高一生物苏教版必修二教学案：第四章 第一节 探索遗传物质的过程

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学习目标：1.格里菲思的肺炎双球菌体内、体外转化实验的过程及结论

2．噬菌体侵染大肠杆菌实验的方法、过程及结论

3．证明DNA是遗传物质实验的设计思路

4．生物类型与遗传物质类型的关系

5．DNA粗提取的原理和过程

[教材梳理]

一、格里菲思肺炎双球菌转化实验

1．肺炎双球菌

2.格里菲思实验

(1)实验过程及现象：

(2)结论：无毒性的R型活球菌和被加热杀死的有毒性的S型球菌混合后，有部分无毒性的R型球菌转化为有毒性的S型活球菌，且这种转化是可以遗传的。

2 3．艾弗里的体外转化实验

(1)实验材料：S型和R型肺炎双球菌。

(2)设计思路：设法将DNA和蛋白质、多糖等物质分开，单独地、直接地去观察它们的作用。

(3)过程：

(4)结论：DNA是使R型球菌产生稳定遗传变化的物质。

二、噬菌体侵染细菌的实验

1．实验材料及方法

(1)T2噬菌体的结构及代谢特点：

(2)实验方法：放射性同位素标记法。

2．实验过程及结论

(1)实验过程：

(2)实验结论：DNA是噬菌体的遗传物质。

3 三、DNA是主要的遗传物质

1．RNA是某些病毒的遗传物质的相关实验

(1)烟草花叶病毒(TMV)的实验：

①烟草花叶病毒结构：

②实验过程：

烟草花叶病毒水、苯酚――→震荡分离 RNA――→感染烟草烟草叶发病蛋白质――→感染烟草烟草叶不发病

③结论：控制烟草花叶病毒性状的物质是RNA，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实验过程：

TMV的蛋白质HRV的RNA→重建病毒――→感染烟草→HRV的病斑――→后代的类型HRV

TMV的RNAHRV的蛋白质→重建病毒――→感染烟草→TMV的病斑――→后代的类型TMV

②结论：控制TMV、HRV性状的物质是RNA而不是蛋白质。

2.人类的探索结论

DNA是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。

四、DNA的粗提取与鉴定

1．提取DNA

(1)DNA在NaCl溶液中的溶解度，随着NaCl浓度的变化而改变。当NaCl的物质的量浓度为0.14_mol/L时，DNA的溶解度最低。通过改变NaCl溶液的浓度，可以使溶解在NaCl溶液中的DNA析出。

(2)DNA不溶于酒精，细胞中的某些物质可以溶于酒精，据此可进一步提取出含杂质较少的DNA。

2．实验设计

(1)材料的选取：选用DNA含量相对较高的生物组织，如鸡血、菜花、洋葱等。

(2)破碎细胞(以鸡血为例)：鸡血细胞，加蒸馏水，用玻璃棒搅拌，用纱布过滤，收集滤

4 液。

(3)去除杂质：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质。

(4)DNA析出：将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的酒精溶液(体积分数为95%)使DNA析出。

3．DNA的鉴定

DNA溶解在0.015 mol/L的NaCl溶液中，加入4 mL二苯胺试剂，沸水浴中加热5 min，溶液变成蓝色。

[牛刀小试]

一、肺炎双球菌的转化实验

1．仔细观察并分析肺炎双球菌的转化实验，讨论交流下列问题：

(1)格里菲思的转化实验中有无设计对照实验？若有，则对照组和实验组分别是第几组？怎样设计的？

提示：有对照设计。对照组是第一至三组，分别向健康小鼠体内注射R型活球菌、S型活球菌、加热杀死的S型球菌。实验组是第四组，向健康小鼠体内注射R型活细菌和加热杀死的S型球菌的混合液。

(2)在肺炎双球菌转化实验中，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？

提示：将DNA与蛋白质、多糖等其他物质分开，单独地、直接地观察每种物质的作用。

(3)将S型球菌的DNA、蛋白质和多糖等物质分别与R型球菌混合培养，能得到R型活球菌的是哪些组？能得到S型活球菌的是哪些组？

提示：三组均能得到R型活球菌。加入DNA的一组不仅能得到R型活球菌，还能得到少数S型活球菌。

(4)倘若再增加一组实验：DNA＋DNA水解酶＋R型活球菌，培养基中能否得到S型活球菌？为什么？

提示：不能。因为只有DNA才能使球菌的致病性发生转化，加入DNA水解酶，导致DNA被水解破坏，此时R型球菌将不能转化为S型活球菌。

2．判断正误

(1)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。(×)

5 (2)肺炎双球菌转化实验证明DNA是主要的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。(×)

二、T2噬菌体侵染细菌的实验

1．仔细观察教材P62图4－4，探讨下列有关问题：

(1)实验中为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记？能利用14C和15N同位素进行标记吗？试说明理由。

提示：①因为S仅存在于T2噬菌体的蛋白质中，而P主要存在于DNA中，故用35S和32P分别标记蛋白质和DNA。

②不能。因为T2噬菌体的蛋白质和DNA中均含有这两种元素，无法将DNA和蛋白质区分开。

(2)请根据噬菌体的代谢特点，分析能否直接利用分别含放射性同位素35S和32P的培养基培养噬菌体。

提示：不能。因为病毒无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营活细胞内寄生生活，病毒在普通培养基上无法生存。

(3)噬菌体侵染大肠杆菌实验，除证明DNA是遗传物质外，还能得出哪些结论？

提示：本实验还能间接证明DNA是遗传物质的两个特点：①DNA使前后代保持一定的连续性(即DNA复制)。②DNA能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的新陈代谢过程和性状。

2．判断正误

(1)用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，若实验中搅拌不充分，会造成上清液中有很高的放射性。(×)

(2)噬菌体侵入大肠杆菌后，进行DNA复制和蛋白质合成的原料来自自身携带的物质。(×)

(3)用含32P的普通培养基培养T2噬菌体，可标记噬菌体的DNA。(×)

三、生物的遗传物质(连线)

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[重难突破]

一、肺炎双球菌转化实验

体内转化实验 体外转化实验

实验者 格里菲思 艾弗里

培养细菌 用小鼠(体内) 用培养基(体外)

实验原则 R型球菌与S型球菌的毒性对照 S型球菌各成分作用的相互对照

实验结果 加热杀死的S型球菌能使R型球菌→S型球菌 S型球菌的DNA使R型球菌→S型球菌

实验结论 S型球菌体内有“转化因子” S型球菌的DNA是遗传物质

两实验

联系 ①所用材料相同，都是肺炎双球菌(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

③两实验都遵循对照原则、单一变量原则

二、噬菌体侵染细菌实验

1．实验过程分析

第一步

标记细菌 细菌＋含35S的培养基→含35S的细菌

细菌＋含32P的培养基→含32P的细菌

第二步

标记噬菌体 噬菌体＋含35S的细菌→含35S的噬菌体

噬菌体＋含32P的细菌→含32P的噬菌体

第三步

噬菌体侵

染细菌 含35S的噬菌体＋细菌→上清液放射性高，沉淀物放射性很低

含32P的噬菌体＋细菌→上清液放射性低，沉淀物放射性很高

结果

分析 ①35S标记的蛋白质外壳并未进入宿主细胞内，而是留在外面

②32P标记的DNA进入了宿主细胞内，子代噬菌体的性状是通过亲

7 代DNA遗传的

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

2.实验结果中放射性分布的分析

(1)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：

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。

(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，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。

三、生物的遗传物质归纳

[实验探究]

DNA的粗提取与鉴定

1．实验原理

8 (1)DNA在不同浓度氯化钠溶液中的溶解度不同，其变化曲线如图：

(2)DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的其他某些物质可以溶于酒精溶液，据此可提取含杂质较少的DNA。

(3)DNA＋二苯胺――→沸水浴蓝色(用于DNA的鉴定)。

2．实验材料

凡含细胞核的材料均可用于提取DNA(哺乳动物成熟红细胞无细胞核，不适宜作本实验材料)，鸡的红细胞含较多DNA，适宜作本实验材料。

3．实验流程

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4．实验归纳

(1)加入抗凝剂的目的：制备鸡血细胞液时要在取新鲜鸡血的同时加入抗凝剂防止血液凝固。

(2)三种NaCl溶液浓度：0.14 mol/L NaCl溶液用于析出DNA；2 mol/L NaCl溶液用于溶解DNA；0.015 mol/L NaCl溶液用于鉴定DNA。

(3)两次用到蒸馏水：第一次加蒸馏水，目的是让血细胞发生渗透吸水涨破而释放DNA；第二次加蒸馏水，目的是降低NaCl溶液的浓度，析出DNA。

(4)两种颜色变化：析出的DNA是白色丝状物；DNA中加入二苯胺试剂，加热后呈蓝色。

(5)三次过滤：第一次和第三次要用其滤液，使用的纱布为1～2层，第二次要用其滤出