肺炎双球菌转化实验
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肺炎双球菌转化实验
肺炎双球菌转化实验
无毒的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合注入小鼠体内，出现了S型活细菌，这是为什么？
当煮沸杀死S型肺炎双球菌时，细胞中的DNA分子可断裂为100多个片段，每个片段上至少有20个左右的基因将这些呈游离状态的DNA分子片段注射到小鼠体内，有关基因不能进行复制和表达，因而不能产生活的S型肺炎双球菌，小鼠没有生命危险。
将R型活菌与S 型DNA分子片段混合后，当R型菌群数量增长达到高峰时，细菌会出现失去局部细胞壁的现象，此时的细菌的细胞膜表面约有30-80个能结合S型DNA分子片段的结合点，使具有转化功能的DNA分子片段（转化因子）结合在R型菌体细胞表面。
然后DNA分子片段的一条链被R型菌体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链进入R型菌体细胞，并通过整合作用与R型菌体细胞的DNA重组。
这样，使接受S型DNA 分子片段的R型菌体，转化为S型肺炎双球菌。
肺炎双球菌的转化实验
02
目录
肺炎双球菌的转化现象最早是由英国的细菌学家格里菲斯(Griffith) 1928年发现的。
什么 是肺炎双球菌？
肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae) 是一种病原菌，存在着光滑型(Smooth简称S 型)和粗糙型 (Rough简称R型) 两种不同类型。
实验材料：
R型和S型菌株 S型菌 R型菌
1
其中光滑型的菌株产生荚膜，有 毒，在人体内它导致肺炎，在小 鼠体中它导致败血症，并使小鼠 患病死亡，其菌落是光滑的；
2
粗糙型的菌株不产生荚膜，无毒， 在人或动物体内不会导致病害， 其菌落是粗糙的。
肺炎双球菌转化的实验过程
将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内， 小鼠不死亡。
将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。
实验表明：
由此说明RNA、脂类、蛋白质、荚膜多糖和用DNA酶处理的DNA均不引起
1
转化，而DNA却能引起转化。如果用DNA酶处理DNA后，则转化作用丧失
。
2
DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，DNA是转化因子。
01
02
影响R型菌转化的因素：
供体细胞DNA浓度。浓度越高， 转化率越高。
两种细菌的亲缘关系。亲缘关 系越近，转化越容易。
［实验设计］寻找转化因子：
01
02
关键思路：
把各种化合物分开， 单独观察，确定唯一 变量 。
设计方法：
把由S型细菌中分离， 提取出的各种成分， 单独作用于R型细菌。
艾弗里的实验：
DNA
蛋白质和活菌混合培养才 出现了S型活细菌， 这是一部分 R型菌 转化产生有毒的、 有荚膜的S型活细菌。
三、将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡。
肺炎双球菌的转化实验
格里菲思实实验验的结结论论：是什么?
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
“转化因子”是什么？
寻找转化因子：
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
加热杀死的S型细菌
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
但究竟哪一个才是转化因子呢？
在证明DNA还是蛋白质或其他物 质是遗传物质的实验中最关键的设计 思路是什么？
2.将有毒性S型活细菌注射到小鼠体内，患败血症死亡。 3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。
4.将无毒性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，小鼠患败血症死亡。
思考？
1.对比分析第一、二组说明什么？第二、三组 说明什么？第三、四组又说明什么？
2.该实验能否证明DNA是遗传物质？该实验的 结论是什么？
3、分析实验结果，能得出什么结论？
实验结论：“转化因子”是DNA，
DNA才是遗传物质，而蛋白质等其他物 质不是遗传物质。（纠正了一个生物界的错误的普
遍共识）
这个实验结论足以让所有科学 家信服吗？
知识回顾 Knowledge Review
放映结束
蛋白质
ＤＮＡ
遗传物质究竟是蛋白质，还是DNA ？
肺炎双球菌的转化实验
一.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验
实验材料： 小鼠
两种肺炎双球菌
S型菌
R型菌
菌体 有多糖类的荚膜
菌落
表面光滑
能够使人患肺炎或 毒性 使小鼠患败血病。
有毒性
无多糖 类的荚 膜 表面粗 糙
无毒性
1.将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。
必须将蛋白质、其他物质与 DNA分开，单独、直接地观察它们 的作用，才能确定究竟谁是遗传物 质。
格里菲斯肺炎双球菌转化实验
★★首先 ,DNA 分子有变性和复性的特点 .变性通俗点说就是性质改变 ,跟蛋白质 的变性意思差不多 .但是 DNA 不同 ,它又可以复性 ,就是恢复原本性质 . 而变性复性主要通过加热 ,使双链解开 ,再温度恢复 ,使原本解开的双链又重新聚 合.所以,你看书上说 ," 加热杀死的 S 型细菌".当然细菌的其他成分比如蛋白质就不 可逆地变性了 .但是 DNA 也通过将双链解开变性 .再将其和R 型细菌混合，那么，在细菌进行裂殖时,R 型细菌的DNA 也会解开， 那么,再降温的时候 ,就有可能 R 型细菌和 S 型细菌的 DNA 聚合,这样的话,形成 的新的子代细菌就会表示出双链 DNA 就会有一条链是 S 型的,另一条链是 R 型 的. 因此新的子代细菌就会表达出致病基因 .是的，可以发生。
如 S 型菌是获得了 R 型菌的 D N A ，并且整合到了自己的 DNA 上，这就是一个重组的过程啊。
不要以为重组就只是减数分裂时发生的。
无荚膜的 R 型细菌有非常重要的 “感受态因子 ”位点，保证了 S 型细菌的DNA 可以进入。
S 型细菌有荚膜，无 “感受态因子 ”位点，不能作为受体菌直接培养而 发生转化。
那么 S 型细菌有可能变成 R 型细菌吗 ?当然有!转化之所以会发生：一、因为R 型与S 型的DNA 可以同源区段配对, 形成 R 型和 S 型两种后代，不象许多人认为的（ 二、无荚膜的 R 型有非常重要的感受态, 保证了 S 型的 DNA 可以进入。
反之则 不会发生：S 型有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，若人为除去荚膜，培养出 无荚膜的后代,它就同时丧失了毒性,变成 R 型,当然就会有了感受态。
三、真核生物的细胞膜表面结构与原核生物的大不相同， 不会发生转化 （转化本 身只发生在同种菌株间或近缘菌株间） 。
我们可以放心去吃想吃的东西， 包括被 加热杀死的 S 型肺炎双球菌。
肺炎双球菌转化实验
肺炎双球菌转化实验s型细菌的dna能使r型细菌转化为s型细菌加热杀死的s型细菌能使r型细菌转化为s型细菌实验结果体外转化实验体内转化实验项目s型细菌各成分的作用进行对照r型细菌与s型细菌的毒性对照实验原则体外培养基在小鼠体内培养细菌艾弗里及其同事格里菲思实验者体外转化实验体内转化实验项目核心讲透巧妙选用r型和s型两种肺炎双球菌转化实验联系将物质提纯分离后直接地单独地观察某种物质在实验中所起的作用用加热杀死的s型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化巧妙构思s型细菌的dna是遗传物质s型细菌体内有转化因子实验结论体外转化实验体内转化实验项目实验目的都是探究遗传物质的本质体内转化实验是体外转化实验的基础后者则是前者的延伸实验设计都遵循对照原则和单一变量原则2
2．实验过程及结果 (1)标记噬菌体：
(1)大肠杆菌
32
P
噬菌体
32
P 标记的噬菌体
(2)侵染细菌：
3．结论：在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质 是________，即 DNA 是遗传物质。 (2)含 35S 的噬菌体 普通大肠杆菌
存在 32P
3．DNA
• 4．RNA是遗传物质的相关实验 • (1)实验材料 • 烟草花叶病毒和烟草，烟草花叶病毒的组 成是蛋白质和RNA。 • (2)实验过程及结果
例：S型肺炎双球菌的荚膜表面具有多种抗原类型(如Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ型等)，不同的抗原类型之间不能通过突变而发 生转换。 在特殊条件下离体培养S-Ⅱ型肺炎双球菌可从中分离 出R-Ⅱ型菌。Griffith将加热杀死的S-Ⅲ型菌与R-Ⅱ型 菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患肺炎大量死亡，并 从患病死亡小鼠体内获得了具有活性的S-Ⅲ型菌；而单 独注射加热杀死的S-Ⅲ型菌小鼠未死亡。
【好题练熟】
2．实验过程及结果 (1)标记噬菌体：
(1)大肠杆菌
32
P
噬菌体
32
P 标记的噬菌体
(2)侵染细菌：
3．结论：在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质 是________，即 DNA 是遗传物质。 (2)含 35S 的噬菌体 普通大肠杆菌
存在 32P
3．DNA
• 4．RNA是遗传物质的相关实验 • (1)实验材料 • 烟草花叶病毒和烟草，烟草花叶病毒的组 成是蛋白质和RNA。 • (2)实验过程及结果
例：S型肺炎双球菌的荚膜表面具有多种抗原类型(如Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ型等)，不同的抗原类型之间不能通过突变而发 生转换。 在特殊条件下离体培养S-Ⅱ型肺炎双球菌可从中分离 出R-Ⅱ型菌。Griffith将加热杀死的S-Ⅲ型菌与R-Ⅱ型 菌混合后同时注入小鼠体内，小鼠患肺炎大量死亡，并 从患病死亡小鼠体内获得了具有活性的S-Ⅲ型菌；而单 独注射加热杀死的S-Ⅲ型菌小鼠未死亡。
【好题练熟】
肺炎双球菌转化实验(P58)
35S标记了壳体蛋白
32P标记了DNA
二、噬菌体侵染细菌实验
实验步骤： ③用搅拌器搅拌，然后离心。 •搅拌的作用：为了使细菌外吸附着的 噬菌体蛋白质外壳与细菌分离
• 实验室用的离心机
二、噬菌体侵染细菌实验
实验步骤： ③用搅拌器搅拌，然后离心。
离心的作用：离心是一种分离混合物的方法， 通过离心，被感染的细菌(含有子代噬菌体 的细菌)会在下层的沉淀物中，噬菌体的蛋 白质外壳质量较小,在上层的上清液中。
科学的发展是无止境的……
有些病毒不含有DNA，只含有RNA和蛋白质， 例如HIV病毒，SARS病毒，烟草花叶病毒
RN A 蛋白 质
左：正常烟叶 右：病叶
烟草花叶病毒 TMV
它们的遗传物质又是什么呢？如何研究呢？
三、烟草花叶病毒的感染和重建实验
烟草
烟草花叶病毒感染实验
RNA 感染烟草 RNA 酶处理 蛋白质
32P标记了DNA
问题分析
（2）、原因有二： • ①保温时间过短，有一部分噬菌体没有侵染到细 菌细胞内，经离心后分布于悬浮液中。 • ②从噬菌体和细菌混合培养到搅拌离心，此段时 间过长，噬菌体在细菌内增殖后释放子代，经离心后 分布于悬浮液。
【例】如果用15N、 32P 、 35S 标记噬菌体，让其侵染 细菌，产生的子代噬菌体与亲代噬菌体形态完全相 同，而子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射 性元素为( B ) A．可在外壳中找到15N和35S B．可在DNA中找到15N、32P C．可在外壳中找到15N D．可在DNA中找到15N、32P、35S
感染烟草
RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
第一组 第二组 第三组
蛋白质
荚膜多糖
DNA
肺炎双球菌转化实验
随后，其他科学家也相继对这种细菌进行了研究，并发现其具有多种形态和类型。
肺炎双球菌的特性
肺炎双球菌有多种形 态，包括荚膜、无荚 膜和粗糙型等。
无荚膜型肺炎双球菌 的抵抗力较弱，容易 在环境中消亡。
荚膜型肺炎双球菌的 抵抗力较强，可在环 境中存活较长时间。
实验前的理论背景
在实验之前，科学家们已经知 道细菌可以通过某种方式将遗 传物质传递给其他细菌。
伦理审查的重要性
该实验引发的伦理问题突显了对涉及动物和人体的实验进行伦理审 查的重要性，以减少不必要的伤害并遵循伦理原则。
跨学科研究的价值
该实验展示了生物学与化学等学科交叉研究的价值，为后续跨学科 研究提供了借鉴和启示。
感谢您的观看
THANKS
对医学和农业的影响
这一发现对医学和农业领域产生了深远的影响，为疾病诊断、预防和 治疗以及农作物育种等方面提供了重要的理论和实践支持。
04 实验的影响与意义
对生物学的贡献
1 2 3
证实了DNA是遗传物质
肺炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质，这 一发现奠定了现代遗传学的基础。
揭示了基因和遗传病的本质
05 实验的争议与后续研究
实验的争议
实验伦理问题
肺炎双球菌转化实验涉及到活体动物实验，引发了关于实 验伦理的争议。批评者认为该实验对动物造成了不必要的 痛苦和伤害。
实验方法的质疑
有学者对肺炎双球菌转化实验的方法提出质疑，认为实验 结果可能受到污染或操作误差的影响，导致实验结论不可 靠。
转化机制的争议
尽管肺炎双球菌转化实验证明了遗传物质转移，但关于转 化机制的细节存在争议。例如，关于转化因子的性质和作 用方式仍需进一步研究。
后续研究的发展
肺炎双球菌的特性
肺炎双球菌有多种形 态，包括荚膜、无荚 膜和粗糙型等。
无荚膜型肺炎双球菌 的抵抗力较弱，容易 在环境中消亡。
荚膜型肺炎双球菌的 抵抗力较强，可在环 境中存活较长时间。
实验前的理论背景
在实验之前，科学家们已经知 道细菌可以通过某种方式将遗 传物质传递给其他细菌。
伦理审查的重要性
该实验引发的伦理问题突显了对涉及动物和人体的实验进行伦理审 查的重要性，以减少不必要的伤害并遵循伦理原则。
跨学科研究的价值
该实验展示了生物学与化学等学科交叉研究的价值，为后续跨学科 研究提供了借鉴和启示。
感谢您的观看
THANKS
对医学和农业的影响
这一发现对医学和农业领域产生了深远的影响，为疾病诊断、预防和 治疗以及农作物育种等方面提供了重要的理论和实践支持。
04 实验的影响与意义
对生物学的贡献
1 2 3
证实了DNA是遗传物质
肺炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质，这 一发现奠定了现代遗传学的基础。
揭示了基因和遗传病的本质
05 实验的争议与后续研究
实验的争议
实验伦理问题
肺炎双球菌转化实验涉及到活体动物实验，引发了关于实 验伦理的争议。批评者认为该实验对动物造成了不必要的 痛苦和伤害。
实验方法的质疑
有学者对肺炎双球菌转化实验的方法提出质疑，认为实验 结果可能受到污染或操作误差的影响，导致实验结论不可 靠。
转化机制的争议
尽管肺炎双球菌转化实验证明了遗传物质转移，但关于转 化机制的细节存在争议。例如，关于转化因子的性质和作 用方式仍需进一步研究。
后续研究的发展
肺炎双球菌的体内转化实验
将有毒性的S型活细菌注射到小白 鼠体内
将加热杀死后的S型注射到小白鼠 体内
将无毒性的R型细菌与加热杀死后 的S型细菌混合，注封到小白鼠体 内
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前三组实验互为对照实验
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肺炎双球菌转化的实验过程
• 实验步骤1：将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结果1：小鼠不死亡。
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• 二、 实验步骤2： 将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结果2： 小鼠患败血症死亡。
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• 例2（原创） 证明DNA是遗传物质的肺炎双球菌 体外转化实验中，设置了以下几组： 下列有关 叙述中，错误的是
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• A．该实验设计的关键是将细菌的各组分分 离开来分别进行实验
• B．①②③组之间形成条件对照，其中①② 组为对照组，③组为实验组
• C．③和④组之间形成空白对照，其中③组 为实验组，④为对照组
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• 三、实验步骤3：将加热杀死后的S型细菌注射到 小鼠体内 实验结果3：小鼠不死亡。
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• 四、实验步骤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，
• 实验结果4:小鼠患败血症死亡。
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过程回顾
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实验结论
• 无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S型 细菌混合后，转化成了有毒性的S型活细 菌。
• 细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只 有核酸和蛋白质外壳。
• 繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代， 病毒短时间内可大量繁殖。
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肺炎双球菌
• 肺炎双球菌是一种病原菌，存在着光滑型 (Smooth简称S型)和粗糙型(Rough简称R型) 两种不同类型。
• 光滑型的菌株产生荚膜，有毒，在人体内 它导致肺炎，在小鼠体中它导致败血症， 并使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的
将加热杀死后的S型注射到小白鼠 体内
将无毒性的R型细菌与加热杀死后 的S型细菌混合，注封到小白鼠体 内
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前三组实验互为对照实验
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肺炎双球菌转化的实验过程
• 实验步骤1：将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结果1：小鼠不死亡。
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• 二、 实验步骤2： 将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结果2： 小鼠患败血症死亡。
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• 例2（原创） 证明DNA是遗传物质的肺炎双球菌 体外转化实验中，设置了以下几组： 下列有关 叙述中，错误的是
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• A．该实验设计的关键是将细菌的各组分分 离开来分别进行实验
• B．①②③组之间形成条件对照，其中①② 组为对照组，③组为实验组
• C．③和④组之间形成空白对照，其中③组 为实验组，④为对照组
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• 三、实验步骤3：将加热杀死后的S型细菌注射到 小鼠体内 实验结果3：小鼠不死亡。
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• 四、实验步骤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，
• 实验结果4:小鼠患败血症死亡。
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实验结论
• 无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S型 细菌混合后，转化成了有毒性的S型活细 菌。
• 细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只 有核酸和蛋白质外壳。
• 繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代， 病毒短时间内可大量繁殖。
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肺炎双球菌
• 肺炎双球菌是一种病原菌，存在着光滑型 (Smooth简称S型)和粗糙型(Rough简称R型) 两种不同类型。
• 光滑型的菌株产生荚膜，有毒，在人体内 它导致肺炎，在小鼠体中它导致败血症， 并使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的
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谢谢大家
S型 活 菌
加热杀死 S型菌 R型 活 细菌
3
4
死
体内有 S型活细菌
+
S型 死细菌
存在“转化因子”
［实验设计］寻找转化因子：
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 加热杀死的S型细菌
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
但究竟哪一个才是转化因子呢？
二、艾弗里确定转化因子的体外转化实验
R型细菌 S型菌的DNA
【实验一、肺炎双球菌的转化（体内）实验】
பைடு நூலகம்
3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。
4.将无毒性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，小鼠患败血症死亡。
［过程探究1］体内转化实验——格里菲思等
步骤
1 2
方 法
R型活菌
现象
活 死 活
结论
R型活菌无毒 S型活菌有毒
加热杀死的S型菌无毒
染色体＝DNA＋蛋白质
染色质
染色体 蛋白质
DNA分子
一、肺炎双球菌的转化实验
S型菌落(光滑)
肺炎双球菌
S型：菌落表面光滑，有荚 膜，有毒性。
R型： 菌落表面粗糙，没
有荚膜，无毒性。
R型菌落(粗糙)
【实验一、肺炎双球菌的转化（体内）实验】
1.将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。
2.将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内，患败血 症死亡。
A.证明了DNA是遗传物质 B.证明了RNA是遗传物质 C.证明了蛋白质是遗传物质
D.没有具体证明哪一种物质是遗传物质
3.下列有关“肺炎双球菌感染小鼠实验”的 叙述，不正确的是（ D ） A．注射R型细菌后，小鼠不死亡 B．注射S型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内 能分离出活的S型细菌 C．注射S型细菌及加热处理的R型细菌后， 小鼠死亡，小鼠体内能分离出活的S型细菌 D．注射R型菌及热处理的S型菌后，小鼠死 亡，小鼠体内只能分离出活的S型细菌
练习:
1下列关于艾弗里的“肺炎双球菌转化实 验”的叙述中错误的是（ C ） A. 需对S型细菌中的物质进行提取、分 离和鉴定 B. 配制培养基的成分应适合肺炎双球菌 的生长和繁殖 C. 转化的有效性与R型细菌的DNA纯度 有密切关系 D. 实验证明了DNA是遗传物质，而蛋白 质不是遗传物质
2.格里菲思的肺炎双球菌转化实验（ D ）
R型细菌
S型菌
R型细菌
S型菌的 蛋白质或荚膜多糖
只长R型菌
R型细菌
S型菌的 DNA+DNA酶
只长R型菌
实验结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的 物质，也就是说：
DNA才是遗传物质，蛋白质不是遗传物 质。
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，不 是所有的人都信服这一结果，为什么呢？ • 因为艾弗里实验中DNA纯度最高时也还有 0.02%的蛋白质，所以有人对其结果表示 怀疑。