遗传物质探索历程.pptx
2018高考考纲及热点预测人类对遗传物质的探索过程【考纲要求考纲要求】1、肺炎双球菌的转化实验设计思路及所体现的对照原则2、噬菌体侵染细菌的实验设计思路、结论【热点预测热点预测】探索遗传物质过程中的经典实验仍是重点，主要以实验分析题形式出现。第1页/共51页18661866年，孟年，孟德尔通过豌豆德尔通过豌豆实验证明了生实验证明了生物的性状由物的性状由 遗传因子遗传因子控制控制。19101910年，摩尔根年，摩尔根通过果蝇实验证通过果蝇实验证明了基因位于明了基因位于染染色体色体上。上。科学家发现：染科学家发现：染色体主要组成成色体主要组成成分分 蛋白质和蛋白质和DNADNADNA染色体在遗传上的连续性和稳定性?蛋白质背景了解：历史的步伐第2页/共51页一、遗传物质必须具备的特点1 1、具有存储巨大数量信息的可能、具有存储巨大数量信息的可能2 2、在生长和繁殖过程中能精确的、在生长和繁殖过程中能精确的自我复制自我复制3 3、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性 状和新陈代谢状和新陈代谢4 4、分子结构相对相对稳定、分子结构相对相对稳定问题：两种不同的推测如何求证呢？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第3页/共51页二、二、DNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据1 1间接证据间接证据(早期推测早期推测)A:蛋白质蛋白质是遗传物质是遗传物质(20世纪世纪20年代年代)各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的同的。氨基酸多种多样的排列顺。氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着序，可能蕴含着。蛋白质遗传信息遗传信息结论：结论：是遗传物质。是遗传物质。蛋白质第4页/共51页稳定稳定DNA蛋白质蛋白质DNADNA连续连续B:DNA是遗传物质是遗传物质第5页/共51页【典例典例1】探索遗传物质的过程是漫长的，直到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蛋白质与生物的性状密切相关C.蛋白质比蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且具有更高的热稳定性，并且能够自我复制能够自我复制D.蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存大量遗传信息大量遗传信息C第6页/共51页1、实验材料：、实验材料：两种肺炎双球菌 多多糖糖类类荚荚膜膜R型菌型菌菌落菌落:粗糙粗糙 无荚膜，无毒无荚膜，无毒S型菌菌落:光滑(S Smooth)有荚膜有毒，可致死一、肺炎双球菌的转化实验一、肺炎双球菌的转化实验(R Rough)考点二探索遗传物质经典实验第7页/共51页（1 1）将将无毒性的无毒性的R R型活细菌型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。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。2、实验过程及结果：、实验过程及结果：第8页/共51页 “转化因子”是什么？3、实验结论：、实验结论：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第9页/共51页 问题思考：问题思考：在证明在证明DNA还是蛋白质或还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的设其他物质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？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DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，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。才能确定究竟谁是遗传物质。第10页/共51页多糖多糖 脂类脂类 蛋白质蛋白质 RNA RNA DNADNA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？第11页/共51页 1 1、实验过程：多糖多糖 脂类脂类 蛋白质蛋白质 RNA DNA DNA+DNA RNA DNA DNA+DNA酶酶 分别与分别与R R型活细菌混合培养型活细菌混合培养 R R R R R R R R R R S S R R S S型活细菌型活细菌 R R S S 多数多数少数少数DNADNA艾弗里的体外转化实验1944年第12页/共51页2、实验结果：只有加入DNA才转化；DNA越纯，转化越有效；用DNA酶处理DNA，不再转化。转化因子是DNA。DNADNA才是遗传物质。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:第13页/共51页 1、艾弗里的体外转化实验有何妙处？思考：2、这个实验结论足以让所有科学家信服吗？把把DNADNA和蛋白质分开，单独地、直接地观察和蛋白质分开，单独地、直接地观察DNADNA的作用；的作用；设计对照实验，用设计对照实验，用DNADNA酶处理，观察酶处理，观察DNADNA的作用。的作用。第14页/共51页肺炎双球菌转化实验的评价肺炎双球菌转化实验的评价1、遵循了严格的对照原则和单一变量原则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格里菲思，格里菲思，体内转化实验体内转化实验艾弗里，体外转化实验第15页/共51页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？第16页/共51页 1952年，赫尔希和蔡斯赫尔希和蔡斯以T2T2噬菌体噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记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.二、噬菌体侵染细菌（大肠杆菌）实验考点二探索遗传物质经典实验1、实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌T2 2噬菌体中60%是蛋白质,40%是DNA.第17页/共51页T2噬菌体的特点是一种专门寄生在大肠杆菌体内的DNA病毒头部和尾部的外壳是由蛋白质构成，头部内含有DNA在自身遗传物质的指导下进行繁殖,原料来自大肠杆菌子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。噬菌体噬菌体大肠杆菌大肠杆菌第18页/共51页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组装释放吸附吸附侵入侵入合成合成组装组装释放释放吸附动画首先，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。第19页/共51页T T2 2噬菌体模式图噬菌体模式图选择噬菌体优点：选择噬菌体优点：结构简单。侵入细菌后，蛋白质外壳与结构简单。侵入细菌后，蛋白质外壳与DNADNA分离，在自身遗分离，在自身遗传物质的作用下，以细菌内的物质为原料进行增殖的病毒。传物质的作用下，以细菌内的物质为原料进行增殖的病毒。DNADNA（主要元素是（主要元素是C C、H H、OO、N N、P P）蛋白质（主要元素是蛋白质（主要元素是C C、H H、OO、N N、S S）思考：为什么要用思考：为什么要用3535S S和和3232P P标记？标记？用用1414C C和和1818OO等标记行吗？等标记行吗？第20页/共51页2、实验设计思路：用同位素标记亲代噬菌体的蛋白质和用同位素标记亲代噬菌体的蛋白质和DNADNA，分别去感染无任何标记，分别去感染无任何标记的宿主，观察子代噬菌体的放射性，分析哪种物质能在亲子代之间遗传。的宿主，观察子代噬菌体的放射性，分析哪种物质能在亲子代之间遗传。第21页/共51页3、实验过程：（1）标记宿主细菌：分别用35S和32P培养基培养大肠杆菌，获得分别含有35S和32P的大肠杆菌。（2）标记噬菌体：分别用35S和32P的大肠杆菌培养噬菌体，获得分别含有35S和32P的亲代噬菌体。细菌+含35S的培养基细菌+含32P的培养基含35S的细菌含32P的细菌第22页/共51页（3）侵染细菌：用含用含3535S S的噬菌体大肠杆菌混合培养的噬菌体大肠杆菌混合培养用含用含3232P P的噬菌体大肠杆菌混合培养的噬菌体大肠杆菌混合培养（4）搅拌、离心噬菌体+含35S的细菌噬菌体+含32P的细菌含35S的噬菌体含32P的噬菌体第23页/共51页第24页/共51页上清液放射性上清液放射性低低用含用含3232P P的噬菌体大肠杆的噬菌体大肠杆菌混合培养菌混合培养沉淀物放射性沉淀物放射性高高用含用含3535S S的噬菌体大肠杆菌的噬菌体大肠杆菌混合培养混合培养上清液放射性上清液放射性高高沉淀物放射性沉淀物放射性低低沉淀物（大肠杆菌）中含有大量的子代噬菌体个体。第25页/共51页（5）实验结论：DNA才是遗传物质才是遗传物质第26页/共51页分离不完全分离不完全(噬菌体蛋白质外壳噬菌体蛋白质外壳)释放出来的、未侵染的噬菌体释放出来的、未侵染的噬菌体1、为什么35S标记组，沉淀物也有放射性？32P标记组上清液也存在放射性？讨论：2、赫尔希和蔡斯实验能说明蛋白质是遗传物质吗？第27页/共51页实验步骤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。内部内部DNA不存在不存在了的噬菌体外壳了的噬菌体外壳第28页/共51页【典例典例2 2】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：上清液和沉淀物中的成分分别是上清液和沉淀物中的成分分别是 和和 ，原因是：，原因是：。进入细菌体内的是噬菌体的进入细菌体内的是噬菌体的 ,依据是：依据是：。该实验能否证明该实验能否证明DNADNA是遗传物质？能否证明蛋白质不是遗传物质？能否证明蛋白质不是物质？是物质？噬菌体外壳噬菌体外壳细菌细菌两者密度不同两者密度不同DNA放射性放射性3232P P只存在于沉淀物中只存在于沉淀物中只能证明只能证明DNADNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗是遗传物质，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。传物质，因为蛋白质外壳未进入细菌。第29页/共51页C【典例典例3】根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：根据蔡斯和赫尔希的实验回答下列问题：T T2 2噬菌体复制所需原料来自噬菌体复制所需原料来自 ，子代，子代T T2 2噬菌体蛋白质外壳合成场所是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【典例典例4 4】噬菌体侵染细菌实验不能证明（）噬菌体侵染细菌实验不能证明（）DNADNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性、稳定性能自我复制，使前后代保持一定的连续性、稳定性DNADNA分子结构的相对稳分子结构的相对稳定性定性DNADNA能指导蛋白质的合成能指导蛋白质的合成DNADNA能产生可遗传变异能产生可遗传变异DNADNA是遗传物质是遗传物质DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质A A B B C C D D返返回回第30页/共51页DNA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第31页/共51页DNADNA是唯一的遗传物质吗？是唯一的遗传物质吗？第32页/共51页流感病毒流感病毒SARS病毒烟草花叶病毒下面这些生物的遗传物质是什么？下面这些生物的遗传物质是什么？敢于质疑第33页/共51页 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：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。知识拓展第34页/共51页烟草花叶病毒不含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仅RNA能使烟草产生原样病斑仅蛋白质能使烟草产生原样病斑RNA和蛋白质都能使烟草产生原样病斑若出现结果则仅RNA是遗传物质；若出现结果则仅蛋白质是遗传物质；若出现结果则RNA和蛋白质都是遗传物质预测结果：预测结果：（现象）（现象）提出问题：提出问题：作出假设：作出假设：设计实验：设计实验：探究烟草花叶病毒的遗传物质？得出结论：得出结论：第35页/共51页实验探究蛋白质蛋白质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结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质第36页/共51页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哪种病毒？第37页/共51页 RNA病毒的遗传物质是RNA烟草花叶病毒重建实验第38页/共51页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4、由于大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质。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DNADNA是是遗传物质遗传物质。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第39页/共51页DNADNA是生物界的主要遗传物质是生物界的主要遗传物质格里菲斯、艾佛里、赫尔希和蔡斯等探索、假设、证明，所以：第40页/共51页4 4、噬菌体侵染细菌的实验中，在细菌内合成子代噬、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菌体蛋白质外壳DNADNA可以指导蛋白质的合成。可以指导蛋白质的合成。1 1、肺炎双球菌转化实验中，对、肺炎双球菌转化实验中，对S S菌加热处理，菌加热处理，DNADNA仍具有生物活仍具有生物活性性DNADNA分子结构具有相对稳定性。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能指导蛋白质合成，控制生物的性状能贮存大量的遗传信息作为作为遗传物质遗传物质所必须具备的所必须具备的特点特点:第41页/共51页S S型细菌体内的型细菌体内的DNADNA热稳定性较高热稳定性较高，把，把DNADNA溶液加热至溶液加热至沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链又可部分地得以重聚，恢复其双螺冷却，分离的单链又可部分地得以重聚，恢复其双螺旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致DNADNA变性。变性。当与当与R R型细菌混合培养时，型细菌混合培养时，S S型细菌型细菌DNADNA进入进入R R型细菌型细菌体内，这叫体内，这叫DNADNA的转化的转化。1.肺炎双球菌的转化实验教材拓展延伸第42页/共51页2 2噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验(1)(1)用放射性元素无法直接标记无自主代谢能力的噬菌用放射性元素无法直接标记无自主代谢能力的噬菌体，体，只有用相关元素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，只有用相关元素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，才能使其增殖，子代被标记。才能使其增殖，子代被标记。(2)(2)噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：吸附吸附注注入入合成合成装配装配释放。释放。(3)(3)从组成化合物的元素可知，从组成化合物的元素可知，S S只存在于某些蛋白质中，只存在于某些蛋白质中，P P主要分布于主要分布于DNA(DNA(核酸核酸)中，故可用其同位素标记两种成中，故可用其同位素标记两种成分。分。教材拓展延伸第43页/共51页(4)(4)虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法不虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法不同同(前者为直接分离培养法，后者为放射性同位素示踪前者为直接分离培养法，后者为放射性同位素示踪法法)，但，但思路基本一致且都遵循了对照原则思路基本一致且都遵循了对照原则。(5)(5)两个实验的结论都是两个实验的结论都是DNADNA是遗传物质，而蛋白质不是是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。遗传物质。2噬菌体侵染细菌的实验教材拓展延伸第44页/共51页3、实验过程中排除干扰因素的常用方法将各种物质分开来分别实验。用同位素进行示踪(如在噬菌体侵染细菌的实验中用32P和35S分别标记DNA和蛋白质)。利用酶的专一性除去某些干扰物质(如在肺炎双球菌的转化实验中选用DNA酶降解DNA作对照实验)。教材拓展延伸第45页/共51页选择题选择题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B 2.2.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C第46页/共51页3 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D第47页/共51页4 4、用噬菌体去侵染内含有、用噬菌体去侵染内含有3232P P的细菌，在细菌解体后的细菌，在细菌解体后，含，含3232P P的应是的应是()()A A、子代噬菌体、子代噬菌体DNA BDNA B、子代噬菌体蛋白质外壳、子代噬菌体蛋白质外壳C C、子代噬菌体所有部分、子代噬菌体所有部分 D D、子代噬菌体不含、子代噬菌体不含3232P P5 5、用噬菌体去感染内含大量、用噬菌体去感染内含大量3 3H H的细菌，待细菌解体的细菌，待细菌解体后，后，3 3H H应应()()A A、随细菌的解体而消失、随细菌的解体而消失 B B、发现于噬菌体外壳和、发现于噬菌体外壳和DNADNA中中 C C、仅发现于噬菌体的、仅发现于噬菌体的DNADNA中中 D D、仅发现于噬菌体的外壳中、仅发现于噬菌体的外壳中AB第48页/共51页6、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A第49页/共51页厚积，方能薄发勤奋，方能补拙第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页
