遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

　　教學(xué)目的

　　dna是主要的遺傳物質(zhì)（c：理解）

　　教學(xué)重點(diǎn)

　　1、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程

　　2、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)原理和過程

　　教學(xué)難點(diǎn)

　　肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程

　　教學(xué)用具

　　肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)過程圖、t2噬菌體結(jié)構(gòu)的模式圖、t2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)過程圖

　　教學(xué)方法

　　講授法、討論法

　　課時(shí)安排

　�。闭n時(shí)

　　教學(xué)過程

　　俗話說，種瓜得瓜，種豆得豆；一母生九子，九子各不同。這些現(xiàn)象表明生物具有遺傳和變異的特性。遺傳是指親代與子代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理上表現(xiàn)為相似的現(xiàn)象。變異是指親代與子代、子代與子代之間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理上表現(xiàn)有差異的現(xiàn)象。

　　我們知道，生物體的性狀之所以能夠傳給后代，后代之所以具有親代的特征是由于在生物體內(nèi)具有對遺傳起決定性作用的物質(zhì)，也就是遺傳物質(zhì)。那么，什么是生物的遺傳物質(zhì)呢？這就是這節(jié)課我們要學(xué)習(xí)的內(nèi)容dna是主要的遺傳物質(zhì)。

　�。ㄒ唬┻z傳物質(zhì)應(yīng)具備的特點(diǎn)

　　1、遺傳物質(zhì)應(yīng)具備的特點(diǎn)

　　（1）能復(fù)制，在前后代保持連續(xù)性，穩(wěn)定性；

　　（2）能控制物質(zhì)性狀和代謝過程；

　�。�3）有貯存巨大數(shù)量遺傳信息的潛在能力；

　�。�4）能引起可遺傳的變異。分子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，但在特殊情況下能夠發(fā)生突變，而且突變后還能繼續(xù)復(fù)制，并能夠遺傳給后代。

　　1、遺傳和變異是生物在生殖、發(fā)育過程中表現(xiàn)的基本特征。因此尋找遺傳物質(zhì)應(yīng)從生殖發(fā)育的過程去考慮。

　　2、染色體在生物遺傳中起著重要作用

　　19世紀(jì)末，生物學(xué)家通過對生殖發(fā)育中減數(shù)分裂、受精作用和有絲分裂等過程的研究，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中染色體在前后代能保持連續(xù)性和穩(wěn)定性，認(rèn)識到染色體在生物的遺傳中起著重要作用。染色體主要是由蛋白質(zhì)和dna組成的。那么，它們中究竟哪一種具備遺傳物質(zhì)的4個特征，是遺傳物質(zhì)呢？因?yàn)榈鞍踪|(zhì)具有前面遺傳物質(zhì)的第（2）、（3）特點(diǎn)，所以曾有人認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。但越來越多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，生物體內(nèi)主要的遺傳物質(zhì)是dna，而不是蛋白質(zhì)。

　�。ǘ�）dna是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)

　　1、dna分布在染色體內(nèi)，是染色體的主要成分；而染色體是直接與遺傳有關(guān)的。2、細(xì)胞核內(nèi)dna的含量十分穩(wěn)定，而且與染色體的數(shù)目存在著平行關(guān)系：在同一種生物的細(xì)胞中，體細(xì)胞（二倍體）中dna的含量是生殖細(xì)胞（單倍體）中dna含量的2倍；體細(xì)胞中染色體的含量也正好是生殖細(xì)胞的2倍。3、dna在代謝中較穩(wěn)定，不受生物體的營養(yǎng)條件、年齡等因素的影響。4、作用于dna的一些物理和化學(xué)因素，如紫外線、x射線、氮芥等都可以引起生物體遺傳特性的改變。下面我們介紹證明dna是遺傳物質(zhì)的兩個著名的實(shí)驗(yàn)。（三）dna是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)

　　在生物體內(nèi)dna與蛋白質(zhì)往往同時(shí)存在，因此在證明dna是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路是設(shè)法將dna與蛋白質(zhì)分開，單獨(dú)地、直接地觀察dna和蛋白質(zhì)的作用。其關(guān)鍵技術(shù)是dna、蛋白質(zhì)和多糖等的提取分離技術(shù)和其它有關(guān)技術(shù)（細(xì)菌、噬菌體的培養(yǎng)技術(shù)；同位素標(biāo)記技術(shù)）。1、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

　　轉(zhuǎn)化作用是指一種生物由于接受了另一種生物的遺傳物質(zhì)（dna或rna），而表現(xiàn)出后者的某些遺傳性狀，或發(fā)生遺傳性狀改變的現(xiàn)象。其實(shí)質(zhì)是外源dna與受體細(xì)胞dna之間的重組，使受體細(xì)胞獲得了新的遺傳信息。轉(zhuǎn)化率與供體細(xì)胞dna的純度有關(guān)。dna越純，轉(zhuǎn)化率就越高。（1）格里菲思的實(shí)驗(yàn)（體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)）1928年，英國科學(xué)家格里菲思用肺炎雙球菌在小鼠身上進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，他用了兩種不同類型的肺炎雙球菌。一種是s型細(xì)菌，它的菌落光滑，菌體有多糖類的莢膜，對肺炎雙球菌有保護(hù)作用，使之不受被感染動物的正常免疫機(jī)制所殺死，是有毒性的球形菌，可以引起人患肺炎和使小鼠患敗血癥而死亡；另一種是r型細(xì)菌，它實(shí)際上是肺炎雙球菌的突變型，它已喪失了合成具有保護(hù)作用的莢膜，因此它無毒性，菌落粗糙。

　　請同學(xué)們仔細(xì)觀察課本p2—3，肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的過程及現(xiàn)象。

　　①無毒性的r型活細(xì)菌注射到鼠體內(nèi)，鼠不死亡；②有毒性的s型活細(xì)菌注射到鼠體內(nèi)，鼠死亡；③加熱殺死的s型細(xì)菌注射到鼠體內(nèi)，鼠不死亡；

　�、軐�無毒性的r型活細(xì)菌與加熱殺死后的s細(xì)菌混合后，注射到鼠體內(nèi)，鼠死亡，并且從鼠體內(nèi)分離出有毒性的s型活細(xì)菌，其后代也有毒性。

　　從第④組實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)可分離出少部分有毒性的s型活細(xì)菌說明無毒性的r型活細(xì)菌與加熱殺死的s型細(xì)菌混合后，有少部分r型活細(xì)菌可轉(zhuǎn)化成有毒性的s型活細(xì)菌；這種s型活細(xì)菌的后代也是有毒性的s型細(xì)菌又說明這種轉(zhuǎn)化的性狀是可以遺傳的。

　　格里菲思的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：已加熱殺死的s型細(xì)菌中必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子。這種轉(zhuǎn)化因子是什么？格里菲思沒有找到。

　�。�2）艾弗里確定轉(zhuǎn)化因子的實(shí)驗(yàn)（體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)）

　　在確定轉(zhuǎn)化因子的實(shí)驗(yàn)中，關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路是從活的s型細(xì)菌中提取、分離和鑒定出各種成分，分別與r型細(xì)菌混合培養(yǎng)，并觀察其后代是否有s型細(xì)菌出現(xiàn)。

　　這個設(shè)計(jì)思路的實(shí)施需要依賴于dna、蛋白質(zhì)和多糖等的分離提取技術(shù)和其它有關(guān)技術(shù)（細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)）的掌握。因此，直至1944年，美國的科學(xué)家艾弗里和他的同事才進(jìn)行了確定轉(zhuǎn)化因子的實(shí)驗(yàn)，并獲得了成功。

　　他們從s型活細(xì)菌中提取出了dna、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)，分別將它們加入培養(yǎng)r型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有加入dna，才能在培養(yǎng)r型細(xì)菌的培養(yǎng)基中找到s型細(xì)菌。

　　有人懷疑是dna不純，夾雜有蛋白質(zhì)。為此他們又設(shè)計(jì)用dna酶（降解）處理dna，使其水解，結(jié)果在培養(yǎng)r型活細(xì)菌的培養(yǎng)基中沒有發(fā)現(xiàn)s型細(xì)菌。

　　艾弗里實(shí)驗(yàn)表明：dna是轉(zhuǎn)化因子，是（控制生物的性狀）使r型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定的遺傳變化的物質(zhì)，即dna是遺傳物質(zhì)。

　　在整個肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，加熱殺死s型肺炎雙球菌后，其細(xì)胞中的dna是否變性呢？

　　實(shí)驗(yàn)證明，把dna溶液加熱到沸點(diǎn)，可使其氫鍵斷裂，雙螺旋解體；但如將其緩慢冷卻，分離的單鏈就可部分地得以重聚，恢復(fù)其雙螺旋結(jié)構(gòu)。

　　s型細(xì)菌的dna又是怎樣將它的核苷酸序列加在r型細(xì)菌上的呢？

　　這是因?yàn)橥庠磀na分子一旦找到它的內(nèi)源同源體，這兩個分子就可進(jìn)行遺傳交換了。交換的結(jié)果是使外源dna被整合，而使同源的內(nèi)源dna分子從r型細(xì)菌的dna中排斥出去，從而產(chǎn)生由r型細(xì)菌變?yōu)閟型細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化。

　　2、t2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)

　�。ㄕn本p3，t2噬菌體結(jié)構(gòu)的模式圖）

　　噬菌體是一種寄生在細(xì)菌體內(nèi)的病毒。它的外殼是蛋白質(zhì)，頭部內(nèi)含有dna（一個t2噬菌體只有一個雙鏈、環(huán)狀的dna分子）。它侵染細(xì)菌后，就會在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用細(xì)菌體內(nèi)的物質(zhì)來合成自身的組成成分，進(jìn)行大量的增殖，產(chǎn)生一大批與親代噬菌體一樣的子代噬菌體。

　　（1）噬菌體的生活周期一個典型的噬菌體的生活周期可以分為三個階段：感染階段（吸附、注入）、增殖階段（復(fù)制、合成和裝配）和成熟階段（釋放）。

　　那么，它的遺傳物質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是dna呢？

　�。�2）噬菌體的遺傳物質(zhì)是dna

　　由于dna中含有p元素，但多數(shù)蛋白質(zhì)不含有p元素（99%的p都存在于dna分子中）；只有蛋白質(zhì)中含有s元素，而dna中卻不含有s元素。因此，在1952年赫爾希和沙斯設(shè)計(jì)了一個巧妙實(shí)驗(yàn)：用放射性同位素標(biāo)記和測試。

　　請同學(xué)們仔細(xì)看課本p4的圖6—3，t2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)過程。

　　①用35p標(biāo)記了一部分噬菌體的蛋白質(zhì)，并用32p標(biāo)記了另一部分噬菌體的

　　dna；

　�、谟帽粯�(biāo)記的兩種噬菌體分別去侵染細(xì)菌；

　�、郛�(dāng)噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)大量增殖時(shí)，對被標(biāo)記物質(zhì)進(jìn)行放射性測試。

　　測試的結(jié)果是：用35p標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體侵染后，細(xì)菌體內(nèi)無放射性，即表明噬菌體的蛋白質(zhì)沒有進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部；而用32p標(biāo)記dna的噬菌體侵染細(xì)菌后，細(xì)菌體內(nèi)有放射性，即表明噬菌體的dna進(jìn)入了細(xì)菌體內(nèi)。

　　由此可知，噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)的增殖是在噬菌體dna的作用下完成的。其中，子代噬菌體的dna是通過自我復(fù)制形成的，子代噬菌體的蛋白質(zhì)是在噬菌體dna的指導(dǎo)下利用細(xì)菌的氨基酸合成的。

　　此實(shí)驗(yàn)證明dna是遺傳物質(zhì)，但不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。同時(shí)，此實(shí)驗(yàn)也證明了dna具備遺傳物質(zhì)的一些特性：dna能自我復(fù)制，具有連續(xù)性；能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。

　　因?yàn)閟僅存在于t2噬菌體的蛋白質(zhì)外殼中，而p主要存在于dna中。因此，用s和p這兩種同位素可以分別特異性地“跟蹤”噬菌體中蛋白質(zhì)和dna在噬菌體繁殖過程中所起的作用。這樣，不用將二者分離，就能夠“單獨(dú)地”觀察到誰能夠在前后代保持連續(xù)性（從而證明誰是遺傳物質(zhì)）。

　　（四）dna是主要的遺傳物質(zhì)，rna也是遺傳物質(zhì)

　　現(xiàn)代科學(xué)研究證明，有些病毒只含有蛋白質(zhì)和rna，如煙草花葉病病毒。從煙草花葉病病毒中提取出rna和蛋白質(zhì)，分別侵染煙草，前者能使煙草感染病毒，而后者卻不能。對于這些病毒來說，rna是它們的遺傳物質(zhì)。

　　每種病毒只有一種核酸（dna或rna），并以此作為遺傳物質(zhì)。

　　在生物界，絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是dna（凡是有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物，無論是原核生物還是真核生物，它們的遺傳物質(zhì)都是dna；無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物，它們的遺傳物質(zhì)是dna或rna）；只有少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是rna。因此說dna是主要的遺傳物質(zhì)。

　�。ㄎ澹┤旧�體是遺傳物質(zhì)的主要載體

　　1、從物種特征來看：每種生物的體細(xì)胞中都有一定形態(tài)和數(shù)量的染色體；

　　2、從生殖過程來看：染色體在生物的傳種接代中保持一定的穩(wěn)定性和連續(xù)性；

　　3、從染色體的組成來看：主要由dna和蛋白質(zhì)組成，其中dna含量穩(wěn)定，是主要的遺傳物質(zhì)；

　　4、從dna的分布來看：dna存在于細(xì)胞核中，與蛋白質(zhì)構(gòu)成染色體，約有98%的dna分布在染色體中，因此說染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體；少量的dna分布在線粒體和葉綠體中，線粒體和葉綠體是遺傳物質(zhì)的次要載體。

　　板書

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