“噬菌体侵染细菌的实验”的分析与教学建议

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1、“噬菌体侵染细菌的实验”的分析与教学建议   该文发表于核心期刊《生物学通报》2010年第9期刘本举（濮阳市第一高级中学河南濮阳457000）摘要本文从研究背景、实验的难题、科学方法、教育价值等方面，对“噬菌体侵染细菌的实验”进行了较为深入的分析，并给出了相应的教学建议。关键词噬菌体实验分析教学建议中国图书分类号：G633.91文献标识码：C“噬菌体侵染细菌的实验”是验证DNA是遗传物质的经典实验。不同时期、不同版本的高中生物教科书都采用了这个实验，作为DNA是遗传物质的重要证据。该实验的研究背景、设计思路、科学方法都是较好的科学教育素材，运用得当，可以较好地让学生体验科学

2、知识的发生过程，并提升学生的分析、思维、探究等方面的能力。以往的教学，常常以“了解实验过程→分析实验结果→得出结论”为主线进行教学，尽管结合图解，学生理解了实验过程及其结果，并能够由结果推出结论，但是对于实验的实质及其科学方法乃至实验的科学价值只能是浅层次的了解，在迁移运用及能力培养方面有所欠缺。就实验而论实验，在兴趣培养方面更显苍白。本文就笔者的教学实践来谈谈该实验的有效教学。 1.研究背景赫尔希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）设计并完成了这个实验，但是此实验的成功，建立在德尔布吕克（MaxDelbruck）和卢里亚（SalvadorLuria）对噬菌体研究

3、的基础之上，并且，德尔布吕克是一位颇具传奇色彩的科学家，他的科学研究经历会让学生产生浓厚的兴趣。教学实践表明，德尔布吕克极富传奇色彩的研究经历给了学生无穷的想象空间，也极其有效地创造出思考与探究的氛围。让学生不由自主地沉入思考并积极进入自主探究的状态，这是调动学生探究积极性并增强教学有效性的重要前提。更重要的是，研究背景让学生轻而易举地抓住了实验遇到的难题到底是什么？应该如何解决？在问题的引领下思考实验，会更深入，针对性更强。德尔布吕克1906年9月4日出生于德国柏林，1930年获理论物理学博士学位，1931年在玻尔（NielsBohr）的指导下进行博士后研究。年仅26岁的

4、德尔布吕克当时已经是一位小有名气的原子物理学家。德尔布吕克的导师玻尔是量子力学的巨匠，玻尔的父亲是一名医生，因此他也曾经深入思考过生物学问题。由于物理学的发展较早，已经达到了一个较高的水平，再有大的突破很难。所以，玻尔在思考生物学问题的同时萌生了一种信念：也许可在生物学研究中发现某些新的物理原理或定律。对于不少物理学家来说，这是一个浪漫的诱惑，从而吸引他们转向生物学领域。德尔布吕克就是其中的一位。1932年8月的一次国际性会议上，玻尔发表了光与生命的演讲，提出生命过程是对化学和物理学规律的补充。这对德尔布吕克的影响很大，导致他从此由物理学转向生物学研究。  1937年，德尔

5、布吕克到美国加州理工学院摩尔根实验室从事遗传学研究。但是，他发现一个理论物理学家成天要在显微镜下与果蝇染色体打交道是多么困难。正在他产生动摇、举棋不定时，同一实验室的埃里斯（E.L.Ellis）建议德尔布吕克加入噬菌体研究。噬菌体的确也吸引了德尔布吕克，他很快意识到，噬菌体是一种进行定量研究的理想材料。寄主菌与噬菌体的实验结果分析简单，实验一天之内就能完成，有关技术易于掌握。于是德尔布吕克从此转入噬菌体研究，并提出对噬菌体进行分阶段生长试验的设想，二人共同设计并进行了著名的“一级生长试验”，1939年发表了题为“噬菌体的生长”一文，成为现代噬菌体遗传研究的开端。他们测定了噬

6、菌体的一级生长曲线，该曲线表明噬菌体生长可分为三个时期，即潜伏期、生长期和释放期，还说明每个寄生细胞的平均释放量为100个左右。其次，他们还做了单菌释放实验，目的是测定每个被感染细胞释放的噬菌体数量（不是平均数）。单菌释放实验的另一个用途，是可以利用纯化后的噬菌体做遗传学分析。1940年12月，德尔布吕克在一次物理学年会上结识了同样从事噬菌体研究的卢里亚。两人开始了合作研究。1943年，他们发表了一篇题为“细菌从对病毒敏感性到对病毒抗性的突变”的著名论文。同年，阿尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）从华盛顿大学来到范德彼尔特大学拜访德尔布吕克。赫尔希也在研究噬菌

7、体，不久也参加了德尔布吕克成立的噬菌体俱乐部。在上述对噬菌体研究的基础上，赫尔希和蔡斯于1952年设计并进行了一个著名的实验，成功证明了DNA是遗传物质。他们是怎样设计实验的？让我们一起来分析。2.噬菌体侵染细菌的猜想DNA和蛋白质到底哪一个是遗传物质，尽管格里菲斯（F．Griffith）和艾弗里（O．Avery）已经证实了DNA是导致细菌转化的因子，但是，这仅仅是从一个侧面证明了DNA可以控制细菌荚膜的形成，并没有证明作为遗传物质必须具备的亲子代间的传递性。噬菌体身体结构异常简单，简单到只有蛋白质外壳包裹着DNA