苏教版必修2 探索遗传物质的过程 教案

教学设计

“探索遗传物质的过程”一节主要可以分为总结人类对遗传物质的探索过程、尝试提取DNA等两部分内容。

对遗传物质的认识过程，要求是：分析肺炎双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；分析烟草花叶病毒(TMV)感染实验，证实RNA也是遗传物质；概括遗传物质的特征。

科学家是通过实验认识到核酸是遗传物质的，为学生提供一些经典实验研究的资料，引导他们通过分析实验结果而认识到DNA和RNA是遗传物质不仅使他们深刻理解遗传物质的特征而且使他们感受到科学家探索遗传奥秘的思维方式。

遗传物质不仅携带着遗传信息，还能控制生物特定性状，能将遗传信息传递给后代。对遗传物质的认识一直困扰着科学家，直到20世纪50年代，科学家才认识到DNA是遗传物质。而遗传物质一旦被认识后，对生物学产生了巨大的影响。遗传物质的发现过程凝聚了众多科学家的智慧，教材中的两个“积极思维”活动都是科学家探索DNA是遗传物质过程的浓缩，有效地组织活动有利于培养学生的分析、归纳、推理等能力，培养学生的科学探索精神。

细胞的有丝分裂、减数分裂和受精作用都涉及遗传物质的传递，因此，这部分知识是对细胞科学探索的起源，也是课堂导入的基础，更是学生进行理性探索的基础。

本节安排了一个两个“积极思维”活动，一个是“肺炎双球菌的转化实验说明了什么？”对学生的探究活动予以评价，尤其是对学生在探究过程中善于假设，多向思维，收集材料进行探究学习的科学精神给予高度赞许，并教育学生要有一丝不苟的治学态度，掌握一定的科学研究方法。另一个是“为什么说噬菌体实验更有说服力？”设计恰当的探究式问题，可以引导学生自觉地思考，层层深入地领悟从而得出正确的结论。在讲述完噬菌体侵染细菌的实验后，教师:提问：①进入细菌体内的是什么？什么结构留在外面？②出来的是什么？③新的蛋白质外壳是怎么出现的？④这个实验能得出什么结论？回答出这4个问题，学生就可以从蛋白质外壳留在了细菌外面没有参与到产生子噬菌体的现象得出它不是遗传物质；从留在细菌体内的DNA发挥了其遗传作用从而产生子代噬菌体的实验结果中直接得出DNA是遗传物质的结论。一个“边做边学”是“DNA的粗提取”，粗提取DNA，从而单独地、直接地去观察DNA的作用，对于格里菲思的细菌转化实验的成功，对于验证DNA

是遗传物质十分关键。同时，能使学生在对提取出的DNA进行物理观察的过程中直观认识DNA絮状聚集物。一个“继续探究”是“鉴定DNA”。还有一个“拓展视野”是“朊病毒及疯牛病”。

教学重点 1.讲述了人类对遗传物质的探索过程。 2．DNA的粗提取过程。

教学难点 分析科学家对遗传物质的探索实践过程。

教具准备 格里菲思的4步实验利用POWERPOINT制作幻灯，“噬菌体侵染细菌的实验”制作成三维动画。

课时安排 3课时。

1．简述科学家认识遗传物质的过程。

2．通过肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，理解DNA是主要的遗传物质。

3．通过模拟科学发现的过程，渗透科学研究的方法，培养学生科学探究的能力。 4．使学生学会DNA粗提取和鉴定的方法，培养学生的动手能力和学会进行科学实验的一些基本技能。

5．通过对感性图文资料的学习，培养学生的信息处理能力。

6．引导学生积极思维，进行理性探索，选择性地经历科学家的探索过程，培养学生的分析、归纳、推理、假设等方面的能力。

7．通过模拟科学发现的过程，培养学生实事求是的科学态度和不断探究的精神。 8．进一步激发学生树立唯物主义辩证观。

第一课时 DNA是主要的遗传物质(一)

导入新课

导语一：今天我们探讨的课题是“探索遗传物质的过程”。让我们一起追溯前人的足迹，感受探索遗传物质的曲折历程。请同学们注意本课的学习目标、关键词是什么？简短的前言向我们提供了哪些信息？

学生活动：学生阅读学习目标：总结人类对遗传物质的探索过程、尝试提取DNA；关键词：遗传物质；前言：20世纪40年代以前，许多化学家和生物学家一直认为遗传物质应该是一种蛋白质。1928年，英国人格里菲思首先向此假设提出挑战，之后通过许多化学家、物理学家和生物学家的不懈努力，遗传物质之谜终于被解开。

导语二：由于时间关系，本节内容分两课时完成，今天我们重点研究“总结人类对遗传物质的探索过程”，“尝试提取DNA”的实验下一节课进行。从短短的前言中，我们获得了哪些信息呢？

生20世纪40年代以前，许多化学家和生物学家一直认为遗传物质应该是一种蛋白质。1928年，英国人格里菲思首先向此假设提出挑战，之后通过许多化学家、物理学家和生物学家的不懈努力，遗传物质之谜终于被解开。

导语三：1928～1940年，似乎是一个十分重要的时期，特别是1928年具有重要阶段性意义。为了便于研究，同学们能不能将人类探索遗传物质的过程分为几个阶段？可以分为哪几个阶段？各个阶段有哪些重大事件？

学生活动：许多同学在课前收集了有关研究资料。大家根据自己收集的资料，对1928年前后的科学家对遗传物质的研究情况作简单的介绍。

推进新课

师:究竟哪一种是遗传物质？我们确定某物质是否为遗传物质的依据是什么？ 学生活动：小组讨论。

师:我们通常认为，遗传物质应具备以下特点：①能复制，在前后代保持连续性、稳定性；②能控制物质性状和代谢过程；③有储存巨大数量遗传信息的潜在能力；④能引起可遗传的变异。

师:那么，寻找遗传物质应从哪个过程去考虑？ 生生物的生殖、发育过程中。

师:对遗传物质的研究为什么最终集中到染色体上？

学生活动：自主思考，在学习小组内提出个人见解进行讨论。

师:通过我们对生殖发育中减数分裂、受精作用、有丝分裂等环节的学习可知，细胞中哪一结构在前后代能保持连续性和稳定性？

生染色体。

师:据此人们对染色体的成分进行研究，那么你了解染色体的化学组成吗？

生化学分析的结果表明，染色体的主要化学成分是蛋白质和脱氧核糖核酸(DNA)。 师:那么，让我们一起来归纳19世纪以来人类对遗传物质研究的主线。我们应注意该时期的人们在细胞的有丝分裂、减数分裂和受精作用过程方面的研究，他们认识到染色体在生物的遗传中具有重要作用的意义。

师:染色体的主要化学成分是什么？

师:你能否依据上述信息，提出一个研究遗传物质的思路？

教师:活动：分发一张白纸，由学生依据画概念图的方法，画出细胞、有丝分裂??蛋白质、DNA的概念图。

学生活动：依据教师的指导，画出概念图，进行班级交流。

生研究细胞→有丝分裂→减数分裂→受精作用→染色体(蛋白质、DNA)→哪一种是遗传物质？

师:那么，蛋白质与DNA中，究竟哪一种是遗传物质呢？ 生DNA。

师:为什么说DNA是遗传物质？

板 书：

第四章 遗传物质的分子基础 第一节 探索遗传物质的过程 一、DNA是主要的遗传物质 1．肺炎双球菌的转化实验 (一)格里菲思实验

探究题目：肺炎双球菌的转化实验说明了什么？ 学生活动：

(1)阅读“事实1、2”图文，简述肺炎双球菌的转化实验过程。

(2)在阅读“事实1、2”的基础上，进一步观察比较4组实验，说明影响每组实验结果的关键因素。例：对第一组小鼠分别注射两种菌；对第二组小鼠①注射加热S型菌、②加热S型菌与R型菌混合注射??

(3)分组用提供的材料制作两种肺炎双球菌模型，尝试说明两种肺炎双球菌之间的区别。

(4)将实验过程用图表或卡片的形式表达出来，并向全班同学展示说明。 课件展示：

肺炎双球菌的图片与相关信息。

教师:活动：介绍肺炎双球菌有多种类型；着重分析S型细菌与R型细菌的结构特点与毒性。

学生活动：分组制作两种肺炎双球菌模型，尝试说出两种肺炎双球菌之间的区别。 师:你能否向你的伙伴们描述肺炎双球菌的转化过程呢？

学生活动：小组内各个成员独立描述肺炎双球菌的转化过程，其他成员在倾听后提出意见。

教师:活动：指导学生将实验过程用图表或卡片的形式表达出来，并向全班同学展示说明。

学生活动：将实验过程用图表或卡片的形式表达出来，并向全班同学展示说明。 活动案例一：

(1)S型细菌→小鼠死亡；说明：从小鼠体内分离出S型细菌。 (2)R型菌→小鼠存活；说明：从小鼠体内分离出R型细菌。

(3)加热S型菌→小鼠存活；说明：从小鼠体内不能分离出任何活的细菌。 (4)R型菌＋加热S型菌→小鼠死亡；说明：从小鼠体内分离出S型与R型细菌。 师:你能否观察比较第一、第二组实验，探讨影响实验结果的关键因素是什么？ 生影响实验结果的关键因素是两种肺炎双球菌的毒性不同。S型细菌有毒、R型细菌无毒。

师:你能否观察比较第一、第三组实验，探讨影响实验结果的关键因素是什么？ 生:影响实验结果的关键因素是同种肺炎双球菌的活性不同。第一组的S型细菌有毒；第三组的S型细菌无毒。

师:为何第三组的S型细菌无毒性？ 生:由于高温加热，导致细菌死亡。 师:第四组实验中，小鼠为何会死亡？ 生:是由于小鼠体内产生了S型细菌。

师:这些S型细菌是从哪里来的？是原来的S型细菌吗？ 生:不是的；原来的S型细菌已被加热杀死了。

师:那么，第三组死亡小鼠体内的S型细菌是怎么来的呢？

生:可能是加热杀死的S型菌导致了活的R型菌发生了转化？

师:那么加热杀死的S型菌中的什么物质导致了活的R型菌发生了转化呢？

生:我们无法判断，因为我们认为由于高温加热，导致S型细菌的蛋白质和DNA等物质失去活性。

师:对上述实验结果的分析，是否能够说明遗传物质是什么？ 学生活动：小组讨论，自主提出个人见解。 生:甲不能。

师:那么你的问题是什么？

学生活动：小组讨论，自主提出个人见解。

生:加热的S型肺炎双球菌已经死亡，与R型菌混合为什么会导致小鼠死亡？ 师:通过肺炎双球菌转化实验，格里菲思得出了什么结论？

生: (1)无毒的R型细菌转变成有毒的S型细菌，这种性状的转化是可以遗传的。 (2)这个实验只说明了细菌由无荚膜无毒类型转变成有荚膜有毒类型，不能说明究竟是什么物质发生了变化，这种物质发生了什么变化。

师:格里菲思也认为他的实验不能说明遗传物质是什么。如果让你接替格里菲思进一步证明什么是遗传物质的话，你应该如何设计并实施实验？

学生活动：尝试提出证明遗传物质的实验设计或方法。

师:在格里菲思以后，有许多科学家都进行了积极的实验和研究，其中艾弗里为什么能够脱颖而出？

板 书：

(二)艾弗里实验

师:阅读课本中艾弗里的实验介绍，并思考上述问题。 学生活动：阅读课本并描述实验。 师:艾弗里实验的思路是什么？

学生活动：小组讨论，并描绘艾弗里的实验思路示意图。

生(1)艾弗里发现无毒的R型细菌转变成有毒的S型细菌不需要完整的S型细菌细胞。 (2)于是，艾弗里通过细菌分离技术，分离出了S型肺炎双球菌的DNA、蛋白质和多糖。

(3)艾弗里将提取分离到的S型肺炎双球菌的DNA、蛋白质和多糖，分别与R型肺炎双球菌混合。

(4)将混合物注入小鼠体内并记录得到以下数据。

S型细菌物质 小鼠现象 小鼠体内S型细菌 DNA 死亡 有 蛋白质 存活 无 多糖 存活 无 师:艾弗里为何会想到这种实验方法？这与他的职业有什么关系？

生:艾弗里的职业是化学家，因此他更擅长于化学分析，也对这种信息最敏感。 师:艾弗里的实验发现了什么？

生:构成S型双球菌的DNA、蛋白质和多糖等物质中，是DNA使R型肺炎双球菌的致病性发生了转化，成为S型双球菌，并且这种变异可以向下一代传递。

教师:活动：引导学生用图解的形式说明艾弗里的化学分析方法。 学生活动：教师:引导学生总结遗传物质的概念。 学生活动：用图解的形式说明艾弗里的化学分析方法。

师:那么，在格里菲思实验中，那个导致R型肺炎双球菌发生转化的神秘的转化因子是什么？

生:DNA。

师:那么，通过这个实验，我们是否可以得出遗传物质的概念及实质呢？

生:能携带遗传信息，控制生物体特定性状，并通过细胞增殖过程将遗传信息传递给后代的物质，称为遗传物质。

板 书：

2．DNA是遗传物质

课堂小结

师:引导学生概述格里菲思与艾弗里的实验，归纳两实验的要点，说明两实验的关系。 学生活动：概述与归纳。

生格里菲思运用“细菌感染”的实验方法，发现R型细菌能转化成S型细菌，且此性状能遗传；艾弗里运用化学分析的实验方法，用细菌提取物感染并进行对照，发现导致细菌

转化的物质是DNA。联系两实验可以推测，在S型细菌DNA的作用下，R型细菌的DNA转化成S型细菌的DNA。

师:通过这个实验，我们可以得出什么结论？ 生:DNA是遗传物质；蛋白质不是遗传物质。

第四章 遗传的分子基础 第一节 探索遗传物质的过程

一、DNA是主要的遗传物质 1．肺炎双球菌的转化实验 (一)格里菲思实验 (二)艾弗里实验 2．遗传物质的概念

肺炎双球菌转化作用的实质

1944年，艾弗里等人第一次证明了DNA是肺炎双球菌的转化因子，这在分子遗传学上具有极其重要的意义。艾弗里等人从光滑型(S型)肺炎双球菌中分别提取DNA、蛋白质和多糖等物质，并将上述每一种物质单独放入粗糙型(R型)肺炎双球菌的培养基中，结果发现只有DNA能使一部分粗糙型肺炎双球菌转化为光滑型。这种从一个供体菌得到的DNA通过一定途径授与另一种细菌，从而使受体菌的遗传特性发生改变的作用称为转化作用。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。实验证明，转化率与供体菌细胞的DNA纯度有关，DNA越纯，转化率也就越高。如果事先用DNA酶降解供体菌细胞中的DNA，那么转化作用就不复存在。

第二课时 DNA是主要的遗传物质(二)

导入新课

师:艾弗里的实验说明遗传物质是DNA，但仍有科学家对此表示怀疑，认为细菌转化的原因是DNA提取物中还存在很少量的蛋白质。那么，科学家将如何继续探寻遗传物质的本质呢？

推进新课

师:指导学生阅读“噬菌体实验”。

探究题目：为什么说噬菌体实验更有说服力？

板 书：

1．噬菌体的结构

课件展示：

教师:打开多媒体课件，结合交互式画面讲解，分别以噬菌体与流感病毒为例，利用多媒体技术中鼠标指向交互区域时，物体表面出现闪烁并结合文字解释的效果，帮助学生理解病毒的一般结构与特殊结构。

板 书：

2．噬菌体增殖的过程

课件展示：

对于病毒的增殖过程，采用多媒体交互式动画，以噬菌体侵染细菌为例，动态展示病毒的增殖过程：吸附→注入核酸→噬菌体DNA复制和蛋白质的合成→装配→释放。

师:(1)病毒按照宿主细胞的不同可以分为动物病毒、植物病毒与噬菌体(细菌病毒)。 (2)噬菌体是一种细菌病毒。

(3)噬菌体的结构为核衣壳结构，即蛋白质外壳与核酸构成；化学成分均比较简单，由两种物质组成，即蛋白质和DNA。

(4)病毒由于其缺乏与能量代谢有关的酶系统，因此是严格的细胞内寄生生物。 (5)噬菌体的繁殖方式比较特殊，其繁殖方式为增殖，且必须发生于宿主细胞内。 (6)当噬菌体侵染宿主细胞时，其蛋白质外壳并不进入宿主细胞；进入宿主细胞的是噬菌体的DNA。

学生活动：观察、倾听上述信息，结合阅读文本P50，思考“为什么说噬菌体实验更有说服力？”。

师:本实验材料有什么特殊性？

生实验材料的特殊性在于噬菌体由两种物质组成，即蛋白质和DNA。 师:为何本实验在方法上具有可靠性？

生:蛋白质含S(蛋白质中含有少量的P，占总量的1%，对实验的影响很小，可以不予考虑)，DNA含P，可以用放射性同位素标记。

师:本实验中，是如何对噬菌体进行放射性同位素标记的？这个实验是由谁完成的？ 生:1952年赫尔希和蔡斯用放射性同位素35S标记T2噬菌体的蛋白质和用32P标记T2噬菌体的DNA，并用标记的噬菌体侵染细菌。

师:噬菌体侵染细菌的方式是什么？

生:噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳与DNA自动分离，DNA进入细菌，而蛋白质留在细菌细胞外。

师:噬菌体侵染细菌后该如何处理？目的是什么？

生:噬菌体侵染细菌后需对培养液进行高速离心处理。由于噬菌体蛋白质外壳密度相对较小，而细菌的密度相对较大，因此离心的目的是将留在细菌细胞外的噬菌体蛋白质外壳离心分离至上清液；从而将噬菌体蛋白质外壳与进入细菌细胞的噬菌体DNA分离开来，便于

实验观察。

师:当用放射性同位素35S标记T2噬菌体的蛋白质后，让噬菌体侵染细菌，会出现怎样的实验现象？

生:放射性存在于上清液，即大肠杆菌外。 师:这个实验直接说明了什么？间接说明了什么？

生:直接说明了噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳与DNA自动分离，DNA进入细菌，而蛋白质留在细菌细胞外。由于在这个过程中，大肠杆菌细胞内产生了许多新的噬菌体，而这些噬菌体都是亲代噬菌体经增殖而来，因此，本实验间接说明，在噬菌体增殖过程中，仅需要DNA而不需要蛋白质存在，说明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

师:当用放射性同位素32P标记T2噬菌体的DNA后，让噬菌体侵染细菌，会出现怎样的实验现象？

生:放射性主要存在于下层液中，即大肠杆菌内。 师:这个实验说明了什么？

生:本实验同样说明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

师:为什么“放射性主要存在于下层液中”？那么还有少量的放射性存在于哪儿？为什么？

生:还有少量的放射性存在于上清液中。造成这种现象的原因是：①有少量的噬菌体并未侵染细菌，因而被留在大肠杆菌外；②还有一种原因是噬菌体侵染细菌时间过长，一部分噬菌体裂解大肠杆菌后，被释放到大肠杆菌细胞外。

课件展示：

采用多媒体交互式动画，以噬菌体侵染细菌为例，动态展示病毒的增殖过程。以红色表示噬菌体蛋白质外壳中的32S，绿色表示噬菌体核酸中的31P；以紫色表示细菌的蛋白质中的

35

S，以蓝色表示示细菌核酸中的

32

P，通过同位素示踪技术表示整个过程中的噬菌体DNA

的复制，以噬菌体DNA为模板转录mRNA，以细菌的核糖体为场所、细菌的氨基酸为原料合成病毒的蛋白质外壳的过程，帮助学生理解病毒增殖过程中对宿主的依赖性。

学生活动：观察上述信息，体会赫尔希和蔡斯实验的科学本质。

师:许多科学家认为这一实验对证明DNA是遗传物质更有说服力。你是否同意这种观点？为什么？

学生活动：阅读、讨论、分析、说出要点；学生小组讨论，代表发言。 生: (1)认同噬菌体实验对证明DNA是遗传物质的意义。

(2)DNA进入大肠杆菌体内，而蛋白质留在大肠杆菌体外，大肠杆菌体内产生的新噬菌体的原因在于DNA。

教师:活动：引导学生归纳3个实验，通过越来越接近遗传物质的本质的实验，包括实验方法的改变，认识水平的提高，体验发现遗传物质的偶然性与必然性的关系。

学生活动：通过对三个实验进行比较，反思3个实验的科学思维的发展过程。 师:提出新问题说明其他遗传物质。生物科学发展到今天，对遗传物质的本质越来越清楚。还有哪些物质已经被发现也是遗传物质？

课件展示：

烟草花叶病毒的拆开重组实验

(1)现代科学研究证明，病毒只有一种核酸：DNA或RNA。

(2)有些病毒只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒、流感病毒、HIV病毒、SARS病毒、脊髓灰质炎病毒等。

(3)烟草花叶病毒是一种植物病毒，寄生在烟草细胞内。从烟草花叶病毒中提取出RNA和蛋白质，分别侵染烟草，前者能使烟草感染病毒，而后者却不能。

(4)TMV病毒、HRV病毒是两种不同的烟草花叶病毒。TMV病毒感染烟草后出现圆点状病斑；HRV病毒感染烟草后出现三角状病斑。

(5)将TMV病毒的RNA与HRV病毒的蛋白质外壳重组后感染烟草，出现圆点状病斑；将TMV病毒的蛋白质外壳与HRV病毒的RNA重组后感染烟草，出现三角状病斑。

师:这个实验可以说明什么？

生:直接说明了RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质；间接说明了在没有DNA，只有RNA的情况下，RNA是遗传物质。

课堂小结

(1)格里菲思发现转化的性状可以遗传，但不知道什么是遗传物质。

(2)艾弗里发现DNA是遗传物质，但提取物不够纯净，实验不够严密，不能确信DNA是遗传物质。

(3)噬菌体实验巧妙而精确，使人确信DNA是遗传物质。

(4)大多数生物(具有细胞结构的生物)同时具有两种核酸，则DNA是遗传物质；对于少数生物(病毒)，只有一种核酸，则遗传物质视该种核酸的种类而定。

(5)绝大多数的生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA。

(6)因此，DNA是主要的遗传物质。

2．噬菌体侵染细菌的实验 (1)过程 (2)结论

1．神秘的病毒——非典型性肺炎病毒(SARS)

美国疾病控制和预防中心的专家在2003年3月份利用“非典”患者的组织样本，借助电子显微镜分离并判定“非典”病原体可能是新型冠状病毒。几乎同时，包括中国、新加坡、加拿大、德国在内的几个实验室也都确认了这种病毒的存在。

2003年4月12日凌晨，加拿大某癌症研究院属下的麦克尔·史密斯基因科学中心率先公布了全球首份“非典”病毒基因图谱。该中心说，他们发现的基因组是一种“全新”冠状病毒，与任何已知人类或动物病毒无关。

在北京，军事医学科学院微生物流行病研究所与中国科学院北京基因组研究所合作，也于同年4月15日晚成功完成了对冠状病毒的全基因组序列测定，结果与加拿大、美国报告的基因组序列基本一致。

据微生物学专家分析，完成病毒的基因图谱后，便能找到其蛋白图谱，从而破解病毒的表面蛋白，研制出能够治这种病的疫苗。

同年4月14日，总部设在德国汉堡的生物技术公司阿图斯公司宣布，他们已经成功研制出了一种快速检测“非典”的方法。他们用PCR(聚合酶链式反应)诊断测试技术，两小时之内就可以确定病人是否已经受到感染，而传统的测试方法一般要在患者感染10天到20天后才可以确诊。

在传统检测技术方面，中国军事医学科学院微生物流行病研究所通过间接免疫荧光法，利用分离到的新型冠状病毒病原体对病人血清进行快速抗体检测。临床实验结果显示，检测准确率达95%以上，且可以在两小时之内即可得出检测结果。

2．病毒的可利用价值

病毒对动物、植物、微生物等的危害是众所周知的，然而病毒也有其利用价值。

第一，在病毒发现之前，早在十八世纪人们就利用病毒感染引起的植物叶和花的变色，创造新的花卉品种，如荷兰的郁金香杂色花变种、日本的卫矛叶变色品种、印度的杂色锦麻和中国的“绿菊”。

第二，用噬菌体防治动物的痢疾杆菌、耐药性的绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌感染，取得优于药物的治疗效果。我国著名医学微生物学家余贺曾在1958年利用噬菌体成功地防治了绿脓杆菌对烧伤病人的感染，成为我国微生物学界的一段佳话。

第三，抗霜冻噬菌体能够保护植物免受霜冻的危害。

第四，藻类病毒可清除藻对水面的污染，试验证明污染水源的藻类，施用LPP1病毒后7天，藻类就被全部裂解，使水质变清。

第五，昆虫病毒已经成功地用于防治害虫。我国曾研究用鼠痘病毒灭鼠，试验感染的死亡率达100%。

第六，用于植物病害的防治。近年来报道了用真菌病毒双链RNA防治板栗疫病；我国病毒学家田波等成功地用卫星RNA防治黄瓜花叶病毒引起的病害。

第七，分子生物学和基因工程中使用的工具酶和基因工程载体来源于病毒。禽肿瘤病毒的反转录酶、噬菌体T4产生的T4 DNA聚合酶、T4 RNA连接酶、T4 DNA连接酶和T4多核苷酸激酶等是基因工程进行遗传操作的重要工具酶。

3．噬菌体侵染细菌的实验

噬菌体是寄生在细菌细胞中的病毒。一个典型的噬菌体的生活周期，可以分为三个阶段：感染阶段、增殖阶段和成熟阶段。有关的主要内容在课本上已经介绍过了，这里再稍加细述如下。

感染阶段 噬菌体侵染寄主细胞的第一步是“吸附”(图1)，即噬菌体的尾部附着在细菌的细胞壁上，然后进行“侵入”。先通过溶菌酶的作用在细菌的细胞壁上打开一个缺口，尾鞘像肌动球蛋白的作用一样收缩，露出尾轴，伸入细胞壁内，如同注射器的注射动作，噬菌体只把头部的DNA注入细菌体内，其蛋白质外壳留在壁外，不参与增殖过程。

增殖阶段 噬菌体DNA进入细菌细胞后，会引起一系列的变化(图2)：细菌的DNA合成停止，酶的合成也受到阻抑，噬菌体逐渐控制了细胞的代谢。噬菌体巧妙地利用寄主(细菌)细胞的“机器”，大量地复制子代噬菌体的DNA和蛋白质，并形成完整的噬菌体颗粒。噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构，由本身的核酸物质操纵的。据观察，当噬菌体侵入细菌细胞后，细菌的细胞质里很快便充满了DNA细丝，十分钟左右开始出现完整的多角形头部结构。噬菌体成熟时，这些DNA高分子聚缩成多角体，头部蛋白质通过排列和结

晶过程，把多角形DNA聚缩体包围，然后头部和尾部相互吻合，组装成一个完整的子代噬菌体。

成熟阶段 噬菌体成熟后，在潜伏后期，溶解寄主细胞壁的溶菌酶逐渐增加，促使细胞裂解，从而释放出子代噬菌体(图3)。在光学显微镜下观察培养的感染细胞，可以直接看到细胞的裂解现象。T2噬菌体在37 ℃下大约只需四十分钟就可以产生100～300个子代噬菌体。子代噬菌体释放出来后，又去侵染邻近的细菌细胞，产生子二代噬菌体。

噬菌体侵染细菌的示意图

怎样知道噬菌体注入细菌内部的物质只是DNA呢？这主要是通过同位素的标记实验知道的。1952年赫尔希(Hershey)和沙斯(Chase)把宿主细菌分别培养在含有35S和32P的培养基中，宿主细菌在生长过程中，就分别被35S和32P所标记。然后，赫尔希(Hershey)等人用T2噬菌体分别去侵染被35S和32P标记的细菌。噬菌体在细菌细胞内增殖，裂解后释放出很多子代噬菌体，在这些子代噬菌体中，前者被35S所标记，后者被32P所标记。

同位素标记实验的第二步，是用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌，然后测定宿主细胞的同位素标记：当用35S标记的噬菌体侵染细菌时，测定结果显示，宿主细胞内很少有同位素标记，而大多数35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面；当用

32

P标记的噬菌体感染细菌时，测定结果显示宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性

32

同位素P，而大多数放射性同位素

32

P在宿主细胞内。以上实验表明，噬菌体在侵染细菌

时，进入细菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质在细菌的外面。可见，在噬菌体的生活史

中，只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。因此，DNA是遗传物质。

4．遗传物质必须具备的条件

染色体与遗传的关系十分密切，因此人们就来研究染色体的化学成分，看看染色体中的什么成分是遗传物质。化学分析的结果表明，真核生物染色体的主要成分是核酸和蛋白质，其大致比例如下：

那么，遗传物质究竟是蛋白质还是核酸呢？ 作为遗传物质至少要具备以下四个条件：

(1)在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制自己；(2)能够指导蛋白质合成从而控制生物的性状和新陈代谢；(3)具有储存巨大数量遗传信息的潜在能力；(4)结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。组成蛋白质的主要的氨基酸约有20种。由于氨基酸的种类和数量不同，排列顺序不同，可以组成无数种蛋白质，这一点符合上述的第三个条件。蛋白质(特别是酶)能够控制生物的性状和代谢，这一点符合第二个条件。但是蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的，分子结构也不稳定，它也不能遗传给后代，所以蛋白质不可能是遗传物质。科学研究已经充分证明，核酸具备上述四个条件，所以核酸才是生物体的遗传物质。核酸又分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。绝大多数生物体的遗传物质是DNA，有些病毒的遗传物质是RNA。

第三课时 提取DNA

导入新课

师:DNA并不神秘，我们可以从一些生物材料中把它提取出来。 师:我们可以从哺乳动物成熟的红细胞中提取DNA吗？

生:不可以，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核，而DNA主要是存在于细胞核里的。

师:我们可以根据什么原理，用哪些方法可以将细胞中的DNA提取出来呢？

推进新课

板 书：

探究题目：DNA的粗提取 实验原理

(1) DNA在NaCl溶液中的溶解度，是随着NaCl的浓度的变化而改变的。当NaCl的物质的量浓度为0.14 mol/L时，DNA的溶解度最低。利用这一原理，可以使溶解在NaCl溶液中的DNA析出。

(2)DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些物质则可以溶于酒精溶液。利用这一原理，可以进一步提取出含杂质较少的DNA。

实验用具

鸡血细胞液(5～10 mL)；体积分数为95%的冷酒精，蒸馏水，质量浓度为0.1 g/mL的柠檬酸钠溶液，物质的量浓度分别为2 mol/L和0.015 mol/L的NaCl溶液，二苯胺试剂；烧杯(100 mL,1个， 50 mL、500 mL，各2个)，漏斗，试管(20 mL,2个)，玻璃棒，滴管，量筒(100 mL,1个)，纱布，镊子，滤纸，铁架台，铁环，三角架，酒精灯，石棉网，载玻片，试管夹。

课前准备

制备鸡血细胞液，方法是：将质量浓度为0.1g/mL的柠檬酸钠溶液100mL，置于500 mL烧杯中，注入新鲜的鸡血(约180 mL)，用玻璃棒搅拌，使其充分混合，以免凝血。静置于冰箱内一天，使血细胞自行沉淀。也可以用离心机离心2 min(转速1000转/分)。用吸管吸去上清液。

实验步骤

(1)提取细胞核物质：顺时针方向搅拌，搅拌速度稍快，稍重，时间为5 min。 (2)溶解DNA。

(3)析出含DNA的黏稠物：蒸馏水300 mL，逆时针方向搅拌，搅拌速度缓慢。 (4)用玻璃棒将丝状物挑起，获得含有一定杂质的DNA。

板 书：

实验过程

(1)教师:指导学生阅读文本实验步骤2、3、4、5；要求学生要严格按照实验指导的方法步骤去操作。

(2)教师:巡视，指导，让学生思考每一操作步骤要达到什么目的。 实验分析

师:在进行步骤(1)时，需要搅拌5分钟。那么，为什么要加蒸馏水？ 生:让细胞内溶液的浓度大于周围溶液的浓度，细胞会吸水以至胀破。 师:为什么要用力搅拌？

生:可以加速血细胞和细胞核的破裂。

师:那么，要得到DNA，下一步该如何操作呢？

生:下一步骤是通过过滤，将细胞膜和核膜等物质滤去，得到含DNA的滤液。 师:步骤(4)是这个实验成败的关键，该如何加蒸馏水？使用玻璃棒该注意什么？为什么？

生:加蒸馏水应该沿着烧杯内壁缓慢加入；玻璃棒应该沿着一个方向轻轻地搅拌，千万不能太快太猛；目的是防止打碎DNA。

师:观察你滤取出来的黏稠物是什么颜色？ 生:浅黄色。

师:有的同学提取的黏稠物较少，原因是什么？

生:可能是在溶解DNA时不充分；也可能是析出黏稠物时搅拌得快了；还可能是步骤(4)中，没有等到黏稠物不再增加时停止搅拌，而是过早或过晚停止搅拌了。

师:(1)实验中两次都需要加入蒸馏水，两次加入蒸馏水的作用相同吗？ (2)如果要进一步纯化上述含有杂质的DNA，应该怎么做？

生甲:两次加入蒸馏水的作用不相同。第一次加入蒸馏水目的是为了使血细胞胀破；第二次加入蒸馏水目的是稀释NaCl溶液直至浓度为0.14 mol/L，以析出DNA。

生乙:因为DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些物质则可以溶于酒精溶液。利用这一原理，可以进一步提取出含杂质较少的DNA。

(本探究建议在课堂中完成。)

板 书：

探究题目：提取出含杂质较少的DNA，并鉴定DNA。

设计实验

(1)接着上面实验步骤进行。

(2)再用2 mol/L的NaCl溶液溶解黏稠物：顺时针方向搅拌，较慢，时间为3 min。 (3)过滤上述溶液：取滤液。

(4)在上述滤液中加入体积分数为95%的冰酒精；并用玻璃棒沿逆时针方向搅拌，速度稍慢，时间为5 min，析出含杂质较少的DNA。

(5)DNA的鉴定：取两支试管，各加入物质的量为0.015 mol/L的NaCl溶液，将丝状物放在其中一支试管，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解，向两支试管中各加入4 mL的二苯胺，沸水浴5 min。

实验步骤 ?? 实验交流

师:为何将黏稠物再溶解时一定要充分搅拌？ 生:以免有DNA损失。

师:加入冷酒精时动作要慢。当玻璃棒上出现丝状物缠绕时，继续慢慢搅拌。至不再增加时，取出吸干上面的水分。仔细观察丝状物呈什么颜色？

生:黄色。

师:这些丝状物要用二苯胺鉴定。使用二苯胺时要注意不要接触到药液。进行沸水浴时，在实验室较为通风的地方集体进行。

师:现在大家从水浴锅中拿出试管，比较两支试管中溶液的颜色有什么不同？ 生:有丝状物的试管变成蓝色，另一试管还是原来颜色。 师:这一鉴定结果说明什么问题？ 生:提取出的丝状物中有DNA。

师:那么你看到的丝状物的粗细是不是DNA分子的直径呢？

生:不是。DNA分子直径只有2 nm。丝状物是多个DNA分子聚在一起形成的。

课堂小结

本节课结束了，下面请同学们将实验用具，按原样摆放整齐，实验桌要保持清洁。课下将实验报告册填好。

一、DNA粗提取 1．实验原理 2．实验步骤

(1)提取鸡血细胞的细胞核物质 (2)溶解细胞核内的DNA (3)析出含DNA的黏稠物 二、鉴定DNA

过滤→再溶解→过滤→提取含杂质少的DNA→DNA的鉴定。

1．解析：这两组数据能说明染色体是DNA的主要载体，染色体主要由DNA和蛋白质组成。

答案：B

2．解析：DNA中含有磷元素，氨基酸中含硫元素无磷元素，噬菌体侵染细菌后利用细菌的氨基酸和核苷酸装配成大量的子病毒。所以可在噬菌体内发现磷元素。

答案：B

3．解析：为了使DNA从细胞核中释放出来，实验中采用了向鸡血细胞液中加入蒸馏水并且搅拌的方法。蒸馏水对于鸡血细胞来说，是一种低渗液体，水分可以大量进入血细胞内，使血细胞破裂。在浓度较高的氯化钠溶液(物质的量浓度为2 mol/L )中，核蛋白容易解聚，游离出DNA。第二次加入蒸馏水目的是稀释NaCl溶液直至浓度为0.14 mol/L以析出DNA。

答案：(1)稀释鸡血细胞溶液 溶解DNA (2)0.14 mol/L

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lbxg.html