遗传因子的发现

　　教学目标
　　（一）知识目标
　　掌握证明dna是遗传物质的两个实验的过程和原理，以及从实验中得出的结论（dna是遗传物质）。
　　（二）能力目标
　　通过重演科学家发现dna是主要遗传物质的过程，学会科学研究的方法和实验设计的基本步骤。
　　（三）情感目标
　　1、概述人类对遗传物质的探索过程，认同科学认识是不断深化、不断完善的过程。
　　2、通过学生自己设计验证性实验，培养分析问题、解决问题的能力，发展科学思维和创新的能力。
　　（四）重点难点
　　1、重点：肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
　　2、难点：肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
　　课时说明
　　本节内容1课时，授课过程（包括与学生的互动）大约用时30 min，例题解析以随堂练习的方式完成，课后练习可作为作业。对于例题解析和课后练习可根据时间情况灵活选用。
　　导入：有趣的生物遗传现象
　　1、种瓜得瓜，种豆得豆。
　　2、龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。
　　另外，＂老子英雄儿好汉＂＂将门生虎子＂也在一定程度上说明了遗传的作用（这两句俗语还要考虑家庭教养环境的影响，与本文无关，不再赘述）。
　　概括：生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理功能上常常相似，这就是遗传现象。
　　一、人类对遗传本质的探究
　　19世纪中叶，孟德尔通过植物的杂交实验提出生物的每一个性状都是通过遗传因子（后称基因）来传递的。遗传因子在体细胞中成对存在，在减数分裂形成的配子中成单存在，配子结合（受精作用）后，遗传因子又恢复到成对状态。
　　19世纪末，科学家研究了生物生殖过程中细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，了解到染色体的活动有一定的规律：体细胞（2n）；配子（n）；受精卵（2n）。
　　据此，有人设想：莫非遗传因子就是染色体，一条染色体就是一个遗传因子？这不可能，因为生物的性状很多，而染色体的数目有限。那么，一定是一个染色体上有许多个遗传因子（基因）。基于这样的认识，19xx年萨顿和鲍维里提出遗传因子存在于染色体上的假说。后来事实证明了这一点。
　　仲老师语录：
　　在人类前行的文明史上，每一个伟大的假设都跟随着一个伟大的发现。 ：）
　　在证明dna是遗传物质还是蛋白质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？
　　（必须将蛋白质与dna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。）
　　二、dna作为遗传物质具备的条件
　　1、分子结构具有相对的稳定性，但在特殊情况下又能产生可遗传的变异；
　　2、能自我复制，前后代保持一定的（连续性）；
　　3、能指导蛋白质的合成，从而控制生物的新陈代谢和性状；
　　4、具有存储巨大数量遗传信息的能力。
　　什么结构或物质具备这些条件呢？
　　三、核酸（dna、rna）是遗传物质的实验证据
　　证据一：肺炎双球菌的转化实验——dna是遗传物质
　　（一） 格里菲思细菌转化实验
　　1、两种菌落的比较
　　菌落
　　荚膜
　　毒性
　　r型细菌菌落
　　粗糙
　　无荚膜
　　无毒
　　s型细菌菌落
　　光滑
　　有荚膜
　　有毒
　　2、实验过程
　　3、小结
　　步骤
　　方 法
　　现 象
　　结 论
　　1
　　r菌活菌注射
　　小白鼠正常
　　r菌无毒性
　　2
　　s菌活菌注射
　　小白鼠死亡
　　s菌能使小白鼠致病
　　3
　　s菌高温灭活
　　小白鼠正常
　　加热杀死的s菌不使小白鼠致死
　　4
　　高温灭活：s菌+r菌
　　小白鼠死亡
　　死亡的s菌中可能有使r菌转化因子
　　5
　　提取4实验死鼠
　　发现s活菌
　　死亡的s菌能使r菌转化为s菌
　　为什么第四组实验将r型活细菌和加热杀死后的s型细菌混合后注射到小鼠体内，导致小鼠死亡？(因为r型细菌转化成了s型细菌，使小鼠患败血症而死亡.)
　　格里菲思实验的结论是什么?
　　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）。
　　（二）艾弗里dna转化实验(图解)
　　艾弗里的思路
　　1．实验材料：选用肺炎双球菌。
　　2．假　　设：dna是遗传物质。
　　3．实验操作：将s型细菌中的多糖、 蛋白质、脂类和dna等提取出来，分别与r 型细菌进行混合。
　　4．预期结果：只有dna与r型细菌进行混合，才能使r型细菌转化成s型细菌。
　　5．实验结果：与预期结果吻合。
　　6．分析结论：dna是遗传物质。
　　由此可见，科学家是设法把dna与蛋白质分开，从而单独地、直接地去观察dna的作用。
　　但是，艾弗里转化实验所使用的dna中仍然含有极少量的蛋白质。因此人们认为不能完全排除蛋白质的作用。那么，还有没有更具有说服力的方法来证明dna是遗传物质呢？
　　证据二：噬菌体侵染细菌的实验——dna是遗传物质
　　实验过程及结果：
　　亲代噬菌体
　　寄主细胞内
　　子代噬菌体
　　实验结论
　　第一组实验
　　32p标记dna
　　有32p标记dna
　　dna有32p标记
　　dna分子具有连续性，是遗传物质
　　第二组实验
　　35s标记蛋白质
　　无35s标记蛋白质
　　外壳蛋白质无35s
　　：某些不含有dna的病毒，其遗传物质又是什么呢？
　　证据三：烟草花叶病毒侵染烟草的实验——rna也是遗传物质
　　结论：rna也是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
　　四、＂千淘万漉虽辛苦，吹尽黄沙始到金＂：结论
　　想一想：
　　为什么说：＂dna是主要的遗传物质，染色体是遗传物质的主要载体？＂
　　dna（脱氧核糖核酸）
　　核酸（一切生物的遗传物质）
　　rna（核糖核酸）
　　五、＂欲穷千里目，更上一层楼＂（超越科学家）：自主探究
　　艾弗里的实验虽然得到了大多数科学家的认可，但仍然有人提出了异议。你能分析一下这个实验存在哪些不足吗？应该怎样改进呢？
　　六、＂黄沙百战穿金甲,不破楼兰终不还＂：例题解析
　　【例1】将分离后的s型有荚膜肺炎双球菌的蛋白质外壳与r型无荚膜的肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，小白鼠不死亡，从其体内分离出来的仍是r型肺炎双球菌。将分离后的s型肺炎双球菌的dna与r型肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，则小白鼠死亡，并从体内分离出来了s型有荚膜的肺炎双球菌。以上实验说明 ( )
　　a、r型和s型肺炎双球菌可以互相转化
　　b、s型的蛋白质外壳可诱导r型转化为s型
　　c、s型的dna可诱导r型转化为s型，说明了dna是遗传物质
　　d、r型的dna可使小鼠致死
　　【答案】c
　　【解析】将分离后的s型有荚膜肺炎双球菌的蛋白质外壳与r型无荚膜的肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，小白鼠不死亡，说明s型有荚膜肺炎双球菌的蛋白质不能控制产生出能致死的s型的肺炎双球菌。将分离后的s型肺炎双球菌的dna与r型肺炎双球菌混合注入小白鼠体内则小白鼠死亡，并从体内分离出来了s型有荚膜的肺炎双球菌，说明s型肺炎双球菌的dna能控制形成新的s型有荚膜肺炎双球菌，使生物致死。说明dna是遗传物质。
　　【例2】用dna酶处理过的s型细菌不能使r型细菌发生转化。下列关于这一实验的叙述，不正确的是（ ）
　　a、这个实验是为了证实dna的分解产物不是遗传物质。
　　b、这个实验是为了从反面证明dna是遗传物质。
　　c、这个实验证实dna的分解产物不是＂转化因子＂。
　　d、这个实验是艾弗里关于遗传物质研究的重要工作之一。
　　【答案】a
　　【解析】这是艾弗里在证明dna是遗传物质的过程中，为了进一步从反面证明dna是遗传物质而做的一个实验，它是关于遗传物质研究的一个重要组成部分，其主要目的在于从反面证明dna是遗传物质，而不是为了证明dna的分解产物是不是遗传物质。
　　【例3】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
　　【答案】a
　　【解析】当噬菌体侵染细菌时，注入到细菌细胞内的只有噬菌体dna，子代噬菌体的蛋白质外壳和dna都是在噬菌体dna的指导下，用细菌的氨基酸和脱氧核苷酸合成的。
　　【例4】下列能通过噬菌体侵染细菌实验过程证实的是( )
　　a、dna能产生可遗传的变异 b、dna是遗传物质
　　c、dna能自我复制 d、dna能控制蛋白质合成
　　【答案】b、c、d
　　【解析】此实验产生的子代噬菌体与亲代噬菌体相似，无可遗传变异产生。因亲代噬菌体的dna进入细菌体内，蛋白质外壳留在外面，所以完成dna复制、指导子代噬菌体蛋白质外壳的形成等过程都是亲代噬菌体dna分子的作用，同时证明了dna是遗传物质。
　　噬菌体成分
　　细菌成分
　　核苷酸标记
　　32p
　　31p
　　氨基酸标记
　　32s
　　35s
　　【例5】某科学家做＂噬菌体侵染细菌实验＂时，分别用同位素32p和35s做了标记(见下表)：此实验所得结果是子噬菌体和母噬菌体的外形及侵染细菌的特性均相同。请分析：
　　(1)子噬菌体的dna分子中含有的上述元素是；
　　(2)子噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是；
　　(3)此实验说明了 。
　　【答案】 (1) 32p、31p；(2) 35s； (3)dna是遗传物质。
　　【解析】在噬菌体侵染细菌的实验中，噬菌体的dna被注入细菌细胞内，并在细菌内以细菌的核苷酸为原料，以噬菌体的dna分子为模板合成许多和亲代噬菌体一样的dna。这样在细菌内新形成的子代噬菌体的dna既有以细菌内的核苷酸为原料新合成的dna链，又有原来注入到细菌体内的亲代噬菌体dna链。所以子噬菌体的dna分子中含有的上述元素是31p与32p。在噬菌体侵染细菌的过程中，在噬菌体dna注入细菌内时，噬菌体的蛋白质外壳留在细菌细胞外面。而子代噬菌体的蛋白质外壳则是以细菌内的氨基酸为原料合成的。所以子噬菌体的蛋白质外壳含35s元素。从上述分析得知子代噬菌体的dna含亲代噬菌体dna中核苷酸的32p，说明亲代噬菌体的dna传递到了子代，保持了遗传物质的连续性，因此dna是遗传物质。同样分析能说明蛋白质不是遗传物质。
　　【例6】下图中，烟草花叶病毒(tmv)与车前草病毒(hrv) 的结构如a、b，侵染作物叶片的症状如c、d。
　　(1)用e去侵染叶片f时，叶片f患病的病状与 相同。
　　(2)f上的病毒的蛋白质外壳是以 为模板，以 为场所合成的，所需的氨基酸来自 。
　　(3)e的子代病毒的各项特性都是由 决定的。
　　(4)本实验证明 。
　　【答案】
　　(1)车前草病毒致病症状；(2)hrv的rna；作物叶片f细胞的核糖体；作物叶片f细胞内的氨基酸；(3)hrv的rna；(4)rna是遗传物质。
　　【解析】 tmv与hrv两种病毒都是由rna和蛋白质外壳组成，当以hrv的rna和tmv的蛋白质组成新的病毒，侵染烟草后，烟草表现为hrv的患病症状，说明遗传物质是rna而不是蛋白质。
　　七、＂纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行＂：课后练习
　　（一）选择题
　　1、下列①、②、③、④均是遗传物质应具有的特点。噬菌体侵染细菌实验能够直接证实dna作为遗传物质具有的特点是（ ）
　　①分子结构具有相对的稳定性 ②能够自我复制，保持前后代的连续性
　　③能通过指导蛋白质合成，控制生物性状 ④能产生可遗传的变异
　　a．①② b．③④ c．①④ d．②③
　　2、下列只含一种核酸的生物是（ ）
　　a．病毒 b．酵母菌 c．小麦 d．变形虫
　　3、 (1997年上海高考试题)关于病毒遗传物质的叙述中，正确的是（ ）
　　a、都是脱氧核糖核酸 b、都是核糖核酸
　　c、同时存在脱氧核糖核酸和核糖核酸 d、有的是脱氧核糖核酸，有的是核糖核酸
　　4、染色体和dna的关系是（ ）
　　(1)dna位于染色体上， (2)染色体就是dna， (3)dna是染色体的主要成分，
　　(4)染色体和dna都是遗传物质， (5)每条染色体上含有一个dna分子
　　a、(1)(3)(5) b 、(1)(2)(3) c、(2)(3)(4) d、(3)(4)(5)
　　5、噬菌体侵染细菌过程中合成的dna属于（ ）
　　a、细菌的 b、噬菌体的 c、细菌或噬菌体的 d、细菌和噬菌体的
　　6、生物界形形色色、丰富多彩的根本原因在于（ ）
　　a、蛋白质的多种多样 b、dna分子的复杂多样
　　c、自然环境的多种多样 d、非同源染色体组合形式多样
　　7、用噬菌体去感染体内含32p的细菌，在细菌解体后含32p的是（ ）
　　a、子代噬菌体dna b、子代噬菌体蛋白质外壳 c、子代噬菌体所有部分 d、子代噬菌体不含32p
　　8、注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（ ）
　　a、r型肺炎双球菌 b、加热杀死后的r型肺炎双球菌
　　c、加热杀死后的s型肺炎双球菌 d、加热杀死后的s型肺炎双球菌与r型细菌混合
　　9、蛋白质不是遗传物质的原因之一是 ( )
　　a、它的含量很少 b、它不能自我复制 c、它与新陈代谢无关 d、它的种类很多
　　10、肺炎双球菌转化实验中,发现无毒r型和被加热杀死的有毒s型细菌混合后,在小鼠体内找到了下列类型的细菌 ( )
　　a、无毒r型、有毒s型 b、有毒r型、无毒s型 c、有毒r型、有毒s型 d、无毒r型、无毒s型
　　二、填空题
　　1、通过对生殖过程中，细胞的 、 和 过程进行研究，发现 在此过程中具有一定 性和 性。
　　2、作为遗传物质必须具备哪些特点：① ； ② ；③ ； ④ ；
　　3、通过哪些实验能证明核酸是遗传物质？① ； ② ；③
　　4. 将有荚膜的s型肺炎链球菌注入到小白鼠体内会导致小白鼠因 而死亡，而无荚膜的r型细菌_____，但如果将r型细菌与加热杀死后的s型细菌混合再注入到小白鼠体内则________，此实验说明s型细菌体内存在着能使r型细菌转化成s型细菌的________，经实验证明这种物质是______。
　　5、科学家做了如下实验：先用含放射性同位素35s的培养基培养细菌，使寄生在其体内的噬菌体被标记，然后用被标记的噬菌体去感染细菌，结果是在细菌和子代噬菌体内均未找到35s；又用放射性同位素32p标记噬菌体并让它去感染细菌，结果发现，少数子代噬菌体中带有32p。
　　（1）这个实验证明了噬菌体感染细菌时，进入细菌中的物质是_________，而不是________。
　　（2）这个实验说明起遗传作用的物质是__________。
　　6、分析噬菌体侵染细菌的示意图（见左图），回答下列问题：
　　(1)图c表明噬菌体侵染细菌时，留在细菌体外的物质是 ，注入细菌体内的物质是 。
　　(2)合成d、e、f中子代噬菌体的蛋白质外壳的原料是由 提供的，其合成场所是 。
　　(3)图中的噬菌体在形态、大小等方面都完全相同。这说明噬菌体的性状是由 传给后代的，也证明 是遗传物质。
　　(4)图a b c表示细菌体内的＂???＂(即dna)逐渐消失，这是因为 。
　　练习题参考答案：
　　一、选择题
　　1、d 2、a 3、d 4、a 5、b 6、b 7、a 8、d 9、b 10、a
　　二、填空题
　　1、有丝分裂；减数分裂；受精作用；染色体；稳定性；连续性
　　2、略 3、略
　　4、患败血病；小鼠正常；小鼠死亡；转化因子；dna 5、（1）dna；蛋白质 （2）dna
　　6、（1）蛋白质；dna （2）细菌；细菌的核糖体 （3）dna；dan （4）dna复制是半保留复制