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人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质备课ppt课件
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这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质备课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了新课导入复习导入，易错归纳，加热的作用原理，研究方法，噬菌体侵染细菌的过程，设计思路，如何标记T2噬菌体，总结设计思路，提出假说，实验流程等内容，欢迎下载使用。
新课导入（科学史引入）
“遗传学之父”孟德尔将对遗传规律的研究结果整理成论文发表，提出了“遗传因子”的概念。生物学家约翰逊将“遗传因子”命名为“基因”。科学家描述了减数分裂的全过程，了解了染色体在亲子代之间规律性传递的过程。萨顿提出假说：基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。摩尔根用实验证明基因在染色体上。
自此，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么呢？摩尔根在他的《基因论》一书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”那么，这个假设能成立吗？ 基因的本质到底是什么呢？
DNA上储存着遗传信息。在细胞分裂时，DNA携带的遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保证了亲子代细胞遗传的稳定性。科学家是怎样发现并证实DNA是遗传物质的呢？
环节一：对遗传物质的早期推测
1.亲子代之间联系的“桥梁”是生殖细胞。在生殖细胞的形成过程中，染色体和DNA的数量存在规律性的变化。2.人们推测，既然基因能够控制那么多、那么复杂的性状，那么构成基因的遗传物质也一定是一种非常复杂、非常多样的化学物质，只有这样才能承担作为基因的艰巨任务。蛋白质恰好是结构最复杂、最多样的分子。3.组成人体蛋白质的氨基酸有21种。4.组成DNA的脱氧核苷酸有4种。5.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以储存大量信息。6.蛋白质是生命活动的主要承担者，与生物体的性状密切相关。
7.蛋白质有复杂的空间结构，但在高温条件下空间结构会被破坏，容易变性。8.DNA结构稳定，耐高温。9.蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的。10.DNA能自我复制，并且在复制过程中有多种机制保证准确性。11.一般情况下，同一种生物在不同发育时期，体细胞中DNA的含量基本相等，而生殖细胞中DNA的含量约是体细胞中的一半。12.同一生物体的不同组织细胞中，蛋白质的种类和含量差异较大。
对上述资料进行分析、判断，分别列举出支持蛋白质是遗传物质的资料和支持DNA是遗传物质的资料。
支持蛋白质是遗传物质的资料
支持DNA是遗传物质的资料
对资料进行分类整理和归纳，梳理出遗传物质应该具有的特征。
资料1、9、10，遗传物质应该能通过自我复制在亲子代之间传递，即遗传物质一定要在亲子代之间有连续性。这是遗传物质必须具有的最根本的特征。
资料7、8、11、12，说明遗传物质应该在数量和结构上保持一定的稳定性，这样才能保证遗传信息在亲子代之间稳定传递。
资料2、3、5，从不同角度描述了蛋白质具有多样性，具备遗传物质的特征，支持了蛋白质是遗传物质的观点。资料4，脱氧核苷酸种类太少，成为否定DNA是遗传物质的最主要的原因。资料2~5，说明遗传物质必须具有多样性的特点。
遗传物质应该具有的特点
多样性。具有储存巨大数量遗传信息的潜在能力。连续性。能够精确地复制自己，保证在亲子代之间的传递。稳定性。结构、数量稳定，保证遗传信息在亲子代之间准确、稳定地传递。
科学方法——“提出假说”
首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接受或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。
环节二：肺炎链球菌的转化实验（思路一）
R型细菌外面没有荚膜包裹，在培养基上形成的菌落表面比较粗糙，感染人体或动物体后，比较容易被吞噬细胞吞噬并杀灭，所以R型细菌的致病性不强，小鼠感染后不会死亡。
S型细菌外面有荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑，借助荚膜的保护，能有效抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖，所以S型细菌有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。
1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
第一、二组的实验结果说明R型活细菌没有致死性，S型活细菌会让小鼠死亡。第三组的实验结果说明加热致死的S型细菌对小鼠没有致死性。
高温杀菌的原理是什么？
提示：高温会使蛋白质变性，而蛋白质是生命活动的主要承担者，因此高温杀菌的原理是使细菌或真菌的蛋白质变性，失去生物活性。
第四组小鼠的注射物是R型活细菌与加热致死的S型细菌的混合物，相当于第一组和第三组注射物的混合物，实验结果是什么呢？
第一组和第三组小鼠并不死亡，第四组小鼠为何死亡？
因为第四组小鼠体内出现了S型活细菌，导致小鼠死亡。
死亡小鼠体内能分离出S型活细菌，说明了什么呢？
说明S型细菌的特征传递给了后代。
导致小鼠死亡的S型活细菌是从哪里来的呢？ 会不会是加热致死的S型细菌死而复生了呢？
不会。因为第三组实验告诉我们，加热致死的S型细菌不会死而复生。第四组与第三组的区别是加热致死的S型细菌是否与R型活细菌混合。因此，合理的推测应该是：活的R型细菌转化成了活的S型细菌，导致小鼠死亡。
为什么R型细菌会转化成S型细菌呢？是R型细菌发生了变异吗？
不是，因为第一组并没有发生这样的变化。
对照四组实验可知，只有在R型活细菌与加热致死的S型细菌混合时才会发生这种转化，由此可以推测：加热致死的S型细菌含有某种物质，能把R型活细菌转化为S型活细菌。我们把这种物质叫作转化因子。
思路1 将加热致死的S型细菌的各种物质分离提纯后，分别加入有R型活细菌的培养基中，观察是否发生转化。
思路2 酶解法：用不同的酶分别去除加热致死的S型细菌的细胞提取物中的一种成分，观察处理后的细胞提取物能否将R型活细菌转化为S型活细菌。
构成细胞的主要物质有蛋白质、DNA、RNA、糖类、脂质等，根据你所掌握的知识，试着设计实验，寻找转化因子。
2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
实验目的：找到转化因子是什么。
实验材料：肺炎链球菌。
实验原理：先获取或去除加热致死的S型细菌中的某种物质，再与R型活细菌混合，观察是否发生转化现象。
自变量：加热致死的S型细菌中的各种物质成分。因变量：R型活细菌是否被转化。
如何判断是否发生了转化？ 检测的因变量指标是什么呢？ 格里菲思的实验中是如何判断发生了转化的？ 还继续用小鼠做实验，观察小鼠的存活状态吗？
提示：研究目的是寻找转化因子是哪一种物质。如果在小鼠体内完成转化，体内环境太复杂，干扰因素太多，无法确定到底是什么因素引起了转化。R型细菌和S型细菌除了可以从致死性的差别来进行区分外，还可以从菌落的特点来进行区分。观察菌落的表面形态，可以判断R型细菌是否转化成了S型细菌。
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
本实验中，蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是什么？ 这利用了酶的什么特点？
提示：蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是分别去除加热致死的S型细菌的细胞提取物中的特定物质，这利用了酶的专一性。
第一至第四组的培养基上，为什么既有R型细菌，又有S型细菌呢？ 培养基上形成的菌落说明了什么？
提示：因为转化是随机的，只有一部分R型活细菌转化成了S型活细菌。培养基上形成了S型细菌菌落，说明转化成的S型细菌是可以繁殖的。
第五组用DNA酶处理加热致死的S型细菌的细胞提取物之后再进行转化实验。实验结果是培养基上只有R型细菌的菌落。第五组的实验结果说明了什么？
提示：第五组的实验结果说明，用DNA酶处理后的细胞提取物不再具有转化R型活细菌的能力，不再有S型活细菌的出现。
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时也证明了蛋白质等物质不是遗传物质。
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的设计遵循了哪些原则？
提示：遵循了对照原则、单一变量原则。
第一至第四组发生转化的R型细菌占多数还是少数？
提示：被转化的R型细菌占少数，在第一至第四组的培养基中，R型细菌的菌落占多数。
（1）肺炎链球菌体外转化实验的实质是S型细菌的DNA 片段整合到了R型细菌的DNA中，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。
（2）一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，其余S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
（1）加热会使蛋白质变性失活。由于蛋白质失活，酶等物质失去其相应功能，细菌死亡。
（2）加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到一定程度时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。
环节二：肺炎链球菌的转化实验（思路二）
一、肺炎链球菌的体内转化实验
肺炎链球菌的体内转化实验的自变量是什么？ 因变量是什么？
提示：自变量是给小鼠注射的细菌种类及是否有活性；因变量是小鼠是否能存活及体内是否有活的S型细菌。
分析格里菲思做的四组实验，回答以下问题：
1.第一、二组实验在整个实验中起什么作用？2.第二、三组实验对比，说明了什么？3.格里菲思对第四组小鼠做了怎样的处理？ 实验结果是什么？4.推测导致第四组小鼠死亡的S型活细菌是从哪里来的。
从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以推断：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。
1.第四组的小鼠死亡是加热致死的S型细菌复活导致的还是R型活细菌被转化导致的？
蛋白质具有一定的空间结构，正确的空间结构是蛋白质行使功能的前提，加热会破坏蛋白质的空间结构，使蛋白质变性。而蛋白质是生命活动的主要承担者，蛋白质失活了，生命活动就不可能再恢复，也就是说加热致死的S型细菌是不可能复活的。
2.加热致死的S型细菌的DNA有没有被破坏？
加热会使DNA变性，当温度缓慢降低时DNA又会复性。所以，加热致死的S型细菌的DNA还是有作用的。
二、肺炎链球菌的体外转化实验
1.加热致死的S型细菌体内含有哪些物质？ 哪种物质可能是转化因子？
2.要进一步证明哪种物质是转化因子，实验中最关键的设计思路是什么？
提示：设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独地、直接地观察它们的作用。
3.通过什么方法将蛋白质、DNA等物质分开？
提示：（1）通过化学提纯法，将每种物质分别提取出来，再加入有R型活细菌的培养基中，通过观察各组的结果来寻找转化因子。（2）通过酶解法，将加热致死的S型细菌的细胞提取物中的物质一个个去除，通过观察细胞提取物中的剩余物质的作用来寻找转化因子。
1.实验的自变量是什么？2.实验的对照组和实验组分别是什么？3.实验的方法有哪些？
提示：向培养基中加入的S型细菌的各种成分。
提示：第一组为对照组，第二至第五组为实验组。
提示：酶解法、细菌培养技术、对照实验等。
4.如何区分R型细菌和S型细菌？5.本实验能得出什么结论？
提示：观察菌落的形态。
提示：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
列表比较肺炎链球菌体内与体外转化实验。
环节三：肺炎链球菌体外转化实验的科学方法
从控制自变量的角度分析，艾弗里实验的基本思路是什么？
提示：每个实验组特异性地去除一种物质，从而鉴定出哪一种物质是转化因子。
1.自变量控制中的“加法原理”
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FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。
2.自变量控制中的“减法原理”
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”。
环节四：噬菌体侵染细菌的实验（思路一）
1.实验材料——T2噬菌体
定义：T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。结构：有头部和尾部。成分：头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部含有DNA。
DNA和蛋白质不能直接看到，如何知道噬菌体的DNA和蛋白质外壳有没有进入细菌？
提示：根据放射性同位素示踪法，用放射性同位素分别标记DNA和蛋白质。
用放射性同位素标记哪种元素？
提示：DNA含有C、H、O、N、P元素，蛋白质含有C、H、O、N、S等元素。在T2噬菌体中，P是DNA特有的元素，S是蛋白质特有的元素，所以可以用32P标记DNA，用35S标记蛋白质。
能不能用3H、14C标记T2噬菌体？
提示：不能，因为DNA 和蛋白质都含有C和H元素，无法区分被标记的是哪一种物质。
能不能用15N标记T2噬菌体？
提示：不能，因为DNA和蛋白质都含有N元素，无法区分被标记的是哪一种物质；且15N是稳定同位素，没有放射性。
能不能同时用32P和35S标记T2噬菌体？
提示：不能。若同时用32P和35S标记T2噬菌体，无法确定放射性来自核酸还是蛋白质。
①先标记细菌：在含有放射性同位素32P（或35S）的培养基中培养大肠杆菌。②再标记T2噬菌体：用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，制备含32P（或35S）的T2噬菌体。
设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地观察它们的作用。
提示：因为T2噬菌体是病毒，营寄生生活，只有在活细胞内才能进行增殖，所以应该先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养T2噬菌体。
为什么不能直接用含有32P和35S的培养基来培养T2噬菌体？
（1）T2噬菌体注入大肠杆菌的是蛋白质，DNA未进入。
（2）T2噬菌体注入大肠杆菌的是DNA，蛋白质未进入。
（3）T2噬菌体注入大肠杆菌的是蛋白质和DNA。
第一组实验：用35S标记的T2噬菌体（标记蛋白质）侵染未被标记的大肠杆菌，保温一段时间后，搅拌、离心，检测沉淀物（大肠杆菌）和上清液中的放射性物质。第二组实验：用32P标记的T2噬菌体（标记DNA）侵染未被标记的大肠杆菌，保温一段时间后，搅拌、离心，检测沉淀物（大肠杆菌）和上清液中的放射性物质。
搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体与大肠杆菌分离。
离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
与假设2的预期结果相符
赫尔希和蔡斯的实验表明：噬菌体侵染大肠杆菌时，DNA进入大肠杆菌细胞，而蛋白质外壳留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA是噬菌体的遗传物质。
这个实验结果能不能说明蛋白质不是遗传物质？
提示：不能。因为蛋白质外壳并没有进入大肠杆菌细胞，既不能说明它是遗传物质，也不能说明它不是遗传物质。
保温时间对32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌实验结果的影响
搅拌对35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌实验结果的影响
肺炎链球菌体外转化实验与噬菌体侵染细菌实验的对比
环节四：噬菌体侵染细菌的实验（思路二）
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。
德尔布吕克和埃里斯将噬菌体的生长阶段划分为三个时期：潜伏期、裂解期和平稳期，建立了一个简单的一步生长曲线。一步生长曲线给后来的科学家一个启示：从亲代噬菌体侵染到子代噬菌体释放是一个循环过程，可以通过控制时间收集到菌体内或菌体外的噬菌体。
资料1 20世纪30年代，科学家拍摄到噬菌体侵染大肠杆菌的电镜图，可以看到细菌的轮廓，噬菌体颗粒既分布在菌体外，也分布在菌体内。菌体外的噬菌体颗粒有序排布在菌体表面。 资料2 1951年，科学家发现利用渗透压骤变的处理方式，能使噬菌体的外壳和内部的物质分开，分开后内部的物质对DNA酶非常敏感，容易被DNA酶降解。这个发现意味着噬菌体可能存在某种过程，恰好能使蛋白质和DNA完全分开。
资料3 科学家猜测，在噬菌体吸附细菌后，作为遗传物质的成分可能会进入菌体内。也就是说，谁进入菌体中谁可能就是遗传物质。遗憾的是，电镜照片没办法确认是哪种物质进入了菌体中。于是，有科学家提出了一个大胆的想法：也许噬菌体侵染细菌的过程类似于注射过程，噬菌体外壳就像个针筒，里面的遗传物质可以被推入菌体内部。
如何证明噬菌体不是整个进入细菌内部，而是一部分进去了呢？ 进去的成分是什么？
资料4 同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程。生物学研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，是稳定同位素，如15N、18O等。 资料5 在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。
选用何种元素对蛋白质和DNA 进行标记？如何标记？能否同时标记？
提示：选用35S对蛋白质进行标记，用32P对DNA进行标记。标记时，应先用含放射性同位素的培养基培养细菌，再让噬菌体侵染上述细菌，得到被标记的噬菌体。蛋白质和DNA不能同时标记，否则不能区分。
可以直接标记噬菌体吗？
提示：不可以。噬菌体是病毒，无法单独在培养基上生活，只有寄生在活的宿主细胞内才能繁殖。
1952年，赫尔希和他的助手蔡斯共同完成了实验。1.标记大肠杆菌
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
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
（1）用35S或32P标记的噬菌体与未被标记的大肠杆菌混合。（2）经短时间保温后用搅拌器搅拌。（3）离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。（4）大肠杆菌裂解后检测子代噬菌体的放射性。
（1）35S标记的一组，上清液放射性很高，沉淀物放射性很低。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。（2）32P标记的一组，上清液放射性很低，沉淀物放射性很高。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。
DNA是噬菌体的遗传物质。
1.用含35S的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，经搅拌、离心后，上清液的放射性很高，而沉淀物为什么仍然有很低的放射性？
提示：可能是由于搅拌不充分，还有少量的含35S的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上。
2.用含32P的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，经搅拌、离心后，沉淀物的放射性很高，而上清液为什么仍然有很低的放射性？
提示：可能是由于保温时间过短，少量含32P的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上；也可能由于保温时间过长，含有32P的子代噬菌体已经从大肠杆菌中释放出来。
3.你认为保温时间应该多长？
提示：根据一步生长曲线分析，20 min后细菌开始裂解，保温时间应该控制在细菌裂解之前。
4.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入菌体中，噬菌体的蛋白质外壳留在菌体外。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。
提示：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。
环节五：DNA是主要的遗传物质
资料1 19世纪末期，人们已知有某种威胁烟草作物生存的疾病，健康油绿的烟草叶片染病后就会出现花斑状病斑，严重时能导致减产30%~50%。微生物学家将染病的烟草叶片捣碎，用细菌过滤器过滤，结果发现滤液仍然能使健康的叶片染病，说明这种病原体比细菌的体积还要小。经过几十年的努力，科学家确定了这种病原体是烟草花叶病毒（TMV）。 资料2 随着电镜的发明，科学家认识到烟草花叶病毒（TMV）是一种RNA病毒，没有细胞，由一个蛋白质外壳（衣壳）和核酸组成。其蛋白质外壳呈圆筒状，由很多相同的蛋白质亚基组成。外壳内有一个单链RNA分子。烟草花叶病毒专门感染植物，尤其是烟草及其他茄科植物，能使这些被感染的叶片看起来斑驳污损。
1.烟草花叶病毒感染烟草的实验
格勒和施拉姆做了如下实验：①用石炭酸处理烟草花叶病毒，把蛋白质去掉，只留下RNA，再将RNA接种到正常的烟草上，结果烟草染病；②如果用蛋白质部分侵染正常烟草，则烟草不染病。
2.烟草花叶病毒重建实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
变形虫、玉米、人、酵母菌
除了RNA病毒，生物的遗传物质都是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
不同生物遗传物质的判断方法：
（1）有细胞结构的生物，遗传物质是DNA。（2）没有细胞结构的生物，如病毒，遗传物质是DNA或RNA。（3）既有DNA又有RNA的生物，遗传物质是DNA。
1.某科研小组在格里菲思实验的基础上利用相同实验材料增加了相关实验，实验过程如图所示，下列叙述正确的是 （ ）A.活菌甲是S型细菌，活菌乙是R型细菌B.该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质C.从鼠2血液中分离出来的活菌都能使小鼠死亡D.从鼠5体内分离出的活菌在培养基上培养，都会产生光滑菌落
2.在证明DNA是遗传物质的几个著名经典实验中，在实验设计思路中最关键的是 （ ） A.设法将DNA和蛋白质分开，单独直接地观察它们各自的作用B.要得到噬菌体和肺炎链球菌C.要分离DNA和蛋白质D.要用同位素标记DNA和蛋白质
新课导入（科学史引入）
“遗传学之父”孟德尔将对遗传规律的研究结果整理成论文发表，提出了“遗传因子”的概念。生物学家约翰逊将“遗传因子”命名为“基因”。科学家描述了减数分裂的全过程，了解了染色体在亲子代之间规律性传递的过程。萨顿提出假说：基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。摩尔根用实验证明基因在染色体上。
自此，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么呢？摩尔根在他的《基因论》一书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”那么，这个假设能成立吗？ 基因的本质到底是什么呢？
DNA上储存着遗传信息。在细胞分裂时，DNA携带的遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保证了亲子代细胞遗传的稳定性。科学家是怎样发现并证实DNA是遗传物质的呢？
环节一：对遗传物质的早期推测
1.亲子代之间联系的“桥梁”是生殖细胞。在生殖细胞的形成过程中，染色体和DNA的数量存在规律性的变化。2.人们推测，既然基因能够控制那么多、那么复杂的性状，那么构成基因的遗传物质也一定是一种非常复杂、非常多样的化学物质，只有这样才能承担作为基因的艰巨任务。蛋白质恰好是结构最复杂、最多样的分子。3.组成人体蛋白质的氨基酸有21种。4.组成DNA的脱氧核苷酸有4种。5.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以储存大量信息。6.蛋白质是生命活动的主要承担者，与生物体的性状密切相关。
7.蛋白质有复杂的空间结构，但在高温条件下空间结构会被破坏，容易变性。8.DNA结构稳定，耐高温。9.蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的。10.DNA能自我复制，并且在复制过程中有多种机制保证准确性。11.一般情况下，同一种生物在不同发育时期，体细胞中DNA的含量基本相等，而生殖细胞中DNA的含量约是体细胞中的一半。12.同一生物体的不同组织细胞中，蛋白质的种类和含量差异较大。
对上述资料进行分析、判断，分别列举出支持蛋白质是遗传物质的资料和支持DNA是遗传物质的资料。
支持蛋白质是遗传物质的资料
支持DNA是遗传物质的资料
对资料进行分类整理和归纳，梳理出遗传物质应该具有的特征。
资料1、9、10，遗传物质应该能通过自我复制在亲子代之间传递，即遗传物质一定要在亲子代之间有连续性。这是遗传物质必须具有的最根本的特征。
资料7、8、11、12，说明遗传物质应该在数量和结构上保持一定的稳定性，这样才能保证遗传信息在亲子代之间稳定传递。
资料2、3、5，从不同角度描述了蛋白质具有多样性，具备遗传物质的特征，支持了蛋白质是遗传物质的观点。资料4，脱氧核苷酸种类太少，成为否定DNA是遗传物质的最主要的原因。资料2~5，说明遗传物质必须具有多样性的特点。
遗传物质应该具有的特点
多样性。具有储存巨大数量遗传信息的潜在能力。连续性。能够精确地复制自己，保证在亲子代之间的传递。稳定性。结构、数量稳定，保证遗传信息在亲子代之间准确、稳定地传递。
科学方法——“提出假说”
首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接受或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。
环节二：肺炎链球菌的转化实验（思路一）
R型细菌外面没有荚膜包裹，在培养基上形成的菌落表面比较粗糙，感染人体或动物体后，比较容易被吞噬细胞吞噬并杀灭，所以R型细菌的致病性不强，小鼠感染后不会死亡。
S型细菌外面有荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑，借助荚膜的保护，能有效抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖，所以S型细菌有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。
1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
第一、二组的实验结果说明R型活细菌没有致死性，S型活细菌会让小鼠死亡。第三组的实验结果说明加热致死的S型细菌对小鼠没有致死性。
高温杀菌的原理是什么？
提示：高温会使蛋白质变性，而蛋白质是生命活动的主要承担者，因此高温杀菌的原理是使细菌或真菌的蛋白质变性，失去生物活性。
第四组小鼠的注射物是R型活细菌与加热致死的S型细菌的混合物，相当于第一组和第三组注射物的混合物，实验结果是什么呢？
第一组和第三组小鼠并不死亡，第四组小鼠为何死亡？
因为第四组小鼠体内出现了S型活细菌，导致小鼠死亡。
死亡小鼠体内能分离出S型活细菌，说明了什么呢？
说明S型细菌的特征传递给了后代。
导致小鼠死亡的S型活细菌是从哪里来的呢？ 会不会是加热致死的S型细菌死而复生了呢？
不会。因为第三组实验告诉我们，加热致死的S型细菌不会死而复生。第四组与第三组的区别是加热致死的S型细菌是否与R型活细菌混合。因此，合理的推测应该是：活的R型细菌转化成了活的S型细菌，导致小鼠死亡。
为什么R型细菌会转化成S型细菌呢？是R型细菌发生了变异吗？
不是，因为第一组并没有发生这样的变化。
对照四组实验可知，只有在R型活细菌与加热致死的S型细菌混合时才会发生这种转化，由此可以推测：加热致死的S型细菌含有某种物质，能把R型活细菌转化为S型活细菌。我们把这种物质叫作转化因子。
思路1 将加热致死的S型细菌的各种物质分离提纯后，分别加入有R型活细菌的培养基中，观察是否发生转化。
思路2 酶解法：用不同的酶分别去除加热致死的S型细菌的细胞提取物中的一种成分，观察处理后的细胞提取物能否将R型活细菌转化为S型活细菌。
构成细胞的主要物质有蛋白质、DNA、RNA、糖类、脂质等，根据你所掌握的知识，试着设计实验，寻找转化因子。
2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
实验目的：找到转化因子是什么。
实验材料：肺炎链球菌。
实验原理：先获取或去除加热致死的S型细菌中的某种物质，再与R型活细菌混合，观察是否发生转化现象。
自变量：加热致死的S型细菌中的各种物质成分。因变量：R型活细菌是否被转化。
如何判断是否发生了转化？ 检测的因变量指标是什么呢？ 格里菲思的实验中是如何判断发生了转化的？ 还继续用小鼠做实验，观察小鼠的存活状态吗？
提示：研究目的是寻找转化因子是哪一种物质。如果在小鼠体内完成转化，体内环境太复杂，干扰因素太多，无法确定到底是什么因素引起了转化。R型细菌和S型细菌除了可以从致死性的差别来进行区分外，还可以从菌落的特点来进行区分。观察菌落的表面形态，可以判断R型细菌是否转化成了S型细菌。
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
本实验中，蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是什么？ 这利用了酶的什么特点？
提示：蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是分别去除加热致死的S型细菌的细胞提取物中的特定物质，这利用了酶的专一性。
第一至第四组的培养基上，为什么既有R型细菌，又有S型细菌呢？ 培养基上形成的菌落说明了什么？
提示：因为转化是随机的，只有一部分R型活细菌转化成了S型活细菌。培养基上形成了S型细菌菌落，说明转化成的S型细菌是可以繁殖的。
第五组用DNA酶处理加热致死的S型细菌的细胞提取物之后再进行转化实验。实验结果是培养基上只有R型细菌的菌落。第五组的实验结果说明了什么？
提示：第五组的实验结果说明，用DNA酶处理后的细胞提取物不再具有转化R型活细菌的能力，不再有S型活细菌的出现。
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时也证明了蛋白质等物质不是遗传物质。
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的设计遵循了哪些原则？
提示：遵循了对照原则、单一变量原则。
第一至第四组发生转化的R型细菌占多数还是少数？
提示：被转化的R型细菌占少数，在第一至第四组的培养基中，R型细菌的菌落占多数。
（1）肺炎链球菌体外转化实验的实质是S型细菌的DNA 片段整合到了R型细菌的DNA中，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。
（2）一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，其余S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
（1）加热会使蛋白质变性失活。由于蛋白质失活，酶等物质失去其相应功能，细菌死亡。
（2）加热时，DNA的结构也会被破坏，但当温度降低到一定程度时，DNA的结构会恢复，进而恢复活性。
环节二：肺炎链球菌的转化实验（思路二）
一、肺炎链球菌的体内转化实验
肺炎链球菌的体内转化实验的自变量是什么？ 因变量是什么？
提示：自变量是给小鼠注射的细菌种类及是否有活性；因变量是小鼠是否能存活及体内是否有活的S型细菌。
分析格里菲思做的四组实验，回答以下问题：
1.第一、二组实验在整个实验中起什么作用？2.第二、三组实验对比，说明了什么？3.格里菲思对第四组小鼠做了怎样的处理？ 实验结果是什么？4.推测导致第四组小鼠死亡的S型活细菌是从哪里来的。
从第四组实验的小鼠尸体中分离出的有致病性的S型活细菌，其后代也是有致病性的S型细菌。由此可以推断：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。
1.第四组的小鼠死亡是加热致死的S型细菌复活导致的还是R型活细菌被转化导致的？
蛋白质具有一定的空间结构，正确的空间结构是蛋白质行使功能的前提，加热会破坏蛋白质的空间结构，使蛋白质变性。而蛋白质是生命活动的主要承担者，蛋白质失活了，生命活动就不可能再恢复，也就是说加热致死的S型细菌是不可能复活的。
2.加热致死的S型细菌的DNA有没有被破坏？
加热会使DNA变性，当温度缓慢降低时DNA又会复性。所以，加热致死的S型细菌的DNA还是有作用的。
二、肺炎链球菌的体外转化实验
1.加热致死的S型细菌体内含有哪些物质？ 哪种物质可能是转化因子？
2.要进一步证明哪种物质是转化因子，实验中最关键的设计思路是什么？
提示：设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独地、直接地观察它们的作用。
3.通过什么方法将蛋白质、DNA等物质分开？
提示：（1）通过化学提纯法，将每种物质分别提取出来，再加入有R型活细菌的培养基中，通过观察各组的结果来寻找转化因子。（2）通过酶解法，将加热致死的S型细菌的细胞提取物中的物质一个个去除，通过观察细胞提取物中的剩余物质的作用来寻找转化因子。
1.实验的自变量是什么？2.实验的对照组和实验组分别是什么？3.实验的方法有哪些？
提示：向培养基中加入的S型细菌的各种成分。
提示：第一组为对照组，第二至第五组为实验组。
提示：酶解法、细菌培养技术、对照实验等。
4.如何区分R型细菌和S型细菌？5.本实验能得出什么结论？
提示：观察菌落的形态。
提示：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
列表比较肺炎链球菌体内与体外转化实验。
环节三：肺炎链球菌体外转化实验的科学方法
从控制自变量的角度分析，艾弗里实验的基本思路是什么？
提示：每个实验组特异性地去除一种物质，从而鉴定出哪一种物质是转化因子。
1.自变量控制中的“加法原理”
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FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。
2.自变量控制中的“减法原理”
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”。
环节四：噬菌体侵染细菌的实验（思路一）
1.实验材料——T2噬菌体
定义：T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。结构：有头部和尾部。成分：头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部含有DNA。
DNA和蛋白质不能直接看到，如何知道噬菌体的DNA和蛋白质外壳有没有进入细菌？
提示：根据放射性同位素示踪法，用放射性同位素分别标记DNA和蛋白质。
用放射性同位素标记哪种元素？
提示：DNA含有C、H、O、N、P元素，蛋白质含有C、H、O、N、S等元素。在T2噬菌体中，P是DNA特有的元素，S是蛋白质特有的元素，所以可以用32P标记DNA，用35S标记蛋白质。
能不能用3H、14C标记T2噬菌体？
提示：不能，因为DNA 和蛋白质都含有C和H元素，无法区分被标记的是哪一种物质。
能不能用15N标记T2噬菌体？
提示：不能，因为DNA和蛋白质都含有N元素，无法区分被标记的是哪一种物质；且15N是稳定同位素，没有放射性。
能不能同时用32P和35S标记T2噬菌体？
提示：不能。若同时用32P和35S标记T2噬菌体，无法确定放射性来自核酸还是蛋白质。
①先标记细菌：在含有放射性同位素32P（或35S）的培养基中培养大肠杆菌。②再标记T2噬菌体：用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，制备含32P（或35S）的T2噬菌体。
设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地观察它们的作用。
提示：因为T2噬菌体是病毒，营寄生生活，只有在活细胞内才能进行增殖，所以应该先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养T2噬菌体。
为什么不能直接用含有32P和35S的培养基来培养T2噬菌体？
（1）T2噬菌体注入大肠杆菌的是蛋白质，DNA未进入。
（2）T2噬菌体注入大肠杆菌的是DNA，蛋白质未进入。
（3）T2噬菌体注入大肠杆菌的是蛋白质和DNA。
第一组实验：用35S标记的T2噬菌体（标记蛋白质）侵染未被标记的大肠杆菌，保温一段时间后，搅拌、离心，检测沉淀物（大肠杆菌）和上清液中的放射性物质。第二组实验：用32P标记的T2噬菌体（标记DNA）侵染未被标记的大肠杆菌，保温一段时间后，搅拌、离心，检测沉淀物（大肠杆菌）和上清液中的放射性物质。
搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体与大肠杆菌分离。
离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
与假设2的预期结果相符
赫尔希和蔡斯的实验表明：噬菌体侵染大肠杆菌时，DNA进入大肠杆菌细胞，而蛋白质外壳留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA是噬菌体的遗传物质。
这个实验结果能不能说明蛋白质不是遗传物质？
提示：不能。因为蛋白质外壳并没有进入大肠杆菌细胞，既不能说明它是遗传物质，也不能说明它不是遗传物质。
保温时间对32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌实验结果的影响
搅拌对35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌实验结果的影响
肺炎链球菌体外转化实验与噬菌体侵染细菌实验的对比
环节四：噬菌体侵染细菌的实验（思路二）
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。
德尔布吕克和埃里斯将噬菌体的生长阶段划分为三个时期：潜伏期、裂解期和平稳期，建立了一个简单的一步生长曲线。一步生长曲线给后来的科学家一个启示：从亲代噬菌体侵染到子代噬菌体释放是一个循环过程，可以通过控制时间收集到菌体内或菌体外的噬菌体。
资料1 20世纪30年代，科学家拍摄到噬菌体侵染大肠杆菌的电镜图，可以看到细菌的轮廓，噬菌体颗粒既分布在菌体外，也分布在菌体内。菌体外的噬菌体颗粒有序排布在菌体表面。 资料2 1951年，科学家发现利用渗透压骤变的处理方式，能使噬菌体的外壳和内部的物质分开，分开后内部的物质对DNA酶非常敏感，容易被DNA酶降解。这个发现意味着噬菌体可能存在某种过程，恰好能使蛋白质和DNA完全分开。
资料3 科学家猜测，在噬菌体吸附细菌后，作为遗传物质的成分可能会进入菌体内。也就是说，谁进入菌体中谁可能就是遗传物质。遗憾的是，电镜照片没办法确认是哪种物质进入了菌体中。于是，有科学家提出了一个大胆的想法：也许噬菌体侵染细菌的过程类似于注射过程，噬菌体外壳就像个针筒，里面的遗传物质可以被推入菌体内部。
如何证明噬菌体不是整个进入细菌内部，而是一部分进去了呢？ 进去的成分是什么？
资料4 同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程。生物学研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，是稳定同位素，如15N、18O等。 资料5 在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。
选用何种元素对蛋白质和DNA 进行标记？如何标记？能否同时标记？
提示：选用35S对蛋白质进行标记，用32P对DNA进行标记。标记时，应先用含放射性同位素的培养基培养细菌，再让噬菌体侵染上述细菌，得到被标记的噬菌体。蛋白质和DNA不能同时标记，否则不能区分。
可以直接标记噬菌体吗？
提示：不可以。噬菌体是病毒，无法单独在培养基上生活，只有寄生在活的宿主细胞内才能繁殖。
1952年，赫尔希和他的助手蔡斯共同完成了实验。1.标记大肠杆菌
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
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
（1）用35S或32P标记的噬菌体与未被标记的大肠杆菌混合。（2）经短时间保温后用搅拌器搅拌。（3）离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。（4）大肠杆菌裂解后检测子代噬菌体的放射性。
（1）35S标记的一组，上清液放射性很高，沉淀物放射性很低。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。（2）32P标记的一组，上清液放射性很低，沉淀物放射性很高。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。
DNA是噬菌体的遗传物质。
1.用含35S的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，经搅拌、离心后，上清液的放射性很高，而沉淀物为什么仍然有很低的放射性？
提示：可能是由于搅拌不充分，还有少量的含35S的噬菌体仍吸附于大肠杆菌上。
2.用含32P的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌，经搅拌、离心后，沉淀物的放射性很高，而上清液为什么仍然有很低的放射性？
提示：可能是由于保温时间过短，少量含32P的噬菌体还未吸附于大肠杆菌上；也可能由于保温时间过长，含有32P的子代噬菌体已经从大肠杆菌中释放出来。
3.你认为保温时间应该多长？
提示：根据一步生长曲线分析，20 min后细菌开始裂解，保温时间应该控制在细菌裂解之前。
4.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只有噬菌体的DNA进入菌体中，噬菌体的蛋白质外壳留在菌体外。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。
提示：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。
环节五：DNA是主要的遗传物质
资料1 19世纪末期，人们已知有某种威胁烟草作物生存的疾病，健康油绿的烟草叶片染病后就会出现花斑状病斑，严重时能导致减产30%~50%。微生物学家将染病的烟草叶片捣碎，用细菌过滤器过滤，结果发现滤液仍然能使健康的叶片染病，说明这种病原体比细菌的体积还要小。经过几十年的努力，科学家确定了这种病原体是烟草花叶病毒（TMV）。 资料2 随着电镜的发明，科学家认识到烟草花叶病毒（TMV）是一种RNA病毒，没有细胞，由一个蛋白质外壳（衣壳）和核酸组成。其蛋白质外壳呈圆筒状，由很多相同的蛋白质亚基组成。外壳内有一个单链RNA分子。烟草花叶病毒专门感染植物，尤其是烟草及其他茄科植物，能使这些被感染的叶片看起来斑驳污损。
1.烟草花叶病毒感染烟草的实验
格勒和施拉姆做了如下实验：①用石炭酸处理烟草花叶病毒，把蛋白质去掉，只留下RNA，再将RNA接种到正常的烟草上，结果烟草染病；②如果用蛋白质部分侵染正常烟草，则烟草不染病。
2.烟草花叶病毒重建实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
变形虫、玉米、人、酵母菌
除了RNA病毒，生物的遗传物质都是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
不同生物遗传物质的判断方法：
（1）有细胞结构的生物，遗传物质是DNA。（2）没有细胞结构的生物，如病毒，遗传物质是DNA或RNA。（3）既有DNA又有RNA的生物，遗传物质是DNA。
1.某科研小组在格里菲思实验的基础上利用相同实验材料增加了相关实验，实验过程如图所示，下列叙述正确的是 （ ）A.活菌甲是S型细菌，活菌乙是R型细菌B.该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质C.从鼠2血液中分离出来的活菌都能使小鼠死亡D.从鼠5体内分离出的活菌在培养基上培养，都会产生光滑菌落
2.在证明DNA是遗传物质的几个著名经典实验中，在实验设计思路中最关键的是 （ ） A.设法将DNA和蛋白质分开，单独直接地观察它们各自的作用B.要得到噬菌体和肺炎链球菌C.要分离DNA和蛋白质D.要用同位素标记DNA和蛋白质
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