关于“遗传”中两个问题的思考

山 彬

在教学中,经常遇到学生为以下问题争议:

1.基因中脱氧核苷酸顺序的改变一定会导致哪些改变?

例1(多选)如果基因中4种脱氧核苷酸顺序发生改变,这一变化一定会导致

A.遗传性状改变 B.密码子改变

C.遗传信息改变 D.遗传规律改变

给出答案:B、C。争议答案:只选C。

理由:基因在结构上分为非编码区和编码区,真核基因的编码区包括内含子和外显子,其中非编码区和内含子都不编码蛋白质。所以基因中脱氧核苷酸顺序的改变发生在非编码区和内含子,这不会导致遗传性状改变。还有,即使是基因的内含子部分脱氧核苷酸顺序改变,由于密码子的简并性,也不一定导致遗传性状改变,所以A不能选。密码子是指在mRNA上决定氨基酸种类的三个相邻碱基,基因的脱氧核苷酸顺序改变有三种情况:碱基对的增添、缺失和改变。如果在基因中增添或缺失一个碱基对,必然会使增添或缺失点之后的密码子发生改变,如果仅基因某一位点上的一个碱基种类的改变,则只使转录的mRNA上一个密码子改变;但基因的非编码区和内含子是不转录为成熟mRNA,故基因中脱氧核苷酸顺序的改变发生在非编码区和内含子,密码子不改变,所以不能选B。遗传信息是指基因中特定的脱氧核苷酸顺序,所以基因中脱氧核苷酸顺序的改变一定会导致遗传信息的改变。应选C。遗传规律是指基因在生物前后代中传递的规律,它不会因为基因突变而改变,所以D不能选。

2.噬菌体侵染细菌实验能证明哪些问题?

例2噬菌体是一类细菌病毒,下列关于噬菌体侵染细菌的实验的相关叙述中不正确的是

A.该实验能证明蛋白质不是遗传物质

B.侵染过程的原料、ATP、酶、场所等条件均由细菌提供

C.为确认何种物质注入细菌体内,可用35S和32P共同标记噬菌体的蛋白质和DNA

D.连续培养噬菌体n代,则含母链的DNA数应占DNA总数的1/2n-1

给出答案:C。争议答案:应选A、C。

例3病毒只由核酸(核心)和蛋白质(外壳)两种物质组成。用病毒侵染相应的生物细胞发现,病毒的蛋白质外壳都没有进入相应的被侵染的细胞,只有核酸被注入到受侵染的细胞内,被侵染的细胞最后裂解能释放出很多新的病毒。关于材料,下列说法正确的是

A.该实验证明蛋白质不是遗传物质

B.该实验证明DNA是遗传物质

C.该实验说明病毒复制过程中蛋白质不起任何作用

D.该实验证明核酸是遗传物质

给出答案:B。争议答案:D。

这里例题2和例题3争议的焦点是:噬菌体侵染细菌实验到底能不能证明蛋白质不是遗传物质?如果该实验能证明蛋白质不是遗传物质,则例题2应选C,例题3应选A、D(因题中并未说明试验病毒是DNA病毒还是RNA病毒,故不能选B)。如果该实验不能证明蛋白质不是遗传物质,则例题2应选A、C,例题3应选D。

那么究竟噬菌体侵染细菌实验到底能不能证明蛋白质不是遗传物质?我们可以从肺炎双球菌的体外转化试验中得到提示:科学家的实验思路及探究方法是将肺炎双球菌的DNA与其他成分(特别是蛋白质)分离,然后用各种成分分别单独用于转化试验直接观察各自的遗传功能。噬菌体侵染细菌使其蛋白质并未进入细菌体内,故不能证明蛋白质不是遗传物质。添加怎样的步骤即可证明蛋白质不是遗传物质?应将噬菌体外壳注入细菌细胞中,然后观察细菌体内是否出现噬菌体复制即可。

反思:从争议中可以总结出噬菌体侵染细菌实验可以得出的结论①DNA是遗传物质;②噬菌体侵染细菌时进入细菌细胞内的是噬菌体的DNA而不是蛋白质(用放射性元素35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA,在细菌体内只能检测到32P,而检测不到35S由此证明);③DNA复制的特点是半保留复制;④细菌细胞内的噬菌体DNA复制及噬菌体蛋白质的合成所需的原料、能量、场所等条件均由细菌提供,这时细菌细胞的一切变化是为噬菌体服务的;⑤噬菌体侵染细菌的实验还说明了噬菌体特有的增殖方式,这种方式不同于无性生殖和有性生殖,称为复制式繁殖。⑥科学家的实验思路及探究方法是将肺炎双球菌或噬菌体的DNA与其他成分(特别是蛋白质)分离,然后用各种成分分别单独用于转化试验或侵染试验,直接观察各自的遗传功能。