1、 探索遗传物质的过程 （教案） 鹿邑县第二高级中学 杨明灯 高中生物 优质课教案 第四章 遗传的分子基础 第一节 探索遗传物质的过程 （第一课时） 教学目标：1 分析肺炎球菌转化实验的过程原理和结论。 2 说出噬菌体的结构特点。 3 分析噬菌体侵染细菌实验的过程和结论 4 通过分析图文资料，尝试信息的处理。模仿科学家通过分析、比较、推理、 归纳去解决实际的问题。 教学重点：肺炎球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 教学难点：肺炎球菌转化实验的原理和过程。 教学方法：实验过程分析，小组讨论，教师引导启发，与学生观察探索相结合。 教学过程： 引课： 俗话说“种瓜得瓜，种豆得豆” “龙生龙
2、，凤生凤，老鼠生的儿子会打洞” 。这些俗话 说的就是生物的遗传现象，这些现象是怎样发生的？生物体内的哪种物质控制了这些遗传 现象哪?也就是说谁是生物体内的遗传物质哪？经过科学家们长期的大量实验探索，最终证 明 DNA 是生物的主要遗传物质。本节课就让我们沿着科学家们的探索足迹，去探索谁是 生物的遗传物质。 （板书本节的探索课题） 新课研学： 遗传和变异现象是通过生殖过程发生的，生物科学家们对自然界中有性生殖过程进行了 研究。请同学们思考一下，通过有性生殖过程产生一个多细胞的生物体要经过哪些生理过 程？ 生：减数分裂、受精作用和有丝分裂三个生理过程。 请同学们仔细分析一下这三个生理过程，看那些物
3、质或结构在生物体前后代之间具有一 定的连续性和稳定性。 生：染色体。 由此，生物学家们认为染色体与生物的遗传有着密切的关系。请思考，染色体的化学组 成主要是那些？ 生：染色体的主要成分是 DNA 和蛋白质。 这两种化合物究竟谁是生物体的遗传物质哪？对于这个问题，世界上的生物学家们开展 了大量的实验。最终证明，DNA 是生物的遗传物质。其中，证明 DNA 是遗传物质的最直 接、最有力的证据是肺炎球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验。下面我们重点来探究 这两个实验。 一 肺炎球菌的转化实验 1 请同学们思考一下， 作为遗传物质应至少具备哪些条件？请学生回答后，教师总结。 主要有四个条件：携带遗传信
4、息，能控制生物的遗传性状； 能产生可遗传的变异； 能自我复制，从而传递遗传性息； 分子结构具有相对的稳定性，从而维持自然界的相对稳定性。 2 1928 年格里菲思的肺炎球菌转化实验 课件展示，肺炎球菌的两种类型： （1）S 型细菌：菌落光滑、 菌体有夹膜 、有毒性 （2）R 型细菌：菌落粗糙、 菌体无夹膜、 无毒性 课件展示，格里菲思的肺炎球菌转化实验的过程和结果。 请同学们仔细观察格里菲思的肺炎球菌转化实验的过程，分析其实验结果，回答下列问 题。 课件展示所提出的问题，经过学生思考分组讨论后，请学生回答。 问题一，在第四组实验中的小鼠体内除了发现无毒性的 R 型活细菌外, 还发现了少量有 毒
5、性的 S 型活细菌，这能说明什么？ 结论 1：无毒性的 R 型活细菌与被加热杀死的有毒性的 S 型细菌混合后，转化为有毒性 的 S 型活细菌。 问题二，在第四组实验中的小鼠体内出现的有毒性的 S 型活细菌的后代也是有毒性的 S 型细菌，这说明这种性状的转化可不可以遗传？ 结论 2：这种性状的转化是可以遗传的。 问题三，无毒性的 R 型活细菌与被加热杀死的 S 型细菌混合后会转化成有毒性的 S 型 活细菌，对此你有何想法？ 推论（格里菲思）：在第四组实验中，已经被加热杀死 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”。 格里菲斯的实验设计是一个对照试验，请思考，对照组和实验组分
6、别是谁？本实验的结 果能否得出谁是肺炎球菌的遗传物质这样一个结论？ 生：对照组是第一组、第二组和第三组，实验组是第四组。本实验的结果不能得出谁是 肺炎球菌的遗传物质这样一个结论。 很好，这个实验给我们留下一个问题，到底是 S 型细菌的那种物质使 R 型细菌转化成 S 型细菌？现在请同学们思考一下，S 型细菌是由哪些化合物组成的？ 生：水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸（DNA 和 RNA）等。 如果在此基础上让你去设计实验，来探究其“转化因子”到底是哪种化合物，你将如何 去设计？ 生：把这些化合物分开（分离提纯） ，分别加入到培养 R 型细菌的培养基中，看到底是 哪种化合物使 R 型细菌转化
7、成 S 型细菌。 非常好，这就是艾弗里等人的实验设计。 3 1944 年艾弗里等人的肺炎球菌的转化实验 课件展示艾弗里等人的肺炎球菌的转化实验过程。 S 型活细菌 多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA DNA 和 DNA 酶 分 别 与 R 型 活 细 菌 混 合 培 养 R R R R R S R 由该实验结果我们可以得到什么结论哪？ 生：是 S 型细菌的 DNA 使 R 型细菌产生了稳定的可遗传变异，由此证明 DNA 是遗传 物质。 请思考，加入 S 型细菌的 DNA 和 DNA 酶的这一组实验，有什么作用？能够获得什么 结论？ 生：证明 DNA 的水解产物不能使 R 型细菌发生转化，从而进
8、一步证明是 S 型细菌的 DNA 使 R 细菌发生转化的。 那么，R 型细菌转化为 S 型细菌的原理是什么哪？其原理是： S 型细菌的 DNA 在接触 到 R 型细菌后，侵染到了 R 型细菌细胞中，使 R 型细菌得到了 S 型细菌的 DNA，从而就 出现了 S 型细菌的遗传特征，有荚膜，有毒性，这样，就使 R 型菌转变成了 S 型菌。 总结遗传物质的概念：能携带遗传信息，控制生物体的特定性状，并通过细胞增殖过 程将遗传信息传递给后代的物质，称为遗传物质。 课件展示资料，艾弗里等人实验的缺陷：艾弗里等人的试验引起了人们的注意，但是， 并不是所有的人都信服这一结果。因为，艾弗里的试验中提取的 DN
9、A 的纯度最高时也还 有 0.02%的蛋白质，因此不能完全排除蛋白质的作用。 那么，怎样才能将 DNA 和蛋白质完全分开，直接证明谁是生物体的遗传物质呢？下 面我们看噬菌体侵染细菌的实验 二、 1952 年郝尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验 课件展示噬菌体的结构图，介绍噬菌体的有关知识， 蛋白质：C、 H、O、N 、S T2 噬菌体 DNA： C、H 、O 、N、P T2 噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。无细胞结构，只能在寄主细胞内才 能完成其代谢和繁殖过程。课件展示噬菌体侵染细菌的过程（包括五步：吸附注入合 成 DNA 和蛋白质组装释放） 。 请思考，采用什么方法将噬菌体的 DNA
10、和蛋白质分开呢？ 生：采用放射性同位素标记的方法。 回答的非常好，那么用什么元素进行放射性标记将二者分开？为什么？ 生：用 35S 标记蛋白质外壳，用 32P 标记 DNA。因为在噬菌体中 S 只存在于蛋白质外壳 中，而 P 基本上都存在于 DNA 中。 思考：如何用 35S 和 32P 分别对噬菌体进行放射性标记？ 生：标记噬菌体 含 35S 的培养基 培 养 含 35S 的细菌 35S 培 养 蛋白质外壳含 35S 的噬菌体 含 32P 的培养基 培 养 含 32P 的细菌 培 养 内部 DNA 含 32P 的噬菌体 获得用 35S 和 32P 分别标记的噬菌体后，就可以进行噬菌体侵染细菌
11、的实验了。课件展 示噬菌体侵染细菌试验的过程和结果，噬菌体侵染细菌的实验： 含 35S 的噬菌体 侵 染 细 菌 细菌体内没有放射性 35S 含 32P 的噬菌体 侵 染 细 菌 细菌体内有放射线 32P 请同学们仔细观察，回答下列问题。 1 用 35S 标记噬菌体的那一组实验，检测结果是上清液的放射性比较高，说明什么问 题？ 生：噬菌体的蛋白质外壳没有侵入到细菌细胞中，使其主要存在于细菌细胞外。 2 用 32P 标记的噬菌体哪一组，结果是沉淀物的放射性比较高，说明什么问题？ 生：说明噬菌体的 DNA 侵入到细菌细胞中。 3 由此，我们可以得到什么结论呢？ 生：子代噬菌体的各种性状是通过亲代的
12、 DNA 遗传的，DNA 才是真正的遗传物质。 实验误差分析，在本实验中用 32P 标记噬菌体的那一组，理论上放射性应只存在于沉淀 物中，而实验结果是上清液中也有放射性，请同学们思考一下其误差来源是什么？ 生：其误差来源有二：一是没有侵染到细菌体内的亲代噬菌体；二是由于时间长，细菌 菌体裂解，释放出子代噬菌体。 通过以上实验都证明了 DNA 是遗传物质，而自然界中有的生物没有 DNA，只有 RNA 如：烟草花叶病毒、车前草病毒等，那么其遗传物质是谁？能否通过实验验证哪？请同学 们下去思考一下，并预习教材后面的内容。 三 为什么说 DNA 是生物体的主要遗传物质哪？课件展示下列表格。 细胞生物
13、（真核、原核） 非细胞生物 （病毒） 核酸 DNA和 RNA DNA RNA 遗传物质 DNA DNA RNA 因为绝大多数生物的遗传物质是 DNA，所以 DNA 是主要的遗传物质。 课堂小结：师生共同总结出本节的主要内容。 1 肺炎球菌的转化实验 实验设计 （1） 格里菲思的肺炎球菌转化实验 结果结论 实验设计 （2）艾弗里等人的肺炎球菌的转化实验 结果结论 实验设计 2 噬菌体侵染细菌的实验 结果结论 3 DNA 是主要的遗传物质：因为绝大多数生物的遗传物质是 DNA，所以 DNA 是主要 的遗传物质 课堂巩固训练： 1. 注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（ ） AR 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 型肺炎双球 菌 2. 所有病毒的遗传物质（ ) A都是 DNA B都是 RNA C是 DNA 或 RNA D是 DNA 和 RNA 3. 噬菌体在繁殖的过程中所利用的原料是( ) A自身的核苷酸和氨基酸 B自身的核苷酸和细菌的氨基酸 C细菌的核苷酸和氨基酸 D自身的氨基酸和细菌的核苷酸 4. 用 32P 标记噬菌体的 DNA，用 35S 标记细菌的蛋白质，用这种噬菌体去侵染大肠杆菌， 则新生的噬菌体可含有（ ） A 32P B 35S C 32P 和 35S D二者皆无
