資源簡介

3.1 DNA是主要的遺傳物質教案
【教學目標】
1、總結人類對遺傳物質的探索過程。
2、通過兩大實驗的學習，了解科學家的研究問題的思路與方法，提高科學探究能力。
3、養成科學探究精神、嚴謹的科學態度。培養正確的科學價值觀
【教學重難點】
教學重點
肺炎鏈球菌轉化實驗的原理和過程
噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程
教學難點
噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程
理解科學家證明DNA是遺傳物質的實驗的關鍵設計思路。
【新課導入】
熒光鼠會發出與水母同樣的綠色熒光，是因為科學家將發光水母中與發出綠色熒光有關的遺傳物質導入了鼠的細胞中。熒光鼠身上具有了水母的某些性狀表現，歸根結底離不開遺傳物質對生物體性狀的控制。遺傳物質到底是什么呢？
【遺傳物質的探索】
孟德爾：提出“遺傳因子”，并總結遺傳規律
約翰遜：把“遺傳因子”命名為基因
薩 頓：提出基因在染色體上的假說
摩爾根：實驗證明基因位于染色體上
后來：科學家發現：染色體的主要組成成分是 DNA和蛋白質
【新課講解】
對遺傳物質的早期推測
學生通讀課本，自己總結人類對遺傳物質的探索過程。
教師結合課件，講解人類度遺傳物質的早起推測。20世紀20年代，人們已經認識到蛋白質是由多種氨基酸連接而成的生物大分子。氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含著遺傳信息。因此，當時大多數科學家認為，蛋白質是生物體的遺傳物質。
20世紀30年代，人們才認識到DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脫氧核苷酸的化學組成包括磷酸、堿基和脫氧核糖。但是，由于對DNA的結構沒有清晰的了解，認為蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
美國微生物學家艾弗里通過確鑿的實驗證據向遺傳物質是蛋白質的觀點提出挑戰的，而艾弗里的實驗又是在英國微生物學家格里菲思的實驗基礎上進行的。
肺炎鏈球菌的轉化實驗
格里菲斯肺炎鏈球菌體內轉化實驗
1、學生自主閱讀，總結肺炎鏈球菌的種類及特征
2、認識肺炎鏈球菌
S型細菌：菌體有多糖類的莢膜，在培養基上形成的菌落表面光滑（Smooth）；S型細菌有致病性，可使人和小鼠患肺炎，同時小鼠并發敗血癥而死
R型細菌：菌體無多糖類的莢膜，在培養基上形成的菌落表面粗糙（rough），R型細菌無致病性，不會使人和小鼠患病。
3、格里菲斯肺炎鏈球菌體內轉化實驗
（1）第一組：給小鼠注射R型細菌——小鼠不死亡（R型細菌無毒性）
（2）第二組：給小鼠注射S型細菌——小鼠死亡（S型細菌有毒性）
（3）第三組：給小鼠注射加熱致死的S型細菌——小鼠不死亡（加熱致死的S型細菌無毒）
（4）第四組：將加熱致死的S型細菌和活的型細菌混合給小鼠注射——小鼠死亡——從死亡小鼠體內分離出活的S型細菌
結論：加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子
艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗中
1、這種轉化因子是什么呢？——由問題引入艾弗里的體外轉化實驗
（1）實驗過程及結果
第一組：S型細菌的細胞提取物與R型細菌混合培養——培養基上既有R型細菌又有S型細菌
第二組：S型細菌的細胞提取物加蛋白酶處理，再與R型細菌混合培養——培養基上既有R型細菌又有S型細菌
第三組：S型細菌的細胞提取物加RNA酶處理，再與R型細菌混合培養——培養基上既有R型細菌又有S型細菌
第四組：S型細菌的細胞提取物加酯酶處理，再與R型細菌混合培養——培養基上既有R型細菌又有S型細菌
第五組：S型細菌的細胞提取物加DNA酶處理，再與R型細菌混合培養——培養基上只有R型細菌
2、結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
3、控制變量法中的減法原理：在對照實驗中，與常態比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質 這就是減法原則。
4、補充接受：加熱致死原理：蛋白質和核酸對于高溫的耐受力是不同的，在80-100℃的溫度范圍內，蛋白質失活，DNA雙鏈解開；當溫度將至55℃時，DNA雙鏈又可以重新恢復，但是蛋白質活性不能恢復了。
噬菌體侵染細菌的實驗
1952年，美國遺傳學家赫爾希和他的助手蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標記技術，完成了另一個有說服力的實驗。
教師解釋同位素標記法，和該實驗的標記方法。并結合課件圖片講解實驗過程，最后和學生一起總結實驗過程和實驗結論。赫爾希和蔡斯的實驗表明：噬菌體侵染細菌時，DNA進入細菌的細胞中，而蛋白質外殼仍留在細胞外。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。DNA才是噬菌體的遺傳物質。
教師課件展示噬菌體侵染細菌過程。以便學生更直觀的了解該過程。
學生分組討論，完成思考·討論中的問題。教師指導給出正確答案。
1.艾弗里與赫爾希等人選用細菌或病毒作為實驗材料，以細菌或病毒作為實驗材料具有哪些優點？
細菌和病毒作為實驗材料，具有的優點：（1）個體很小，結構簡單，容易看出遺傳物質改變導致的結構和功能的變化。細菌是單細胞生物，病毒無細胞結構，只有核酸和蛋白質外殼。（2）繁殖快，細菌20~30min就可繁殖一代，病毒短時間內可大量繁殖。
2.從控制自變量的角度，艾弗里實驗的基本思路是什么？在實際操作過程中最大的困難是什么？
實驗設計思路是單獨研究DNA、蛋白質、糖類等物質在特化中的作用。艾弗里分別用蛋白酶、RNA酶或酯酶去除S型細菌提取物中的蛋白質、RNA和脂質，由于這些不能將相應的物質全部分解，因此去除得不徹底，不能完全排除這些物質在轉化中的作用。
3.艾弗里和赫爾希等人都分別采用了哪些技術手段來實現他們的實驗設計？這對于你認識科學與技術之間的相互關系有什么啟示？
艾弗里采用的主要技術手段有細菌的培養技術，物質的提純和鑒定技術等。赫爾希等人采用的主要技術手段有噬菌體的培養技術、同位素標記技術，以及物質的提取和分離技術等。科學成果的取得必須有技術手段做保證，技術的發展需要以科學原理為基礎，因此，科學與技術是相互支持相互促進的。
最后教師講解煙草花葉病毒對煙草花葉細胞的感染實驗，得出RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質，蛋白質不是煙草花葉病毒的遺傳物質的結論。
學生趁熱打鐵，完成教師課件給出的練習題。
【板書】
DNA是主要的遺傳物質
一、格里菲斯:肺炎鏈球菌的體內轉化實驗
1.觀察實驗，提出問題（假說演繹法）
二、艾弗里：肺炎鏈球菌的體外轉化實驗
三、赫爾希和蔡斯：噬菌體侵染細菌的實驗
3.設計實驗，演繹推理
4.實驗驗證，得出結論
四、煙草花葉病毒侵染實驗
五、DNA是主要的遺傳物質

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