谈高中生物的“微生物实验”_高校之窗|中国高校之窗 
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谈高中生物的“微生物实验”

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生物学是一门以实验为基础的学科。在高中生物必修2(遗传与进化)教材中,介绍DNA是遗传物质的实验,有肺炎双球菌转化实验和T2噬菌体侵染细菌实验,其中肺炎双球菌转化实验方法是提纯分离法,而T2噬菌体侵染细菌实验是采用同位素标记法。

在肺炎双球菌转化实验中,科学家从S型细菌中提取各种物质成分,单独的培养活的R型细菌,结果发现只有加入DNA的培养基中有S型细菌生长,且DNA的纯度越高,S型细菌的数量越多。为了进一步证明DNA是转化物质,然后用DNA水解酶对DNA进行处理,结果发现培养基中没有S型细菌的生长,这实验说明了DNA是遗传物质,而其它物质不是遗传物质。

许多学生不理解,既然肺炎双球菌转化实验能证明DNA是遗传物质,为什么还要做T2噬菌体侵染细菌实验呢?同位素标记能达到什么目的?为什么会出现不同的标记产生不同的分布情况?根据学生反应出来的情况,主要存在以下几个方面的问题:

1、两个实验的设计思路不清楚。

2、不知道为什么要标记?达到什么目的?

3、为什么要离心处理?什么时候处理最佳?

4、放射性物质的分布情况能说明什么问题?

一、实验设计思路剖析。

两个实验的设计思路都是设法将DNA与蛋白质区分开,直接地、单独地去观察DNA和蛋白质的作用,但肺炎双球菌转化实验采用的是提纯分离法,提取的物质纯度达不到100%,易于产生是各种物质互作的误解,可信度不高;而T2噬菌体侵染细菌实验是采用同位素标记法,根据生物自身的需要,各种物质单独地发挥作用,通过对放射性同位素的追踪来分析问题,得出结论。

二、标记T2噬菌体的解释。

T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌中的病毒,不能独立进行新陈代谢,如何将具有放射性的32P和35S标记上去呢?1952年赫尔希(A.D.Hershey,1908c)和蔡斯(M.Chase)为了便于分析比较,根据T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程,先用32P和35S分别培养大肠杆菌,再用T2噬菌体侵染被32P和35S标记的大肠杆菌,即可获得标记的T2噬菌体。最后,再用标记的T2噬菌体侵染末被标记的大肠杆菌,追踪子代T2噬菌体的放射性情况。

三、离心处理的原理。

离心处理是观察放射性元素分布的关键。若培养时间过短,T2噬菌体没有充分侵染到大肠杆菌中,离心后试管中的上清液会残留有大量的放射性32P;若培养时间过长,T2噬菌体大量被释放出来,离心后上清液也会产生同样的结果,不能得出DNA是遗传物质的结论。因此,根据T2噬菌体侵染大肠杆菌的特点,在病毒处于合成或组装的阶段进行离心处理最好。

四、放射性元素的分布原因分析。

病毒和细菌相比,细菌要比病毒重。当病毒侵染细菌到一定时间进行离心处理,处于下沉的应该是细菌或被病毒侵染的细菌,处于上清液的应是培养液或培养液与病毒的混合物。

从实验结果发现,35S只分布在上清液,下沉物只检测到32P,这说明只有DNA分子进入到大肠杆菌的内部,而T2噬菌体的蛋白质外壳则残留在细菌外,通过对释放的子代噬菌体进行检测,只发现有32P,没有检测到35S,体现DNA在生物性状传递过程中具有连续性,是生物体的遗传物质;而蛋白质外壳没有进入细菌内,对病毒的遗传是否起控制遗传的作用,没有充分理由证明。因此,不能说明蛋白质不是遗传物质。

通过以上解释和剖析,教学效果明显提高。

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