DNA是主要的遗传物质教案教学设计

第4章

遗传的分子基础 第1节

探索遗传物质的过程

●教材分析

《探索遗传物质的过程》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。

《探索遗传物质的过程》这一小节在第4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

噬菌体侵染实验的Flash动画。

●课时安排

3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。

(1)将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡。S型细菌的菌体和菌落图(2)将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。R型细菌的菌体和菌落图(3)将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡。(4)将无毒性的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。

图3－1－1

肺炎双球菌转化实验

学生阅读教材P59-60，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）

R型菌(1)R型菌的培养基R型菌(2)R型菌的培养基S型菌的DNA+DNA酶加入R型菌(3)R型菌的培养基加入S型菌的蛋白质或S型菌的荚膜多糖只长R型菌加入S型菌的DNAR型菌S型菌只长R型菌

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）

头部DNA蛋白质尾部

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P62，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。

［课堂小结］

（一）肺炎双球菌的转化实验——证明DNA是遗传物质

1 2 3 4 实验材料

粗糙型（R）肺炎双球菌

光滑型（S）肺炎双球菌

灭活（S）型肺炎双球菌

灭活（S）型肺炎双球菌+粗糙型（R）肺炎双球菌

粗糙型（R）肺炎双球5 菌+分别加入S型肺炎双球菌分离成分

多糖或蛋白质

DNA＋DNA酶

DNA 分别感染老鼠

实验方法

感染老鼠

感染老鼠

感染老鼠

感染老鼠

现象

老鼠健康

老鼠死亡

老鼠健康

老鼠死亡

老鼠健康

老鼠健康

老鼠死亡

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］

P65

一、单项选择题，二、技能增进题。

［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。

TMV病毒体在水和苯酚中振荡RNA得到新的TMV病毒体分离出RNA搽到烟草上

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

第四章

遗传的分子基础

第1节

探索遗传物质的过程

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。

●教学反思

在教学过程设计中，根据学生已有的知识基础，依照学生的认知规律，在教师的主导下，灵活利用媒体有步骤、分层次地创设问题情境，引导学生探究、发现，得出结论，从而让学生初步学习到科学研究的方法，达到了掌握知识、培养能力的目的。通过噬菌体侵染细菌实验、肺炎双球菌转化实验和烟草花叶病毒重建实验，得出DNA是主要遗传物质这一结论，并在实验过程中，让学生了解确定实验设计思路、正确选择实验方法的重要性，让学生经历了一次科学探究活动。在较好地实现了设定的教学目标的基础上，培养了学生的探究精神和创造性思维。