人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质教案

第3章  基因的本质

●章节规划

《基因的本质》的知识点有：对遗传物质的认识过程——DNA是主要的遗传物质、DNA分子结构、DNA的复制以及基因是有遗传效应的DNA片段等四个部分，要求是分析肺炎球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的结果，证实DNA是遗传物质；从其他的科学实验还证明有些病毒没有DNA，只有蛋白质和RNA，证实RNA也是遗传物质。通过对这些实验的分析得出结论：DNA是主要的遗传物质。第2节《DNA分子的结构》内容不是很多，但有一个动手制作，所以安排2课时。本节的知识是后续知识的基础，了解人们认识DNA结构的过程对掌握科学研究的方法十分重要。通过讲故事的方式使学生在了解了DNA分子的结构的基础上还能得到更多的启示：科学成果的取得不仅要有科学的思维，还要有锲而不舍的精神以及善于利用前人的成果和与他人的合作品质。所以本节如何引导学生分析该科学成果取得的过程比记住DNA分子的结构更重要。搜集J.D·沃森和F.H.C·克里克建立DNA分子双螺旋结构模型的资料，在其基础上让学生动手制作一个DNA分子双螺旋结构模型。第3节《DNA的复制》可通过学生熟悉的“copy”引入新课，使抽象的内容形象化。第4节的内容通过分析材料来得出结论：一个DNA分子上含有多个基因，再结合以前学过的染色体的知识，让学生顺理成章地理清染色体、DNA、基因之间的关系。最后用数学方法推算碱基排列的多样组合方式，让学生归纳出脱氧核苷酸特定的排列顺序不但构成了每个DNA分子的特异性还决定了DNA分子的多样性。

第1节  DNA是主要的遗传物质

●从容说课

《DNA是主要的遗传物质》主要讲述 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”。本节首先通过“问题探讨”将“DNA和蛋白质究竟谁是遗传物质”的问题提出，供大家讨论，让学生知道这个问题好长时间一直困扰着人们。然后教材交代了科学家们研究这个过程的实验的设计思想，即把组成染色体的主要成分——DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA的作用，然后再讲述实验过程，这样有利于学生科学思维方法的培养。为了使学生更全面地理解DNA是遗传物质这一结论，教材在“肺炎双球菌的转化实验”的教学内容上进行了详细介绍。在讲述“噬菌体侵染细菌的实验”时，利用“同位素标记”的研究方法来进行说明。这样既符合科学的研究过程，又可以很自然地使学生导出DNA是遗传物质的结论，并且能使学生受到科学方法的教育。

《DNA是主要的遗传物质》这一小节在第3章中占有重要位置，学生只有真正理解这部分内容，才能在生物性状遗传和变异的复杂现象中，从根本上懂得生物遗传和变异的实质和规律。而证明DNA是遗传物质的直接证据，则是“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌”这两个经典实验，因此这两个实验的原理和过程是本小节的重点。

“探究科学发现过程来学习科学研究方法”是本节内容的难点，这也正是我们要让学生真正掌握的东西。教材按照科学家的探索历程以问题的形式引领学生层层深入进行思考，让学生理解这两个实验的最关键的设计思路就是把DNA和蛋白质区分开，分别观察它们的作用。在本节的教学过程中，要注重将实验过程的探究与科学方法的学习相结合，充分发挥学生的主体作用，使学生在探索学习中，得到科学研究方法的训练。

●三维目标

1.知识与技能

（1）总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程。

（2）知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，是目前自然科学研究的主要方法。

（3）理解DNA是主要的遗传物质。

2.过程与方法

（1）通过肺炎双球菌的转化实验，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路，训练学生逻辑思维的能力。

（2）用“同位素标记法”来研究噬菌体侵染细菌的实验，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。

3.情感态度与价值观

遗传的物质主要是DNA，也有RNA，这从遗传和变异的角度，强调了生命的物质性，有利于辩证唯物主义世界观的树立。

●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。

●教学难点

1.如何理解DNA是主要的遗传物质，RNA也是遗传物质。

2.探究科学发现过程来学习科学研究方法。

●教具准备

肺炎双球菌转化实验的彩色图；噬菌体侵染实验的Flash动画。

●课时安排

1课时

●教学过程

［课前准备］

学生预习，并收集有关遗传物质研究过程的资料。

［情境创设］

通过对孟德尔规律的学习以及细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，我们已经知道生物的遗传和变异与细胞中的染色体有关，人们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？

［师生互动］

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？人们对遗传物质的认识和当时的科学研究水平是分不开的。

问：20世纪二三十年代人们对蛋白质和DNA的认识水平如何？

答：当时对蛋白质的认识水平是它是由多种氨基酸连接而成的。对DNA的认识水平是它是由许多个脱氧核苷酸聚合成的生物大分子。

问：当时认为遗传物质是哪种物质？为什么会有这样的观点？

答：当时认为蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。原因是人们对DNA的了解很少，而且构成DNA的脱氧核苷酸只有四种，把它和生物多样性很难联系在一起，反而构成蛋白质的氨基酸种类较多，和生物的多样性联系在一起看似容易理解。

问：从这个事实你能得出什么启示？

答：科学发展过程是一个不断纠正错误的过程。

问：向蛋白质是遗传物质这个观点提出挑战的学者是谁？它凭何提出质疑？

答：艾弗里。他在总结格里菲思实验的基础上提出遗传物质是DNA而不是蛋白质这一重要观点。

（一）肺炎双球菌的转化实验

大家先来学习格里菲思实验

出示R型细菌和S型细菌的菌体和菌落图，让学生对图3－1－1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。

图3－1－1  肺炎双球菌转化实验

学生阅读教材P43，边看书边看图解，回答下列问题：

问：肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤？各看到哪些现象？

答：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。

问：你如何理解第三步骤中的加热杀“死”？

答：加热的温度一般不超过60 ℃。所谓的死只是它没有了独立的感染能力，并不代表转化因子的彻底破坏。

问：第四组的实验结果说明了什么？

答：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。

问：单凭格里菲思实验能不能证明DNA就是遗传物质？

答：不能。因为杀死的S型细菌中含有蛋白质、多糖以及DNA等物质，还不能说明是哪种物质起了“转化因子”的作用，还是共同起作用。

艾弗里在格里菲思的基础上又进行了进一步的实验。（图3－1－2）

图3－1－2  艾弗里实验

问：艾弗里及其同事的设计思路是什么？

答：把它们分开单独观察它们的作用，就可以证明何种物质为“转化因子”了。艾弗里和他的同事设法从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。

问：在艾弗里的实验的第（3）步中你得出什么结论？

答：只有完整的DNA才能进行转化。脱氧核苷酸没有转化作用。

问：从艾弗里的研究成果你有何启示？

答：现行科学研究要有科学的思路。艾弗里在这个实验中最关键的思路就是“DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用”。 另外还可以告诉人们科学研究就是在总结前人经验的基础上进行的。一个伟大的研究成果是许多科学家共同努力的结果。

问：艾弗里的实验是否完美？

答：不完美。因为他所提取的DNA仍含有少量的蛋白质，所以有人对实验结论仍有怀疑。

（二）噬菌体侵染细菌的实验

出示T2噬菌体模式图：（图3－1－3）

图3－1－3  T2噬菌体的模式图

学习完各部分结构名称后，由学生归纳：

它的头部和尾部都具蛋白质的外壳，头内部含有DNA。噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒。

出示T2噬菌体侵染细菌的实验过程图。

学生阅读课本P44～P45，然后回答问题：

问：放射性同位素35S和放射性同位素32P用于标记噬菌体的何种成分？有什么目的？

答：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。

问：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？

答：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。

问：这个实验的结果说明了什么？

答：实验结果表明：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

问：简述噬菌体侵染细菌的过程。

答：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。

（三）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。对这些病毒来说，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。

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。

［教师精讲］

核酸是生物体的遗传物质，这一点已经不容怀疑。不同的生物所含遗传物质的种类有所不同，绝大多数的生物含有DNA和RNA，这时起决定作用的是DNA。只有极少数的病毒只有RNA，只有在此时，RNA才作为遗传物质。

［评价反馈］

1.下列各项中，是遗传物质的是

①核糖核酸  ②腺嘌呤  ③噬菌体DNA  ④脱氧核糖核酸  ④核苷酸

A.①②③④⑤   B.①③④⑤   C.①②③    D.①③④

解析：核糖核酸是某些病毒（如烟草花叶病毒）的遗传物质；腺嘌呤只是核苷酸的一种原料，且核苷酸本身也不是遗传物质，只是遗传物质的基本组成单位；脱氧核糖核酸是所有具有细胞结构的生物和某些病毒的遗传物质。

答案：D

2.噬菌体的侵染实验中，起决定作用的是

A.子代噬菌体的组装和释放

B.利用细菌结构和原料，噬菌体DNA多次复制

C.利用细菌结构和原料，合成噬菌体外壳蛋白质

D.噬菌体的DNA注入活细菌内

解析：在噬菌体中，DNA是遗传物质，所以它能否复制决定其他过程能否进行。

答案：B

3.噬菌体侵染实验过程中，进行搅拌分离，上清液是

A.蛋白质外壳        

B.完整的细菌

C.完整的噬菌体       

D.噬菌体和细菌的混合物

解析：分离过程实际上就是根据物质的大小、质量来决定所处的位置；较大的处在下层，较小的处在上层。

答案：A

4.下列各项中，肺炎双球菌转化实验的关键一步是

A.区别S型细菌和R型细菌

B.无荚膜菌不会使小白鼠死亡

C.有荚膜菌可使无荚膜菌的后代长出荚膜

D.灭活的有荚膜菌可使无荚膜菌的后代长出荚膜

解析：能否转化是细菌转化实验的关键。

答案：D

5.生物的遗传物质有细胞核遗传和细胞质遗传，细胞核遗传是主要的。控制细胞核遗传和细胞质遗传的物质是

A.DNA和RNA  B.DNA或RNA  C.DNA    D.RNA

解析：具有细胞结构的生物都是以DNA为遗传物质的。细胞质中遗传物质主要存在于叶绿体和线粒体中。

答案：C

6.用甲种病毒的RNA和乙种病毒的蛋白质外壳组成一种转基因的病毒丙，以病毒丙侵染宿主细胞，在宿主细胞中产生大量子代病毒，子代病毒具有的特征是

A.甲种病毒的特征       B.乙种病毒的特征

C.丙种病毒的特征       D.子代特有的特征

解析：子代的特征只与其上代的遗传物质有关，上代的遗传物质是A。

答案：A

［课堂小结］

（一）肺炎双球菌的转化实验——证明DNA是遗传物质

结果：只有DNA能使R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌，并使老鼠死亡。转化作用的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。

（二）菌体侵染细菌的实验——证明DNA是遗传物质

1.T2噬菌体的结构及特点

生活方式：寄生

2.过程：吸附——注入——合成——组装——释放

噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构及原料，由本身的核酸物质操纵的。

（三）生物的遗传物质

核酸（包括DNA和RNA）是生物的遗传物质；

具有细胞的生物的遗传物质是DNA；

病毒的遗传物质是DNA或RNA；

所以每种生物的遗传物质只能是DNA或RNA。

［布置作业］

P46 一、基础题，二、拓展题 1。

［课后拓展］

病毒的研究逐渐深入以后，发现有很多种病毒不含DNA，而是由核糖核酸（RNA）和蛋白质组成。用RNA病毒做的病毒重建实验证明，在只有RNA而不含DNA的病毒中，遗传物质是RNA。

Fraenkel Conrat（1956）用一种RNA病毒——烟草花叶病毒（tobaccomosaic Virus，TMV）作为实验材料。TMV有一个圆筒状蛋白质外壳，由很多个相同的蛋白质亚基组成。外壳内有一条单链的RNA分子沿着其内壁在蛋白质亚基间盘旋着。TMV中94％是蛋白质，6％是RNA。现在要证明在这种RNA病毒中的遗传物质是RNA而不是蛋白质。

科学家做了如图3－1－4的实验：① 把TMV在水和苯酚中振荡，使TMV的蛋白质和RNA分开，②分别用来感染烟草。只用TMV的蛋白质无法感染烟草；可是，只用TMV的RNA就能感染烟草。

图3－1－4  TMV病毒对烟草的感染

请分析：（1）这个实验说明病毒RNA进入烟草细胞后有何变化？

（2）通过实验你能得出什么结论？

答案：

（1）病毒RNA进入烟叶细胞后进行复制增殖，生成正常的病毒子代。

（2）RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

●板书设计

第3章  基因的本质

第1节  DNA是主要的遗传物质

1.DNA是遗传物质的证据

（1）肺炎双球菌的转化实验过程和结论。

（2）噬菌体侵染细菌实验的过程和结论。

2.DNA是主要的遗传物质

（1）某些病毒的遗传物质是RNA。

（2）绝大多数生物的遗传物质是DNA。

●习题详解

一、练习（课本P46）

（一）基础题

1.（1）解析：染色体是遗传物质的载体，其中的蛋白质就不是遗传物质。

答案：×

（2）解析：病毒中有RNA是遗传物质的，但也有DNA是遗传物质的（如噬菌体）。

答案：×

2.解析：原核生物没有成形的细胞核，所以DNA裸露存在于细胞质中。

答案：C

3.解析：他们的实验发现只有用32P标记的物质才能感染细菌，而32P标记的只是DNA。

答案：D

（二）拓展题

1.提示：T2噬菌体的蛋白质外壳虽然没有进入大肠杆菌细胞中，但是它的DNA进入了，在大肠杆菌的细胞中，噬菌体利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成子代噬菌体的蛋白质外壳。

2.提示：从肺炎双球菌的转化实验和噬菌体的侵染实验可以看出，作为遗传物质应该具备以下条件：能够精确自我复制；能够指导蛋白质的合成；具有储存遗传信息的能力；结构比较稳定。这些条件DNA都是具备的，它分别通过半保留复制、中心法则、DNA的多样性以及稳定的双螺旋结构来实现其基本功能。

二、问题探讨（课本P42）

1.提示：遗传物质必须稳定，才能准确地复制并传递给下一代，并且还能储存大量的遗传信息。
 2.提示：提取物质，导入另一种生物，看导入新物质的生物能否有新的表现，然后再看这种新表现能在后代中继续保持，就可能认为是遗传物质。

三、本节聚焦（课本P42）

1.科学家通过实验发现生物体中的染色体、蛋白质和DNA在生物的遗传中十分重要，但究竟哪种物质是遗传物质呢？就是设法将DNA和蛋白质分开，然后单独地、直接地观察这两种物质的作用，发现只要导入了DNA，生物的特征就保护下来了，但导入蛋白质并没有使生物的特征保护下来，从而证明DNA是遗传物质。

2.绝大多数的生物具有DNA，它决定生物的特征。但是还有一部分生物没有DNA，只有RNA，这时RNA就起到了遗传物质的功能。所以对绝大多数的生物来说还是由DNA来决定生物的特征的，所以说DNA是主要的遗传物质。

四、旁栏思考题（课本P45）

提示：在上述实验中，因为S元素仅存在于蛋白质的组分中，P元素则主要存在于DNA的组分中。所以基本可以认定含S元素的就是蛋白质，含P元素的就是DNA。不可以用14C和18O来标记，因为这两种元素都可在蛋白质和DNA中作为组分存在，无法确定哪种物质进入了噬菌体。

五、思考与讨论（课本P46）

1.提示：细菌和病毒作为实验材料，具有的优势是：（1）细菌是细胞生物，病毒无细胞结构，所以它们个体小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的改变。

（2）繁殖快，可以在较短的时间看出实验现象，得出实验结论。

2.提示：关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，然后直接地、单独地观察它们的作用。

3.提示：艾弗里采用的主要技术手段是：细菌的培养技术；细菌的分离技术和鉴定技术；物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段是：噬菌体的培养技术；同位素标记技术；物质的离心分离技术；物质的鉴定技术等。

科学技术是相互支持的，任何科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要科学原理为基础。