必修2-DNA是遗传物质探究实验

第3章基因的本质孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状由控制。遗传因子染色体摩尔根通过果蝇实验证明了基因位于上。科学家发现：染色体主要组成成分蛋白质和DNA。历史的步伐DNA染色体在遗传上的连续性和稳定性?蛋白质一、对遗传物质的早期推测蛋白质的基本组成单位——氨基酸氨基酸多种多样的排列可能蕴含遗传信息蛋白质是生物体主要的遗传物质实验材料：两种肺炎双球菌多糖类荚膜R型菌菌落:粗糙无荚膜，无毒S型菌菌落:光滑(Smooth)有荚膜，有毒，可致死二、肺炎双球菌的转化实验(Rough)1.将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。2.将有毒性S型活细菌注射到小鼠体内，患败血症死亡。3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。4.将无毒性R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。一.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——转化因子格里菲思实验的结论是什么?实验结论：“转化因子”是什么？在证明DNA还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。多糖脂类蛋白质RNADNA加热杀死的S型细菌在杀死的S型细菌中含有哪些物质？寻找转化因子：但究竟哪一个才是转化因子呢？二、艾弗里确定转化因子的实验R型细菌R型细菌只长R型菌只长R型菌R型细菌S型菌R型细菌S型菌的DNAS型菌的蛋白质或荚膜多糖S型菌的DNA+DNA酶实验过程：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多数少数二.艾弗里确定转化因子的实验1944年DNA“转化因子”是DNA，DNA才是遗传物质DNA纯度越高，转化越有效实验结论：“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）这个实验结论足以让所有科学家信服吗？思考：1、加入DNA酶的组意图何在？2、分析实验结果，能得出什么结论？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。有没有比细菌更为简单的实验材料？1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验.思维碰撞实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌噬菌体的结构模式图三.噬菌体侵染细菌的实验T2噬菌体中60%是蛋白质,40%是DNA..T2噬菌体的特点①是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒②头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA③在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌④子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。噬菌体大肠杆菌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侵入然后，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。1、实验设计思路：3、实验过程：把蛋白质和DNA区分开，直接地、单独地观察DNA和蛋白质的作用(1)标记细菌细菌+含35S的培养基细菌+含32P的培养基含35S的细菌含32P的细菌(2)标记噬菌体噬菌体+含35S的细菌噬菌体+含32P的细菌含35S的噬菌体含32P的噬菌体(3)噬菌体侵染细菌含35S的噬菌体+细菌含32P的噬菌体+细菌:上清液放射性很高,沉淀物放射性很低:上清液放射性很低,沉淀物放射性很高2、实验方法：放射性同位素标记法三.噬菌体侵染细菌的实验标记侵染搅拌离心，检测4、噬菌体侵染细菌实验的检测结果上清液：沉淀物：噬菌体外壳细菌（被侵染的和未被侵染的）35S标记的实验32P标记的实验标记亲代噬菌体部位放射性情况上清液沉淀物蛋白质有放射性DNA有放射性无有放射性上清液“放射性很高”沉淀物“放射性很高”？沉淀物也有放射性上清液也有放射性——分离不完全(噬菌体蛋白质外壳)——释放出来的、未完成侵染的亲代噬菌体/未完成侵染的噬菌体很高很低很低很高5.结论：噬菌体侵染细菌时，ＤＮＡ进入到细菌的细胞中，而蛋白质的外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的ＤＮＡ传递的。ＤＮＡ才是真正的遗传物质。思考与讨论1.细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：（1）个体很小，结构简单，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，只有核酸和蛋白质外壳。（2）繁殖快。细菌20～30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。2.最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。3.艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、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。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］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。［课堂延伸］烟草花叶病毒不含DNA，只有RNA和蛋白质，其遗传物质是什么？烟草花叶病毒的遗传物质是RNA思路: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预测结果：（现象）提出问题：作出假设：设计实验：课题：探究烟草花叶病毒的遗传物质是什么？得出结论：实验探究蛋白质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四.烟草花叶病毒重建实验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。但肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质/蛋白质不是。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，细胞中既有DNA，又有RNA，但遗传物质是DNA1、除朊病毒外，所有生物的遗传物质是核酸4、噬菌体侵染细菌的实验中，在细菌内合成子代噬菌体蛋白质外壳——DNA可以指导蛋白质的合成。1、肺炎双球菌转化实验中，对S菌加热处理，DNA仍具有生物活性——DNA分子结构具有相对稳定性。2、肺炎双球菌转化实验中，R型细菌可以转化生成S型细菌——DNA可以发生可遗传的变异。3、噬菌体侵染细菌的实验中，DNA在亲代与子代噬菌体中具有连续性——DNA可以发生复制，由亲代传递给子代。能产生可遗传变异具有相对稳定的结构能自我复制,使亲子代具有一定的连续性④能指导蛋白质合成，从而控制生物的性状作为遗传物质所必须具备的特点:⑤能贮存大量的遗传信息选择题1、关于病毒的遗传物质的叙述正确的是()A.核糖核酸B.脱氧核糖核酸或核糖核酸C.脱氧核糖核酸D.脱氧核糖核酸和核糖核酸B2.生物的遗传物质是：()A.DNAB.RNAC.核酸D.蛋白质C3．注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（）A．R型肺炎双球菌B．加热杀死后的R型肺炎双球菌C．加热杀死后的S型肺炎双球菌D．加热杀死后的S型肺炎双球菌与R型细菌混合D4、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32P5、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AB6、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【解析】当噬菌体侵染细菌时，注入到细菌细胞内的只有噬菌体DNA，子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA都是在噬菌体DNA的指导下，用细菌的氨基酸和脱氧核苷酸合成的。【答案】A7、某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时，分别用同位素32P和35S做了标记(见下表)：此实验所得结果是子噬菌体和母噬菌体的外形及侵染细菌的特性均相同。请分析：(1)子噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是；(2)子噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是；(3)此实验说明了。【答案】(1)32P、31P(2)35S(3)DNA是遗传物质噬菌体成分细菌成分32P31P32S标记35S肺炎双球菌实验的评价1、遵循了严格的对照原则和单因子变量原则2、科学的思路：发现问题→提出假设→设计实验验证→得出结论①体内转化实验②体外转化实验探究实验的基本步骤格里菲思，体内转化实验艾弗里，体外转化实验实验原理和方法蛋白质的组成元素：DNA的组成元素：（标记32p）（标记35s）标记噬菌体方法：在分别含有放射性同位素32p和35s的培养基中培养细菌分别用上述细菌培养T2噬菌体，制备含32p的噬菌体和含35s的噬菌体同位素标记法C、H、O、N、SC、H、O、N、P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