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1、高一生物DNA是主要的遗传物质教案教学目标1知识目标 （1）知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，是目前自然科学研究的主要方法。（2）理解DNA是主要的遗传物质。2能力目标（1）通过肺炎双球菌的转化实验，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路，训练学生逻辑思维的能力。（2）用“同位素标记法”来研究噬菌体浸染细菌的实验，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。3情感目标遗传的物质主要是DNA，也有RNA，这就从遗传和变异的角度，强调了生命的物质性，有利于辩证唯物主义世界观的树立。教学建议关于“DNA是主要的遗传物质
2、”的教材分析DNA是主要的遗传物质主要讲述 DN A是遗传物质的直接证据“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”。教材首先交代了科学家们对实验的设计思想，即把组成染色体的主要成分DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA的作用，然后再讲述实验过程，这样有利于学生科学思维方法的培养。为了使学生更全面地理解DNA是遗传物质这一结论，教材在教学内容上增加了“肺炎双球菌的转化实验”的内容；在讲述“噬菌体侵染细菌的实验”时，利用“同位素标记”的研究方法来进行说明。这样既符合科学的研究过程，又可以很自然地使学生导出DNA是遗传物质的结论，并且能使学生受到科学方法的教育。DNA是主要的遗传物质
3、这一小节在第六章中占有重要位置，学生只有真正理解这部分内容才能在生物性状遗传和变异的复杂现象中，从根本上懂得生物遗传和变异的实质和规律。而证明DNA是遗传物质的直接证据，则是“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌”这两个经典实验，因此这两个实验的原理和过程是本小节的重点。“探究科学发现过程来学习科学研究方法”是本节内容的难点。生物教学大纲中规定，通过生物学基础知识的学习，初步掌握基本的生物科学研究方法。因此在生物教学过程中对学生进行科学方法教育的渗透，成为当前生物教学改革的一个重点，而学生科学素养的形成是一个渐进的过程。在本节的教学过程中，要注重实验过程的探究与科学方法的学习相结合，充分发
4、挥学生主体作用，使学生在探索学习中，得到科学研究方法的训练。关于“DNA是主要的遗传物质”的证据的分析1证据之一：肺炎双球菌的转化实验（1）实验目的：研究DNA和蛋白质谁是遗传物质？（2）实验材料：两种肺炎双球菌 S型细胞R型细胞菌落光滑粗糙菌体有多糖类的荚膜无多糖类的荚膜毒性有毒性，可致死无毒性（3）实验原理：S型肺炎球菌能使人患肺炎和小鼠患败血症；R型肺炎球菌对人和动物基本无影响。（4）实验过程及结果：将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，小鼠正常。将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内，小鼠死亡。将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠正常。将无毒性的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后，
5、注射到小鼠体内，小鼠死亡。（5）关于实验结果的分析实验分析：第1组实验注射的R型活细菌和第3组实验注射的杀死后的S型细菌均对小鼠无影响；第2组实验注射的S型细菌将导致小鼠患败血症而死亡；第4组实验注射R型活细菌和加热杀死后的S型细菌，最终导致小鼠患败血症死亡的事实说明：无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后，转化成了有毒的S型活细菌。并且格里菲斯从小鼠尸体上分离出了有毒性的S型活细菌，还进一步证实了这些转化成的S型细菌的后代也是有毒性的S型活细菌，即是可以遗传的。（6）结论：格里菲思认为，在第4组实验中，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”。（7）
6、“转化因子”的本质是什么？1944年，美国科学家艾弗里和他的同事，应用分子生物学技术，从S型活细菌中提取出了DNA、蛋白质和多糖等物质，然后将它们分别加入培养R型细菌的培养基中，结果发现只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，DNA的纯度越高，转化的效果就越显著。由此可见，转化因子就是DNA。DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，也就是说DNA是遗传物质。2证据之二：噬菌体侵染细菌的实验（1）实验目的：研究噬菌体内DNA和蛋白质谁是遗传物质？（2）实验材料： 噬菌体 细菌（3）实验原理：噬菌体是专门寄生在活细菌体内的一类病毒，最终导致细菌细胞瓦解。噬菌体主要由头部（含DNA）和尾部（
7、含蛋白质）组成。一般来说，蛋白质含S不含P，而DNA含P不含S。因而可将噬菌体内的S和P分别作同位素标记，来分析DNA和蛋白质在噬菌体生命活动过程中所起的作用。（4）实验过程及方法：分别用 （上图） （下图）标记的噬菌体感染细菌，通过搅拌和离心得到上清液（噬菌体体外壳）和沉淀物（细菌及进入细胞内的噬菌体DNA），并检测放射性，上清液具 的放射性（上图），沉淀物具 的放射性（下图）。（5）结果分析：上述实验结果表明，噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌内部，而是留在细菌的外部，噬菌体的DNA却进入了细菌体内。可见噬菌体在细菌体内的增殖是在亲代噬菌体DNA的作用下完成的。（6）结论：子代噬菌体的各种性状
8、，是通过亲代的DNA的遗传而来的，亲代与子代之间保持有连续性的物质是DNA而不是蛋白质，因此，DNA才是噬菌体真正的遗传物质。遗传物质是核酸还是蛋白质？真核生物染色体的主要成分是核酸和蛋白质，其大致比例如下：那么，遗传物质究竟是蛋白质还是核酸呢？经研究发现，作为遗传物质至少要具备以下4个条件：1在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制自己；2能够指导蛋白质合成从而控制生物的性状和新陈代谢；3具有贮存巨大数量遗传信息的潜在能力；4结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。蛋白质有可能是遗传物质吗？我们知道，组成蛋白质的主要的氨基酸约有四种。由于氨基酸的种类
9、和数量不同，排列顺序不同，可以组成无数种蛋白质，这一点符合上述的第三个条件。蛋白质（特别是酶）能够控制生物的性状和代谢，这一点符合第二个条件。但是蛋白质不能进行自我复制，而且它在染色体中的含量往往是不固定的，分子结构也不稳定，它也不能遗传给后代，所以蛋白质不可能是遗传物质。科学研究已经充分证明，核酸具备上述4个条件，所以核酸才是生物的遗传物质。核酸又分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。绝大多数生物体的遗传物质是DNA，有些病毒的遗传物质是RNA。20世纪中期关于遗传研究的两个经典实验细胞亚显微结构的研究和分子生物学的分析表明，染色体主要由DNA和蛋白质组成。为了确定DNA和蛋白质对
10、遗传的决定作用，人们首先把DNA和蛋白质从生物体内分离并提纯出来，并证明把DNA放入另一生物体内时，第一个生物体的性状在第二个生物体中出现，且这种性状还能遗传给第二个生物体的后代，蛋白质则没有这种作用。目前为止，从高等动植物体内分离提纯DNA进行这种实验的例子还很少，但有关某些细菌 (1928年格里菲思和l944年艾弗里的肺炎双球菌转化实验)和病毒 (1952年赫尔希的噬菌体侵染细菌)的实验足以证明DNA和蛋白质在遗传中的作用了，这些实验被称为20世纪中期的经典实验。下面对这两个实验作简单介绍：（附对实验进行总结的表格）1噬菌体侵染细菌的实验噬菌体又叫细菌病毒。我们知道病毒有三种：植物病毒、动
11、物病毒、细菌病毒。病毒寄生的对象具有专一性，细菌病毒只能寄生在细菌体内，并可导致细菌解体死亡，故称噬菌体。1952年美国科学家赫尔希和蔡斯做了著名的噬菌体侵染细菌 (大肠杆菌)实验。他们根据DNA结构中含有P但不含有S，组成蛋白质的氨基酸含有S而不含有P的事实，先用放射性 标记DNA， 标记蛋白质，然后再让这种作了标记的噬菌体去感染细菌。噬菌体侵染细菌的过程是：吸附注入合成组装释放。整个过程约需40分钟，最终就可释放出100300个子代噬菌体。实验证明了只有噬菌体的DNA进入了寄主细胞，蛋白质的外壳则留在外边，从而证明了DNA在前后代中具有连续性，蛋白质不具备连续性；又因为实验结果，释放出与亲
12、代保持相同的子代噬菌体（包括DNA和蛋白质外壳），说明了DNA能指导蛋白质合成。所以该实验是经典实验，是证明DNA是遗传物质的直接证据，由此得出结论：DNA是遗传物质。2肺炎双球菌转化实验1928年，英国细菌学家格里菲思用一种双球菌对小鼠做实验。这种双球菌能够使多种哺乳动物患肺炎，因此也称肺炎双球菌。肺炎双球菌有一种有荚膜，在培养基上能形成光滑的菌落，感染这种细菌的小鼠最终会因败血症而死亡。因此这种细菌被称为有毒型(S)；另有一种没有荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙，小鼠的正常防御系统能够识别并杀死这种细菌，而使小鼠不患病。这种细菌因此被称为无毒型(R)。格里菲思把有毒的双球菌加热杀死后，给
13、小鼠注射，小鼠不会死亡。可是当他把加热杀死的有毒菌(S)和活的无毒型菌(R)混合、给小鼠注射后，小鼠在24小时内全都死掉了。而且在死亡小鼠的心脏血液中找到了活的有毒型细菌(S)。这些活的有毒型细菌是从哪里来的？格里菲思提出，在死去的有毒型细菌中可能有一种转化因子，是它们使原本对小鼠无毒的细菌(R)变成了有毒的细菌(S)。1944年，美国细菌学家艾弗里和他的同事们决心要找到这种转化因子。他们把有毒的肺炎双球菌加热杀死后，想办法分离出它的各种大分子物质。他们用蛋白酶处理这些大分子，把其中的蛋白质分解去除，然后用剩余物质与无毒的肺炎双球菌混合培养。结果无毒的双球菌变成了有毒的双球菌，并且他们分裂产生
14、的后代也都能致病。而如果用DNA酶处理分离得到的大分子，把其中的DNA分解去除，然后用剩余物质与无毒的双球菌混合培养，结果无毒的双球菌不变成有毒的双球菌。这些实验结果表明DNA就是要找的转化因子，它是遗传信息的携带者，表明DNA是遗传物质。实验名称实验过程及现象结论细菌的转化1注射活的无毒菌，小鼠正常。2注射活的有毒菌，小鼠死亡。3注射杀死的有毒菌，小鼠正常。4注射“活的无毒菌+杀死的有毒菌”，小鼠死亡。DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。5杀死的有毒菌与活的无毒菌混合培养，无毒菌全变为有毒菌。6杀死的有毒菌滤液与活的无毒菌混合培养，无毒菌全变为有毒菌。7从杀死的有毒菌滤液中提纯出：DNA蛋
15、白质糖类无机物。分别与无毒菌混合培养，能使无毒菌变为有毒菌；与无毒菌一起混合培养，没有发现有毒菌。噬菌体侵染细菌用放射性元素 和 分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，让其在细菌体内繁殖，在与亲代噬菌体相同的子代噬菌体中只检测出放射性元素 DNA是遗传物质“证明DNA是遗传物质”的实验中的关键问题首先，实验设计中最关键的是问题是设法把蛋白质与DNA分开，单独地、直接地去观察蛋白质和DNA的作用。实验需要具备的技术手段是细菌的培养技术和DNA与蛋白质的提取分离技术。教学设计方案【教学重点、难点、疑点及解决办法】1教学重点及解决办法教学重点：（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。解决办法：（1）通过学生分析格里菲思的肺炎双球菌转化实验过程，使学生确信S型死细菌细胞中含有某种转化因子。再通过艾弗里的体外转化实验，即从S型活细菌中提取DNA、蛋白质和多糖等分别加入培养R型细菌的培养基中，引导学生明确只有DNA具有转化作用。（2）通过学生分析赫尔希的噬菌体侵染细菌的实验过程，用同位素标记法，明
