第3章

基因的本質(zhì)

第1節(jié)DNA是

1909年：摩爾根通過(guò)果蠅實(shí)驗(yàn)證明：基因位于染色體上。19世紀(jì)中期：孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)豌豆實(shí)驗(yàn)證明了生物的性狀是由遺傳因子控制。1903年：薩頓通過(guò)對(duì)蝗蟲(chóng)細(xì)胞觀察得出假說(shuō)：基因位于染色體上。20世紀(jì)中期：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：染色體主要組成成分：DNA和蛋白質(zhì)。一、對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)

1.20世紀(jì)20年代

蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)

2.20世紀(jì)30年代有些科學(xué)家認(rèn)為DNA是遺傳物質(zhì)DNA和蛋白質(zhì)的比較：項(xiàng)目DNA蛋白質(zhì)組成元素

基本單位

細(xì)胞中的含量

是否有多樣性

CHONP主要CHON氨基酸很少脫氧核苷酸較多是是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)仍占主導(dǎo)地位

美國(guó)微生物學(xué)家艾弗里（1877-1955）首先通過(guò)確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)對(duì)“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”這一觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)的科學(xué)家是格里菲斯---肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)艾弗里---肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1、實(shí)驗(yàn)材料：菌體特點(diǎn)菌落特點(diǎn)致病性S型細(xì)菌

R型細(xì)菌

無(wú)有人、小鼠患肺炎，小鼠并發(fā)敗血癥無(wú)莢膜有莢膜粗糙Rough光滑Smooth小鼠、R型和S型肺炎鏈球菌莢膜的化學(xué)本質(zhì)是______多糖S型細(xì)菌R型細(xì)菌【菌落】通常是細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上生長(zhǎng)發(fā)育，形成的一團(tuán)肉眼可見(jiàn)的、有一定形態(tài)、構(gòu)造等特征的子細(xì)胞的集團(tuán)二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2、格里菲斯的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)活的S型細(xì)菌。R型活細(xì)菌無(wú)毒，S型活細(xì)菌有毒（1）對(duì)比第一、第二組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)明了什么？（4）第四組小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)并分離出S型活細(xì)菌，說(shuō)明什么？（2）對(duì)比第二、第三組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)明了什么？加熱殺死的S型細(xì)菌無(wú)毒（3）為什么第四組小鼠會(huì)死亡？3、思考二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)R+S活R死S小鼠死亡S活S3、思考二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)R型活細(xì)菌+S型死細(xì)菌S型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化某種物質(zhì)S型活細(xì)菌繁殖1.已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌含有某種促成R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子。格里菲思的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了:究竟是什么物質(zhì)呢?轉(zhuǎn)化因子2.這種性狀的轉(zhuǎn)化是可以遺傳的。弗雷德里克·格里菲斯（Frederick

Griffith）4、轉(zhuǎn)化因子二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)多糖脂質(zhì)蛋白質(zhì)RNADNA……多糖蛋白質(zhì)RNADNA脂質(zhì)S型細(xì)菌關(guān)鍵思路：把S型細(xì)菌的各種物質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)的、直接的觀察它們的作用。03艾弗里思考1：在加熱致死的S型細(xì)菌中含有哪些物質(zhì)？思考2：哪一個(gè)才是轉(zhuǎn)化因子呢？那如何才能在這些物質(zhì)中將它找出來(lái)呢？你有何想法？4、轉(zhuǎn)化因子二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)究竟是什么物質(zhì)呢?二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（二）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1、格里菲斯的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（1）對(duì)照組是？實(shí)驗(yàn)組是？（2）第一組與第二至第四組對(duì)照可以得出什么結(jié)論？（3）第一組與五組對(duì)照呢？第一組是對(duì)照組，其余是實(shí)驗(yàn)組。蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)不是轉(zhuǎn)化因子。二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（二）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2、思考實(shí)驗(yàn)表明：轉(zhuǎn)化因子很可能就是DNA。艾弗里等人進(jìn)一步分析了細(xì)胞提取物的理化特性，發(fā)現(xiàn)這些特性都與DNA的極為相似，于是得出結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。(5)第一組、第二至第四組培養(yǎng)基上除了S型菌，還有R型菌，說(shuō)明什么？（4）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)除了說(shuō)明DNA是遺傳物質(zhì)，還能得出什么結(jié)論？加熱殺死的S型細(xì)菌使部分活的R型細(xì)菌發(fā)生了轉(zhuǎn)化，變成了活的S型細(xì)菌。蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（二）艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2、思考自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”應(yīng)用場(chǎng)景：對(duì)照實(shí)驗(yàn)加法原理：與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素。

（eg.比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)）減法原理：與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素。

（eg.艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)）（三）科學(xué)方法二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

艾弗里的實(shí)驗(yàn)引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實(shí)驗(yàn)中無(wú)法真正徹底去除細(xì)胞中含有的其它物質(zhì)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證遺傳物質(zhì)就是DNA，因此，仍有人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論表示懷疑。那么要怎樣設(shè)計(jì)才能讓人無(wú)可挑剔呢？

設(shè)法把DNA和蛋白質(zhì)分開(kāi)，然后單獨(dú)、直接觀察DNA

和蛋白質(zhì)的作用。（實(shí)驗(yàn)中最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路）1、肺炎鏈球菌感染小鼠后，其合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所是小鼠細(xì)胞的核糖體。

（

）2、將S型細(xì)菌的DNA與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)，一段時(shí)間后培養(yǎng)基中會(huì)有兩種菌落。（

）3、艾弗里的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，理由是只有DNA才能是R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。（

）4、加熱殺死后的S型細(xì)菌的DNA已經(jīng)全部斷裂，失去活性。（

）5、如果把S型細(xì)菌的DNA提取出來(lái)直接注射小鼠體內(nèi)，也能從小鼠體

內(nèi)分離得到S型細(xì)菌。（

）×√√××6．注射后能使小白鼠因患敗血病而死亡的是（

）A．R型肺炎鏈球菌

B．加熱殺死后的R型肺炎鏈球菌C．加熱殺死后的S型肺炎鏈球菌D．加熱殺死后的S型肺炎鏈球菌與R型細(xì)菌混合D7.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了（

）A.DNA是主要的遺傳物質(zhì)

B.染色體是遺傳物質(zhì)的載體C.DNA是遺傳物質(zhì)

D.RNA是遺傳物質(zhì)C思考：有沒(méi)有更好的材料、更好的方法能夠?qū)NA和蛋白質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)去觀察它們的作用呢？1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素標(biāo)記的技術(shù)，完成了另一個(gè)有說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)。

艾弗里的實(shí)驗(yàn)引起了人們的注意。但是，由于艾弗里實(shí)驗(yàn)中無(wú)法真正提取出純DNA來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證遺傳物質(zhì)就是DNA，因此，仍有人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論表示懷疑。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)噬菌體結(jié)構(gòu)模式圖①是一種專(zhuān)門(mén)寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒。②頭部和尾部的外殼是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部?jī)?nèi)含有DNA。③在自身遺傳物質(zhì)的指導(dǎo)下進(jìn)行繁殖,原料來(lái)自大腸桿菌。④

子代噬菌體從宿主細(xì)胞裂解釋放。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（一）噬菌體侵染細(xì)菌1、噬菌體結(jié)構(gòu)三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（一）噬菌體侵染細(xì)菌2、噬菌體侵染細(xì)菌過(guò)程侵入別的細(xì)菌注入復(fù)制、合成吸附組裝釋放吸附注入復(fù)制、合成組裝釋放三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（一）噬菌體侵染細(xì)菌2、噬菌體侵染細(xì)菌過(guò)程方法：放射性同位素標(biāo)記法（同位素示蹤法）。思路：將DNA和蛋白質(zhì)分開(kāi)，直接地單獨(dú)地去觀察它們各自的作用1、實(shí)驗(yàn)思路和方法三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)思考：如何利用放射性同位素進(jìn)行標(biāo)記？（如何區(qū)別DNA和蛋白質(zhì)？）T2噬菌體中60%是蛋白質(zhì),40%是DNA。

在T2噬菌體的化學(xué)分析中,對(duì)蛋白質(zhì)和DNA的進(jìn)一步分析表明:

硫僅存在于蛋白質(zhì)分子中；

磷幾乎都存在于DNA分子中。（1）培養(yǎng)帶標(biāo)記的噬菌體含放射性同位素35S培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌大腸桿菌（含35S）T2噬菌體（含35S）培養(yǎng)噬菌體含放射性同位素32P培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌大腸桿菌（含32P）T2噬菌體（含32P）培養(yǎng)噬菌體三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程思考：利用培養(yǎng)基能直接培養(yǎng)噬菌體嗎？不能，因?yàn)椴《炯纳诨罴?xì)胞才能生存。分別用35S或32P標(biāo)記的噬菌體與未標(biāo)記的大腸桿菌混合經(jīng)短時(shí)間保溫后用攪拌器攪拌離心檢測(cè)上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)細(xì)菌裂解后檢測(cè)子代噬菌體的放射性32P標(biāo)記的噬菌體35S標(biāo)記的噬菌體上清液放射性很高，沉淀物放射性很低。子代噬菌體中無(wú)35S上清液放射性很低，沉淀物放射性很高。子代噬菌體中含32P三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（2）噬菌體侵染①短時(shí)間保溫的目的?

②攪拌的目的？

③離心的目的？保證噬菌體的DNA進(jìn)入大腸桿菌；同時(shí)避免大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離讓上清液中析出質(zhì)量較輕的T2噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。上清液：蛋白質(zhì)外殼

沉淀物：大腸桿菌、子代噬菌體三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（2）噬菌體侵染說(shuō)明蛋白質(zhì)外殼留在外面，沒(méi)有進(jìn)入到細(xì)菌中35S標(biāo)記的噬菌體35S標(biāo)記噬菌體與未標(biāo)記大腸桿菌混合經(jīng)短時(shí)間保溫后用攪拌器攪拌離心檢測(cè)上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)細(xì)菌裂解后檢測(cè)子代噬菌體的放射性沉淀物放射性很低?子代噬菌體中無(wú)35S。上清液放射性很高攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌上，隨細(xì)菌離心到沉淀物中。說(shuō)明：T2噬菌體中的蛋白質(zhì)沒(méi)有進(jìn)入大腸桿菌。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程32P標(biāo)記的噬菌體沉淀物放射性很高。子代噬菌體中含32P32P標(biāo)記噬菌體與未標(biāo)記的大腸桿菌混合經(jīng)短時(shí)間保溫后用攪拌器攪拌離心檢測(cè)上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)細(xì)菌裂解后檢測(cè)子代噬菌體的放射性上清液放射性很低?保溫時(shí)間過(guò)短，部分噬菌體還未侵染大腸桿菌；保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，部分子代噬菌體已經(jīng)釋放。說(shuō)明：T2噬菌體中的DNA進(jìn)入了大腸桿菌。說(shuō)明DNA是真正的遺傳物質(zhì)三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)。（2）細(xì)菌裂解釋放的噬菌體中，可以檢測(cè)到32P標(biāo)記的DNA，但卻不能檢測(cè)到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）用35S標(biāo)記的一組實(shí)驗(yàn)，放射性同位素主要分布在上清液中；用32P標(biāo)記的一組實(shí)驗(yàn)，放射性同位素主要分布在試管的沉淀物中。（說(shuō)明噬菌體在侵染細(xì)菌時(shí)，DNA進(jìn)入到細(xì)菌的細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)外殼留在外面。）（說(shuō)明DNA是遺傳物質(zhì)。）能不能說(shuō)明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)？三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)（1）用35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌，沉淀物中有放射性的原因3、實(shí)驗(yàn)誤差原因分析由于攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心到沉淀物中。①保溫時(shí)間過(guò)短，有一部分噬菌體還沒(méi)有侵染到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)離心后分布于上清液中。②保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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。（2）用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌，上清液中含放射性的原因③攪拌過(guò)于劇烈，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。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)（1）個(gè)體很小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于觀察由遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化；繁殖快，細(xì)菌20-30min就可以繁殖一代，病毒可在短時(shí)間內(nèi)大量繁殖。（2）巧妙運(yùn)用減法原理，最大的困難是如何徹底去除細(xì)胞中含有的某種物質(zhì)（糖類(lèi)、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等）。（3）艾弗里：細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、物質(zhì)的提純和鑒定技術(shù)等；赫爾希:噬菌體的培養(yǎng)技術(shù)、同位素標(biāo)記法、物質(zhì)的提取和分離等技術(shù)。啟示：科學(xué)成果的取得必須有技術(shù)手段作保證，技術(shù)的發(fā)展需要以科學(xué)原理為基礎(chǔ)，因此，科學(xué)與技術(shù)是相互支持、相互促進(jìn)的。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)4、思考討論肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)者思路分離方式結(jié)論設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)等分開(kāi)，單獨(dú)地研究它們遺傳功能。證明DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。酶解法:分別加入到R型菌中同位素標(biāo)記法：標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)DNA是遺傳物質(zhì),但不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)格里菲思艾弗里赫爾希和蔡斯加熱殺死的S型菌體內(nèi)有“轉(zhuǎn)化因子”（三）三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)比較三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)?zāi)壳?，已有充分的科學(xué)研究資料證明，絕大多數(shù)生物都是以DNA作為遺傳物質(zhì)的。思考：

只有DNA是遺傳物質(zhì)嗎？下面這些生物的遺傳物質(zhì)是什么？流感病毒SARS病毒煙草花葉病毒新型冠狀病毒四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)（一）RNA是遺傳物質(zhì)的證明實(shí)驗(yàn)結(jié)論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)蛋白質(zhì)RNA分別侵染健康煙草植株患病不患病得到全新病毒不能得到病毒RNA蛋白質(zhì)四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)2、煙草花葉病毒實(shí)驗(yàn)拓展--重建實(shí)驗(yàn)TMV2RNA2蛋白質(zhì)2蛋白質(zhì)1+RNA2TMV2TMV1RNA1蛋白質(zhì)1蛋白質(zhì)2+RNA1TMV1煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA：（一）RNA是遺傳物質(zhì)的證明實(shí)驗(yàn)四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)（二）不同生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的區(qū)別生物類(lèi)型核酸種類(lèi)遺傳物質(zhì)實(shí)例有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物真核生物DNA和RNADNA玉米、小麥、人原核生物乳酸菌、藍(lán)藻無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物DNA病毒DNADNAT2噬菌體RNA病毒RNARNA煙草花葉病毒

絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是

，只有少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是

。所以說(shuō)DNA是主要的遺傳物質(zhì)。DNARNA四、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)拓展應(yīng)用1.T2噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，只有噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞中，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外。大腸桿菌裂解后，釋放出的大量噬菌體卻同原來(lái)的噬菌體一樣具有蛋白質(zhì)外殼。請(qǐng)分析子代噬菌體蛋白質(zhì)外殼的來(lái)源。大腸桿菌裂解后，釋放出的子代噬菌體是利用親代噬菌體的遺傳信息，以大腸桿菌的氨基酸為原料來(lái)合成蛋白質(zhì)外殼的。2.結(jié)合肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，分析DNA作為遺傳物質(zhì)所具備的特點(diǎn)。（1）能夠準(zhǔn)確地自我復(fù)制，保證親子代之間遺傳的連續(xù)性；（2）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，從