书城教材教辅新课程师资培训教程-高二生物优秀课例
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第18章 遗传的物质基础(一)(2)

1928年,英国细菌学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:①DNA②蛋白质③糖类④无机物。分别与无毒菌混合培养,①能使无毒菌变为有毒菌;②③④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

“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】

一、教学重点及解决办法

1.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。

2.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

1.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?

2.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。

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?

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。

1.DNA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:

a.肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤?各看到哪些现象?

b.第四组的实验结果说明了什么?

c.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P2~P3,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+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:

a.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?

b.叙述噬菌体侵染细菌的实验过程。

c.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?

d.这个实验的结果说明了什么?

教师归纳:

a.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。

b.噬菌体侵染细菌的过程:

吸附→注入(DNA)→复制子代噬菌体的DNA和合成子代噬菌体的蛋白质→组装子代噬菌体。

c.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。

d.实验结果表明:DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。

2.DNA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。

二、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RNA,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。

【扩展资料】

一、关于细胞质遗传

细胞质遗传生物的大多数性状是受染色体上的DNA控制的,染色体上的DNA存在于细胞核内,受核内DNA控制的遗传叫做细胞核遗传。但是,生物也有一些性状不是由细胞核内的DNA所控制,而是由细胞质里的DNA所控制,这样的遗传叫做细胞质遗传。

细胞质遗传的主要特点:细胞质遗传的主要特点一是细胞质遗传都表现为母系遗传;二一是杂交后代都不出现一定的分离比例。其原因是:细胞进行分裂时,细胞质中的遗传物质不像细胞核中染色体和DNA分子那样进行有规律的分离,而是随机地分配到子细胞中去。

二、关于细菌转化实验的补充内容

多年来,世界各国进行了许多细菌的转化实验,进一步确定遗传物质是DNA。所谓转化是指从甲种细菌提取出转化因素(即遗传物质)来处理乙种细菌,使乙种细菌获得甲种细菌的某些遗传特性。例如,人和动物的一种肺炎是由肺炎双球菌引起的。肺炎双球菌有许多种,像农作物的品种一样,各有其遗传的特异性。有人从一种有荚膜的肺炎双球菌中提取出DNA和蛋白质,再用这种DNA培养无荚膜的肺炎双球菌。结果,这种细菌转化成为有英膜的了,而且这一有荚膜的新特性还可以一代一代地遗传下去。如果用提取出的蛋白质培养细菌,就不能产生转化的效果。实验的结果可以确定,遗传物质是DNA,而不是蛋白质。

三、细胞质和细胞核的互作

细胞质的线粒体是一个半自主的细胞器,它有自己的基因组,能进行DNA的复制、转录和翻译,可以编码自身的以及少量蛋白质。但这些过程并不是线粒体完全独立地进行的,它离不开核基因的指导与调控。线粒体基因表达所必需的一些蛋白质,如RNA聚合酶、核糖体大亚单位以及许多调控因子都是由核基因编码,在细胞质的核糖体上合成后,运输进入线粒体后再起作用。线粒体功能的正常发挥需要线粒体基因组和核基因组的互作。组成呼吸链的一系列结构蛋白是线粒体和细胞核共同编码的,这些蛋白质的正确组装,受核基因控制。同时,研究发现,细胞质的线粒体也可以以不同的方式影响该基因的表达。