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第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质 教案
★教学目标
【生命观念】阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。
【科学思维】
1.说明DNA是主要的遗传物质。
2.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。
【社会责任】认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。
★教学重点难点
【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.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。
★教学过程
【导入新课】
问题探讨：
20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物学界激烈的争论。
讨论：
1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
提示：遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定，等等。
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
将特定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现，等等。
【新课讲授】
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，科学家发现DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。由于对DNA分子的结构没有清晰了解，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
教师：阅读课本P43“肺炎双球菌的转化实验”，引导学生进行归纳总结。
1.格里菲思（F.Griffith，英国）的体内转化实验
（1）肺炎链球菌的两种类型
R型细菌：菌落表面粗糙，没有多糖类的荚膜，无致病性；
S型细菌：菌落表面光滑，有多糖类的荚膜，有致病性。
格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验
①注射R型活菌：小鼠不死亡；
②注射S型活菌：小鼠死亡，体内分离出S型活菌；
③注射加热致死的S型菌：小鼠不死亡；
④混合注射R型活菌与加热致死的S型菌：小鼠死亡，体内分离出S型活菌。
结论：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。
提问：这种转化因子究竟是什么物质呢？
学生：回答。
教师：20世纪40年代，美国科学家艾弗里在格里菲斯的实验基础上继续进行实验。通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战。
2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里和他的同事将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。
教师展示实验，引导学生分析实验：
①细胞提取物+R型活细菌：R型细菌+S型细菌；
②细胞提取物+蛋白酶：R型细菌+S型细菌；
③细胞提取物+RNA酶：R型细菌+S型细菌；
④细胞提取物+酯酶：R型细菌+S型细菌；
⑤细胞提取物+DNA酶：只长R型细菌；
结论：DNA是转化因子，是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。蛋白质、RNA、脂质等不是转化因子。
【科学方法】自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”：在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验。与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如艾弗里的肺炎链球菌转化实验。
继续提问：艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质。因此，仍有人对实验结论表示怀疑。有没有比细菌更简单的实验材料？
三、噬菌体侵染细菌的实验
1952年，美国遗传学家赫尔希（A.D.Hershey）和蔡斯（M.C.Chase）以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术进行实验。
教师：展示噬菌体侵染大肠杆菌过程的图解及动画，引导学生归纳概括噬菌体的特点、噬菌体和大肠杆菌的关系以及噬菌体侵入大肠杆菌的过程。
1.噬菌体侵染大肠杆菌的过程
吸附 注入 生物合成 组装 释放
2.噬菌体侵染细菌的实验
（1）实验方法：放射性同位素标记法（同位素示踪法）
蛋白质：C、H、O、N、35S；DNA：C、H、O、N、32P。利用放射性同位素分别标记DNA和蛋白质，直接单独地去观察它们的作用。
（2）标记噬菌体：
用含放射性同位素35S（32P）的培养基培养大肠杆菌 含35S（32P）的大肠杆菌 用含35S（32P）的大肠杆菌培养噬菌体 含35S（32P）标记的T2噬菌体
（3）实验过程：
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，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
结果分析：噬菌体侵染细菌时，DNA进入到了宿主细胞内，蛋白质外壳仍留在细胞外。子代噬菌体的性状是通过亲代的DNA遗传的。
结论：DNA是噬菌体的遗传物质。
【思考·讨论】
1.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？
细菌或病毒作为实验材料具有以下优点：（1）个体很小，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。（2）繁殖快，细菌20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
2.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？
从控制自变量的角度，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）。
3.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：噬菌体的培养技术、同位素标记技术以及物质的提取和分离技术等。
启示：科学成果的取得必须有技术手段做保证，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。
【思考】只有DNA是遗传物质吗？有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，它们的遗传物质是什么呢？
PPT展示：
烟草花叶病毒感染和重建实验
烟草花叶病毒感染和重建实验 证明：烟草花叶病毒（TMV）的遗传物质是RNA。
四、DNA是主要的遗传物质
绝大多数生物的遗传物质是DNA。少数RNA病毒只含RNA而不含DNA，在这些病毒中，RNA是遗传物质。 DNA是主要的遗传物质。
【思考】
1.动物和人体的遗传物质是什么？
2.烟草的遗传物质是什么？
3.细菌的遗传物质是什么？
4.病毒的遗传物质是什么？
【课堂作业】
1.注射后能使小白鼠因患败血症而死亡的是（ ）
A.R型肺炎双球菌
B.加热杀死后的R型肺炎双球菌
C.加热杀死后的S型肺炎双球菌
D.加热杀死后的S型肺炎双球菌与R型细菌混合
2.格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌的转化实验，证实了（ ）
①DNA是遗传物质 ②RNA是遗传物质 ③DNA是主要的遗传物质
④蛋白质不是遗传物质 ⑤糖类不是遗传物质 ⑥DNA能产生可遗传的变异
A.①④⑤⑥ B.②④⑤⑥ C.②③⑤⑥ D.③④⑤⑥
3.噬菌体在细菌体中合成自己的蛋白质需要( )
A.噬菌体的DNA和氨基酸 B.噬菌体的DNA和细菌的氨基酸
C.细菌的DNA和氨基酸 D.细菌的DNA和噬菌体的氨基酸
4.赫尔希和蔡斯用32P标记的T2噬菌体与无32P标记的大肠杆菌混合培养，一段时间后经搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。下列叙述不正确的是（　 ）
A.搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体蛋白质外壳与大肠杆菌分离
B.32P主要集中在沉淀物中，上清液中也能检测到少量的放射性
C.如果离心前混合时间过长，会导致上清液中放射性较高
D.噬菌体吸收和利用培养基中含有32P的核苷酸从而被标记
5.关于艾弗里的肺炎链球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验的叙述，正确的是（ ）
A.实验都运用了同位素示踪技术
B.实验都证明了DNA是主要遗传物质
C.艾弗里的实验设置了对照，赫尔希与蔡斯的实验没有对照
D.实验思路都是设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应
6.下列关于“DNA是主要遗传物质”叙述或理解最准确的是（　 ）
A.多数生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA
B.大肠杆菌的遗传物质主要是DNA
C.HIV病毒的遗传物质主要是RNA
D.人的遗传物质主要是DNA
参考答案：DABDDA

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