DNA是主要的遗传物质

教学目标

1．使学生了解噬菌体侵染细菌的实验，以及从该实验得出的结论。

2．通过介绍分子遗传学的有关实验，使学生理解DNA是主要的遗传物质这一科学结论的形成过程，从而培养学生分析问题的能力。

3．通过分析噬菌体侵染细菌的实验结论，培养学生实事求是的、严谨的科学态度。

重点、难点分析

噬菌体侵染细菌的实验是证明DNA是遗传物质的经典实验，此实验表示的侵染过程既是重点，也是难点。对这一实验的分析过程，既有助于培养学生分析问题的能力，又有助于帮助学生理解从这个实验得出的结论，有助于培养学生实事求是的科学态度，因此是这一课题的重点。但由于课文中是将一组实验的结果合并在一起介绍的，并没有侧重于介绍实验过程、原理以及科学结论是如何得出的详细过程，因此很容易造成学生知其然不知其所以然，而成为学生掌握有关知识和对学生进行科学素质教育和能力培养的难点。

为要突出重点，突破难点，在教学过程中要尽量结合科学发现和科学研究的过程讲授知识，使枯燥无味的知识变得形象生动起来。另一方面，科学发现和科学研究的过程本身就包含着由表及里、由浅入深的分析过程，对学生理解和掌握知识，培养学生分析问题的能力也是非常有益的。

教学过程设计

一、本课参考课时为一课时。

二、教学思路：

1．首先，由教师采用设问、自答的方式，介绍人类对遗传物质的探究历史。

人类对遗传现象、遗传规律的探究一直没有停止，并且还在不断深入。当初摩尔根虽然证明了染色体是基因的载体，但染色体究竟是由什么物质组成的？基因的化学构成是什么？基因为何能传递遗传信息？……这些问题仍然有待进一步去解决。虽然当时已经发现核酸是组成细胞核的主要成分，而且也已经发现核酸中有四种不同的碱基，但是人们却误认为核酸是由四种核苷酸组成的单调均匀的大分子，因此，许多生物学家不相信核酸会是千变万化的基因的载体，他们认为蛋白质才可能是遗传物质。

为什么蛋白质会被认为是遗传物质呢？这是因为20世纪以来，人们发现的蛋白质的种类越来越多，功能也越来越广泛，一切生命活动，包括遗传特性的表现都离不开蛋白质。如我们在前面学习过的起催化作用的酶、起免疫作用的球蛋白，以及一些对生命活动起调节作用的激素。据估计，人体中的蛋白质不少于十万种。因此，许多生物学家都认为，只有蛋白质才有可能是复杂基因的载体。

在核酸和蛋白质中究竟谁是基因的载体呢？我们首先要从理论上推断一下作为遗传物质必须具备哪些特点，如果我们能够用实验来证明某种物质具备这些特点，我们就能确定到底哪种物质是遗传物质。

2．用“遗传物质必须具备哪些基本特点才能使生物的遗传现象成为可能？”的问题将教学转入下一阶段：

（l）“我国民间有句俗话说：‘龙生龙，凤生凤，老鼠生儿会打洞。’这句俗话说的就是生物的遗传现象。我们研究生物的遗传现象是从性状入手去进行研究的。”从这个现象可以推出结论：“生物的性状在前后代表现出连续性。它的遗传物质必定能够进行自我复制”。这个推断学生可能只能说出：“遗传物质能够复制，保证生物的连续性”，不会一下子说完全。教师要把握住“复制”和“连续性”这两个关键点。这里的“复制”是“自我复制”，不是被动地、接受外来指令进行的复制。而是在生物体内、自发地对这种物质进行翻版或拷贝。这里的“连续性”学生可能不会很好地区分是“生命的连续性”还是“性状的连续性”。教师要通过不断地追问使学生明确：“自我”和“性状”这两个关键点。

（2）对于遗传物质应该“能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状”的这个特点，学生不会自发地推论出来。教师可以通过“性状主要是通过什么物质表现出来的？”也可以通过复习前面讲过的如“蛋白质对某种性状（血型、酶、激素等）的控制作用”以及“蛋白质是一切生命活动的体现者”这一结论，使学生意识到：“性状主要是通过蛋白质表现出来的”。这时结合上面的推论：“遗传物质应能保证生物性状的连续性”，而“性状主要是通过蛋白质表现出来的”，教师可以提问：“那么，遗传物质是否会与蛋白质有关呢？”答案当然是肯定的。“遗传物质可能就是蛋白质，或者能够控制蛋白质的合成，并通过控制蛋白质的合成来影响生物的性状。”这一结论的得出就不难被学生接受了。

（3）从“某种物质作为遗传物质它的结构可能是相对稳定，不易变化，还是相对不稳定，极易变化的呢？”这一提问可引导学生对遗传物质结构的稳定性进行思考和推论，学生可能会想到：“遗传物质的结构可能应该是稳定的、不变的。”对这个过于绝对的推断教师可以再提问：“如果遗传物质稳定到了绝对木变的程度，那么生物就应该是绝对不变的。你认为这个推论与实际情况相符合吗？”在这时学生自然会意识到：“遗传物质的结构在基本稳定的前提下，也应该而且可能发生少量的变化。”这时教师要再予以补充：“这些遗传物质在结构上的少量变化，还应该是可遗传的。”至此，教师可进行关于遗传物质特点的小结并做板书，写出遗传物质的四个特点。

3．在推断了遗传物质的特点之后，即可转入对噬菌体侵染细菌实验的介绍：

（1）“我们已经推断出遗传物质所应具有的特点，下面的问题就是如何用实验证明在蛋白质和核酸中谁具有这些特点？谁具有这些特点谁就是遗传物质。—这个谜是由物理学家、化学家、生物学家几位科学家共同工作，最终找到了答案。”

（2）“这几位科学家是从丹麦首都哥本哈根来的物理学家德尔布吕克、从意大利来的生物学家卢里亚、美国生物学家赫尔希。他们在美国建立了研究小组，利用噬菌体与大肠杆菌研究基因复制的问题。”

（3）对噬菌体、大肠杆菌进行简单介绍，顺便复习原核生物和病毒的特点。

（4）因为噬菌体的构成成分比较简单，所以用它来做分析研究非常方便。“实验是由赫尔希和他的学生蔡斯在1951～1952年做的。他们分别用两种放射性同位素³²P和³⁵S对两组噬菌体进行了巧妙的标记：一组用放射性同位素³⁵S个标记噬菌体内部的DNA，另一组用放射性同位素”S标记噬菌体的蛋白质外壳。由于放射性物质会不断放出射线，可以检测出来，这样通过观察放射性物质的行踪，就可以判断放射性物质在噬菌体侵染细菌过程中的行踪，从而判断DNA和蛋白质在生物遗传过程中的作用了。”

（5）由教师介绍实验现象，并进行分析。

“用放射性同位素³⁵S标记的噬菌体在侵染细菌并进行增殖的过程中，出现了把蛋白质外壳留在细菌外面的现象。而用放射性同位素标记的噬菌体则表现出了其内部的DNA进入细菌细胞内的现象。正是这些DNA在细菌中增殖出许多噬菌体。新形成的噬菌体同亲代一样有着同样的DNA和蛋白质外壳。释放出来后又能去侵染其他的细菌。”

把这两个实验的结果综合起来看，我们能够得出什么结论呢？“首先，是噬菌体的DNA进入了细菌细胞内部，蛋白质并没有进入其中。但是在细菌细胞内部却产生出了新的既有DNA，又有蛋白质的噬菌体。这种现象告诉我们什么呢？”显然，新噬菌体的DNA是在细菌细胞内复制的，噬菌体的蛋白质是在细菌细胞内合成的。这个结论学生自然会形成。“只有噬菌体的DNA进入了细菌细胞内部，而噬菌体的蛋白质并没有进入细菌细胞内部，这个事实说明了什么呢？”“这一事实说明：进入细菌细胞内的噬菌体DNA，不仅携带了DNA自我复制的遗传信息，而且也携带了指导蛋白质合成的遗传信息，具有我们分析过的遗传物质所应具有的四个特点中的两个特点——能够自我复制和能够控制蛋白质的合成。由此可见，DNA是遗传物质。”德尔布吕克、卢里亚、赫尔希因发现噬菌体的复制机理和遗传结构共享1969年的诺贝尔生理学和医学奖。

在此教师要将噬菌体侵染细菌的详细过程择要点板书，并小结两点：“噬菌体侵染细菌的实验不仅有力地证明了‘DNA是遗传物质’，而且还为当代的科学工作者树立了多学科合作的典范。”

4．以“噬菌体侵染细菌的实验能否说明蛋白质不是遗传物质？”“能否说明DNA是主要的遗传物质？”引导学生思考。因为刚刚分析完噬菌体侵染细菌的实验，学生对这个实验“能说明什么”很清楚。但对“不能说明什么”就不是很清楚了。所以，教师要对“不能说明”的问题给予重点说明。

学生通常会认为：“能说明蛋白质不是遗传物质。因为蛋白质没有参与到噬菌体的增殖过程中来。它被留在细菌细胞的外面了。”这时教师可以用“能说明噬菌体的蛋白质不是遗传物质，能不能说明其它生物体的蛋白质也不是遗传物质？”这时学生才会意识到：“可以推论但不能直接说明”。教师此时可以告诉学生：“一个实验能说明什么，我们就说它说明了什么，或可以做出什么推论，要保持实事求是的态度。”

“噬菌体侵染细菌的实验能说明DNA是遗传物质。能不能说明它是主要的遗传物质？”学生这时会认为不能说明。教师要接着启发学生；“如何证明DNA是主要的遗传物质，要从DNA在哪些生物体内担负遗传物质的使命来证明。”“现代生物学已经用大量的实验证明：DNA存在于绝大多数生物的体内，是这些生物的遗传物质，而且和RNA相比，在遗传中起着决定的作用。因此，我们才能得出‘DNA是主要的遗传物质’的结论”。

接下来教师要用“生物体内有没有其它物质做遗传物质呢？”的引导语，引起学生的注意。再把烟草花叶病毒侵染烟草的实验介绍给学生，以证明并非只有DNA是遗传物质，也有某些生物是以RNA作为自己的遗传物质的。此外，还应明确烟草花叶病毒侵染烟草的实验可以证明蛋白质不是遗传物质。

“在真核细胞中，DNA大量地集中在什么部位？”通过这一提问，使学生的思考转向遗传物质的载体上来。学生会回答“DNA大量地集中在细胞核内的染色体上。”联系第一章的内容可以提醒学生：“除此之外，在细胞质内还有没有DNA？”“在线粒体和叶绿体中也含有少量的DNA。”这样就可以得出：“染色体是遗传物质的主要载体”的结论了。

三、本课题教学中应注意的问题：

1．科学的结论来自于科学的实验，同样也来自于对实验结果的正确说明。这也是教师在教学过程中要特别向学生说明的。

2．“遗传物质的特点”是这一课题以及后面两个课题的主线。本课题中虽然安排了由学生讨论得出结论，以加深学生的印象。但教师在相应的教学内容处理时要注意与“遗传物质的特点”相联系，使学生得到关于遗传物质知识整体性的认识。

小资料

DNA的其他载体——质体、线粒体：

许多科学家利用不同的实验手段都证明了在质体中有DNA。质体DNA是裸露的，不和组蛋白结合成复合体，这一点和大肠杆菌DNA很相似。质体DNA可以进行自我复制，还可以控制蛋白质的合成。质体具有一整套合成蛋白质的结构，它可以以DNA为模板转录自己的mRNA、tRNA、rRNA，而且还有自己合成蛋白质的场所——核糖体。质体DNA在细胞分裂过程中的分配是随机的，所以子细胞中的质体DNA的分布是不平均的，这就会使子细胞中质体基因控制的性状产生差异。

线粒体中也含有DNA，这些DNA也携带着遗传信息并且能独立地进行复制、转录和翻译。利用氚（³H）标记的方法测定线粒体的DNA复制过程，证明它和核DNA一样也是半保留复制。线粒体中含有合成蛋白质的一整套结构，如核糖体以及各种RNA，线粒体可以独立地完成蛋白质合成的一系列过程。