1、第六章 遗传第一节 遗传的物质基础1、DNA 是主要的遗传物质教学目标1知识目标（1）知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，是目前自然科学研究的主要方法。（2）理解 DNA 是主要的遗传物质。2能力目标（1）通过肺炎双球菌的转化实验，能够证明 DNA 是遗传物质的最关键的实验设计思路，训练学生逻辑思维的能力。（2）用“同位素标记法”来研究噬菌体浸染细菌的实验，说明 DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。3情感目标遗传的物质主要是 DNA，也有 RNA，这就从遗传和变异的角度，强调了生命的物质性，有利于辩证唯物主义世界观的
2、树立。教学建议关于“DNA 是主要的遗传物质”的教材分析DNA 是主要的遗传物质主要讲述 DN A 是遗传物质的直接证据“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”。教材首先交代了科学家们对实验的设计思想，即把组成染色体的主要成分DNA 和蛋白质分开，单独地、直接地去观察 DNA 的作用，然后再讲述实验过程，这样有利于学生科学思维方法的培养。为了使学生更全面地理解 DNA 是遗传物质这一结论，教材在教学内容上增加了“肺炎双球菌的转化实验”的内容；在讲述“噬菌体侵染细菌的实验”时，利用“同位素标记”的研究方法来进行说明。这样既符合科学的研究过程，又可以很自然地使学生导出 DNA 是遗传物质
3、的结论，并且能使学生受到科学方法的教育。DNA 是主要的遗传物质这一小节在第六章中占有重要位置，学生只有真正理解这部分内容才能在生物性状遗传和变异的复杂现象中，从根本上懂得生物遗传和变异的实质和规律。而证明 DNA 是遗传物质的直接证据，则是“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌”这两个经典实验，因此这两个实验的原理和过程是本小节的重点。“探究科学发现过程来学习科学研究方法”是本节内容的难点。生物教学大纲中规定，通过生物学基础知识的学习，初步掌握基本的生物科学研究方法。因此在生物教学过程中对学生进行科学方法教育的渗透，成为当前生物教学改革的一个重点，而学生科学素养的形成是一个渐进的过程。在
4、本节的教学过程中，要注重实验过程的探究与科学方法的学习相结合，充分发挥学生主体作用，使学生在探索学习中，得到科学研究方法的训练。教学建议关于“DNA 是主要的遗传物质”的证据的分析1证据之一：肺炎双球菌的转化实验（1）实验目的：研究 DNA 和蛋白质谁是遗传物质？（2）实验材料：两种肺炎双球菌S 型细胞 R 型细胞菌落 光滑 粗糙菌体 有多糖类的荚膜 无多糖类的荚膜毒性 有毒性，可致死 无毒性（3）实验原理：S 型肺炎球菌能使人患肺炎和小鼠患败血症；R 型肺炎球菌对人和动物基本无影响。（4）实验过程及结果：将无毒性的 R 型活细菌注射到小鼠体内，小鼠正常。将有毒性的 S 型活细菌注射到小鼠体内
5、，小鼠死亡。将加热杀死后的 S 型细菌注射到小鼠体内，小鼠正常。将无毒性的 R 型活细菌与加热杀死后的 S 型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠死亡。（5）关于实验结果的分析实验分析：第 1 组实验注射的 R 型活细菌和第 3 组实验注射的杀死后的 S 型细菌均对小鼠无影响；第 2 组实验注射的 S 型细菌将导致小鼠患败血症而死亡；第 4 组实验注射 R 型活细菌和加热杀死后的 S 型细菌，最终导致小鼠患败血症死亡的事实说明：无毒性的 R 型活细菌与被加热杀死的 S 型细菌混合后，转化成了有毒的 S 型活细菌。并且格里菲斯从小鼠尸体上分离出了有毒性的 S 型活细菌，还进一步证实了这些转化成的 S
6、 型细菌的后代也是有毒性的 S 型活细菌，即是可以遗传的。（6）结论：格里菲思认为，在第 4 组实验中，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”。（7）“转化因子”的本质是什么？1944 年，美国科学家艾弗里和他的同事，应用分子生物学技术，从 S 型活细菌中提取出了DNA、蛋白质和多糖等物质，然后将它们分别加入培养 R 型细菌的培养基中，结果发现只有加入DNA，R 型细菌才能转化为 S 型细菌，DNA 的纯度越高，转化的效果就越显著。由此可见，转化因子就是 DNA。DNA 才是使 R 型细菌产生稳定遗传变化的物质，也就是说 DNA 是遗传物质。2证据之二：
7、噬菌体侵染细菌的实验（1）实验目的：研究噬菌体内 DNA 和蛋白质谁是遗传物质？（2）实验材料： 噬菌体 细菌（3）实验原理：噬菌体是专门寄生在活细菌体内的一类病毒，最终导致细菌细胞瓦解。噬菌体主要由头部（含 DNA）和尾部（含蛋白质）组成。一般来说，蛋白质含 S 不含 P，而 DNA 含 P 不含 S。因而可将噬菌体内的 S 和 P 分别作同位素标记，来分析 DNA 和蛋白质在噬菌体生命活动过程中所起的作用。（4）实验过程及方法：分别用 （上图） （下图）标记的噬菌体感染细菌，通过搅拌和离心得到上清液（噬菌体体外壳）和沉淀物（细菌及进入细胞内的噬菌体 DNA），并检测放射性，上清液具 的放射
8、性（上图），沉淀物具 的放射性（下图）。（5）结果分析：上述实验结果表明，噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌内部，而是留在细菌的外部，噬菌体的 DNA 却进入了细菌体内。可见噬菌体在细菌体内的增殖是在亲代噬菌体 DNA 的作用下完成的。（6）结论：子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的 DNA 的遗传而来的，亲代与子代之间保持有连续性的物质是 DNA 而不是蛋白质，因此，DNA 才是噬菌体真正的遗传物质。教学建议遗传物质是核酸还是蛋白质？真核生物染色体的主要成分是核酸和蛋白质，其大致比例如下：那么，遗传物质究竟是蛋白质还是核酸呢？经研究发现，作为遗传物质至少要具备以下 4 个条件：1在细胞生长和繁殖的
9、过程中能够精确地复制自己；2能够指导蛋白质合成从而控制生物的性状和新陈代谢；3具有贮存巨大数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。蛋白质有可能是遗传物质吗？我们知道，组成蛋白质的主要的氨基酸约有四种。由于氨基酸的种类和数量不同，排列顺序不同，可以组成无数种蛋白质，这一点符合上述的第三个条件。蛋白质（特别是酶）能够控制生物的性状和代谢，这一点符合第二个条件。但是蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的，分子结构也不稳定，它也不能遗传给后代，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
10、个条件，所以核酸才是生物的遗传物质。核酸又分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。绝大多数生物体的遗传物质是 DNA，有些病毒的遗传物质是 RNA。教学建议20 世纪中期关于遗传研究的两个经典实验细胞亚显微结构的研究和分子生物学的分析表明，染色体主要由 DNA 和蛋白质组成。为了确定 DNA 和蛋白质对遗传的决定作用，人们首先把 DNA 和蛋白质从生物体内分离并提纯出来，并证明把 DNA 放入另一生物体内时，第一个生物体的性状在第二个生物体中出现，且这种性状还能遗传给第二个生物体的后代，蛋白质则没有这种作用。目前为止，从高等动植物体内分离提纯 DNA 进行这种实验的例子还很少，但有关某
11、些细菌 (1928 年格里菲思和 l944 年艾弗里的肺炎双球菌转化实验)和病毒 (1952 年赫尔希的噬菌体侵染细菌)的实验足以证明 DNA 和蛋白质在遗传中的作用了，这些实验被称为 20 世纪中期的经典实验。下面对这两个实验作简单介绍：（附对实验进行总结的表格）1噬菌体侵染细菌的实验噬菌体又叫细菌病毒。我们知道病毒有三种：植物病毒、动物病毒、细菌病毒。病毒寄生的对象具有专一性，细菌病毒只能寄生在细菌体内，并可导致细菌解体死亡，故称噬菌体。1952 年美国科学家赫尔希和蔡斯做了著名的噬菌体侵染细菌 (大肠杆菌)实验。他们根据DNA 结构中含有 P 但不含有 S，组成蛋白质的氨基酸含有 S 而
12、不含有 P 的事实，先用放射性 标记 DNA， 标记蛋白质，然后再让这种作了标记的噬菌体去感染细菌。噬菌体侵染细菌的过程是：吸附注入合成组装释放。整个过程约需 40 分钟，最终就可释放出100300 个子代噬菌体。实验证明了只有噬菌体的 DNA 进入了寄主细胞，蛋白质的外壳则留在外边，从而证明了 DNA 在前后代中具有连续性，蛋白质不具备连续性；又因为实验结果，释放出与亲代保持相同的子代噬菌体（包括 DNA 和蛋白质外壳），说明了 DNA 能指导蛋白质合成。所以该实验是经典实验，是证明 DNA 是遗传物质的直接证据，由此得出结论：DNA 是遗传物质。2肺炎双球菌转化实验1928 年，英国细菌学
13、家格里菲思用一种双球菌对小鼠做实验。这种双球菌能够使多种哺乳动物患肺炎，因此也称肺炎双球菌。肺炎双球菌有一种有荚膜，在培养基上能形成光滑的菌落，感染这种细菌的小鼠最终会因败血症而死亡。因此这种细菌被称为有毒型(S)；另有一种没有荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙，小鼠的正常防御系统能够识别并杀死这种细菌，而使小鼠不患病。这种细菌因此被称为无毒型(R)。格里菲思把有毒的双球菌加热杀死后，给小鼠注射，小鼠不会死亡。可是当他把加热杀死的有毒菌(S)和活的无毒型菌(R)混合、给小鼠注射后，小鼠在 24 小时内全都死掉了。而且在死亡小鼠的心脏血液中找到了活的有毒型细菌(S)。这些活的有毒型细菌是从哪里来
14、的？格里菲思提出，在死去的有毒型细菌中可能有一种转化因子，是它们使原本对小鼠无毒的细菌(R)变成了有毒的细菌(S)。1944 年，美国细菌学家艾弗里和他的同事们决心要找到这种转化因子。他们把有毒的肺炎双球菌加热杀死后，想办法分离出它的各种大分子物质。他们用蛋白酶处理这些大分子，把其中的蛋白质分解去除，然后用剩余物质与无毒的肺炎双球菌混合培养。结果无毒的双球菌变成了有毒的双球菌，并且他们分裂产生的后代也都能致病。而如果用 DNA 酶处理分离得到的大分子，把其中的 DNA 分解去除，然后用剩余物质与无毒的双球菌混合培养，结果无毒的双球菌不变成有毒的双球菌。这些实验结果表明 DNA 就是要找的转化因
15、子，它是遗传信息的携带者，表明 DNA 是遗传物质。实验名称 实验过程及现象 结论细菌的转化1注射活的无毒菌，小鼠正常。2注射活的有毒菌，小鼠死亡。3注射杀死的有毒菌，小鼠正常。4注射“活的无毒菌+杀死的有毒菌”，小鼠死亡。DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。5杀死的有毒菌与活的无毒菌混合培养，无毒菌全变为有毒菌。6杀死的有毒菌滤液与活的无毒菌混合培养，无毒菌全变为有毒菌。7从杀死的有毒菌滤液中提纯出：DNA蛋白质糖类无机物。分别与无毒菌混合培养，能使无毒菌变为有毒菌；与无毒菌一起混合培养，没有发现有毒菌。噬菌体侵染细菌用放射性元素 和 分别标记噬菌体的蛋白质外壳和 DNA，让其在细菌体内
16、繁殖，在与亲代噬菌体相同的子代噬菌体中只检测出放射性元素 DNA 是遗传物质返回教学建议“证明 DNA 是遗传物质”的实验中的关键问题首先，实验设计中最关键的是问题是设法把蛋白质与 DNA 分开，单独地、直接地去观察蛋白质和 DNA 的作用。实验需要具备的技术手段是细菌的培养技术和 DNA 与蛋白质的提取分离技术。教学设计方案【教学重点、难点、疑点及解决办法】1教学重点及解决办法教学重点：（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。解决办法：（1）通过学生分析格里菲思的肺炎双球菌转化实验过程，使学生确信 S 型死细菌细胞中含有某种转化因子。再通过艾弗里的体外转化
17、实验，即从 S 型活细菌中提取 DNA、蛋白质和多糖等分别加入培养 R 型细菌的培养基中，引导学生明确只有 DNA 具有转化作用。（2）通过学生分析赫尔希的噬菌体侵染细菌的实验过程，用同位素标记法，明确只有噬菌体的 DNA 注入到细菌体内，而蛋白质外壳留在外面，经分析得出，子代噬菌体 DNA 和蛋白质，都是在注入到细菌体内的噬菌体 DNA 指导下完成的，说明 DNA 是连续的。2教学难点及解决办法教学难点：（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。（2）如何理解 DNA 是主要的遗传物质，RNA 也是遗传物质？解决办法：（1）从科学研究方法入手，对每一个实验步骤进行分析，尤其要重视第 3 步和第
18、4 步两个实验。何谓加热杀“死”？杀“死”后的 S 型细菌还含有某种转化因子？这里需要从两方面说明，一方面加热的温度一般为 60左右，不能太高；另一方面说明转化因子的结构相当稳定。另外，在设问“肺炎双球菌的转化实验中，证明 DNA 是遗传物质的实验设计中最关键的思路是什么？”通过学生回答、教师引导，最后指出关键是“DNA 和蛋白质分开，单独、直接地去观察 DNA 和蛋白质的作用。” （2）通过讲解烟草花叶病的实例来说明，并列表对比。【课时安排】 1 课时。【教学过程】引言：上个学期我们已经学习过了生物的新陈代谢、生殖和发育，这些都是生物的基本特征。在新陈代谢和生殖发育的基础上，生物还表现出遗传
19、和变异的特性，这也是生命的基本特征之一。从今天开始，我们将要学习这方面的知识。第六章 遗传和变异那么，遗传和变异究竟是怎样发生的？在生物体内是什么物质对遗传和变异起着决定作用？生物的遗传和变异有哪些共同的基本规律？对于这些问题，我们将在这一章进行学习。我们知道，子代和亲代在性状上相似，是由于亲代将决定生物性状的遗传物质传给了后代，那么什么是遗传物质呢？第一节 遗传的物质基础一、DNA 是主要的遗传物质通过对细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程的学习，认识到染色体在生物的传种接代中具有重要作用。染色体的主要成分是蛋白质和 DNA。那么，这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？请看下面两个著名的实验。
20、1DNA 是遗传物质的证据（1）肺炎双球菌的转化实验出示 R 型细菌和 S 型细菌的菌体和菌落图，让学生对图指出何者是 R 型菌体？何者是 S 型菌体？菌落各是怎样？毒性呢？以加深学生对两种细菌的了解。提问：肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤？各看到哪些现象？第四组的实验结果说明了什么？艾弗里及其同事的设计思路是什么？他们的研究结果说明了什么？学生阅读教材 P2P3，边看书边看图解，回答上述问题。教师根据学生回答进行点拨，并强调：实验过程可分为四大步骤：注射无毒性的 R 型活细菌，小鼠正常；注射有毒性的 S 型活细菌，小鼠患败血症死亡；注射加热杀死了的 S 型细菌，小鼠正常；注射“R 型活细菌+
21、杀死的 S型细菌”，小鼠患败血症死亡。第四组的实验结果表明，被加热杀死的 S 型细菌中，存在着使 R 型活细菌转变成 S 型细菌的“转化因子”。这一“转化因子”究竟是什么物质，当时的格里菲思并不知道。DNA、蛋白质和多糖等，何者是“转化因子”，即遗传物质？艾弗里和他的同事设法以 S 型活细菌中提取 DNA、蛋白质、糖类及无机物，分别与 R 型细菌混合培养，其结果是，只有加入DNA 的，R 型才转化为 S 型细菌。这一结果表明：DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。（2）噬菌体浸染细菌的实验出示 噬菌体模式图，学习完各部分结构名称后，教师归纳：噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，它的头部和尾
22、部都具蛋白质的外壳，头内部含有 DNA。出示 噬菌体浸染细菌的实验过程图。学生阅书 P3-P4 页，然后回答问题：放射性同位素 和放射性同位素 用于标记噬菌体的何种成分？有什么目的？叙述噬菌体侵染细菌的实验过程。噬菌体在细菌体内的增殖是在何物质的作用下完成的？根据是什么？这个实验的结果说明了什么？教师归纳：从元素组成来看，由于蛋白质分子中含 S 而不含 P，DNA 分子中含 P 而不含 S。这样，就可让一部分噬菌体只标记蛋白质而不标记 DNA，另一部分噬菌体只标记 DNA 而不标记蛋白质，从而分别观察这两种大分子物质的变化和作用。噬菌体侵染细菌的过程：吸附注入（DNA）复制子代噬菌体的 DNA
23、 和合成子代噬菌体的蛋白质组装子代噬菌体。噬菌体在细菌体内的增殖是在噬菌体 DNA 的指导下完成的，因为对被标记物质进行测试，结果表明噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，只有噬菌体的 DNA 才进入细菌体内。实验结果表明：DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。2DNA 是主要的遗传物质（1）某些病毒的遗传物质是 RNA如烟草花叶病毒，不含有 DNA，只含有蛋白质和 RNA。对这些病素来说，RNA 就起着遗传物质的作用。（2）绝大多数生物的遗传物质是 DNA。（三）总结通过肺炎双球菌的转化实验和噬菌体浸染细菌的实验，充分说明了 DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。虽然少数病毒的遗传物质是 R
24、NA，但绝大多数生物的遗传物质是 DNA，所以 DNA 是主要的遗传物质。【板书设计】第六章 遗传和变异第一节 遗传的物质基础一、DNA 是主要的遗传物质1DNA 是遗传物质的证据（1）肺炎双球菌的转化实验过程和结论（2）噬菌体侵染细菌实验的过程和结论2DNA 是主要的遗传物质（1）某些病毒的遗传物质是 RNA（2）绝大多数生物的遗传物质是典型例题例 1 所有病毒的遗传物质（ ）A都是 DNA B是 DNA 和 RNA C都是 RNA D是 DNA 或 RNA【解析】 病毒是非细胞生物，其成分只有 DNA 或 RNA 和蛋白质。大多数病毒所含的核酸是 DNA，这种类型的病毒以 DNA 为遗传物
25、质；少数病毒所含的核酸是 RNA，它们以 RNA 作遗传物质。所以说，所有病毒的遗传物质是 DNA 或 RNA。【答案】 D例 2 若用 ， ， 标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构成分中，能找到的放射性元素为（ ）A可在外壳中找到 和 B可在 DNA 中找到 ， C可在外壳中找到 D可在 DNA 中找到 ， ， 【解析】 噬菌体是由 DNA 和蛋白质组成的，DNA 含有磷酸基和含氮碱基，能够标记上 和 。而蛋白质中含有氨基（ ）和甲硫氨酸，能够标记上 和 在噬菌体浸染细菌的过程中，蛋白质外壳留在外面，没有进入细菌内，只有 DNA 进入细菌内，并利用细菌的化学成分为原料（氨
26、基酸、核苷酸）来合成子代噬菌体的蛋白质外壳和 DNA，因为这些原料中无放射性元素的原子，所以在子代噬菌体上，只有在某 2 个 DNA 分子中有原来侵入的那两条 DNA 链，其上含有 和 。【答案】 B例 3 用下列哪种情况的肺炎双球菌感染健康小鼠会使之生病和死亡？（ ）A加热杀死的B活的，但缺乏多糖荚膜C加热杀死的肺炎球菌和缺乏细胞荚膜的肺炎球菌的混合物D既缺乏多糖又加热杀死的【解析】 根据肺炎双球菌的转化实验的原理及结果分析，当高温杀死的和缺乏多糖荚膜的肺炎及球菌混合感染时，活的无荚膜肺炎双球菌（无致病能力）能吸收加热杀死的有荚膜肺炎双球菌的 DNA，从而转化成活的有荚膜肺炎双球菌（有致病能力），导致小鼠生病并死亡。【答案】 C例 4 作为主要遗传物质的 DNA 与蛋白质的根本区别在于（ ）A相对分子质量大B分子结构相对稳定C在细胞内的分布有一定规律性D子代 DNA 是以亲代 DNA 为模板的复制产物【解析】 组成蛋白质的主要氨基酸约有 20 种，由于氨基酸的种类和数量不同，排列顺序不同，可以组成无数种蛋白质，具有贮存大量信息的潜在能力。蛋白质（特别是酶）能够控制
