遗传物质（英文名：Genetic material），是亲代与子代之间传递遗传信息的物质。除一部分病毒的遗传物质是RNA外，其余的病毒以及全部具典型细胞结构的生物的遗传物质都是DNA。DNA主要存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异；RNA主要存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成。
作为遗传物质应该具备在细胞的生长和繁殖过程中能够精确地复制自己、能储存巨大的遗传信息、能指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢和生物的性状等条件。
19世纪五六十年代，格雷戈尔·孟德尔提出遗传定律，揭开生物遗传奥秘。1868年，米歇尔发现细胞核中的“核素”；1889年，阿特曼从中分离出酸性物质，命名为核酸。19世纪末至20世纪初，科赛尔探明核酸由碱基、磷酸和戊糖构成，并推测其与遗传相关。1924年，福尔根根据戊糖不同，将核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸；1929年，列文阐明核酸的碱基组成与核苷酸结构。1953年，沃森和弗朗西斯·克里克提出DNA双螺旋结构模型，标志着分子生物学时代的到来。1997年，斯坦利·普鲁西纳因发现朊病毒特殊遗传机制获诺贝尔奖。
历史沿革
古希腊时期以毕达哥拉斯学派为代表的观点认为遗传物质就像“流动的图书馆”：从父母双方汲取信息传递给子女。19世纪五六十年代，奥地利科学家格雷戈尔·孟德尔提出了孟德尔遗传定律，通过一系列植物杂交实验认为植物中存在“遗传因子”，通过配子形成和受精卵传递给后代并产生了后代的多样性。1868年，瑞士化学家F·米歇尔从细胞核中发现了一种被他称之为“核素”的物质。1889年，与米歇尔同一实验室的生物学家R·阿特曼分离了“核素”中的蛋白质，得到了一种酸性物质。因为这种物质是从细胞核中提取出来的，因此他将其称为“核酸”。19世纪末和20世纪初，德国生理学家、化学家科赛尔探明核酸的主要成份是：4种不同的碱基、磷酸和戊糖。科赛尔和美国细胞学家威尔逊都曾设想核酸可能是在遗传过程中起关键作用的物质。20世纪20年代，关于核酸的研究取得了重要进展。
20世纪初以托马斯·摩尔根为代表的生物学家通过果蝇杂交实验获得大量数据，证实了格雷戈尔·孟德尔所谓的遗传因子在染色体上。紧接着，转化现象的发现促使科学家们从破碎细胞提取遗传物质，并且通过一系列生物化学实验证实了脱氧核糖核酸才是遗传物质。1924年，德国细胞学家福尔根发现核酸中的戊糖有两种：核糖与脱氧核糖核酸。根据含糖的不同，核酸就分为核糖核酸（RNA）与脱氧核糖核酸（DNA）。1928年，英国科学家格林菲斯通过细菌转化实验证实了脱氧核糖核酸是主要的遗传物质。1929年，科塞尔的学生、俄裔美国生物化学家列文发现核酸碱基的主要成份是腺膘呤、鸟膘呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶。列文还证明核酸是由更简单的核苷酸组成的，而核苷酸则是依碱基、核糖、磷酸的顺序连接而成。1953年，美国科学家沃森和英国科学家弗朗西斯·克里克首次提出了DNA双螺旋结构的分子模型，自此开启了分子生物学的时代。
本质
作为控制生物各种形态、生理生化特征的表现；保证生命在世代间传递的遗传物质，必须是所有生物共有，在同一物种中的不同细胞和组织中保持量的衡定，能够稳定地自我复制和传递并可指导生物各种性状发育和形成的物质，满足这些条件的化学物质，只有核酸。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA），除少数病毒的遗传物质是RNA外，其它生物的遗传物质都是DNA。
遗传物质的本质即核酸，细胞中遗传信息的载体和传递者，最初从脓细胞的细胞核中分离出来，具有酸性，故称为核酸（nucleic acid）。1944年O.T.Avery等人通过肺炎双球菌转化实验，直接证明脱氧核糖核酸是生物的遗传物质。自然界所有生物都含有核酸，核酸是生物遗传变异的物质基础，它能控制生物的生长、发育、繁殖和分化。
遗传物质是染色体的主要成分。它还存在于细胞核外的质体、线粒体等细胞器中。遗传物质的基本特性是相对的稳定性，能自我复制，前后代保持一定的连续性并能产生可遗传的变异。
遗传条件
作为遗传物质应该具备以下几个条件：在细胞的生长和繁殖过程中能够精确的复制自己；能储存巨大的遗传信息；能指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢和生物的性状；能在后代之间传递遗传信息；结构稳定，并能产生可遗传的变异。
类型
DNA
DNA是遗传物质，DNA主要存在细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异。生物体内DNA的数量虽然极少，但却是细胞内最重要的生物大分子，它作为遗传物质携带着主宰生命过程的全部信息。DNA既决定着细胞的组成，形态和功能，又决定着细胞的生长、繁殖、分化和变异。真核生物染色体是由DNA与简单的碱性蛋白(组蛋白)构成的。原核生物的遗传物质也都是DNA。只有一些简单的核糖核酸病毒，以RNA为遗传物质。
RNA
RNA参与蛋白质的合成，RNA是脱氧核糖核酸的转录产物，RNA主要存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成。它们的主要功能是参与蛋白质的合成。信使RNA是合成蛋白质的模板,它的遗传密码序列编码着所合成的蛋白质的一级结构。转运 RNA是氨基酸的运载工具，并与有关的酶构成遗传密码的译码系统，按信使RNA的要求，将氨基酸运送就位。核糖体RNA与蛋白质构成核糖体，核糖体是合成蛋白质的装配系统，由它将氨基酸依次装配成蛋白质的肽链。
主要特点
（1）可存储信息
遗传物质必须具备指导生物体产生性状的信息，这是遗传物质在生物体生存和发育中的具体表现。遗传物质将遗传信息传递到子代，只有在子代个体发育中控制合成特定的蛋白质，才能体现与亲代一致的生物性状。遗传信息具体体现在脱氧核糖核酸的碱基序列中。遗传信息以每个基因特定的DNA核苷酸序列的形式传递，就像打印出来的文字信息以特定的英文字母序列的形式传递一样。同时，遗传物质存储的信息也具备了被编码和解码的特点。
（2）可传递
遗传物质必须具有可以从亲代到子代的传递能力，在被传递过程中保持稳定并且同时产生可遗传的变异。进行有性生殖的生物通过减数分裂产生配子，再经过配子结合形成受精卵，发育成新个体，在这一过程中实现了遗传物质的传递。
（3）稳定
遗传物质必须要保持一定的稳定性，这样在传宗接代的过程中才能够保证把亲代的特征忠实地传递到子代。在分子组成上，脱氧核糖核酸的结构保证了遗传物质的稳定性。首先，DNA的化学组成主要是磷酸、脱氧核糖和碱基，化学结构相对稳定；其次，DNA分子形成规则的双螺旋，碱基之间遵循严格的配对方式并且配对方式保持稳定不变。此外，细胞内还有其他机制保证遗传物质的稳定性。
（4）可自我复制
遗传物质必须具有自我复制能力，可以将自身复制出一份拷贝传递给子代，使得亲代和子代间遗传物质结构保持一定，保证亲代和子代前后性状的连续性。
（5）产生变异
遗传物质的分子结构可以发生变化，引起遗传信息的改变，相应地改变性状。而变化后的分子结构又具有稳定性，可以不断地传递下去，使得变异的性状在后代连续出现。遗传物质必须能够产生这样的变异，这是生物演化的前提和基础。
传递机制
父母传递给子女的遗传信息是以基因（Gene）的形式体现的。基因不仅是联系子女和父母之间的遗传桥梁，也体现了家庭成员之间的共同的特征，比如眼睛颜色、皮肤颜色等。每个人从受精卵发育到成年的过程中，基因编码了所有的特征。基因就是特定的脱氧核糖核酸序列。DNA复制是遗传信息传递的分子基础。在动物和植物中，遗传信息从亲代传递到子代的运输工具就是配子，也叫作配子（Gamete）。在受精期间，雄性配子和雌性配子融合，把亲代的基因传递给子代。
无性生殖和有性生殖是两种常见的繁殖后代的方式。只有无性繁殖的生物才会有与自己完全相同的基因拷贝。在无性繁殖中，单个个体是唯一的亲本，并将其所有基因的拷贝传递给后代，而没有配子的融合。例如，单细胞真核生物可以通过有丝分裂进行无性繁殖，在这个过程中脱氧核糖核酸被复制并均等分配到两个子细胞中。后代的基因组实际上是父母基因组的完全复制。在有性繁殖中，产生的后代具有从父母双方继承来的独特的基因组合。有性生殖的后代在基因序列上与他们的兄弟姐妹和父母均不同，不是完全的复制品。受精卵和减数分裂过程是植物、真菌、原生生物和动物有性生殖的标志。在有性生殖的生命周期中，受精和减数分裂交替发生，使每一物种的染色体数目从上一代到下一代保持不变。
存在水平
（1）细胞水平 真核微生物和原核生物大部分脱氧核糖核酸集中于细胞核或核质体中。
（2）细胞核水平 真核微生物的细胞核与原核微生物的核质体都是该种微生物遗传信息的主要装载者，被称为核基因组、核染色体组或简称基因组。除核基因组外，在真核微生物（仅酵母菌的质粒例外，在核内）与原核微生物的细胞质中，多数还存在一类DNA含量少、能自主复制的核外染色体。原核生物的核外染色体通称为质粒。
（3）染色体水平不同微生物的染色体数目差别很大，如米曲霉单倍体染色体数为7，大肠杆菌为1，酿酒酵母为16。原核生物如细菌一般为单倍体（1个细胞中只有1套染色体），真核微生物如酿酒酵母的营养细胞及霉菌的接合子为二倍体（1个细胞中含有2套功能相同的染色体）。
（4）核酸水平 多数微生物的遗传物质为双链脱氧核糖核酸，只有少数病毒如大肠杆菌和fd噬菌体等为单链DNA。双链DNA有的呈环状（如原核微生物和部分病毒），有的呈线状（部分病毒），而有的细菌质粒DNA则呈超螺旋状（麻花状）。真核微生物的DNA与缠绕的组蛋白同时存在，而原核生物的DNA却单独存在。
（5）基因水平 基因是生物体内具有自主复制能力的最小遗传功能单位。其物质基础是一条以直线排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。众多基因构成了染色体，每个基因在1000~1500bp。从基因功能上看，原核生物的基因是通过操纵子和其调节基因而发挥调控基因表达作用，每一操纵子又包括结构基因、操纵基因和启动基因（又称启动子）。结构基因是决定某一多肽链结构的 脱氧核糖核酸模板；操纵基因与结构基因紧密连锁并通过与相应阻遏物的结合与否，控制是否转录结构基因；启动基因既是DNA多聚酶的结合部位，又是转录的起始位点。操纵基因和启动基因不能转录mRNA。调节基因能调节操纵子中结构基因的活动。调节基因能转录出自己的mRNA，并经转译产生阻遏物（阻遏蛋白），后者能识别并附着在操纵基因上。由于阻遏物和操纵基因的相互作用可使DNA双链无法分开，阻碍了核糖核酸聚合酶沿着结构基因移动，使结构基因不能表达。
（6）密码子水平遗传密码是指脱氧核糖核酸链上决定多肽链中各具体氨基酸的特定核苷酸排列顺序。遗传密码的信息单位是密码子，每一密码子由mRNA上3个连续核苷酸序列（三联体）组成，除决定特定氨基酸的密码子外，还有不代表任何氨基酸的“无意义密码子”（如UAA、UAG和UGA仅表示转译中的终止信号）。
（7）核苷酸水平核苷酸单位（碱基单位）是一个最低突变单位或交换单位。基因是遗传的功能单位，密码子是信息单位。在多数生物的DNA中，均只含腺苷酸（AMP）、胸苷酸（TMP）、鸟苷酸（GMP）和胞苷酸（CMP）4种脱氧核糖核苷酸，但也有少数例外。
相关实验
经典转化实验
1928年细菌学家格里菲斯（Grffth）以肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）（曾称肺炎双球菌）为研究对象进行转化实验。肺炎链球菌有两种不同菌株。一种为有荚膜的致病菌株，菌落表面光滑，称S型菌株，可导致人患肺炎和小鼠患败血症致死；另一种为无荚膜的非致病菌株，菌落表面粗糙，称R型菌株。将加热杀死的S型菌株注入小鼠体内，小鼠不死亡，从小鼠体内未分离出该菌株；但是将加热杀死的S型菌株与少量活的R型菌株一起注人小鼠体内，小鼠意外死亡，并从死小鼠体内分离出活的S型菌株。对这一现象合理解释：在S型菌株细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过某种方式进入R型菌株细胞，使R型菌株获得表达S型菌株荚膜性状的遗传特性。1944年，艾佛里（Avery）、麦克利奥特（MacLeod）和麦克卡蒂（MeCarty）从加热杀死的S型S.pneumoniae细胞中提纯了几种有可能作为转化因子的成分（脱氧核糖核酸、蛋白质、荚膜多糖等），分别加人到R型菌株的培养液中，结果发现，只有加人S型菌株的DNA才能将R型菌株转化为S型，而且DNA纯度越高，其转化效率也越高。如果用DNA酶分解S型菌株的DNA，则不能使R型菌株发生转化。这有力说明了S型菌株转移给R型菌株的并不是遗传性状（指荚膜多糖）本身，而是以DNA为物质基础的遗传信息，由此证明了DNA是生物的遗传物质。
噬菌体感染实验
1952年赫尔希（Hershey）和蔡斯（Chase）发表了证实脱氧核糖核酸是噬菌体的遗传物质基础的著名实验——噬菌体感染实验（图1）。首先，将大肠杆菌（E.coli）培养在以放射性32P作为磷源或以放射性35S作为硫源的组合培养基中，从而制备出含32P-DNA核心的噬菌体或含35S-蛋白质外壳的噬菌体。继而将这两种不同标记的病毒分别与其宿主大肠杆菌混合。如图5-1两组实验所示，在噬菌体感染过程中，35S标记的实验组多数放射活性留在宿主细胞外面，其蛋白质外壳未进入宿主细胞；32P标记的实验组多数放射活性进人宿主细胞里面。由此可知，进人宿主细胞的是脱氧核糖核酸。虽然只有噬菌体的DNA进入宿主细胞，但却有自身的增殖、装配能力，最终产生一大群既有DNA核心，又有蛋白质外壳的完整子代噬菌体。这充分证明，在噬菌体的DNA中，存在着包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。
植物病毒的拆分和重建实验
为了证明核酸是遗传物质，弗伦克尔-康拉特（H.Fraenkel-Conrat）（1956年）用含核糖核酸的烟草花叶病毒（tmv）进行著名的植物病毒的拆分和重建实验。将TMV置于一定浓度的苯酚溶液中振荡，使其蛋白质外壳与RNA核心相分离。结果发现裸露的 RNA也能感染烟草，并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离到完整的TMV粒子。当然，由于提纯的RNA缺乏蛋白质外壳的保护，故感染频率比正常TMV粒子低些。实验中，还选用了另一株与TMV近缘的霍氏车前花叶病毒（HRV），其外壳蛋白的氨基酸组成与TMV只存在2~3个氨基酸的差别。图2所示为其实验过程：①用表面活性剂处理TMV，得到它的蛋白质；②用弱碱处理HRV，得到它的 核糖核酸；③通过重建获得杂种病毒；④TMV抗血清使杂种病毒失活，HRV抗血清不使它失活，证实杂种病毒的蛋白质外壳来源是TMV，病毒重建成功；⑤杂种病毒感染烟草产生HRV所特有的病斑，说明杂种病毒的感染特性是由HRV的RNA所决定，而不是二者的融合特征；⑥从病斑中再分离得到的子病毒的蛋白质外壳是HRV蛋白质，而不是TMV的蛋白质外壳。以上实验结果说明杂种病毒的感染特征和蛋白质特性是由它的RNA所决定，而不是由蛋白质所决定，遗传物质是RNA。
相关疾病
病毒疾病是致命的神经破坏疾病。脘病毒是蛋白质病毒，它是一种只有蛋白质而没有核酸的病毒。该病毒可以导致人类和家畜患中枢神经系统退化性病变，最终不治而亡。世界卫生组织将病毒病和艾滋病并立为世纪之交危害人体健康的顽疾。300年前，人类在绵羊和小山羊中首次发现了感染病毒病的患病动物。动物患病后会奇痒难熬，就会在粗糙的树干和石头表面不停摩擦，身上的毛都会被磨脱，而被称为"羊瘙痒症"。该病广泛传播于欧洲和澳洲，患病动物兴奋、瘙痒、瘫痪直至死亡，其潜伏期为18到26个月。后来又相继发现了传染性水貂脑软化病、马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病等等。最引人注目的家畜病毒当推蔓延于英国的"牛海绵状脑病"。疯牛病学名牛海绵状脑病（bovine spongiformencephalopathy，BSE），是由病毒引起的一种可传递性海绵状脑病。临床表现为恐惧、狂暴，故称疯牛病。疯牛病发现于1984年至1985年。当时，英国的农场发现有牛患上了这种神经系统疾病，并具有传染性。英国的兽医学专家对病牛的大脑进行解剖时，发现病牛脑组织呈海绵状变性。1986年11月这种神经系统的疾病被定名为牛海绵状脑病。
目前普遍认为牛海绵状脑病起源于羊痒病，是给牛喂了含有羊痒病因子的动物蛋白饲料所致。在1988年以前，英国曾广泛使用反刍动物，如羊、牛等的内脏、下脚料等制成的饲料喂牛，羊痒病因子可以通过这些饲料传染给牛。病牛的尸体经过加工后进人牛的食物链，导致牛之间相互交叉感染。该病在英国出现后便迅速扩散，并传播到其他欧洲国家，如法国、瑞士、丹麦、意大利、葡萄牙、爱尔兰、加拿大、西班牙、比利时、荷兰、列支敦士登以及美洲亚洲等地区。联合国粮食及农业组织最近发表一份报告称:欧洲、美洲、亚洲的100多个国家从欧洲大量进口被认为是牛海绵状脑病感染源的动物饲料，因此都有爆发疯牛病的危险。1996年3月20日，女王陛下政府宣布，英国20余名克雅二氏病病人与疯牛病传染有关，此事引起世界的震惊，并引起了全球对英国牛肉的恐慌。食用被疯牛病污染了的牛肉、牛脊髓的人，有可能染上致命的克雅氏症。病人先是表现为焦躁不安，最终精神错乱而死亡。
但是"疯牛病"不通过接触传播，其主要的传播途径是吃了用病牛肉骨制作的饲料，因此各国纷纷立法禁止用反刍亚目肉骨做饲料，这样牛海绵状脑病的传播就得到了有效控制。从理论上说吃牛肉也不可能被传染上牛海绵状脑病。但是实际上，牛肉有可能被牛的神经组织所污染，特别是带骨头的牛肉。因此，禁止从疯牛病流行的国家进口牛肉，是有合理的依据的。"疯牛病"的病原体普里主要存在于神经组织中，在牛奶中没有，因此即使喝了病牛分泌的牛奶，也不会染病，这一点已被实验所证明。许多国家禁止从英国等疯牛病流行的国家进口牛肉，但是并不禁止从这些国家进口牛奶或奶制品。为了把染上牛海绵状脑病的概率降到最低，应该避免吃牛脑、脊椎骨、小肠等富含神经组织的牛内脏，尽量只吃不带骨头的牛肉。美国农业部制定了一些标准，如禁止用打空气针的方式杀死牛（以免脑组织移位），禁止用机械方法分离牛肉和骨头等来尽量避免在宰杀过程中让牛神经组织污染牛肉。牛海绵状脑病的肆虐不但使消费者对于有病区的牛肉敬而远之，甚至连化妆品都成了受害者。化妆品工业以前大量使用牛的脑髓、眼睛、扁桃体和脊髓，另外还把羊体组织当作制作原料。这些产品涂抹在人的嘴边有被食人的危险，也可能透过受损伤的皮肤侵人体内。所以在1996年发现牛海绵状脑病有可能传染给人类后，那些传统的化妆品配方受到禁用。目前病毒以及疯牛病仍然使科学家感到困惑，但是通过世界各国科学家们的共同努力已经取得了一些很重要的研究成果，如目前发现了疯牛病血液检测法，并成功合成了感染性蛋白质肮病毒，同时将其用于老鼠实验中等。
参考资料 >
遗传物质.术语在线.2026-03-04
朊病毒的发现者——斯坦利 · 普鲁西纳 ——1997年诺贝尔生理学或医学奖获得者.朊病毒的发现者——斯坦利 · 普鲁西纳 ——1997年诺贝尔生理学或医学奖获得者.2026-03-04
从染色体到核酸.中国科普博览.2026-02-27