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第第3章章 基因的本质基因的本质孟德尔通过豌孟德尔通过豌豆实验证明了豆实验证明了生物的性状由生物的性状由 控制。控制。遗传因子遗传因子染色体染色体摩尔根通过果摩尔根通过果蝇实验证明了蝇实验证明了基因位于基因位于 上。上。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 蛋白质和蛋白质和DNA。DNA染色体在遗染色体在遗传上的连续传上的连续性和稳定性性和稳定性蛋白质蛋白质分子结构相对稳定分子结构相对稳定,特定情况下特定情况下能产生可遗传的变异能产生可遗传的变异遗传物质应具备的特点遗传物质应具备的特点能自我复制，前后代保持一定的连续性能自我复制，前后代保持一定的连续性能指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢和性状能指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢和性状具有多样性，能储存大量的遗传信息具有多样性，能储存大量的遗传信息蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸氨基酸多种多样的排列可能蕴含遗传信息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蛋白质是生物体主要的遗传物质实验材料：实验材料： 两种肺炎双球菌 多糖类荚膜多糖类荚膜R型菌型菌菌落菌落:粗糙粗糙 无荚膜，无毒无荚膜，无毒S型菌型菌菌落菌落:光滑光滑( mooth) 有荚膜，有毒，有荚膜，有毒，可致死可致死( ough)活活R + 有毒有毒S型死细菌型死细菌 小鼠死亡小鼠死亡有毒有毒S型死细菌型死细菌 小鼠正常小鼠正常 有毒有毒S型活细菌型活细菌 小鼠死亡小鼠死亡 无毒无毒R型活细菌型活细菌 小鼠正常小鼠正常第一组第一组第三组第三组Text in here第二组第二组第四组第四组S型活细菌型活细菌1、体内转化实验、体内转化实验:格里菲斯格里菲斯R活活R + 有毒有毒S型死细菌型死细菌 小鼠死亡小鼠死亡第四组第四组S活活R死死S小鼠死亡小鼠死亡S活活SS中的转化因子中的转化因子返返 回回1、体内转化实验、体内转化实验:格里菲斯格里菲斯 已经被加热杀死的已经被加热杀死的S S型细菌中，型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性必然含有某种促成这一转化的活性物质物质转化因子转化因子格里菲思实验的结论是什么格里菲思实验的结论是什么? 实验结论：实验结论：1、体内转化实验、体内转化实验:格里菲斯格里菲斯2、体外转化实验：艾弗里、体外转化实验：艾弗里R型型细细菌菌的的培培养养基基R型菌型菌R型菌型菌R型菌型菌S型菌的型菌的DNAS型菌的蛋白型菌的蛋白质或质或S型菌的型菌的荚膜多糖荚膜多糖S型菌的型菌的DNA+DNA酶酶R型菌型菌S型菌型菌只长只长R型菌型菌只长只长R型菌型菌加入物质加入物质实验结论实验结论“转化因子转化因子”是是DNA，DNA才是使才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。型细菌产生稳定遗传变化的物质。 思考：在证明思考：在证明DNA还是蛋白质或其他还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的物质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？设计思路是什么？ 必须必须将蛋白质、其他物质与将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们分开，单独、直接地观察它们的作用的作用，才能确定究竟谁是遗传物，才能确定究竟谁是遗传物质。质。 艾弗里的实验引起了人们的注意，但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是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度，纯度最高时也还有最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。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有没有比细菌更为简单的实验材料？1952年，以为实验材料，利用的新技术，完成了另一个更具有说服力的实验.思维碰撞思维碰撞噬菌体的结构模式图噬菌体的结构模式图三三.噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体中60%是蛋白质,40%是DNA.T T2 2 噬菌体的特点噬菌体的特点 是一种专门是一种专门寄生寄生在大肠杆菌体内的病毒在大肠杆菌体内的病毒 头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNADNA在在自身遗传物质自身遗传物质的指导下进行繁殖的指导下进行繁殖, ,原料来自大肠杆菌原料来自大肠杆菌 子代噬菌体从子代噬菌体从宿主细胞宿主细胞裂解释放裂解释放。 噬菌体噬菌体大肠杆菌大肠杆菌三三.噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验阅读教材，思考以下问题阅读教材，思考以下问题1、本实验设计思路是什么？、本实验设计思路是什么？2、如何把、如何把DNA和蛋白质区分开来？如何培养并标记和蛋白质区分开来？如何培养并标记T2噬菌体噬菌体3. 为什么选择为什么选择35S和和32P这两种同位素分别对蛋白质和这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行进行标记标记?目的是什么？用目的是什么？用14C和和18O的同位素标记可行吗？的同位素标记可行吗？4. 短时间保温，搅拌和离心的目的是什么？短时间保温，搅拌和离心的目的是什么？5.上清液，沉淀物分别主要是什么？上清液，沉淀物分别主要是什么？ 35S标记的一组，放射性主标记的一组，放射性主要分布在上清液，要分布在上清液，32P标记的一组，放射性主要分布在沉淀物中标记的一组，放射性主要分布在沉淀物中，这说明了什么问题？，这说明了什么问题？1、实验设计思路：、实验设计思路： 把蛋白质和把蛋白质和DNA区分开区分开，直接地、单，直接地、单独地观察独地观察DNA和蛋白质的作用和蛋白质的作用2、实验方法：、实验方法：放射性同位素标记法放射性同位素标记法三三.噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验蛋白质的组成元素：蛋白质的组成元素：D N A 的组成元素：的组成元素：（标记（标记32p）（标记（标记35s ）标记噬菌体方法：标记噬菌体方法：v在分别含有放射性同位素在分别含有放射性同位素32p 和和35s的培养基的培养基中培养细菌中培养细菌v分别用上述细菌培养分别用上述细菌培养T2噬菌体，制备含噬菌体，制备含32p 的噬菌体和含的噬菌体和含35s的噬菌体的噬菌体放射性同位素标记法放射性同位素标记法1、实验设计思路：、实验设计思路：3、实验过程：、实验过程：把蛋白质和把蛋白质和DNA区分开区分开，直接地、单，直接地、单独地观察独地观察DNA和蛋白质的作用和蛋白质的作用(1)标记细菌标记细菌细菌+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: :上清液放射性很高上清液放射性很高, ,沉淀物放射性很低沉淀物放射性很低上清液放射性很低上清液放射性很低, ,沉淀物放射性很高沉淀物放射性很高2、实验方法：、实验方法：放射性同位素标记法放射性同位素标记法三三.噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验三三.噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验阅读教材，思考以下问题阅读教材，思考以下问题1、本实验设计思路是什么？、本实验设计思路是什么？2、如何把、如何把DNA和蛋白质区分开来？如何培养并标记和蛋白质区分开来？如何培养并标记T2噬菌体噬菌体3. 为什么选择为什么选择35S和和32P这两种同位素分别对蛋白质和这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行进行标记标记?目的是什么？用目的是什么？用14C和和18O的同位素标记可行吗？的同位素标记可行吗？4. 短时间保温，搅拌和离心的目的是什么？短时间保温，搅拌和离心的目的是什么？5.上清液，沉淀物分别主要是什么？上清液，沉淀物分别主要是什么？ 35S标记的一组，放射性主标记的一组，放射性主要分布在上清液，要分布在上清液，32P标记的一组，放射性主要分布在沉淀物中标记的一组，放射性主要分布在沉淀物中，这说明了什么问题？，这说明了什么问题？标记细菌标记细菌标记噬菌体标记噬菌体噬菌体侵染细菌（短时间保温）噬菌体侵染细菌（短时间保温）搅拌离心搅拌离心观察放射性的分布观察放射性的分布“短时间短时间”：保证子代噬菌体的：保证子代噬菌体的DNADNA和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成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，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或虽已经组装但并未使细菌发生裂解解 “保温保温”：为噬菌体培养提供适宜：为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度，以保证酶的活性。的恒定的温度，以保证酶的活性。 搅拌的目的：使吸附在搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体外壳与细菌上的噬菌体外壳与细菌分离细菌分离离心的目的：让上清液中离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。留下被感染的大肠杆菌。 内部内部DNA不存在不存在了的噬菌体外壳了的噬菌体外壳噬菌体比大肠杆菌轻噬菌体比大肠杆菌轻4、实验结果实验结果：上清液：沉淀物：噬菌体细菌(外壳)(被注入的遗传物质)35S标记的实验标记的实验32P标记的实验标记的实验标记部位标记部位放射性放射性情况情况上清液沉淀物蛋白质DNA有放射性无无有放射性35S标记实验，沉标记实验，沉淀物也有放射性淀物也有放射性32P标记实验，上标记实验，上清液也有放射性清液也有放射性噬菌体蛋白质外壳与细菌分离不完全噬菌体蛋白质外壳与细菌分离不完全保温时间长，子代噬菌体保温时间长，子代噬菌体释放出来的释放出来的、未侵染的噬菌体、未侵染的噬菌体/释放的/未侵染的)很高很低很低很高DNA是噬菌体的遗传物质是噬菌体的遗传物质5、实验结论、实验结论噬菌体侵染细菌的动态过程：噬菌体侵染细菌的动态过程：侵入别的细菌侵入别的细菌合成合成组装组装释放释放吸附吸附侵入侵入合成合成组装组装释放释放吸附吸附动画 首先，噬菌体的尾端吸附在细菌的表面首先，噬菌体的尾端吸附在细菌的表面侵入侵入 然后，然后， 噬菌体通过尾轴把噬菌体通过尾轴把DNA全部注进细菌体内全部注进细菌体内，而蛋白质外壳则留在细菌体外，不起作用。，而蛋白质外壳则留在细菌体外，不起作用。 噬菌体的噬菌体的 DNA 在细菌体内，使细胞本身的在细菌体内，使细胞本身的 DNA 解解体，同时利用细菌的化学成分合成噬菌体自身的体，同时利用细菌的化学成分合成噬菌体自身的 DNA和和蛋白质，蛋白质， 这些新合成的这些新合成的 DNA 和蛋白质外壳组装出很多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。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，再去侵染其的解体而被释放出来，再去侵染其他的细菌。他的细菌。DNA是遗传物质是遗传物质1928年年 格里菲思格里菲思 体内转化实验体内转化实验1944年年 艾弗里艾弗里体外转化实验体外转化实验1952年年 赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验DNADNA是唯一的遗传物质吗？是唯一的遗传物质吗？流感病毒流感病毒SARS病毒病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒下面这些生物的遗传物质是什么？下面这些生物的遗传物质是什么？背景知识：背景知识：烟草花烟草花叶病毒叶病毒TMVTMV是由是由RNARNA和蛋白质和蛋白质组成组成的，在感染烟草时，的，在感染烟草时，会出现致病斑。会出现致病斑。蛋白质蛋白质RNA分分离离感染感染烟草烟草感染感染烟草烟草实验实验结果结果出现病斑出现病斑不出现病斑不出现病斑实验实验结果结果分离分离分离分离重组重组重组重组感染新的病毒新的病毒产生产生哪种哪种病毒？病毒？四四.烟草花叶病毒重建实验烟草花叶病毒重建实验细胞结构细胞结构生物生物原核生物原核生物真核生物真核生物遗传物质是遗传物质是DNADNA非细胞结非细胞结构生物构生物遗传物质是遗传物质是RNARNA只含只含DNADNA的病毒：的病毒：只含只含RNARNA的的病毒病毒：生生物物总结总结4 4、由于大多数生物的遗传物质是、由于大多数生物的遗传物质是DNADNA，所以说，所以说。但肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染。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细菌的实验只能证明。3 3、在、在只含只含RNARNA的少数病毒的少数病毒（烟草花叶病毒、（烟草花叶病毒、HIVHIV、SARSSARS、流感、禽流感）中，流感、禽流感）中，RNARNA才作为遗传物质。才作为遗传物质。2 2、凡是具有细胞结构的生物，既有、凡是具有细胞结构的生物，既有DNADNA，又有，又有RNARNA，遗，遗传物质是传物质是DNADNA1 1、一切生物的遗传物质是核酸、一切生物的遗传物质是核酸选择题选择题 1 1、关于病毒的遗传物质的叙述正确的是、关于病毒的遗传物质的叙述正确的是A. 核糖核酸核糖核酸B. 脱氧核糖核酸或核糖核酸脱氧核糖核酸或核糖核酸C.脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸D. 脱氧核糖核酸和核糖核酸脱氧核糖核酸和核糖核酸B2.2.生物的遗传物质是：生物的遗传物质是：( )( ) A.DNA B.RNA C. A.DNA B.RNA C.核酸核酸 D. D. 蛋白质蛋白质C3 3注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（ ） A AR R型肺炎双球菌型肺炎双球菌 B B加热杀死后的加热杀死后的R R型肺炎双球菌型肺炎双球菌 C C加热杀死后的加热杀死后的S S型肺炎双球菌型肺炎双球菌 D D加热杀死后的加热杀死后的S S型肺炎双球菌与型肺炎双球菌与R R型细菌混合型细菌混合D4、用噬菌体去侵染内含有、用噬菌体去侵染内含有32P的细菌，在细菌解体后的细菌，在细菌解体后，含，含32P的应是的应是( )A、子代噬菌体、子代噬菌体DNA B、子代噬菌体蛋白质外壳、子代噬菌体蛋白质外壳C、子代噬菌体所有部分、子代噬菌体所有部分 D、子代噬菌体不含、子代噬菌体不含32P5、用噬菌体去感染内含大量、用噬菌体去感染内含大量3H的细菌，待细菌解体的细菌，待细菌解体后，后，3H应应( ) A、随细菌的解体而消失、随细菌的解体而消失 B、发现于噬菌体外壳和、发现于噬菌体外壳和DNA中中 C、仅发现于噬菌体的、仅发现于噬菌体的DNA中中 D、仅发现于噬菌体的外壳中、仅发现于噬菌体的外壳中AB6 6、噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外、噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外壳是壳是( )( )A.A.在噬菌体在噬菌体DNADNA的指导下，用细菌的物质合成的的指导下，用细菌的物质合成的B.B.在细菌在细菌DNADNA的指导下，用细菌的物质合成的的指导下，用细菌的物质合成的C.C.在噬菌体在噬菌体DNADNA的指导下，用噬菌体的物质合成的的指导下，用噬菌体的物质合成的D.D.在细菌在细菌DNADNA的指导下，用噬菌体的物质合成的的指导下，用噬菌体的物质合成的【解析】【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当噬菌体侵染细菌时，注入到细菌细胞内的只有噬菌体DNADNA，子，子代噬菌体的蛋白质外壳和代噬菌体的蛋白质外壳和DNADNA都是在噬菌体都是在噬菌体DNADNA的指导下，用细菌的氨基酸和的指导下，用细菌的氨基酸和脱氧核苷酸合成的。脱氧核苷酸合成的。【答案】【答案】 A 7 7、某科学家做、某科学家做“噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验”时，分别用同位素时，分别用同位素3232P P和和3535S S做了标记做了标记( (见下表见下表) )： 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：均相同。请分析：(1)(1)子噬菌体的子噬菌体的DNADNA分子中含有的上述元素是分子中含有的上述元素是 ；(2)(2)子噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是子噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是 ；(3)此实验说明了此实验说明了 。 【答案】【答案】(1)(1)3232P P、3131P P (2) (2)3535S S (3) (3)DNADNA是遗传物质是遗传物质 噬菌体成分噬菌体成分 细菌成分细菌成分 核苷酸标记核苷酸标记3232P P 3131P P 氨基酸氨基酸 3232S S标记标记 3535S S肺炎双球菌实验的评价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体内转化实验体内转化实验体外转化实验体外转化实验探究实验的基本步骤探究实验的基本步骤格里菲思，格里菲思，体内转化实验体内转化实验艾弗里，艾弗里，体外转化实验体外转化实验
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