作
者
小
传
李秀志 许双英
本文已刊载于《教学考试》杂志（高考生物）2024年第5期.
噬菌体侵染细菌实验是证明DNA是遗传物质的经典实验之一,人教版新教材中采用了图文并茂的方式介绍该实验,但是受篇幅所限,教材对实验的介绍做了较多简略,且缺乏相关背景内容的铺垫,故师生在学习噬菌体侵染细菌实验时产生了不少疑问.这些疑问经各类习题的加工形成很多误解,这些误解又通过习题的流传而产生更大影响,对师生理解该实验的本质造成了很大困扰,也不利于学生理解科学的本质和科学素养的提升.
噬菌体侵染细菌实验的设计意图
在摩尔根等人将遗传因子也就是基因定位于染色体上后,染色体的主要成分也被确认主要是DNA和蛋白质,基因的化学本质是DNA还是蛋白质就成为遗传学界新的热点议题.科学界分析遗传物质应具有以下４个特征:可以复制并且传递给后代;可以储存大量信息;能够控制性状;能够发生突变.当时核酸研究的权威人物列文提取的DNA分子量约为1500,且测得的四种碱基数量接近,由此列文提出DNA是由四种核苷酸各一个组成的小分子物质,即四核苷酸假说.这么简单的小分子是不可能编码遗传信息的,由此直接排除了DNA是遗传物质的可能性.而蛋白质已知是由多种氨基酸构成的大分子物质,似乎在结构上更适合作为遗传物质,因而当时绝大多数科学家都把目光集中在蛋白质身上.
1943年艾弗里实验提出DNA是转化因子,该实验引起了很大争议:荚膜的有无可以看作是一对性状,而DNA能够引起性状的改变,这符合遗传物质控制性状的特征.而赫尔希等人一直以来也是认为蛋白质是遗传物质,他们研究的T２噬菌体结构简单,仅含DNA和蛋白质,看起来是一个验证遗传物质是蛋白质的好材料.他们根据遗传物质能够传递给后代这一特征来设计实验,该实验的关键是子代噬菌体中检测到了大量标记DNA的32P,而标记蛋白质的35S在子代噬菌体中几乎检测不到.这一结果出乎他们的意料,因而他们的观点也开始转向DNA更可能是遗传物质.
赫尔希等人设计的噬菌体侵染细菌实验较为复杂,为了让学生更容易理解该实验,教学中很多教师往往先介绍噬菌体侵染细菌的具体过程,再介绍噬菌体侵染细菌实验.这样的教学顺序让学生误以为赫尔希等人实验开始前已经知道噬菌体注入细菌的是DNA,失去了对噬菌体侵染实验设计过程所蕴含的科学思维分析.事实上,1939年,“噬菌体小组”发起人之一德尔布吕克与埃里斯共同发表了“噬菌体的生长”一文,测定了噬菌体的生长曲线,表明噬菌体的生长可分为三个阶段:潜伏期、生长期和释放期,明确了噬菌体在细菌中增殖,但当时尚不清楚噬菌体将DNA注入了细菌中(图１).
1942年夏天,安德森等人用电子显微镜拍摄到了噬菌体侵染细菌的显微照片,他们惊讶地发现噬菌体有个小尾巴,并且通过尾巴吸附在细菌表面,他们说:“这看起来像个大号皮下注射器,它们似乎把什么东西注入细胞中去”(图２)
作者：李秀志，福建省泉州市德化县教师进修学校；许双英，福建省泉州市德化第八中学。
来源：本文已刊发于2024年《教学考试》高考生物5。
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