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一、教材分析
艾弗里及其同事所做的肺炎双球菌体外转化实验,并不能证明DNA就是遗传物质。随着技术水平的发展,本节内容的噬菌体侵染细菌实验,可以更加有力地说明DNA是遗传物质。通过两者的比较,认同科学与技术的相互关系在科学发展中的重要作用。本节内容主要以实验设计为内在线索,通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行实验设计能力的训练。本节内容还包括烟草花叶病毒重建实验,通过对烟草花叶病毒重建实验的分析,说明RNA也是遗传物质。因为绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以说,DNA是主要的遗传物质。
二、教学目标
1.知识目标。通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,说明DNA是遗传物质。
2.能力目标。(1)通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行归纳思维的训练。(2)通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行实验设计能力的训练。
3.情感态度与价值观。认同科学与技术的相互关系在科学发展中的重要作用
三、教学重难点
1.教学重点。通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,说明DNA是遗传物质。
2.教学难点。通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行实验设计能力的训练。
四、教学过程
1.导入。艾弗里实验由于提取的DNA纯度不够,仍有0.02%的蛋白质,因此有人对“DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质”这一实验结论表示怀疑。那么,要如何保证100%纯度的DNA?1925年,赫尔希和蔡斯用“噬菌体侵染细菌的实验”提出了更有说服力的答案。
2.噬菌体侵染细菌实验。给学生10分钟时间阅读噬菌体侵染细菌实验,并思考以下问题:①分析T2噬菌体侵染细菌实验,说出本实验过程所依据的原理。②分析T2噬菌体侵染细菌实验,说出本实验所用的实验材料是什么。③T2噬菌体侵染细菌实验的实验结果是怎样的?这一结果说明了什么?用问题串的形式引起学生的注意,启发教学。通过学生自主的观察、分析、讨论,让学生初步的掌握实验所选择的材料,运用的技术手段和方法步骤。根据学生的回答,教师进行总结归纳。
(1)实验原理。实验中所用到的实验原理有同位素标记原理、噬菌体侵染细菌特点原理、噬菌体的一步生长曲线原理、离心原理和示踪原理。通过详细分析该实验的实验原理,让学生更好地理解实验设计的整个思路。
(2)实验材料的选择和处理。基于以上实验原理,赫尔希和蔡斯进行了T2噬菌体浸染大肠杆菌实验,为什么他们会选用T2噬菌体作为实验材料呢?提醒学生注意实验材料选择的重要性。通过对T2噬菌体中两种化学物质的分析发现,仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中。依据同位素标记原理,处理实验材料,思考为什么选择35S、32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA标记?用14C和18O同位素标记可以吗?紧接着处理实验材料。
(3)实验方法。 噬菌体侵染细菌实验设计了一组对比实验,一个是用被35S标记蛋白质的T2噬菌体与细菌混合。另一个是用被32P标记DNA的T2噬菌体与细菌混合。一个是直接证明DNA是遗传物质,另一个间接证明DNA是遗传物质,通过对比两组实验结果,使实验结果更具科学性、更有说服力,体现了科学实验的严谨性。
(4)实验步骤。①混合:用32P或35S标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌。(依据噬菌体侵染细菌特点原理)②保温:短时间的保温可获得足够数量的子代噬菌体,但又必须避免超出潜伏期,所以离心要在“短时间”保温后及时进行。(依据噬菌体的一步增长曲线原理)③搅拌:使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,如果搅拌不充分,会有蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。④检测:利用同位素标记法检测上清液和沉淀物中的放射性。(依据示踪原理)
(5)实验结果及结论。通过对上清液和沉淀物中的放射性物质的检查发现:35S标记的一组感染实验,放射性同位素主要分布在上清液中;32P标记的一组实验,放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中。进一步观察发现:细菌裂解释放出的噬菌体中,可以检测到32P标记的蛋白质,但检测不到35S标记的蛋白质。
赫尔希和蔡斯的实验表明:噬菌体浸染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在外面。因此,子代噬菌体的各种性状,是通过DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。那么DNA就是唯一的遗传物质吗?
3.烟草花叶病毒重建实验。现代科学证明,遗传物质除了DNA外,还有RNA。有些病毒不含有DNA,只含有RNA和蛋白质,如烟草花叶病毒。在这些病毒中,RNA是遗传物质。
实验结论:RNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。
综合上述一系列实验,可以得到实验结论:因为大多数生物的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质。
艾弗里及其同事所做的肺炎双球菌体外转化实验,并不能证明DNA就是遗传物质。随着技术水平的发展,本节内容的噬菌体侵染细菌实验,可以更加有力地说明DNA是遗传物质。通过两者的比较,认同科学与技术的相互关系在科学发展中的重要作用。本节内容主要以实验设计为内在线索,通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行实验设计能力的训练。本节内容还包括烟草花叶病毒重建实验,通过对烟草花叶病毒重建实验的分析,说明RNA也是遗传物质。因为绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以说,DNA是主要的遗传物质。
二、教学目标
1.知识目标。通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,说明DNA是遗传物质。
2.能力目标。(1)通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行归纳思维的训练。(2)通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行实验设计能力的训练。
3.情感态度与价值观。认同科学与技术的相互关系在科学发展中的重要作用
三、教学重难点
1.教学重点。通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,说明DNA是遗传物质。
2.教学难点。通过对“噬菌体侵染细菌的实验”的分析,进行实验设计能力的训练。
四、教学过程
1.导入。艾弗里实验由于提取的DNA纯度不够,仍有0.02%的蛋白质,因此有人对“DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质”这一实验结论表示怀疑。那么,要如何保证100%纯度的DNA?1925年,赫尔希和蔡斯用“噬菌体侵染细菌的实验”提出了更有说服力的答案。
2.噬菌体侵染细菌实验。给学生10分钟时间阅读噬菌体侵染细菌实验,并思考以下问题:①分析T2噬菌体侵染细菌实验,说出本实验过程所依据的原理。②分析T2噬菌体侵染细菌实验,说出本实验所用的实验材料是什么。③T2噬菌体侵染细菌实验的实验结果是怎样的?这一结果说明了什么?用问题串的形式引起学生的注意,启发教学。通过学生自主的观察、分析、讨论,让学生初步的掌握实验所选择的材料,运用的技术手段和方法步骤。根据学生的回答,教师进行总结归纳。
(1)实验原理。实验中所用到的实验原理有同位素标记原理、噬菌体侵染细菌特点原理、噬菌体的一步生长曲线原理、离心原理和示踪原理。通过详细分析该实验的实验原理,让学生更好地理解实验设计的整个思路。
(2)实验材料的选择和处理。基于以上实验原理,赫尔希和蔡斯进行了T2噬菌体浸染大肠杆菌实验,为什么他们会选用T2噬菌体作为实验材料呢?提醒学生注意实验材料选择的重要性。通过对T2噬菌体中两种化学物质的分析发现,仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中。依据同位素标记原理,处理实验材料,思考为什么选择35S、32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA标记?用14C和18O同位素标记可以吗?紧接着处理实验材料。
(3)实验方法。 噬菌体侵染细菌实验设计了一组对比实验,一个是用被35S标记蛋白质的T2噬菌体与细菌混合。另一个是用被32P标记DNA的T2噬菌体与细菌混合。一个是直接证明DNA是遗传物质,另一个间接证明DNA是遗传物质,通过对比两组实验结果,使实验结果更具科学性、更有说服力,体现了科学实验的严谨性。
(4)实验步骤。①混合:用32P或35S标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌。(依据噬菌体侵染细菌特点原理)②保温:短时间的保温可获得足够数量的子代噬菌体,但又必须避免超出潜伏期,所以离心要在“短时间”保温后及时进行。(依据噬菌体的一步增长曲线原理)③搅拌:使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,如果搅拌不充分,会有蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。④检测:利用同位素标记法检测上清液和沉淀物中的放射性。(依据示踪原理)
(5)实验结果及结论。通过对上清液和沉淀物中的放射性物质的检查发现:35S标记的一组感染实验,放射性同位素主要分布在上清液中;32P标记的一组实验,放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中。进一步观察发现:细菌裂解释放出的噬菌体中,可以检测到32P标记的蛋白质,但检测不到35S标记的蛋白质。
赫尔希和蔡斯的实验表明:噬菌体浸染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在外面。因此,子代噬菌体的各种性状,是通过DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。那么DNA就是唯一的遗传物质吗?
3.烟草花叶病毒重建实验。现代科学证明,遗传物质除了DNA外,还有RNA。有些病毒不含有DNA,只含有RNA和蛋白质,如烟草花叶病毒。在这些病毒中,RNA是遗传物质。
实验结论:RNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。
综合上述一系列实验,可以得到实验结论:因为大多数生物的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质。