唐華忠

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)，許多老師喜歡選作公開(kāi)課教學(xué)內(nèi)容。本人聽(tīng)此節(jié)內(nèi)容已有40余節(jié)，每節(jié)課總有不盡如人意的地方，避開(kāi)教法學(xué)法等不談，僅從對(duì)教材內(nèi)容的講解分析來(lái)看，有的問(wèn)題講不清楚或干脆就沒(méi)有講，使得教學(xué)效果大打折扣，尤其是“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”這部分內(nèi)容，筆者歸納主要有以下幾個(gè)問(wèn)題，供同仁參考。

1.作為DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)，“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”為什么比“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”更具有說(shuō)服力？

作為DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)實(shí)驗(yàn)，其基本的設(shè)計(jì)思路就是設(shè)法把組成生物體的DNA和其他化學(xué)品質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)地、直接地去觀察每一種物質(zhì)在遺傳中所起的作用。在艾弗里的“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”中提取出的DNA，純度最高時(shí)也還有0.02%的蛋白質(zhì)，也就是說(shuō)并沒(méi)有把DNA和蛋白質(zhì)徹底分開(kāi)，因而，由此實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果和結(jié)論并不能令人信服。而赫爾希和蔡斯的“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”中，因噬菌體蛋白質(zhì)含有DNA所沒(méi)有的特殊元素S，可以用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)；DNA中含有蛋白質(zhì)沒(méi)有的特殊元素P，可以用32P標(biāo)記DNA，通過(guò)用35S和32P分別去標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA，就把蛋白質(zhì)和DNA間接地徹底分開(kāi)了，因而，由此實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果和結(jié)論才更具有說(shuō)服力。

2.為什么選用大腸桿菌T2噬菌體做實(shí)驗(yàn)材料？

用大腸桿菌T2噬菌體做實(shí)驗(yàn)材料具有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：①化學(xué)組成簡(jiǎn)單。噬菌體化學(xué)組成只有蛋白質(zhì)和DNA，這就排除了其他有機(jī)物對(duì)實(shí)驗(yàn)得干擾，便于標(biāo)記和觀察。②蛋白質(zhì)和DNA兩大成分的位置和行為相對(duì)獨(dú)立。蛋白質(zhì)只存在于噬菌體外殼上，而DNA只存在于噬菌體的核心上。③遺傳物質(zhì)和非遺傳物質(zhì)的行為相對(duì)獨(dú)立。T2噬菌體在侵染時(shí)會(huì)將自身的遺傳物質(zhì)注入細(xì)菌體內(nèi)，而非遺傳物質(zhì)則留在細(xì)菌體外，并且噬菌體會(huì)在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用細(xì)菌體內(nèi)的物質(zhì)來(lái)合成自身的組成成分。因此只需觀察蛋白質(zhì)和DNA是哪個(gè)進(jìn)入了細(xì)菌體內(nèi)就可以確定哪個(gè)是遺傳物質(zhì)了。

3.如何獲取含放射性標(biāo)記的噬菌體？

T2噬菌體專(zhuān)性寄生于大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，因而需首先標(biāo)記大腸桿菌，再用T2噬菌體去侵染帶放射性的大腸桿菌，即可獲取含放射性標(biāo)記的噬菌體。其一般過(guò)程如下：①標(biāo)記大腸桿菌。分別用含35S的氨基酸和含32P標(biāo)記的核苷酸的兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，來(lái)獲取含35S標(biāo)記和32P標(biāo)記的兩類(lèi)大腸桿菌。②標(biāo)記噬菌體。分別用T2噬菌體侵染上述兩類(lèi)大腸桿菌，即可獲取含35S標(biāo)記蛋白質(zhì)和含32P標(biāo)記DNA的兩類(lèi)噬菌體。

4.為什么不同時(shí)用35S和32P兩種同位素標(biāo)記噬菌體？

若同時(shí)用35S和32P兩種同位素標(biāo)記噬菌體，就可得到蛋白質(zhì)和DNA都含有放射性的噬菌體，即噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)并沒(méi)有分開(kāi)，用此噬菌體侵染細(xì)菌，通過(guò)對(duì)放射性物質(zhì)的追蹤，就不能確定DNA和蛋白質(zhì)究竟哪一個(gè)是遺傳物質(zhì)。

5.用14C、3H、18O、15N等同位素標(biāo)記噬菌體可行嗎？

由于組成噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA都含有C、H、O、N等元素，若用14C、3H、18O和15N等同位素去標(biāo)記噬菌體，則噬菌體DNA和蛋白質(zhì)都含有放射性，也就不能將DNA和蛋白質(zhì)徹底分開(kāi)，最終必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，因此不能用14C、3H、18O和15N等同位素標(biāo)記噬菌體。

6.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保溫、攪拌和離心操作的目的各是什么？

對(duì)含有放射性標(biāo)記的噬菌體和細(xì)菌的混合物進(jìn)行短時(shí)間的保溫處理，其主要目的是讓噬菌體侵染細(xì)菌，并在細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行繁殖；用攪拌器攪拌是為了把吸附在細(xì)菌上的噬菌體或留在細(xì)菌外的噬菌體的非遺傳物質(zhì)部分與細(xì)菌脫離，其實(shí)質(zhì)是將噬菌體的遺傳物質(zhì)（進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部的）和非遺傳物質(zhì)（留在細(xì)菌外的）分離；離心是根據(jù)細(xì)菌和噬菌體或噬菌體的非遺傳物質(zhì)部分的密度不同將二者加以分離，分離后含噬菌體遺傳物質(zhì)的細(xì)菌密度較大，出現(xiàn)在沉淀物中，而噬菌體和留在細(xì)菌外的噬菌體非遺傳物質(zhì)則出現(xiàn)在上清液中，最后分析放射性物質(zhì)在試管中的出現(xiàn)部位，即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

7.用35S標(biāo)記的一組侵染實(shí)驗(yàn)，主要在上清液中檢測(cè)到放射性，而用32P標(biāo)記的一組侵染實(shí)驗(yàn)，卻主要在試管的沉淀物中檢測(cè)到放射性。這一結(jié)果說(shuō)明了什么？

該結(jié)果說(shuō)明了噬菌體的蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌體外，而噬菌體的DNA則進(jìn)入了細(xì)菌內(nèi)部。

以上幾點(diǎn)內(nèi)容如能以問(wèn)題的方式有機(jī)地融入課堂，讓學(xué)生思考或合作探究，老師分析講解，將會(huì)受到很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

嚴(yán)金來(lái).“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”教學(xué)設(shè)計(jì)思路[J].中學(xué)生物學(xué)，2009（4）.

編輯 溫雪蓮