人教版 (2019)必修 第一册实验活动2 铁及其化合物的性质课时训练

第3章　基因的本质

第1节　DNA是主要的遗传物质

本节首先是以“问题探讨”的形式呈现了曾经在科学界争议了很长的问题：“DNA和蛋白质究竟谁是遗传物质？”目的在于引导学生思考如何对这一问题进行研究，激发学生的探索欲望；接着介绍了20世纪早期人们对于遗传物质的推测，在此基础之上教材详细讲述了DNA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”，引导学生重温科学家的探究历程，领悟科学的过程和方法，最终得出科学的结论。本节是从分子层面上认识遗传物质的本质，为学习DNA的复制，基因的表达和基因突变打下了基础。

生命观念：理解遗传的物质性及其与染色体的关系；

科学思维：分析肺炎双球菌转化实验及噬菌体侵染细菌实验，理解实验的具体过程；

科学探究：通过设计相关实验，探究遗传物质的本质。　

1．肺炎双球菌转化实验；

2．噬菌体侵染细菌实验。

问题导引：染色体主要由蛋白质和DNA组成。在这两种物质中，究竟哪一种物质是遗传物质呢？

问题1：你认为遗传物质可能具有什么特点？

遗传物质应储存大量遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定，等等。

问题2：你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？

将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现，等。

一、对遗传物质的早期推测

1、20世纪20年代，人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。这使人们想到，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。

2、20世纪30年代，人们才认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。但由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。

二、肺炎双球菌的转化实验

PPT展示肺炎双球菌：

1、格里菲斯小鼠体内实验

表格展示结果分析：

结论：已经加热杀死的S型细菌中，可能含有某种物质使R型细菌转化为S型细菌的物质，该物质称为“转化因子”。

问题3：S型细菌的主要组成成分是什么？其中能使R型细菌转化为S型细菌的物质（转化因子）是什么呢？

问题4：如何设计实验找出转化因子？

提示：设法将S型菌的各成分分开，分别观察各种成分的作用。

2、艾弗里体外转化实验

（1）S型菌的DNA能使R型菌发生转化。

（2）S型菌的蛋白质等其他物质不能使R型菌发生转化。

（3）结论：DNA是遗传物质，蛋白质和多糖不是遗传物质，DNA赋予了生物的遗传特性。

△当时的技术背景：将细胞中各种化合物分离提纯技术人工配制的培养基培养细菌，直接观察菌落形态艾弗里分离得到的蛋白质和DNA纯度是100%吗？他的结论是否可靠呢？

三、噬菌体侵染细菌的实验

PPT展示噬菌体的结构：

当时的研究发现，噬菌体DNA的化学组成中含有磷元素而没有硫元素，蛋白质恰好相反。因此赫尔希和蔡斯利用了这点微小的差别，设法用两种不同的放射性同位素---- 32P和35S分别标记了噬菌体的DNA和蛋白质。

在分别在含有放射性同位素35S和放射性同位索32P的培养基中培养大肠杆菌。再用上述大肠杆菌分别培养T2噬菌体，得到蛋白质含有35S标记和DNA含有32P标记的两种噬菌体。

     检查上清液和沉淀物中的放射性物质发现：

      用32P标记的一组实验，放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物（大肠杆菌细胞）中。

      用35S标记的一组侵染实验，放射性同位素主要分布在上清液（噬菌体外壳颗粒）中。

    进一步实验显示：在细菌裂解释放出的新的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但不能检测到35S标记的蛋白质。

（1）两组实验大肠杆菌内放射性的分布情况说明：蛋白质外壳未进入大肠杆菌中，DNA进入到细菌中。

（2）子代噬菌体有标记的DNA，却没有标记的蛋白质。说明：亲代噬菌体的DNA传递给了子代噬菌体，蛋白质则没有。

结论：DNA是遗传物质。

▲实验注意的问题

（1）搅拌、离心的目的

搅拌的目的：是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。

离心的目的：是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。

（2）如何得到有放射性的噬菌体

首先在分别含有放射性同位素35S和32P的培养基中培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，得到蛋白质含有35S标记或DNA含有32P标记的噬菌体。

（3）噬菌体侵染细菌后培养的时间为何不宜过长

保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌体内增殖后释放子代，经离心后也会分布在上清液中，会使上清液放射性含量升高。

问题5：艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？

个体小，结构简单，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，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。

繁殖快，细菌20-30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。

问题6：从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？

艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。

最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）。

问题7：艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？

艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。

赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。

启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。

PPT展示各种RNA病毒：

1、烟草花叶病毒感染实验

2、烟草花叶病毒感染和重建实验

结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

3、各类生物的遗传物质

结论：绝大多数生物的遗传物质是DNA。所以说DNA是主要的遗传物质。

以往的教学，常常以“了解实验过程－分析实验结果－得出结论”为主线进行教学，尽管结合图解，学生理解了实验过程及其结果，并能够由结果推出结论，但是对于实验的实质及其科学方法乃至实验的科学价值只能是浅层次的了解，在迁移运用及能力培养方面有所欠缺。就实验而论实验，在兴趣培养方面更显苍白。本节课我对于这部分内容的处理，我首先介绍了研究背景，介绍了“噬菌体小组”，吸引学生的兴趣，接下来我介绍了赫尔希和蔡斯如何用“假说-演绎”演绎的方法一步一步发现噬菌体遗传物质是DNA，在此过程中使用问题串的方法引导学生沿着科学家的足迹来理解这一实验。