遗传物质的探索历程

2017届生物高考备考高一生物课件必修二2020/5/161866年，孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状由遗传因子控制。1910年，摩尔根通过果蝇实验证明了基因位于染色体上。科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。DNA染色体在遗传上的连续性和稳定性?蛋白质背景了解：历史的步伐思考：遗传物质应该有哪些特点？3、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性状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？考点一遗传物质早期认识1、具有存储大量遗传信息的可能2、在生长和繁殖过程中能精确的自我复制二、遗传物质的争论1、蛋白质是遗传物质(20世纪20年代)（1）理由：各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白质（大分子）。氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着大量的遗传信息。（2）结论：蛋白质是遗传物质。2、DNA是遗传物质②染色体主要由蛋白质和DNA构成，且DNA含量相对稳定。（1）理由：（2）结论：DNA是遗传物质。①染色体在生物传中接代过程（有丝分裂、减数分裂及受精作用）中，始终保持一定的连续性和稳定性。【典例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C1、实验材料：两种肺炎双球菌一、肺炎双球菌的转化实验考点二遗传物质探索历程S型R型毒性荚膜菌落特征肺炎球菌S型R型毒性荚膜菌落特征肺炎球菌有无无有光滑粗糙有何不同？(Rough)(Smooth)实验过程实验结果实验结论1.活S型菌老鼠4.灭活S型+活R型老鼠2.活R型菌老鼠3.灭活S型菌老鼠死亡存活存活S型活菌有毒性R型活菌无毒性加热杀死的S型菌无毒性死亡•被加热杀死的S型细菌中,含有某种转化因子;活S型菌遗传子代活S型菌•这种转化可以遗传“转化因子”是什么？思考：1、你能对格里菲斯的实验结论进行评价吗？若果能，怎样评价？2、如果你是科学家，你应该怎样来追寻“转化因子”？实验设计的关键思路是什么？多糖脂类蛋白质RNADNA在杀死的S型细菌中含有哪些物质？寻找转化因子：加热杀死的S型细菌加热杀死的S型细菌但究竟哪一个才是转化因子呢？1、实验过程：多糖脂类蛋白质RNADNADNA+DNA酶分别与R型活细菌混合培养RRRRRSRS型活细菌RS多数少数DNA艾弗里的体外转化实验1944年2、实验结果：①只有加入DNA才能发生转化；②DNA越纯，转化越有效；③用DNA酶处理DNA，不再转化。转化因子是DNA。DNA才是遗传物质，而蛋白质等其他物质不是遗传物质。（纠正了一个生物界的错误的普遍共识）3、实验结论:想一想：说明了什么？1、艾佛理的体外转化实验有何妙处？（1）把DNA和蛋白质等物质分开，单独地、直接地研究。（2）严格的遵照对照原则和单一变量原则。如：用DNA酶处理DNA与单独用DNA形成对照。思考：艾弗里，体外转化实验→得出结论→设计实验验证格里菲思体内转化实验→提出假设2、能否总结探究实验的基本步骤？发现问题A．S型细菌的性状是由其DNA决定的B．在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入到R型细菌细胞中C．DNA是主要的遗传物质D．DNA是遗传物质【答案】C【典例2】1944年，科学家从S型活细菌中提取出DNA、蛋白质和多糖等物质，将S型菌的DNA加入到培养R型细菌的培养基中，结果发现其中的R型细菌转化成了S型细菌；而加入蛋白质、多糖等物质的培养基中，R型细菌不能发生这种变化。这一现象不能说明的是()【变式训练1】格里菲思(F.Griffith)用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果()A．证明了DNA是遗传物质B．证明了RNA是遗传物质C．证明了蛋白质是遗传物质D．没有具体证明哪一种物质是遗传物质D艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。要想证明，就得选择比细菌更为简单的实验材料。二、噬菌体侵染细菌（大肠杆菌）实验考点二遗传物质的探索历程1、实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌DNA（元素组成为C、H、O、N、P）蛋白质（主要元素是C、H、O、N、S）T2噬菌体的特点噬菌体大肠杆菌1、是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒——属于消费者。2、结构简单，由蛋白质外壳和DNA构成。3、侵染寄主时，DNA和蛋白质会自动分离。4、利用寄主的一切原料、酶、ATP及场所合成自身结构，繁殖的子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。噬菌体侵染细菌的动态过程：侵入别的细菌合成组装释放吸附侵入合成组装释放吸附动画首先，噬菌体的尾端吸附在细菌的表面注入然后，噬菌体通过尾轴把DNA全部注进细菌体内，而蛋白质外壳则留在细菌体外，不起作用。噬菌体的DNA在细菌体内，使细胞本身的DNA解体，同时利用细菌的化学成分合成噬菌体自身的DNA和蛋白质，这些新合成的DNA和蛋白质外壳组装出很多个与亲代一模一样的子代噬菌体。最后，这些噬菌体由于细菌的解体而被释放出来，再去侵染其他的细菌。噬菌体侵染细菌的过程2、实验设计思路：T2噬菌体的遗传物质是DNA吗？如何设计实验？（提示：采用什么技术使我们可以在实验中分别追踪DNA和蛋白质的去向）同位素示踪法（1）同位素标记什么物质？具体标记什么元素？分别标记还是同时标记？（2）怎样对噬菌体进行标记？（利用其生活习性分析）（3）怎样才能追踪被标记的物质由亲代传递给子代？思考：如果你是科学家，该如何设计实验？用同位素标记亲代噬菌体的蛋白质和DNA，分别去感染无任何标记的宿主，观察子代噬菌体的放射性，分析能在亲和子代之间传递的物质是DNA还是蛋白质。小结：赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验结论：噬菌体的蛋白质外壳未进入细菌内用35S培养基培养大肠杆菌，获得35S的大肠杆菌用35S的大肠杆菌培养T2噬菌体，获得35S的T2噬菌体用含35S蛋白质外壳的T2噬菌体（亲代），侵染未标记的大肠杆菌结论：噬菌体的DNA进入细菌内赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验用含32P培养基培养大肠杆菌，获得含有32P的大肠杆菌用含32P的大肠杆菌培养T2噬菌体，获得含有32P的T2噬菌体用含32P的T2噬菌体（亲代），侵染未标记的大肠杆菌搅拌、离心事实：经检测发现，大肠杆菌内含有大量子代T2噬菌体结论：DNA是遗传物质赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验上清液上清液沉淀物中沉淀物中为什么说噬菌体实验更有说服力？本实验更具有说服力，因为用同位素标记的噬菌体做实验材料能将DNA和蛋白质彻底分离——搅拌不充分(噬菌体蛋白质外壳)——保温时间过长，释放出来的子代噬菌体；保温时间过短，未来得及侵染的亲代噬菌体。1、理论上，35S标记的噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳没有进入细菌，离心后放射性应该只在上清液，沉淀物为什么也有放射性？思考与讨论：2、理论上，32P标记的噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌，离心后放射性应该只在沉淀物，上清液为什么也有放射性？小结实验步骤标记细菌标记噬菌体噬菌体侵染细菌（短时间保温）搅拌离心观察放射性的分布“短时间”：保证子代噬菌体的DNA和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成阶段，子代噬菌体还没有组装好，或虽已经组装但并未使细菌发生裂解“保温”：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。内部DNA不存在了的噬菌体外壳【典例4】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：①上清液和沉淀物中的成分分别是和，原因是：。②进入细菌体内的是噬菌体的,依据是：。③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。C【典例4】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：④T2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【典例5】噬菌体侵染细菌实验不能证明（）①DNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性、稳定性②DNA分子结构的相对稳定性③DNA能指导蛋白质的合成④DNA能产生可遗传变异⑤DNA是遗传物质⑥DNA是主要的遗传物质A．①②③④B．①③⑤C．②④⑥D．④⑥【变式训练】用噬菌体去侵染内含有32P的细菌，在细菌解体后，含32P的应是()A、子代噬菌体DNAB、子代噬菌体蛋白质外壳C、子代噬菌体所有部分D、子代噬菌体不含32P【变式训练】用噬菌体去感染内含大量3H的细菌，待细菌解体后，3H应()A、随细菌的解体而消失B、发现于噬菌体外壳和DNA中C、仅发现于噬菌体的DNA中D、仅发现于噬菌体的外壳中AB【变式训练】噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外壳是()A.在噬菌体DNA的指导下，用细菌的物质合成的B.在细菌DNA的指导下，用细菌的物质合成的C.在噬菌体DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的D.在细菌DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的ADNA是遗传物质1928年格里菲思——体内转化实验1944年艾弗里——体外转化实验1952年赫尔希、蔡斯——噬菌体侵染细菌实验经典实验DNA是唯一的遗传物质吗？流感病毒SARS病毒烟草花叶病毒下面这些生物的遗传物质是什么？［敢于质疑］乙肝病毒艾滋病病毒烟草花叶病毒乙肝病毒艾滋病病毒烟草花叶病毒如果你是科学家，请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么？背景知识：烟草花叶病毒TMV是由RNA和蛋白质组成的，在感染烟草时，会出现致病斑。［知识拓展］烟草花叶病毒的遗传物质是什么？烟草花叶病毒的遗传物质是RNA设法将烟草花叶病毒的RNA和蛋白质区分开，直接地、单独地去观察他们各自的作用，从而判断谁才是遗传物质提出问题：作出假设：设计实验：探究烟草花叶病毒的遗传物质？发现问题：烟草花叶病毒不含DNA，只有RNA和蛋白质预测结果：（现象）得出结论：①仅RNA能使烟草产生原样病斑②仅蛋白质能使烟草产生原样病斑③RNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑若出现①结果，则仅RNA是遗传物质。若出现②结果，则仅蛋白质是遗传物质。若出现③结果，则RNA和蛋白质都是遗传物质。实验探究过程蛋白质RNA分离感染烟草感染烟草实验结果出现病斑不出现病斑实验结果结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质RNA病毒的遗传物质是RNA烟草花叶病毒重建实验分离分离重组重组感染新的病毒产生哪种病毒？细胞结构生物原核生物真核生物遗传物质是DNA非细胞结构生物遗传物质是RNA只含DNA的病毒：只含RNA的病毒：生物总结4、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。3、在只含RNA的少数病毒（烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感）中，RNA才作为遗传物质。2、凡是具有细胞结构的生物，既有DNA，又有RNA，遗传物质是DNA1、生物的遗传物质是核酸•1928年——格里菲思发现肺炎双球菌转化现象——转化因子•1944年——艾弗里证明肺炎双球菌的转化因子是DNA•1952年——赫尔希和蔡斯证明T2噬菌体的遗传物质是DNA•1957年——佛兰科尔发现烟草花叶病毒的遗传物质是RNA结论：DNA是主要的遗传物质小结：探索遗传物质的过程研究表明，绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少数病毒的遗传物质为RNA【形成概念】举例遗传物质举例DNARNA动植物、真菌、细菌以及DNA病毒等RNA病毒【典例6】下列关于“DNA是生物的主要遗传物质”的叙述正确的是()A．细胞核遗传的遗传物质是DNA，细胞质遗传的遗传物质是RNAB．“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”都证明了DNA是主要的遗传物质C．真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNAD．细胞生物的遗传物质是DNA，非细胞生物的遗传物质是RN