3.1DNA是主要的遺傳物質(zhì)第3章

基因的本質(zhì)

20世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)染色體主要是由蛋白質(zhì)和

DNA組成的。在這兩種物質(zhì)中，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)

呢?這個問題曾引起生物學(xué)界激烈的爭論。

討論

1、你認(rèn)為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點?遺傳物質(zhì)應(yīng)能夠儲存大量的遺傳信息，可以準(zhǔn)確地復(fù)制，并傳遞給下一代，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，等等。2、你認(rèn)為證明某一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的可行方法有哪些?例如，將待定的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移給其他生物，觀察后代的性狀表現(xiàn)，等等。染色體、蛋白質(zhì)和DNA示意圖一、對遺傳物質(zhì)的早期推測20世紀(jì)20年代人們認(rèn)識到各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白質(zhì)。氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著遺傳信息。因此，當(dāng)時大多數(shù)的科學(xué)家認(rèn)為，蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。20世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)DNA是由4種含氮堿基不同的脫氧核苷酸聚合成的生物大分子，本可以使人意識到DNA很重要。但是對DNA的結(jié)構(gòu)沒有清晰的了解，蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點仍占主導(dǎo)地位。腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸AP脫氧核糖GP脫氧核糖CP脫氧核糖TP脫氧核糖脫氧核苷酸的化學(xué)組成二、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗1.S菌和R菌2.艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗1.格里菲斯的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗（1）S菌和R菌（2）實驗過程（3）實驗結(jié)論（4）幾點說明（1）S菌和R菌項目S型細(xì)菌R型細(xì)菌菌落菌體有無致病（毒）性表面光滑

Smooth表面粗糙

Rough無多糖莢膜無多糖莢膜有（人鼠患肺炎，小鼠敗血癥死亡）（2）實驗過程注射R型活細(xì)菌0102注射S型活細(xì)菌03注射加熱致死的S型細(xì)菌04將R型活細(xì)菌與加熱致死的S型細(xì)菌混合后注射小鼠不死亡小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌小鼠不死亡小鼠死亡，從小鼠體內(nèi)分離出S型活細(xì)菌（3）實驗結(jié)論已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌，含有某種促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子。（4）幾點說明實驗中控制單一變量和設(shè)置對照組。第四組實驗中，只有少數(shù)R菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，因此，在小鼠體內(nèi)R菌和S菌是共存的。轉(zhuǎn)化的原理是基因重組。2.艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗（1）實驗思路（2）實驗過程（3）實驗結(jié)論（4）自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”（1）實驗思路每個實驗組中特異性地除去了一種物質(zhì)，然后觀察在沒有這種物質(zhì)的情況下，實驗結(jié)果會有什么變化。（2）實驗過程有R型細(xì)菌的培養(yǎng)基S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物+混合R型細(xì)菌S型細(xì)菌第一組蛋白酶（或RNA酶、酯酶）+混合S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物有R型細(xì)菌的培養(yǎng)基R型細(xì)菌S型細(xì)菌第二至四組+混合DNA酶S型細(xì)菌的細(xì)胞提取物有R型細(xì)菌的培養(yǎng)基只長R型細(xì)菌第五組（3）實驗結(jié)論實驗表明，細(xì)胞提取物中含有前文所述的轉(zhuǎn)化因子，而轉(zhuǎn)化因子很可能就是DNA。艾弗里等人進(jìn)一步分析了細(xì)胞提取物的理化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)這些特性都與DNA的極為相似，于是，艾弗里提出了不同于當(dāng)時大多數(shù)科學(xué)家觀點的結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)，即DNA是遺傳物質(zhì)，而其他物質(zhì)如蛋白質(zhì)、RNA等不是。（4）自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”在對照實驗中控制自變量，可以采用“加法或減法原理”；與常態(tài)相比，人為去除某種影響因素的稱為減法原理。例如在艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質(zhì)，從而鑒定出DNA是遺傳物質(zhì)，這利用了“減法原理”。與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱為加法原理。例如在必修一酶一節(jié)中“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，與對照組相比，實驗組分別做了加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理，利用了“加法原理”。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗1.T2噬菌體2.T2噬菌體侵染實驗3.實驗結(jié)論4.注意事項5.思考討論6.和艾弗里實驗思路的共同之處7.DNA是主要的遺傳物質(zhì)1.T2噬菌體組成及其生活方式T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒，它的頭部和尾部的外殼都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，頭部內(nèi)含有DNA。T2噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)來合成自身的組成成分，進(jìn)行大量增殖。當(dāng)噬菌體增殖到一定數(shù)量后，大腸桿菌裂解，釋放出大量的噬菌體。蛋白質(zhì)DNA尾部頭部1.T2噬菌體侵染過程2.T2噬菌體侵染實驗設(shè)計思路將DNA與蛋白質(zhì)等分開，單獨地研究它們遺傳功能。用同位素標(biāo)記法分別標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA，用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，用32P標(biāo)記DNA，以此來區(qū)分蛋白質(zhì)和DNA。完成人1952年，美國遺傳學(xué)家赫爾希和他的助手蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標(biāo)記技術(shù)完成的。相關(guān)信息在T2噬菌體的化學(xué)組成中，60%是蛋白質(zhì)，40%是DNA。對這兩種物質(zhì)的分析表明：僅蛋白質(zhì)分子中含有硫，磷幾乎都存在于DNA分子中。2.T2噬菌體侵染實驗實驗過程第一步：分別標(biāo)記大腸桿菌大腸桿菌＋含35S的培養(yǎng)基→含35S的大腸桿菌大腸桿菌＋含32P的培養(yǎng)基→含32P的大腸桿菌2.T2噬菌體侵染實驗實驗過程第二步：分別標(biāo)記T2噬菌體含有35S或32P的培養(yǎng)基+大腸桿菌含35S或32P的大腸桿菌未標(biāo)記的噬菌體分別侵染含35S或32P的噬菌體2.T2噬菌體侵染實驗實驗過程攪拌的目的：使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離離心的目的：讓上清液中析出T2噬菌體顆粒，沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌結(jié)果說明：侵染大腸桿菌時噬菌體的蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外。第三步：侵染、保溫、攪拌、離心、檢測攪拌后離心35S標(biāo)記的噬菌體35S標(biāo)記的噬菌體與未標(biāo)記的大腸桿菌混合、短時間保溫離心后上清液沉淀物上清液的放射性很高沉淀物的放射性很低大腸桿菌裂解在新形成的噬菌體中沒有檢測到35S用32P標(biāo)記的噬菌體侵染未標(biāo)記的大腸桿菌2.T2噬菌體侵染實驗實驗過程第三步：侵染、保溫、攪拌、離心、檢測攪拌后離心32P標(biāo)記的噬菌體32P標(biāo)記的噬菌體與未標(biāo)記的大腸桿菌混合、短時間保溫離心后上清液沉淀物上清液的放射性很低沉淀物的放射性很高大腸桿菌裂解在新形成的部分噬菌體中檢測到32P用32P標(biāo)記的噬菌體侵染未標(biāo)記的大腸桿菌結(jié)果說明：侵染大腸桿菌時噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞中。3.實驗結(jié)論赫爾希和蔡斯的實驗表明：噬菌體侵染細(xì)菌時，DNA進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)外殼仍留在細(xì)胞外。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代DNA遺傳的。DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)。4.注意事項35S標(biāo)記的實驗發(fā)現(xiàn)沉淀物中也有放射性的原因攪拌不充分導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌上，離心時隨細(xì)菌到沉淀物中。32P標(biāo)記的實驗發(fā)現(xiàn)上清液中也有放射性的原因培養(yǎng)（保溫）時間過短，部分噬菌體還未侵染細(xì)菌；培養(yǎng)（保溫）時間過長，部分子代噬菌體已經(jīng)釋放。討論：1.艾弗里與赫爾希等人選用細(xì)菌或病毒作為實驗材料，以細(xì)菌或病毒作為實驗材料具有哪些優(yōu)點？細(xì)菌和病毒作為實驗材料，具有以下優(yōu)點：（1）個體很小，結(jié)構(gòu)簡單，細(xì)菌是單細(xì)胞生物，病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只有核酸和蛋白質(zhì)外殼。易于觀察因遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化。（2）繁殖快，細(xì)菌20~30min就可繁殖一代，病毒短時間內(nèi)可大量繁殖。5.思考討論證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗討論：2.

從控制自變量的角度，艾弗里實驗的基本思路是什么？在實際操作過程中最大的困難是什么？從控制自變量的角度，艾弗里在每個實驗組中特異性地去除了一種物質(zhì)，然后觀察在沒有這種物質(zhì)的情況下，實驗結(jié)果會有什么變化。最大的困難是，如何徹底去除細(xì)胞中含有的某種物質(zhì)（如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等）。5.思考討論證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗討論：3.艾弗里和赫爾希等人都分別采用了哪些技術(shù)手段來實現(xiàn)他們的實驗設(shè)計？這對于你認(rèn)識科學(xué)與技術(shù)之間的相互關(guān)系有什么啟示？艾弗里采用的主要技術(shù)手段有細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)、物質(zhì)的提純和鑒定技術(shù)等。赫爾希采用的主要技術(shù)手段有噬菌體的培養(yǎng)技術(shù)、同位素標(biāo)記技術(shù)，以及物質(zhì)的提取和分離技術(shù)等。科學(xué)成果的取得必須有技術(shù)手段作保證，技術(shù)的發(fā)展需要以科學(xué)原理為基礎(chǔ)，因此，科學(xué)與技術(shù)是相互支持、相互促進(jìn)的。5.思考討論6.和艾弗里實驗思路的共同之處設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)等分開，單獨地研究它們遺傳功能。7.DNA是主要的遺傳物質(zhì)絕大多數(shù)生物是以DNA作為遺傳物質(zhì)的，某些病毒以RNA作為遺傳物質(zhì)，所以DNA是主要的遺傳物質(zhì)。A型TMVB型TMV侵染侵染侵染侵染A型TMVB型TMV煙草花葉病毒（RNA病毒）侵染實驗四、習(xí)題檢測1.枯草桿菌具有不同類型，其中一種類型能合成組氨酸。將從這種菌中提取的某種物質(zhì)，加入培養(yǎng)基中，培養(yǎng)不能合成組氨酸的枯草桿菌，結(jié)果獲得了活的能合成組氨酸的枯草桿菌。這種物質(zhì)可能是（）A.多肽B.多糖C.組氨酸D.DNA習(xí)題檢測D2.赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌的實驗表明（）A.DNA是遺傳物質(zhì)B.遺傳物質(zhì)包括蛋白質(zhì)和DNAC.病毒中有DNA，但沒有蛋白質(zhì)D.細(xì)菌中有DNA，但沒有蛋白質(zhì)A3.T2噬菌體侵染大腸桿菌時，只有噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞中，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外。大腸桿菌裂解后，釋放出的大量噬菌體卻同原來的噬菌體一樣具有蛋白質(zhì)外殼。試分析子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼的來源。實驗表明，噬菌體在侵染大腸桿菌時，進(jìn)入大腸桿菌內(nèi)的主