高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质评优课课件ppt
展开第1节 DNA是主要的遗传物质
遗传物质的探究历程:①科学史;②遗传物质的特点; ③对遗传规律的早期推测肺炎双球菌的转化实验: ①体内转化(格里菲思);②体外转化(艾弗里) 噬菌体侵染细菌的实验 烟草花叶病毒侵染烟草的实验
课堂引入——遗传物质的探究历程
遗传学的大佬们(300+)
孟德尔:发表《植物杂交实验》
人们就已经观察到了染色体、细胞的有丝分裂和减数分裂。
萨顿:提出基因在染色体上的假说
摩尔根:证明了基因在染色体上
格里菲斯和艾弗里:证明遗传物质是DNA,而非蛋白质
赫尔希和蔡斯:用噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质
通过豌豆实验证明了生物的性状是由遗传因子控制。
通过对蝗虫细胞观察得出假说
20世纪中期:科学家发现:染色体主要组成成分:DNA和蛋白质。
20世纪中叶,科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中,究竟哪一种是遗传物质呢?这个问题曾引起生物学界激烈的争论。
你认为遗传物质可能具有什么特点?你认为要想说明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些?
问题探讨——遗传物质的特点
①能够自我复制,使前后代保持一定的连续性 ;②能够指导蛋白质合成,从而控制生物的性状和新陈代谢的过程;③能贮存大量遗传信息;④结构比较稳定,但又能产生可遗传的变异。
染色体既含核酸也含蛋白质,那携带遗传信息的分子究竟是什么?
对遗传物质的早期推测——①蛋白质是生物体的遗传物质
蛋白质是生物体的遗传物质
对遗传物质的早期推测——②DNA是生物体的遗传物质(占少数)
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位
对DNA结构了解不清晰
肺炎链球菌的转化实验——①格里菲思的体内转化实验
小鼠和两种肺炎链球菌
菌落:是由单个细菌在适宜固体培养基表面生长繁殖到一定程度,形成的肉眼可见的子细胞种群。
荚膜:某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质,主要成分是多糖。无荚膜的肺炎链球菌,感染人体或动物后,容易被吞噬细胞吞噬消灭,有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬,有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
从死亡的小鼠体内分离出S型活细菌
注射R型活细菌+加热致死的S型菌
注射加热致死的S型细菌
1、实验的自变量是什么?如何进行对照?不同对照的结论是什么?2、对于D组的实验结果你怎么解释,你会做出怎样的假设?
假说二:R菌以某种方式使加热杀死的S型菌“复活”
假说三:在死亡的S菌作用下,R菌突变为S菌
假说五:死亡S型菌的“某物质”进入R型菌,使其转化为活S菌 合成出荚膜
假说一:少量残余S菌大量繁殖
假说四:S死菌刺激小鼠体内产生免疫物质,后者刺激R菌突变成了S菌
建立假说要注意一定的有效性
高温使蛋白质结构破坏不可逆
资料:格里菲思了解到肺炎双球菌有很多类型,S菌有Ⅰ-S、Ⅱ-S、Ⅲ-S,R菌有Ⅰ-R、Ⅱ-R、Ⅲ-R,且自然状态下会有S菌突变为同型R菌,如:Ⅱ-S可突变为Ⅱ-R,但不会突变为Ⅲ-R。转化实验中用到的材料是Ⅱ-R菌与Ⅲ-S菌,且第四组实验小鼠体内提取出来的活S菌为Ⅲ-S
推断:(教材43页)已经被加热杀死的S型细菌中,含有某种促成这一转化的活性物质——转化因子。
X基因吸附在R型细菌表面
R型细菌转化成S型细菌
只是少数R型细菌转化为S型细菌
R型细菌转化为S型细菌的本质是什么?
格里菲思提出的“转化因子”到底是什么呢?
如果你是当时的一位科学家,为了弄清楚这种转化因子到底是 哪一种物质,你该如何设计这个实验?
科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
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
但是当时的技术有限,并不能彻底提纯这些物质,因此,可以通过酶解法,将物质一个个的排除,通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子,这就是实验设计的“减法原理”(课本P46)
适应范围:在对照实验中,控制自变量可以采用。
含义:与常态比较,人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。举例:在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,与对照组相比,实验组分别作加温、滴加FeC13溶液、滴加肝脏研磨液的处理,就利用了“加法原理”。
含义:与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。举例:在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质,就利用了“减法原理”。
蛋白酶(或RNA酶、酯酶)
肺炎链球菌的转化实验——②艾弗里的体外转化实验
只有DNA酶能阻止转化实验,表明DNA极有可能就是细胞提取物中有活性的转化因子
结论:转化因子很可能是DNA, DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
讨论1:加热致死的S型细菌细胞提取物可能有哪些成分?
讨论2:第一组实验有什么作用?
讨论3:第二到第五组实验中加入的酶有什么作用?
蛋白质、RNA、脂质、DNA。
破坏细胞提取物中相应的蛋白质、RNA、脂质和DNA。
制备S型细菌的细胞提取物
细胞提取物不够纯;当时科学界深信蛋白质是遗传物质。
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.他们因此获得了诺贝尔奖!
例题:某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验,进行了以下4个实验:①S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠以上4个实验中小鼠存活的情况依次是( )A.存活、存活、存活、死亡 B.存活、死亡、存活、死亡C.死亡、死亡、存活、存活 D.存活、死亡、存活、存活
美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯
定义:是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。结构:头部和尾部成分:头部和尾部的外壳由蛋白质构成,头部含有DNA。
实验材料——T2噬菌体
⑴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。⑵繁殖快。细菌20~30min就可繁殖一代,病毒短时间内可大量繁殖。
1.艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料,以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点?
2.从控制自变量的角度,艾弗里实验的基本思路是什么?在实际操作过程中最大的困难是什么?
设法将DNA与其他物质分开,单独、直接研究它们各自不同的遗传功能。最大的困难是如何彻底分离DNA与蛋白质。
3.可以直接标记噬菌体吗?
不可以噬菌体是DNA病毒,无法单独在培养基上存活。必须寄生在活的宿主细胞内才能繁殖。
遗传物质的条件——能自我复制,保持连续性 ;能指导蛋白质合成来控制性状
①用什么标记? ②如何标记? ③不能同时标记两种物质,当时的技术无法区分二者的放射性。
①子代在哪儿? ②如何保证子代所处位置? ③实验结果?
大肠杆菌 + 含35S的培养基→含35S的大肠杆菌
大肠杆菌 + 含32P的培养基→含32P的大肠杆菌
2. 再标记T2噬菌体
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程
蛋白质被35S标记的噬菌体
DNA被32P标记的噬菌体
在含35S的培养基中培养大肠杆菌
在含32P的培养基中培养大肠杆菌
35S标记的一组,上清液放射性较高,沉淀物放射性较低。 32P标记的一组,上清液放射性较低,沉淀物放射性较高。 进一步观察发现:大肠杆菌裂解释放出的子代噬菌体中,可以检测到32P标记的DNA,但却检测不到35S标记的蛋白质。
实验结果: 35S标记的一组,上清液放射性较高,沉淀物放射性较低
进一步观察:大肠杆菌裂解释放出的子代噬菌体中,检测不到35S标记的蛋白质。
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程1:35S标记
①35S标记的一组,为什么沉淀中出现了放射性?
实验结果: 32P标记的一组,上清液放射性较低,沉淀物放射性较高。
进一步观察:大肠杆菌裂解释放出的子代噬菌体中,可以检测到32P标记的DNA。
噬菌体的侵染细菌实验----实验过程2:32P标记
若该大肠杆菌有一个噬菌体侵入
②32P标记的一组,为什么上清液中出现了放射性?
1、用含35S 的噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌后,经搅拌、离心后, 上清液中的放射性很高,而沉淀物为什么仍然有很低的放射性?2、用含 32 P 的噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌后,经搅拌、离心后,沉淀物中的放射性很高,而为什么上清液仍然有很低的放射性?
可能是由于还有少量的含35S 的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上,未从中分离出来。
可能是由于少量含32 P 的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上或含有32 P 的子代噬菌体已经从大肠杆菌中释放出来
——培养(保温)时间过短,
——培养(保温)时间过长,
小结:DNA是遗传物质的研究历史
格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
(赫尔希和蔡斯)噬菌体侵染大肠杆菌的实验
(加热致死的S型细菌含有某种促使R型活细菌的活性物质——转化因子)
证明DNA是遗传物质(转化因子)
能证明蛋白质不是遗传物质
不能证明蛋白质不是遗传物质
DNA是唯一的遗传物质吗?以下生物的遗传物质是什么呢?
烟草花叶病毒感染烟草的实验
烟草花叶病毒侵染烟草的实验
综上所述,除RNA病毒外,其它(绝大多数)生物的遗传物质都是DNA,所以:
DNA是主要的遗传物质
RNA病毒:艾滋病病毒(HIV逆转录)、流感病毒(如禽流感,猪流感,现称甲型H1N1病毒)、SARA病毒、登革热病毒、甲肝病毒、烟草花叶病毒及类病毒等
DNA病毒:噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等
原核生物:细菌、支原体、衣原体、蓝藻、放线菌等
真核生物:植物、动物、原生生物、真菌
总结:不同生物遗传物质的判断
DNA是主要遗传物质的证据
RNA是遗传物质的证据
肺炎链球菌的转化实验(格里菲思)
肺炎链球菌的转化实验(艾弗里)
噬菌体侵染细菌的实验( 赫尔希、蔡斯)
DNA是主要的遗传物质的
1.判断有关肺炎双球菌转化实验叙述的正误
(1)加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂,失去活性()(2)在艾弗里的实验中,DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸,因此不能使R型细菌发生转化()(3)肺炎双球菌转化实验说明DNA是主要的遗传物质()(4)格里菲思的体内转化实验证明了DNA是遗传物质()(5)肺炎双球菌转化实验最关键的设计思路是将DNA和蛋白质分开,分别观察其作用()(6)在转化过程中,加热杀死后的S型细菌的DNA没有进入R型活细菌的细胞中()
2.判断有关生物遗传物质叙述的正误
(1)生物遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸()(2)所有生物的遗传物质都是DNA()(3)细胞核内的遗传物质是DNA,细胞质内的遗传物质是RNA()(4)小麦的遗传物质主要是DNA()(5)乳酸菌的遗传物质主要分布在染色体上()
1.枯草杆菌具有不同类型,其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中 提取的某种物质,加入培养基中,培养不能合成组氨酸的枯草杆菌,结 果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是( )
A. 多肽 B. 多糖 C. 组氨酸 D. DNA
2. 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明( )
A. DNA是遗传物质
C. 病毒中有DNA,但没有蛋白质
B. 遗传物质包括蛋白质和DNA
D. 细菌中有DNA,但没有蛋白质
3. T2噬菌体侵染大肠杆菌时,只有噬菌体的DNA进入细菌的细胞中, 噬菌体的蛋白质外壳留在细胞外。大肠杆菌裂解后,释放出的大量 噬菌体却同原来的噬菌体一样具有蛋白质外壳。 试分析子代噬菌体 的蛋白质外壳的来源。
实验表明,噬菌体在感染大肠杆菌时,进入大肠杆菌内的主要是DNA,而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。因此,大肠杆菌裂解后,释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息,以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
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