第三章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
【教学目标】
（一） 知识目标:
1. 总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程。
2.分析证明DNA是主要的遗传物质的实验设计思路。
3.探讨实验技术在证明DNA是主要遗传物质中的作用。
（二）能力目标：
1.通过对“谁是遗传物质？”的探讨，培养学生分析问题和解决问题的能力。
2．学会探究生物遗传物质的实验设计方法。
（三）情感态度和价值观：
（1）认同与人合作在科学研究中的重要性，讨论技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用。
（2）认同人类对遗传物质的认识是不断深化不断完善的过程。
【重点难点】
重点：（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
（2）噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
难点：（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
【教具准备】1.教学课件。
【课时安排】 1课时
【新知导学】
一、肺炎双球菌的转化实验
1. 两种肺炎双球菌的结构特点和生物特性
种类
菌落
荚膜
毒性
是否致病
R型细菌
S型细菌
2. 格里菲斯实验（体内转化实验）
（1）实验过程及现象
（2）结论：加热杀死的S型细菌内含有____________，使R型细菌转化为____________。
3.艾弗里实验（体外转化实验）
（1）方法：将提纯的S型细菌的_________、___________和__________等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中。
（2）现象：只有加入__________时，R型细菌才能转化为S型细菌，并且_______的纯度越高，转化就越有效。
（3）结论：S型细菌体内只有________才是“转化因子”，即________是遗传物质，其他物质都不是遗传物质。
二、噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体
（1）结构特点：头部和尾部的外壳由__________构成，头部内含有____________。
（2）与大肠杆菌的关系：_______________。
2.实验方法：_______________________________。
3.过程及现象：
（1）标记大肠杆菌
大肠杆菌+含35S的培养基→含__________的大肠杆菌
大肠杆菌+含32P的培养基→含__________的大肠杆菌
（2）标记噬菌体
噬菌体+含35S的大肠杆菌→含________的噬菌体
噬菌体+含32P的大肠杆菌→含________的噬菌体
【教学过程】
情景导入：自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，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？
课前三分钟：
检查【新知导学】
二、师生互动
探究点（一）：对遗传物质的早期推测
师：进行有性生殖的生物，通过减数分裂和受精作用维持了亲子代染色体数目的稳定，所以科学家认为生物的遗传与染色体有关。到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？当时，为什么大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质呢？遗传物质具有什么特征？
学生讨论：
师：作为遗传物质必须具备哪些条件：
（1）在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制自己，使得前后代具有一定的连续性；
（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）具有贮存大量遗传信息的潜在能力；
（4）结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。
蛋白质仅符合（2）、（3）两条，所以蛋白质不可能是遗传物质。科学研究已经充分证明，核酸具备上述4个条件，所以核酸才是生物体的遗传物质。但科学结论的得出不能仅靠理论推测，最基本的方法是实证的方法。
探究点（二）：肺炎双球菌的转化实验（重点、难点）
1.两种肺炎双球菌的结构特点和生物特性
种 类
菌落
荚膜
毒性
是否致病
R型细菌
粗糙
无
无
否
S型细菌
光滑
有
有
是
师：肺炎双球菌是一种可以引起人类患肺炎和小鼠患败血症的病原微生物。已知的肺炎双球菌包括很多不同类型的菌株，但只有光滑型（S型）菌株能引起疾病。S型菌株的细胞外表面有一层胶状的多糖类物质——荚膜，它们通常不能被宿主的正常防护机构所破坏，因而导致宿主感染。粗糙型（R型）菌株细胞没有荚膜包被，对宿主无毒性。
2.格里菲斯实验（体内转化实验）
（1）过程及结果：（课本P43图3--2）
（2）结果分析：
①组说明R型球菌无毒性。
②组说明S型球菌有毒性。
③组说明加热杀死的S型球菌已失活。
④组说明无毒的R型球菌已转化为有毒的S型球菌，即S型球菌体内含有使R型球菌转化为S型球菌的物质。
（3）结论：已被加热杀死的S型球菌体内含有“转化因子”，促使R型球菌转化为S型球菌。
师：蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80～100℃的温度范围内，蛋白质将会失活，DNA双链将解开；当温度降至55℃左右时，DNA双链能够恢复，但蛋白质的活性却不能恢复。
师：转化因子究竟是什么物质？如何设计实验寻找到它？
3.艾弗里实验（体外转化实验）
过程·结果
分 析
S型球菌的DNA使R型球菌发生转化；S型球菌的其他物质不能使R型球菌发生转化
结 论
S型球菌体内只有DNA才是“转化因子”，即DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
师：两次转化实验的联系
(1)所用材料相同，都是肺炎球菌(R型和S型)。
(2)体内转化实验是基础，仅说明S型球菌体内有“转化因子”；体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA。
(3)两个转化实验都遵循对照原则。在格里菲思的实验中，分别用活的S型和R型球菌注射
小鼠形成对照，加热杀死的S型球菌单独注射和与R型活球菌混合注射形成对照。在艾弗里
的体外转化实验中，DNA、蛋白质、多糖等物质之间形成对照，而DNA与DNA酶处理产物之
间也形成对照。
典例1：艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知（ ）
实验组号
接种菌型
加入S型菌物质
培养皿长菌情况
①
R
蛋白质
R型
②
R
荚膜多糖
R型
③
R
DNA
R型、S型
④
R
DNA（经DNA酶处理）
R型
A. ①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子 B.②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型菌的DNA是转化因子 D.①～④说明DNA是主要的遗传物质
【达标训练1】1-1：（1）艾弗里等人通过实验证实了在肺炎双球菌转化实验中，起转化作用的是DNA。该实验最为关键的设计思路是：______________________________________。以细菌为实验材料主要是由于细菌具有______________、______________等优点。
（2）请利用DNA酶作试剂，设计实验方案，验证“促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA”。
材料用具：R型菌、S型菌、DNA酶、蒸馏水、制备培养基所需的原料。
实验设计方案：第一步：从S型细菌中提取DNA；
第二步：制备符合要求的培养基，将其均分成三组，标号为A、B、C，请将处理方法填写在表格中：
培养基编号
A
B
C
处理方法
不加任何提取物
第三步：将R型细菌分别接种到三组培养基上。
第四步：将接种后的培养基装置放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落生长情况。
预测实验结果：______________________________________________________________。
答案：（1）设法把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察它们的作用 结构简单 繁殖快 （2）如下表：
培养基编号
A
B
C
处理方法
不加任何提取物
加入提取出的S型
细菌的DNA
加入提取出的S型细菌
DNA和DNA酶
A、C组中未出现S型细菌，B组中出现S型细菌。
师：艾弗里的实验并没有让所有人信服，为什么？
讨论：因为艾弗里从S型细菌提取的DNA并不是百分之百的纯，不能排除蛋白质的作用。
探究点（三）：噬菌体侵染细菌的实验（重点）
1.T2噬菌体
（1）结构特点：头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部内含有DNA。
（2）生活方式：T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌细胞中的病毒。
（3）增殖：在宿主细胞中，T2噬菌体在自身DNA的控制下，利用细菌的原料与能量合成自身的蛋白质和DNA，进行大量增殖。
2.实验中用到的技术：同位素标记，细菌培养，离心等。
3.实验过程及现象：
4.实验分析：
T2噬菌体的蛋白质并没有进入大肠杆菌体内，只有它的DNA进入到大肠杆菌体内，并且不断增殖，说明噬菌体在亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，亲代噬菌体的各种性状是通过DNA遗传给后代的。
5．结论:
(1)直接证明：DNA是遗传物质。
(2)间接证明：DNA能够自我复制，使前后代保持一定的连续性；DNA能控制蛋白质的生物合成。
讨论：
（1）用含放射性同位素标记的营养物质配制培养基培养噬菌体能否获得被同位素标记的噬菌体？
（不能。病毒营专性寄生生活，不可使用人工配制的普通培养基培养，需使用活体培养基。欲获得放射性同位素标记的噬菌体必须先用含放射性同位素的培养基培养大肠杆菌让大肠杆菌带有放射性，再让噬菌体反复侵染大肠杆菌，方可达到目的。）
（2）T2噬菌体侵染细菌的实验，为什么用放射性同位素35S和32P标记，而不用14C、3H、18O、15N?
（噬菌体由蛋白质外壳和内部的DNA组成，S仅存在于蛋白质中，而P几乎都存在于DNA中，故用35S标记蛋白质，32P标记DNA，可以把DNA和蛋白质区分开。而C、H、O、N在蛋白质和DNA中均有。 ）
（3）为什么用35S和32P分别标记两组噬菌体而不能标记在同一噬菌体上？
（因放射性检测时只能检测到部位，不能确定是何种元素的放射性。）
（4）用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含有放射性的原因是什么？
（ ①保温时间过短，有一部分噬菌体未侵入到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性。 ②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液的放射性升高。 ）
（5）用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中出现放射性的原因是什么？
（理论上沉淀物中不含放射性，但可能由于搅拌不充分，有少量35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。）
6.噬菌体侵染细菌的过程
吸附→注入→合成→组装→释放
7.艾弗里实验与噬菌体侵染细菌实验比较
艾弗里实验
噬菌体侵染细菌实验
思路相同
设法将DNA与其他物质分开，单独地直接研究它们各自不同的遗传功能，且都遵循了对照原则
处理方式的区别
直接分离：分离S型球菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型球菌混合培养
同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素(32P和35S)
实验结论
都证明了DNA是遗传物质，都未证明DNA是“主要的遗传物质”
典例2：关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是()
A．分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体
B．分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养
C．用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D．32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质
【达标训练2】2-1：如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的结构成分中，能够找到的放射性元素为（ ）
A.可在外壳中找到3H、15N、35S B.可在DNA中找到32P、15N、3H
C. 可在外壳中找到15N、35S D.可在DNA中找到15N、32P、35S
探究点（四）：RNA是遗传物质的证据
问题：有的生物如烟草花叶病毒（简称TMV），基本成分是蛋白质和RNA，体内并没有DNA，而只含有RNA，这些生物的遗传物质是什么呢？
1. 烟草花叶病毒(TMV)的实验：
（1） 烟草花叶病毒结构：蛋白质外壳+RNA
（2） 实验过程：
1957年，格勒和施拉姆用石炭酸处理烟草花叶病毒，去掉了蛋白质，只剩下RNA，再将RNA接种到正常烟草上，结果发生了花叶病；而用蛋白质部分感染正常烟草，则不发生花叶病。即：
①烟草花叶病毒+烟草→烟草患花叶病
②分离烟草花叶病毒的成分，单独感染烟草。
a. 烟草花叶病毒的RNA+烟草→烟草患花叶病
b. 烟草花叶病毒的蛋白质+烟草→烟草正常
（3） 结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而不是蛋白质。
2. TMV(烟草花叶病毒)与HRV(车前草病毒)的病毒重建实验：
（1）
感染
探究点（五）：DNA是主要的遗传物质（重、难点）
1.判断正误：
(1)在植物细胞和动物细胞中遗传物质主要是DNA。 ( )
(2)凡是含DNA的生物，不论其有无RNA，遗传物质均为DNA。( )
(3)在只含有RNA而无DNA的一些病毒中，遗传物质是RNA。( )
(4)正是由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，故有“DNA是主要的遗传物质”之说。( )
思考：“遗传物质是核酸但主要是DNA”“遗传物质是DNA”“遗传物质是RNA”，以上说法应分别针对何种生物而言？
2.归纳：生物的遗传物质
生物
所含核酸
遗传物质
细胞生物
DNA、RNA
DNA
病毒
DNA病毒
DNA
DNA
RNA病毒
RNA
RNA
病毒的遗传物质是DNA或RNA
所有生物
绝大多数生物的遗传物质为DNA，极少数病毒(RNA病毒)的遗传物质为RNA,所以DNA是主要的遗传物质
典例3：大肠杆菌和噬菌体的遗传物质分别是（ ）
A.DNA、DNA B.DNA、RNA C.DNA、蛋白质 D.蛋白质、蛋白质
【达标训练3】3-1：下列叙述不正确的是（ ）
A.只含有RNA的生物，遗传物质是RNA
B.只含有DNA的生物，遗传物质是DNA
C.既有DNA又有RNA的生物，遗传物质是DNA和RNA
D.既有DNA又有RNA的生物，遗传物质是DNA不是RNA
【评价反馈】
通过对本节3个经典实验的学习，引导学生重温科学家的探究历程，不仅让学生获得了科学知识──理解“DNA是主要的遗传物质”，更重要的是通过这些实验让学生掌握了科学的研究方法，培养了学生的科学探究能力，所以在本节的教学中重点对学生进行了科学方法训练；由于本节实验内容较为抽象，上课时采用了多媒体辅助教学，化静为动，化抽象为具体，较圆满的完成了教学任务。
【知识结构】
1.S型肺炎双球菌有荚膜，有毒；R型肺炎双球菌无荚膜，无毒。 2. 在肺炎双球菌转化实验中，只有S型细菌的DNA才能使R型活细菌转化为S型细菌，即转化因子是DNA。 3.T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S．存在于蛋白质中，P．几乎全部存在于．DNA中。 4. 肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。 5. 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。 6. 由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此说DNA是主要的遗传物质。
【布置作业】完成本节课的课后作业（包括丛书和小结）
【板书设计】
第三章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
1、对遗传物质的早期推测
2、肺炎双球菌的转化实验
3、噬菌体侵染细菌的实验
4、RNA是遗传物质的证据
5、DNA是主要的遗传物质