《DNA是主要的遗传物质》教案

常州市第三中学     皋 磊

教学目标：

知识目标：1、分析“肺炎双球菌的转化实验”的过程和原理，得出相应的结论。

          2、分析“噬菌体侵染细菌的实验”的过程和原理，得出相应的结论。

          3、分析证明DNA是遗传物质的实验设计思路。

          4、概述人类对遗传物质的探索过程。

技能目标：尝试进行实验设计。

情感目标：认同科学技术的发展在探索遗传物质过程中的作用。

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：肺炎双球菌转化实验的原理和过程。

教学方法：问答法 讲授法  探究性教学

 

教学过程：

教师活动

学生活动

［引入］ 他们是谁？（明星照片） 他们又是谁？（科学家照片） 看来大家对这些伟大的科学家不太熟悉，这节课就让我们走近他们，了解他们的伟大发现。 这是同学们较为熟悉的遗传学之父孟德尔提出了“生物体的性状是由遗传因子决定的”。后来有人将“遗传因子”命名为“基因”。 摩尔根通过果蝇杂交实验，证实了：基因在染色体上。 随后的科学家们致力于探寻基因是什么的研究。这就是我们即将进入的第三章的学习，基因的本质（出示课题） 20世纪中叶，科学家研究发现染色体成分主要是由蛋白质和DNA组成的，那问题就来了，基因到底是什么呢？是DNA还是蛋白质呢？ 同学们异口同声说出了基因是DNA，这个知识是你们通过模仿学习获得的，而非领悟而来，如果我们穿越历史，回到20世纪初，根据当时所拥有的资料，你会作出怎样的推理。 莱文提出DNA是“四核苷酸”的假说，蛋白质由20种氨基酸组成 如果根据这些资料，哪个物质才有可能携带大量遗传信息呢？ 师：这仅仅是我们的推理，推理是否正确，我们还需要通过实验来验证。 师：进行实验之前，首先，我们得选择合适的材料。 生：细菌，病毒，依据：个体小，结构简单，繁殖快 师：科学家们也是这样思考的 ［重温科学家的历程］ 1928年，英国医生格里菲思，进行了肺炎双球菌的体内转化实验。他用到了两种细菌R型细菌和S型细菌，R型细菌菌体有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑；S型细菌菌体没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙。看实验过程：123 4.将R型活细菌与加热杀死后S型细菌混合后注射小鼠体内，会发生什么呢？ 格里菲思解剖了小鼠，并从尸体中分离出了有毒性的S型活细菌。那么这S菌是怎么来的？大家的想法很丰富，一是起死回生，二是发生转化 死S菌复活，R菌转化来的？俗话说得好，菌死不能复生。看来只有R菌转化一条路了。 格里菲思当时得出了推论：已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”，转折：如果你是与格一起研究的同事，你接下来会选择的研究方向是什么？ 生：转化因子是什么？    请你设计实验来找到使R菌转化成S菌的物质 学生活动一：如果你来设计实验，找寻“转化因子”，你会怎么做呢？ 我们知道S型细菌是原核细胞，有很多成分，比如说多糖、蛋白质、DNA、RNA等等。分别与R型活细菌混合后注射小鼠体内，会发生什么。 师：我想格里菲思如果有机会的话，他一定会沿着这一方向继续研究下去，遗憾的是，二次世界大战中一个炸弹在他的实验楼爆炸了，所以科学家失去了生命！ 所幸1944年，科学家艾弗里帮助大家完成了我们的设想，由于他具有熟练的物质提取和分离等技术以及细菌培养技术，将S型活细菌的几种成分分离提纯出来，分别与R型细菌混合培养，结果图示。直接进行体外培养，通过观察菌落表面是否光滑来判断是否有S型菌的转化，挽救了很多小老鼠的性命。他除了运用了加法原则与减法原则（反证法） 他又增加了一组：DNA和DNA水解酶与S型细菌混合培养，结果只有R型细菌了。 因此，艾弗里德实验结论是：转化因子是DNA，DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 但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，因此仍有人对此结论表示怀疑。更关键的是莱文的四核苷酸假说，限制了人们的想象。使得艾弗里未得到应有的认可，遗传物质的发现继续进行。 ［推进］ 研究如何继续呢？解决这个问题的途径是什么？同学们说说看 有同学说不断改进物质分离提纯技术，事实上，无论提取技术如何先进，都很难获得100%纯度的DNA， 二是摆脱技术上的限制，另辟蹊径，科学家们又着眼于材料的选择，前面我们提到结构简单的另一种出现在科学家的视野中 简介：T2噬菌体 科学家是如何发现T2噬菌体，细菌悬浮液经过一夜震荡变得清晰，在破裂的细菌中发现了子代噬菌体，由此猜想能够进入细菌的物质必然是噬菌体的遗传物质。 噬菌体的什么成分进入细菌体内？ 噬菌体中只有DNA和蛋白质，营寄生生活， （出示模型）一种专门寄生在大肠杆菌内的病毒，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分。 科学家发现在破裂的细菌里发现了大量子代噬菌体 于是，科学家们猜想噬菌体中能够进入细菌的物质必然是繁殖子代噬菌体的遗传物质。问题就转变为什么物质进入了大肠杆菌中？ 那么，请同学们作出你们的假设，噬菌体进入细菌的物质是什么呢？有几种可能性。 一进去的是DNA，二蛋白质 三两者均进入 师：提出假设之后就需要通过实验来验证假设。 在实验之前，有几个问题首先需要解决？ 噬菌体和细菌十分微小很难观察，我们如何追踪DNA和蛋白质是否进入细菌呢？有什么方法可以追踪分子的运动路径。 1、用什么方法追踪DNA和蛋白质是否进入细菌呢？ 2、用什么同位素标记噬菌体呢？为什么呢？ 3、怎样能让噬菌体的蛋白质和DNA分别被同位素标记呢？（病毒肆虐的季节，如何保护自己） 4、如何检测放射性物质在细胞内还是细胞外？   5、如何让未侵染的噬菌体与大肠杆菌分离？ 问题是我们如何知道T2噬菌体的哪种成分进入大肠杆菌？通过什么方法探究呢？---学生容易想到同位素标记法。 转化矛盾：放射性物质在细胞内还是细胞外如何检查？（大肠杆菌在培养液中，无法直接检测，如果能把细菌和周围的培养液分分开，然后通过放射性检测就可以了，用什么办法可将细菌与培养液分开呢？离心。因为细菌的密度比周围的培养液及噬菌体、噬菌体的部分成分的密度都大。所以通过离心可将他们分开。然后检测是上侧还是下侧有放射性就可以了。需要补充的是噬菌体侵染大肠杆菌时如果有未侵入的部分会吸附在大肠杆菌表面，因此还要想办法让这部分与杆菌脱离，我们可以通过搅拌来实现。） ［展开］ 1952年，赫尔希和蔡斯两位科学家成立的“噬菌体小组”，就利用这个材料和同位素标记法，完成了更具说服力的实验。（还有一位研究成员沃森） 图示：T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验。同学们，请你仔细分析实验过程，回答问题 35S的放射性主要集中在上清液;32P的放射性主要在沉淀物中,这说明了什么？什么物质进入了大肠杆菌？ 蛋白质外壳仍留在了外面，DNA进入大肠杆菌中 细菌裂解放出噬菌体只检测到32P说明了什么？ 子代噬菌体各种性状是通过亲代DNA遗传的。 这个实验最后可以得出什么结论？DNA是遗传物质 同学们与科学家们一起思考，是不是痛并快乐着。 肺炎双球菌的遗传物质是DNA，噬菌体的遗传物质是DNA，可以补充我们的主题了 （DNA是遗传物质）DNA是所有课前图片生物的遗传物质吗？显然不是，例如：烟草花叶病毒 总结规律 请你修正这个结论，DNA是（   ）的遗传物质，（  ）里加怎样一个定语才比较恰当。 出示主题：这就是我们今天这节课的课题了。 转折： ［总结］ 图片-文字 从1865年孟德尔提出遗传因子到1953年沃森和克里克彻底阐明DNA的分子结构历时近乎一个世纪。 最后请同学思考几个拓展性问题： S型细菌的DNA如何   转化的？ 噬菌体侵染细菌实验中，35S的放射性主要集中在上清液;为什么沉淀物中也有少量的放射性？32P的放射性主要在沉淀物中,为什么上清液中也有少量的放射性？ 回顾科学家实验思路：艾弗里与赫尔希等人的实验方法中，最关键的实验设计思路是什么？ 他们的实验中都采用什么技术手段？对你理解科学与技术之间的相互关系有什么启示？ 通过重温科学家的实验历程，看到了世人是如何揭示遗传物质是DNA的，从中我们也可看到科学技术、方法的运用对科学研究的推动作用。

（猜）：小鼠死了。 不是 不是 S型细菌可能与R型细菌发生了反应，产生了S型活细菌（或者死而复生，或者和老鼠体内产生了一些物质使细菌复活了） 学生活动一： 学生讨论交流，各自回答。 与前面的实验形成对照，进一步验证了DNA是转化因子，因为DNA酶将DNA水解了，就不再有S型活菌出来了。 T2噬菌体，结构成分简单 , 同位素标记法 卡尔文循环等（或者探明光合作用的氧气、或分泌蛋白的合成和运输过程） 32P标记DNA，35S标记蛋白质，因为这是她们特有的元素，便于观察标记的化合物 先在含有放射性同位素的培养基中培养细菌，然后再用上述细菌培养T2噬菌体 学生活动二： 讨论交流 蛋白质外壳仍留在外面，DNA进入到细菌的里面。 子代噬菌体各种性状是通过亲代DNA遗传的。 DNA是真正的遗传物质。 把蛋白质和DNA区分开，直接地、单独地观察DNA和蛋白质的作用。 物质提纯和鉴定技术、微生物培养、同位素标记等；科学成果的取得必须有技术手段保证，科学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。