第三章 基因的本質(zhì) 3.1 DNA是主要的遺傳物質(zhì)B教材分析“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)是人教版新課標(biāo)教材必修2《遺傳與進(jìn)化》第3章第1節(jié)的內(nèi)容，是繼前兩章學(xué)習(xí)了“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”和“基因和染色體的關(guān)系”后，對有關(guān)細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)（有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用）、染色體在前后代遺傳中所起的聯(lián)系作用、染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)等知識(shí)有了一定的理解后來學(xué)習(xí)的。在相當(dāng)長的時(shí)間里，人們一直把蛋白質(zhì)作為遺傳物質(zhì)，那么，遺傳物質(zhì)到底是DNA還是蛋白質(zhì)呢？教材在此埋下伏筆，然后通過兩個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證明了DNA是遺傳物質(zhì)，最后列舉少數(shù)生物只有RNA而沒有DNA的事實(shí)，得出“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一結(jié)論。 本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容涉及的實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件下是不可能完成的，只有嘗試采用引導(dǎo)探究式的教學(xué)方法，通過創(chuàng)設(shè)自主合作的學(xué)習(xí)情景、平等融洽的人際環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生不是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是積極主動(dòng)地走進(jìn)科學(xué)家的探究歷程，在觀察和思考中，愉快地學(xué)習(xí)，處于主體地位。本節(jié)內(nèi)容既對前兩章的基因的有關(guān)知識(shí)作本質(zhì)性的闡述，也下啟后三節(jié)關(guān)于DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和遺傳效應(yīng)等，具有承上啟下的作用。教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能1．總結(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的探索過程。2．知道肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和“同位素標(biāo)記法”研究噬菌體侵染細(xì)菌所采取的方法是目前自然科學(xué)研究的主要方法。3．理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)。二、過程與方法1．通過肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維的能力。2．用“同位素標(biāo)記法”來研究噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)說明DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，訓(xùn)練學(xué)生由特殊到一般的歸納思維能力。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀遺傳物質(zhì)主要是DNA，也有RNA，這從遺傳和變異的角度，強(qiáng)調(diào)了生命的物質(zhì)性，有利于辯證唯物主義世界觀的樹立。教學(xué)重點(diǎn)1．肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。2．噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。通過對細(xì)胞的有絲分裂、減數(shù)分裂和受精過程的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到染色體在生物的傳宗接代中具有重要作用。染色體含有哪些化學(xué)物質(zhì)呢？科學(xué)家們通過分析發(fā)現(xiàn)：染色體中含有DNA和蛋白質(zhì)兩種成分。生物體的遺傳物質(zhì)是DNA還是蛋白質(zhì)呢？二、新課教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生完成 “問題探討”并提示。提示：1．（1）具有貯存大量遺傳信息的潛在能力； （2）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝的過程；（3）在細(xì)胞生長和繁殖的過程中能夠精確地復(fù)制自己，使得前后代具有一定的連續(xù)性；（4）結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，但在特殊情況下又能發(fā)生突變，而且突變以后還能繼續(xù)復(fù)制，并能遺傳給后代。遺傳物質(zhì)必須穩(wěn)定，要能貯存大量的遺傳信息，可以準(zhǔn)確地復(fù)制出拷貝，傳遞給下一代等。2．這是一道開放性的題，答案并不惟一，只要提出正確的思路即可。（一）對遺傳物質(zhì)的早期推斷問：20世紀(jì)20年代，人們?yōu)槭裁磿?huì)認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)？到20世紀(jì)30年代呢？同學(xué)生一道帶著這些問題閱讀課本P42、43。（二）肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)人們發(fā)現(xiàn)DNA是主要遺傳物質(zhì)的過程。媒體展示由氨基酸形成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖，引導(dǎo)學(xué)生思考：氨基酸多種多樣的排列順序，可能就蘊(yùn)含著遺傳信息。從而讓學(xué)生沿著科學(xué)史的發(fā)展軌跡分析問題，順利進(jìn)入“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”的學(xué)習(xí)和探究。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。媒體展示格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（4組，見教材43頁），并提出問題，要求學(xué)生討論、觀察并用語言描述實(shí)驗(yàn)過程。最后得出結(jié)論，以培養(yǎng)學(xué)生的語言組織能力、觀察能力和分析問題的能力、處理信息和歸納總結(jié)能力以及合作精神。 學(xué)生結(jié)合肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究；然后匯報(bào)交流實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析原因。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：媒體投影肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的艾弗里實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行比較分析，進(jìn)一步鞏固實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路和相關(guān)的結(jié)論。這樣將格里菲思的實(shí)驗(yàn)和艾弗里的實(shí)驗(yàn)分開，前者呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析問題得出結(jié)論，后者要求學(xué)生自己去討論、探究，在合作的前提下拿出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案或者是想法，讓學(xué)生在這個(gè)討論并探究的過程中體會(huì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，再對照艾弗里和他的同事們的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)，自己也可以做科學(xué)家。進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生探究問題與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力及創(chuàng)新意識(shí)。通過確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)首先向遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)的是美國科學(xué)家艾弗里，而艾弗里的實(shí)驗(yàn)又在英國科學(xué)家格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。請看這個(gè)著名的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：出示R型細(xì)菌和S型細(xì)菌的菌體和菌落圖，讓學(xué)生對圖指出何者是R型菌體？何者是S型菌體？菌落各是怎樣？毒性呢？以加深學(xué)生對兩種細(xì)菌的了解。問：①肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)分哪幾個(gè)步驟？各看到哪些現(xiàn)象？②第四組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了什么？③艾弗里及其同事的設(shè)計(jì)思路是什么？他們的研究結(jié)果說明了什么？學(xué)生閱讀教材P43～P44，邊看書邊看圖解，回答上述問題。（1） 體內(nèi)轉(zhuǎn)化   1928年   英國    格里菲思① 活R，無毒                             活小鼠② 活S，有毒                   小鼠      死小鼠③ △殺死的S，無毒                       活小鼠④ 活R + △殺死的S，無毒                 死小鼠       轉(zhuǎn)化因子是什么？           （②④分離出活S）在肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，為什么加熱殺死的S型細(xì)菌還能使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌？蛋白質(zhì)和核酸對于高溫的耐受力是不同的。在80~100℃的溫度范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)將會(huì)失活，DNA雙鏈將解開；當(dāng)溫度降至55℃左右時(shí)，DNA雙鏈能夠重新恢復(fù)，但蛋白質(zhì)的活性卻不能恢復(fù)。（2）體外轉(zhuǎn)化   1944年   美國   艾弗里     多糖或蛋白質(zhì)+R型培養(yǎng)基      R型活S  DNA + R型 培養(yǎng)基           R型 + S型      DNA＋DNA酶+R型培養(yǎng)基     R型          轉(zhuǎn)化因子是DNA 。（三）噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)課件展示赫爾希和蔡斯所做的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（教材第45頁）。讓學(xué)生分組觀察、討論并用語言描述實(shí)驗(yàn)過程。提出問題供學(xué)生討論，學(xué)生觀察、分析、討論問題過程中，教師深入小組成員中參與討論。討論之前可先闡明T2噬菌體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、寄生方式，以及同位素示蹤技術(shù)，再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合投影對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，從而進(jìn)一步確認(rèn)DNA是遺傳物質(zhì)。 有關(guān)問題如下：①該實(shí)驗(yàn)用了什么方法？在什么探究中還用過此方法？②用35S、32P標(biāo)記物質(zhì)的理論基礎(chǔ)是什么？能否用14C和18O進(jìn)行標(biāo)記？③如果實(shí)驗(yàn)用上述方法進(jìn)行，測試的結(jié)果如何？表明了什么？旁欄思考題提示：因?yàn)榱騼H存在于T2噬菌體的蛋白質(zhì)組分中，而磷則主要存在于 DNA的組分中。用14C和18O等元素是不可行的，因?yàn)?T2噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA分子的組分中都含有這兩種元素。思考與討論（P46）提示：1．細(xì)菌和病毒作為實(shí)驗(yàn)材料，具有的優(yōu)點(diǎn)是：（1）個(gè)體很小，結(jié)構(gòu)簡單，容易看出因遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化。細(xì)菌是單細(xì)胞生物，病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只有核酸和蛋白質(zhì)外殼。（2）繁殖快。細(xì)菌20~30 min就可繁殖一代，病毒短時(shí)間內(nèi)可大量繁殖。2．最關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路是設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)分開，單獨(dú)地、直接地去觀察DNA或蛋白質(zhì)的作用。3．艾弗里采用的主要技術(shù)手段有細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)、物質(zhì)的提純和鑒定技術(shù)等。赫爾希采用的主要技術(shù)手段有噬菌體的培養(yǎng)技術(shù)、同位素標(biāo)記技術(shù)，以及物質(zhì)的提取和分離技術(shù)等（學(xué)生可能回答出其他的技術(shù)，但只要回答出上述主要技術(shù)就可以）。科學(xué)成果的取得必須有技術(shù)手段做保證，技術(shù)的發(fā)展需要以科學(xué)原理為基礎(chǔ)，因此，科學(xué)與技術(shù)是相互支持、相互促進(jìn)的。從實(shí)驗(yàn)過程可得出以下結(jié)論：（1）DNA是轉(zhuǎn)化因子，是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是。（因?yàn)榘ダ锛捌渫聦型細(xì)菌中的物質(zhì)進(jìn)行了提純和鑒定，他們將提純的DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)分別加入到培養(yǎng)了R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：只有加入DNA，R型細(xì)胞才能夠轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。）（2）遺傳物質(zhì)是DNA。（因?yàn)镈NA進(jìn)入了細(xì)菌體內(nèi)復(fù)制，并復(fù)制合成自身的蛋白質(zhì)。所以在子代噬菌體內(nèi)，沒有親代噬菌體內(nèi)蛋白質(zhì)被標(biāo)記的元素。）三、歸納總結(jié)從三個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論中，拓展出下列規(guī)律：（1）在具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物體內(nèi)，有DNA和RNA兩種核酸，DNA是遺傳物質(zhì)；（2）非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物體內(nèi)，只有一種核酸，只有一種遺傳物質(zhì)，即DNA或RNA；（3）只有少數(shù)幾種病毒以RNA作為遺傳物質(zhì)，因此，DNA是主要的遺傳物質(zhì)；（4）染色體是DNA的主要載體：DNA主要存在于細(xì)胞核中，并與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體；（5）遺傳物質(zhì)控制蛋白質(zhì)的合成，并由蛋白質(zhì)表達(dá)遺傳信息。    

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第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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