第一节 遗传的物质基础 一 DNA是主要的遗传物质

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：

　　①将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，小鼠正常。

　　②将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内，小鼠死亡。

　　③将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠正常。

　　④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：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。

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。

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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100～300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。