对噬菌体遗传物质的思考

山东

基因是遗传物质的有效片段，遗传物质是DNA也早已成为定论，人教版教材中也有专门的一章讲述DNA和基因的关系，但是教材中的一些描述不是很清楚，笔者尝试结合试题与大家重温经典，再谈如何证明DNA是遗传物质这个经典实验。

【试题1】在探索遗传物质的过程中，赫尔希和蔡斯做了T2噬菌体侵染细菌的实验。下列有关叙述正确的是（ ）

A.用32P、35S标记同一组T2噬菌体的DNA和蛋白质

B.该实验的步骤是标记、培养、搅拌、离心、检测

C.T2噬菌体侵染大肠杆菌时，DNA进入大肠杆菌，而RNA没有进入

D.该实验证明了DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质

本题是宁夏育才中学2017—2018学年高二上学期期末考试的一道选择题，考查的核心知识是噬菌体侵染细菌的实验过程和结论。

【参考答案】B

【分析】教材的实验是分两组进行的。“同有”或“同无”无法证明哪种物质是遗传物质，即同时标记两种化合物进行实验和两种化合物都不标记进行实验的结论是相同的——都无法得出哪种物质是遗传物质。所以实验必须分两组进行，即分别标记DNA和蛋白质，并探究二者的作用，所以A选项是错误的；实验步骤就是如选项B所示，所以B选项是正确的；T2噬菌体是一种DNA病毒，只含有一种核酸即DNA，没有RNA，C选项是错误的；该实验只能证明DNA是遗传物质，而无法证明蛋白质不是遗传物质，所以D选项是错误的。

这是一道常考题，试题答案和分析似乎浅显易懂。但是，笔者就此题提出了一点疑问——为什么D选项是错误的？下面首先从试题分析的A选项切入，思考以下几个问题：

1.实验为什么分为两组？

2.两组实验的结果是什么？

3.两组实验的结论是什么？

4.得出实验结论的依据是什么？

针对上述问题，笔者详细地分析一下：

人教版必修2的教材上有两个证明遗传物质是DNA的经典实验，一个是肺炎双球菌的转化实验（格里菲思的体内转化实验和艾弗里的体外转化实验，主要是艾弗里实验），另一个是赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌的实验。看起来，这个问题应该非常清晰、明确，是不存在异议的，但是笔者结合多年的教学实践以及参阅一些权威著作，提出了一些问题，与各位读者一同商榷。

【艾弗里实验分析】

艾弗里实验采用提纯分离法，受条件限制，所提取的物质的纯度不可能达到100%，所以就会存在一些比较明显的问题，见下表：

编号 问题 观点1 _____理由 观点2 _理由1本实验能否证明DNA是遗传物质能S-DNA使R型菌转化成S型菌，并能形_______成S型菌落_________________不能纯度达不到100%2本实验能证明蛋白质不是遗传物质吗？能S - 蛋 白 质 不能使R型菌转化成S型菌不能纯度达不到100%

由此可见，纯度达不到100%是这个实验的“硬伤”，因此，才有了更好的替代实验——噬菌体侵染细菌实验。

【噬菌体侵染细菌实验分析】

一、实验描述

人教版必修2教材讲述：赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具说服力的实验。噬菌体实验的优点在于材料的选择和新技术的应用，噬菌体的特点是只有蛋白质外壳和内部的核酸——DNA，而且侵染时两者是分开的，注入细菌体内的是DNA，蛋白质外壳则留在外面；放射性同位素标记法可以对物质进行精确的定位和追踪，而且可以把看不见的微观变化过程转换为可追踪和可检测的宏观现象。教材得出的结论是噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的，DNA才是真正的遗传物质。笔者认为，这个结论已经明确地说明DNA才是真正的遗传物质，同时也就排除了蛋白质是遗传物质的可能性。这就说明，“DNA是遗传物质，而蛋白质不是”是确定的，是事实，也是该实验的最终结论。证明DNA是遗传物质的实验证据有两个，一个是借助电子显微镜可以清晰地看到噬菌体在繁殖时蛋白质没有进入宿主细胞，不参与繁殖后代；另一个是放射性同位素追踪显示蛋白质没有出现在子代中。也就是说，蛋白质在亲子代之间不具有连续性，这就足以说明蛋白质不是遗传物质。

二、实验质疑

既然如此，为什么学生还经常能够见到“赫尔希和蔡斯实验只能证明DNA是遗传物质，而无法证明蛋白质不是遗传物质”这种说法呢？支持该观点的人认为，蛋白质没有进入到大肠杆菌体内，所以无法探究蛋白质究竟是不是遗传物质。也就是说，如果要证明蛋白质是否是遗传物质，就必须让蛋白质进入细菌体内，进而观察蛋白质是否具有遗传物质的属性。结果当然存在两种可能性，如果蛋白质能进入到子代体内，参与繁殖后代，则蛋白质也是遗传物质；反之则不是。

【“悖论”思考】

一方认为蛋白质没有进入细菌体内，所以不是遗传物质；另一方认为正是由于蛋白质没有进入细菌体内，所以无法证实蛋白质是不是遗传物质。两者虽然观点不同，但是依据却相同——都是蛋白质没有进入细菌体内。

【笔者的观点】

首先笔者认为，教材的实验结论没有问题。噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA是遗传物质，同时也能证明蛋白质不是遗传物质。理由如下：

一、尊重客观事实

借助电子显微镜（20世纪40年代电子显微镜已被广泛应用），可以清晰地看到噬菌体侵染细菌的过程，蛋白质没有参与繁殖后代，在亲子代之间无连续性，绝无可能是遗传物质，这是不可否定的事实。从这个角度讲，即便不使用放射性同位素标记法这个技术，也能通过观察得出DNA是遗传物质的结论。当然放射性同位素示踪技术的应用可以更精确地定位和追踪，得出实验结论也更宏观、便捷。

二、实验设计合理

该实验设计了两组实验，二者相互对照、相互证明，说服力十足，实验设计完整。教材的描述中有两句话，教师们要区分对待，第一句的重点是“DNA进入了，而蛋白质没有进入”，如果仅凭这句话就得出“DNA是遗传物质”的结论确实有失偏颇，因为“实验设计”上存在漏洞，没有设置蛋白质进入细菌的实验，所以在“实验设计”上还是有一定的缺陷；第二句话的重点是“子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的”，这是一句推论，并不是直接的实验结果。该实验的最终结论及推理过程是当用32P标记DNA时，放射性会出现在子代噬菌体中；当用35S标记蛋白质时，放射性没有出现在子代噬菌体中；在亲子代之间具有连续性的物质是DNA，亲代的DNA可以传给子代，然后控制子代噬菌体的各种性状（隐含的信息），简而言之，前者通过观察得出的结论的确有漏洞，但这并不是实验设计，而是直接观察的结果。后者是通过严谨的实验设计，得到实验结果并进一步挖掘隐含内容，从而得出结论，这是严谨的，是不容置疑的。

三、理论支撑合理

对于什么物质可作为遗传物质这个问题，科学家很早就已做出理论层面上的合理预测。遗传物质需要满足若干条件，如能够携带信息；能够指导蛋白质合成，控制生物的性状；能自我复制，在亲子代之间具有连续性；能产生可遗传的变异等。这个实验所采用的理论依据就是在亲子代之间具有连续性的物质就是遗传物质，理论依据合理并且充分。

所以，笔者认为此题中的D选项也是正确的。针对上面的分析，再看下面一道试题。

【试题2】下列关于“噬菌体侵染细菌实验”的叙述，正确的是 （ ）

A.噬菌体吸收和利用培养基中含有35S的氨基酸而被标记

B.用32P和35S分别标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，长时间保温和培养后搅拌离心

C.在32P标记的噬菌体的侵染实验中，上清液出现较强放射性的原因可能是侵染时间过长

D.35S标记的噬菌体的侵染实验能够证明蛋白质不是遗传物质

【参考答案】C

【分析】这道题的D选项是否正确呢？答案是否定的。单独的一组实验不能说明任何问题，同理，单独标记的DNA也不能证明DNA是遗传物质，必须要两组相互对照，共同说明DNA是遗传物质，而蛋白质不是。这才是相互对照实验的价值所在——相互对照组中每一组都会有各自的结论，并对最终结论起到至关重要的作用。例如，鲁宾和卡门探究光合作用产生的氧气中氧元素来源的实验、伞藻嫁接探究核质作用的实验，道理都是如此。

综上所述，笔者认为，噬菌体侵染细菌的实验是可以证明蛋白质不是遗传物质的，而平时接触的一些题目可能对此并未深入挖掘，所以得出一些错误的结论。