1、第五章遺傳和變異DNA是主要的遺傳物質(zhì)         DNA是主要的遺傳物質(zhì)教學(xué)目標(biāo)1使學(xué)生了解噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，以及從該實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論。2通過介紹分子遺傳學(xué)的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)這一科學(xué)結(jié)論的形成過程，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。3通過分析噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。重點(diǎn)、難點(diǎn)分析噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)是證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)表示的侵染過程既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。對(duì)這一實(shí)驗(yàn)的分析過程，既有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，又有助于幫助學(xué)生理解從這個(gè)

2、實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，有助于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，因此是這一課題的重點(diǎn)。但由于課文中是將一組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果合并在一起介紹的，并沒有側(cè)重于介紹實(shí)驗(yàn)過程、原理以及科學(xué)結(jié)論是如何得出的詳細(xì)過程，因此很容易造成學(xué)生知其然不知其所以然，而成為學(xué)生掌握有關(guān)知識(shí)和對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)的難點(diǎn)。為要突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，在教學(xué)過程中要盡量結(jié)合科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)研究的過程講授知識(shí)，使枯燥無味的知識(shí)變得形象生動(dòng)起來。另一方面，科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)研究的過程本身就包含著由表及里、由淺入深的分析過程，對(duì)學(xué)生理解和掌握知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力也是非常有益的。教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、本課參考課時(shí)為一課時(shí)。二、教學(xué)思路：1首先，由教

3、師采用設(shè)問、自答的方式，介紹人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探究歷史。人類對(duì)遺傳現(xiàn)象、遺傳規(guī)律的探究一直沒有停止，并且還在不斷深入。當(dāng)初摩爾根雖然證明了染色體是基因的載體，但染色體究竟是由什么物質(zhì)組成的？基因的化學(xué)構(gòu)成是什么？基因?yàn)楹文軅鬟f遺傳信息？這些問題仍然有待進(jìn)一步去解決。雖然當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)核酸是組成細(xì)胞核的主要成分，而且也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)核酸中有四種不同的堿基，但是人們卻誤認(rèn)為核酸是由四種核苷酸組成的單調(diào)均勻的大分子，因此，許多生物學(xué)家不相信核酸會(huì)是千變?nèi)f化的基因的載體，他們認(rèn)為蛋白質(zhì)才可能是遺傳物質(zhì)。為什么蛋白質(zhì)會(huì)被認(rèn)為是遺傳物質(zhì)呢？這是因?yàn)?0世紀(jì)以來，人們發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)的種類越來越多，功能也越來越廣泛，一切

4、生命活動(dòng)，包括遺傳特性的表現(xiàn)都離不開蛋白質(zhì)。如我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)過的起催化作用的酶、起免疫作用的球蛋白，以及一些對(duì)生命活動(dòng)起調(diào)節(jié)作用的激素。據(jù)估計(jì)，人體中的蛋白質(zhì)不少于十萬種。因此，許多生物學(xué)家都認(rèn)為，只有蛋白質(zhì)才有可能是復(fù)雜基因的載體。在核酸和蛋白質(zhì)中究竟誰是基因的載體呢？我們首先要從理論上推斷一下作為遺傳物質(zhì)必須具備哪些特點(diǎn)，如果我們能夠用實(shí)驗(yàn)來證明某種物質(zhì)具備這些特點(diǎn)，我們就能確定到底哪種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)。2用“遺傳物質(zhì)必須具備哪些基本特點(diǎn)才能使生物的遺傳現(xiàn)象成為可能？”的問題將教學(xué)轉(zhuǎn)入下一階段：（l）“我國民間有句俗話說：龍生龍，鳳生鳳，老鼠生兒會(huì)打洞。這句俗話說的就是生物的遺傳現(xiàn)象。我們研

5、究生物的遺傳現(xiàn)象是從性狀入手去進(jìn)行研究的。”從這個(gè)現(xiàn)象可以推出結(jié)論：“生物的性狀在前后代表現(xiàn)出連續(xù)性。它的遺傳物質(zhì)必定能夠進(jìn)行自我復(fù)制”。這個(gè)推斷學(xué)生可能只能說出：“遺傳物質(zhì)能夠復(fù)制，保證生物的連續(xù)性”，不會(huì)一下子說完全。教師要把握住“復(fù)制”和“連續(xù)性”這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。這里的“復(fù)制”是“自我復(fù)制”，不是被動(dòng)地、接受外來指令進(jìn)行的復(fù)制。而是在生物體內(nèi)、自發(fā)地對(duì)這種物質(zhì)進(jìn)行翻版或拷貝。這里的“連續(xù)性”學(xué)生可能不會(huì)很好地區(qū)分是“生命的連續(xù)性”還是“性狀的連續(xù)性”。教師要通過不斷地追問使學(xué)生明確：“自我”和“性狀”這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。（2）對(duì)于遺傳物質(zhì)應(yīng)該“能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制新陳代謝過程和性狀”的

6、這個(gè)特點(diǎn)，學(xué)生不會(huì)自發(fā)地推論出來。教師可以通過“性狀主要是通過什么物質(zhì)表現(xiàn)出來的？”也可以通過復(fù)習(xí)前面講過的如“蛋白質(zhì)對(duì)某種性狀（血型、酶、激素等）的控制作用”以及“蛋白質(zhì)是一切生命活動(dòng)的體現(xiàn)者”這一結(jié)論，使學(xué)生意識(shí)到：“性狀主要是通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來的”。這時(shí)結(jié)合上面的推論：“遺傳物質(zhì)應(yīng)能保證生物性狀的連續(xù)性”，而“性狀主要是通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來的”，教師可以提問：“那么，遺傳物質(zhì)是否會(huì)與蛋白質(zhì)有關(guān)呢？”答案當(dāng)然是肯定的。“遺傳物質(zhì)可能就是蛋白質(zhì)，或者能夠控制蛋白質(zhì)的合成，并通過控制蛋白質(zhì)的合成來影響生物的性狀。”這一結(jié)論的得出就不難被學(xué)生接受了。（3）從“某種物質(zhì)作為遺傳物質(zhì)它的結(jié)構(gòu)可能是相對(duì)

7、穩(wěn)定，不易變化，還是相對(duì)不穩(wěn)定，極易變化的呢？”這一提問可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行思考和推論，學(xué)生可能會(huì)想到：“遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可能應(yīng)該是穩(wěn)定的、不變的。”對(duì)這個(gè)過于絕對(duì)的推斷教師可以再提問：“如果遺傳物質(zhì)穩(wěn)定到了絕對(duì)木變的程度，那么生物就應(yīng)該是絕對(duì)不變的。你認(rèn)為這個(gè)推論與實(shí)際情況相符合嗎？”在這時(shí)學(xué)生自然會(huì)意識(shí)到：“遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)在基本穩(wěn)定的前提下，也應(yīng)該而且可能發(fā)生少量的變化。”這時(shí)教師要再予以補(bǔ)充：“這些遺傳物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上的少量變化，還應(yīng)該是可遺傳的。”至此，教師可進(jìn)行關(guān)于遺傳物質(zhì)特點(diǎn)的小結(jié)并做板書，寫出遺傳物質(zhì)的四個(gè)特點(diǎn)。3在推斷了遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)之后，即可轉(zhuǎn)入對(duì)噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)

8、的介紹：（1）“我們已經(jīng)推斷出遺傳物質(zhì)所應(yīng)具有的特點(diǎn)，下面的問題就是如何用實(shí)驗(yàn)證明在蛋白質(zhì)和核酸中誰具有這些特點(diǎn)？誰具有這些特點(diǎn)誰就是遺傳物質(zhì)。這個(gè)謎是由物理學(xué)家、化學(xué)家、生物學(xué)家?guī)孜豢茖W(xué)家共同工作，最終找到了答案。”（2）“這幾位科學(xué)家是從丹麥?zhǔn)锥几绫竟鶃淼奈锢韺W(xué)家德爾布呂克、從意大利來的生物學(xué)家盧里亞、美國生物學(xué)家赫爾希。他們?cè)诿绹⒘搜芯啃〗M，利用噬菌體與大腸桿菌研究基因復(fù)制的問題。”（3）對(duì)噬菌體、大腸桿菌進(jìn)行簡單介紹，順便復(fù)習(xí)原核生物和病毒的特點(diǎn)。（4）因?yàn)槭删w的構(gòu)成成分比較簡單，所以用它來做分析研究非常方便。“實(shí)驗(yàn)是由赫爾希和他的學(xué)生蔡斯在19511952年做的。他們分別用兩

9、種放射性同位素32P和35S對(duì)兩組噬菌體進(jìn)行了巧妙的標(biāo)記：一組用放射性同位素35S個(gè)標(biāo)記噬菌體內(nèi)部的DNA，另一組用放射性同位素”S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼。由于放射性物質(zhì)會(huì)不斷放出射線，可以檢測(cè)出來，這樣通過觀察放射性物質(zhì)的行蹤，就可以判斷放射性物質(zhì)在噬菌體侵染細(xì)菌過程中的行蹤，從而判斷DNA和蛋白質(zhì)在生物遺傳過程中的作用了。”（5）由教師介紹實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并進(jìn)行分析。“用放射性同位素35S標(biāo)記的噬菌體在侵染細(xì)菌并進(jìn)行增殖的過程中，出現(xiàn)了把蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌外面的現(xiàn)象。而用放射性同位素標(biāo)記的噬菌體則表現(xiàn)出了其內(nèi)部的DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的現(xiàn)象。正是這些DNA在細(xì)菌中增殖出許多噬菌體。新形成的噬菌體同

10、親代一樣有著同樣的DNA和蛋白質(zhì)外殼。釋放出來后又能去侵染其他的細(xì)菌。”把這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果綜合起來看，我們能夠得出什么結(jié)論呢？“首先，是噬菌體的DNA進(jìn)入了細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部，蛋白質(zhì)并沒有進(jìn)入其中。但是在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部卻產(chǎn)生出了新的既有DNA，又有蛋白質(zhì)的噬菌體。這種現(xiàn)象告訴我們什么呢？”顯然，新噬菌體的DNA是在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的，噬菌體的蛋白質(zhì)是在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)合成的。這個(gè)結(jié)論學(xué)生自然會(huì)形成。“只有噬菌體的DNA進(jìn)入了細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部，而噬菌體的蛋白質(zhì)并沒有進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部，這個(gè)事實(shí)說明了什么呢？”“這一事實(shí)說明：進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的噬菌體DNA，不僅攜帶了DNA自我復(fù)制的遺傳信息，而且也攜帶了指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的

11、遺傳信息，具有我們分析過的遺傳物質(zhì)所應(yīng)具有的四個(gè)特點(diǎn)中的兩個(gè)特點(diǎn)能夠自我復(fù)制和能夠控制蛋白質(zhì)的合成。由此可見，DNA是遺傳物質(zhì)。”德爾布呂克、盧里亞、赫爾希因發(fā)現(xiàn)噬菌體的復(fù)制機(jī)理和遺傳結(jié)構(gòu)共享1969年的諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。在此教師要將噬菌體侵染細(xì)菌的詳細(xì)過程擇要點(diǎn)板書，并小結(jié)兩點(diǎn)：“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)不僅有力地證明了DNA是遺傳物質(zhì)，而且還為當(dāng)代的科學(xué)工作者樹立了多學(xué)科合作的典范。”4以“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)？”“能否說明DNA是主要的遺傳物質(zhì)？”引導(dǎo)學(xué)生思考。因?yàn)閯倓偡治鐾晔删w侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)“能說明什么”很清楚。但對(duì)“不能說明什么”就不是很清

12、楚了。所以，教師要對(duì)“不能說明”的問題給予重點(diǎn)說明。學(xué)生通常會(huì)認(rèn)為：“能說明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)沒有參與到噬菌體的增殖過程中來。它被留在細(xì)菌細(xì)胞的外面了。”這時(shí)教師可以用“能說明噬菌體的蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，能不能說明其它生物體的蛋白質(zhì)也不是遺傳物質(zhì)？”這時(shí)學(xué)生才會(huì)意識(shí)到：“可以推論但不能直接說明”。教師此時(shí)可以告訴學(xué)生：“一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明什么，我們就說它說明了什么，或可以做出什么推論，要保持實(shí)事求是的態(tài)度。”“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明DNA是遺傳物質(zhì)。能不能說明它是主要的遺傳物質(zhì)？”學(xué)生這時(shí)會(huì)認(rèn)為不能說明。教師要接著啟發(fā)學(xué)生；“如何證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，要從DNA在哪些生物體內(nèi)

13、擔(dān)負(fù)遺傳物質(zhì)的使命來證明。”“現(xiàn)代生物學(xué)已經(jīng)用大量的實(shí)驗(yàn)證明：DNA存在于絕大多數(shù)生物的體內(nèi)，是這些生物的遺傳物質(zhì)，而且和RNA相比，在遺傳中起著決定的作用。因此，我們才能得出DNA是主要的遺傳物質(zhì)的結(jié)論”。接下來教師要用“生物體內(nèi)有沒有其它物質(zhì)做遺傳物質(zhì)呢？”的引導(dǎo)語，引起學(xué)生的注意。再把煙草花葉病毒侵染煙草的實(shí)驗(yàn)介紹給學(xué)生，以證明并非只有DNA是遺傳物質(zhì)，也有某些生物是以RNA作為自己的遺傳物質(zhì)的。此外，還應(yīng)明確煙草花葉病毒侵染煙草的實(shí)驗(yàn)可以證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。“在真核細(xì)胞中，DNA大量地集中在什么部位？”通過這一提問，使學(xué)生的思考轉(zhuǎn)向遺傳物質(zhì)的載體上來。學(xué)生會(huì)回答“DNA大量地集中在

14、細(xì)胞核內(nèi)的染色體上。”聯(lián)系第一章的內(nèi)容可以提醒學(xué)生：“除此之外，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)還有沒有DNA？”“在線粒體和葉綠體中也含有少量的DNA。”這樣就可以得出：“染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體”的結(jié)論了。三、本課題教學(xué)中應(yīng)注意的問題：1科學(xué)的結(jié)論來自于科學(xué)的實(shí)驗(yàn)，同樣也來自于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確說明。這也是教師在教學(xué)過程中要特別向?qū)W生說明的。2“遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)”是這一課題以及后面兩個(gè)課題的主線。本課題中雖然安排了由學(xué)生討論得出結(jié)論，以加深學(xué)生的印象。但教師在相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容處理時(shí)要注意與“遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)”相聯(lián)系，使學(xué)生得到關(guān)于遺傳物質(zhì)知識(shí)整體性的認(rèn)識(shí)。小資料DNA的其他載體質(zhì)體、線粒體：許多科學(xué)家利用不同的實(shí)驗(yàn)手段都證明了在質(zhì)體中有DNA。質(zhì)體DNA是裸露的，不和組蛋白結(jié)合成復(fù)合體，這一點(diǎn)和大腸桿菌DNA很相似。質(zhì)體DNA可以進(jìn)行自我復(fù)制，還可以控制蛋白質(zhì)的合成。質(zhì)體具有一整套合成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，它可以以DNA為模板轉(zhuǎn)錄自己的mRNA、tRNA、rRNA，而且還有自己合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所核糖體。質(zhì)體DNA在細(xì)胞分裂過程中的分配是隨機(jī)的，所以子細(xì)胞中的質(zhì)體DNA的分布是不平均的，這就會(huì)使子細(xì)胞中質(zhì)體基因控制的性狀產(chǎn)生差異。線粒體中也含有DNA，這些DNA也攜帶著遺傳信息