“噬菌体侵染细菌的实验”疑点诠释

唐华忠

“DNA是主要的遗传物质”一节，许多老师喜欢选作公开课教学内容。本人听此节内容已有40余节，每节课总有不尽如人意的地方，避开教法学法等不谈，仅从对教材内容的讲解分析来看，有的问题讲不清楚或干脆就没有讲，使得教学效果大打折扣，尤其是“噬菌体侵染细菌的实验”这部分内容，笔者归纳主要有以下几个问题，供同仁参考。

1.作为DNA是遗传物质的证据，“噬菌体侵染细菌实验”为什么比“肺炎双球菌的转化实验”更具有说服力？

作为DNA是遗传物质的证据实验，其基本的设计思路就是设法把组成生物体的DNA和其他化学品质分开，单独地、直接地去观察每一种物质在遗传中所起的作用。在艾弗里的“肺炎双球菌的转化实验”中提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，也就是说并没有把DNA和蛋白质彻底分开，因而，由此实验得出的结果和结论并不能令人信服。而赫尔希和蔡斯的“噬菌体侵染细菌的实验”中，因噬菌体蛋白质含有DNA所没有的特殊元素S，可以用35S标记蛋白质；DNA中含有蛋白质没有的特殊元素P，可以用32P标记DNA，通过用35S和32P分别去标记噬菌体的蛋白质和DNA，就把蛋白质和DNA间接地彻底分开了，因而，由此实验得出的结果和结论才更具有说服力。

2.为什么选用大肠杆菌T2噬菌体做实验材料？

用大肠杆菌T2噬菌体做实验材料具有以下几个明显的优点：①化学组成简单。噬菌体化学组成只有蛋白质和DNA，这就排除了其他有机物对实验得干扰，便于标记和观察。②蛋白质和DNA两大成分的位置和行为相对独立。蛋白质只存在于噬菌体外壳上，而DNA只存在于噬菌体的核心上。③遗传物质和非遗传物质的行为相对独立。T2噬菌體在侵染时会将自身的遗传物质注入细菌体内，而非遗传物质则留在细菌体外，并且噬菌体会在自身遗传物质的作用下，利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分。因此只需观察蛋白质和DNA是哪个进入了细菌体内就可以确定哪个是遗传物质了。

3.如何获取含放射性标记的噬菌体？

T2噬菌体专性寄生于大肠杆菌细胞内，因而需首先标记大肠杆菌，再用T2噬菌体去侵染带放射性的大肠杆菌，即可获取含放射性标记的噬菌体。其一般过程如下：①标记大肠杆菌。分别用含35S的氨基酸和含32P标记的核苷酸的两种培养基培养大肠杆菌，来获取含35S标记和32P标记的两类大肠杆菌。②标记噬菌体。分别用T2噬菌体侵染上述两类大肠杆菌，即可获取含35S标记蛋白质和含32P标记DNA的两类噬菌体。

4.为什么不同时用35S和32P两种同位素标记噬菌体？

若同时用35S和32P两种同位素标记噬菌体，就可得到蛋白质和DNA都含有放射性的噬菌体，即噬菌体的DNA和蛋白质并没有分开，用此噬菌体侵染细菌，通过对放射性物质的追踪，就不能确定DNA和蛋白质究竟哪一个是遗传物质。

5.用14C、3H、18O、15N等同位素标记噬菌体可行吗？

由于组成噬菌体的蛋白质和DNA都含有C、H、O、N等元素，若用14C、3H、18O和15N等同位素去标记噬菌体，则噬菌体DNA和蛋白质都含有放射性，也就不能将DNA和蛋白质彻底分开，最终必然导致实验失败，因此不能用14C、3H、18O和15N等同位素标记噬菌体。

6.实验过程中，保温、搅拌和离心操作的目的各是什么？

对含有放射性标记的噬菌体和细菌的混合物进行短时间的保温处理，其主要目的是让噬菌体侵染细菌，并在细菌体内进行繁殖；用搅拌器搅拌是为了把吸附在细菌上的噬菌体或留在细菌外的噬菌体的非遗传物质部分与细菌脱离，其实质是将噬菌体的遗传物质（进入细菌内部的）和非遗传物质（留在细菌外的）分离；离心是根据细菌和噬菌体或噬菌体的非遗传物质部分的密度不同将二者加以分离，分离后含噬菌体遗传物质的细菌密度较大，出现在沉淀物中，而噬菌体和留在细菌外的噬菌体非遗传物质则出现在上清液中，最后分析放射性物质在试管中的出现部位，即可得出实验结论。

7.用35S标记的一组侵染实验，主要在上清液中检测到放射性，而用32P标记的一组侵染实验，却主要在试管的沉淀物中检测到放射性。这一结果说明了什么？

该结果说明了噬菌体的蛋白质外壳留在细菌体外，而噬菌体的DNA则进入了细菌内部。

以上几点内容如能以问题的方式有机地融入课堂，让学生思考或合作探究，老师分析讲解，将会受到很好的教学效果。

参考文献：

严金来.“噬菌体侵染细菌的实验”教学设计思路[J].中学生物学，2009（4）.

编辑 温雪莲