植物蓝细菌、细菌等噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等HIV、SARS病毒、流感病毒、烟草花叶病毒等核酸种类 遗传物质 结果 结论DNA和RNADNA和RNADNARNADNADNADNARNA绝大多数生物是遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNADNA是主要的遗传物质请完成任务纸几个实验结论：几个实验结论：体内转化实验：体内转化实验：噬菌体侵染实验：噬菌体侵染实验：体外转化实验：体外转化实验：S型菌体内有转化因子型菌体内有转化因子。DNA是遗传物质，而蛋白质不是是遗传物质，而蛋白质不是。DNA是遗传物质是遗传物质。提醒：提醒：几个实验均不能证明几个实验均不能证明DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质。针对自然界针对自然界所有生物所有生物细胞核遗传物质是细胞核遗传物质是DNA，细胞质遗传物质是细胞质遗传物质是RNA！原核生物原核生物真核生物真核生物细胞内均含有细胞内均含有DNA和和RNA遗传物质是遗传物质是DNA病毒病毒DNA病毒病毒RNA病毒病毒遗传物质是遗传物质是DNA遗传物质是遗传物质是RNA绝大多数绝大多数生物遗传物质是生物遗传物质是DNA。易错提示：易错提示：一种生物一种生物遗传物质遗传物质只有一种。只有一种。总结：总结：格里菲思的体内转化实验艾弗里的体外转化实验转化因子是什么加热杀死的S型细菌中含有转化因子肺炎链球菌的转化实验T2噬菌体侵染大肠杆菌实验DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质RNA是TMV的遗传物质DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质RNA是RNA病毒的遗传物质更多实验证据更多实验证据DNA是主要的遗传物质小结