“噬菌體侵染細菌的實驗”疑點詮釋

唐華忠

“DNA是主要的遺傳物質”一節，許多老師喜歡選作公開課教學內容。本人聽此節內容已有40余節，每節課總有不盡如人意的地方，避開教法學法等不談，僅從對教材內容的講解分析來看，有的問題講不清楚或干脆就沒有講，使得教學效果大打折扣，尤其是“噬菌體侵染細菌的實驗”這部分內容，筆者歸納主要有以下幾個問題，供同仁參考。

1.作為DNA是遺傳物質的證據，“噬菌體侵染細菌實驗”為什么比“肺炎雙球菌的轉化實驗”更具有說服力？

作為DNA是遺傳物質的證據實驗，其基本的設計思路就是設法把組成生物體的DNA和其他化學品質分開，單獨地、直接地去觀察每一種物質在遺傳中所起的作用。在艾弗里的“肺炎雙球菌的轉化實驗”中提取出的DNA，純度最高時也還有0.02%的蛋白質，也就是說并沒有把DNA和蛋白質徹底分開，因而，由此實驗得出的結果和結論并不能令人信服。而赫爾希和蔡斯的“噬菌體侵染細菌的實驗”中，因噬菌體蛋白質含有DNA所沒有的特殊元素S，可以用35S標記蛋白質；DNA中含有蛋白質沒有的特殊元素P，可以用32P標記DNA，通過用35S和32P分別去標記噬菌體的蛋白質和DNA，就把蛋白質和DNA間接地徹底分開了，因而，由此實驗得出的結果和結論才更具有說服力。

2.為什么選用大腸桿菌T2噬菌體做實驗材料？

用大腸桿菌T2噬菌體做實驗材料具有以下幾個明顯的優點：①化學組成簡單。噬菌體化學組成只有蛋白質和DNA，這就排除了其他有機物對實驗得干擾，便于標記和觀察。②蛋白質和DNA兩大成分的位置和行為相對獨立。蛋白質只存在于噬菌體外殼上，而DNA只存在于噬菌體的核心上。③遺傳物質和非遺傳物質的行為相對獨立。T2噬菌體在侵染時會將自身的遺傳物質注入細菌體內，而非遺傳物質則留在細菌體外，并且噬菌體會在自身遺傳物質的作用下，利用細菌體內的物質來合成自身的組成成分。因此只需觀察蛋白質和DNA是哪個進入了細菌體內就可以確定哪個是遺傳物質了。

3.如何獲取含放射性標記的噬菌體？

T2噬菌體專性寄生于大腸桿菌細胞內，因而需首先標記大腸桿菌，再用T2噬菌體去侵染帶放射性的大腸桿菌，即可獲取含放射性標記的噬菌體。其一般過程如下：①標記大腸桿菌。分別用含35S的氨基酸和含32P標記的核苷酸的兩種培養基培養大腸桿菌，來獲取含35S標記和32P標記的兩類大腸桿菌。②標記噬菌體。分別用T2噬菌體侵染上述兩類大腸桿菌，即可獲取含35S標記蛋白質和含32P標記DNA的兩類噬菌體。

4.為什么不同時用35S和32P兩種同位素標記噬菌體？

若同時用35S和32P兩種同位素標記噬菌體，就可得到蛋白質和DNA都含有放射性的噬菌體，即噬菌體的DNA和蛋白質并沒有分開，用此噬菌體侵染細菌，通過對放射性物質的追蹤，就不能確定DNA和蛋白質究竟哪一個是遺傳物質。

5.用14C、3H、18O、15N等同位素標記噬菌體可行嗎？

由于組成噬菌體的蛋白質和DNA都含有C、H、O、N等元素，若用14C、3H、18O和15N等同位素去標記噬菌體，則噬菌體DNA和蛋白質都含有放射性，也就不能將DNA和蛋白質徹底分開，最終必然導致實驗失敗，因此不能用14C、3H、18O和15N等同位素標記噬菌體。

6.實驗過程中，保溫、攪拌和離心操作的目的各是什么？

對含有放射性標記的噬菌體和細菌的混合物進行短時間的保溫處理，其主要目的是讓噬菌體侵染細菌，并在細菌體內進行繁殖；用攪拌器攪拌是為了把吸附在細菌上的噬菌體或留在細菌外的噬菌體的非遺傳物質部分與細菌脫離，其實質是將噬菌體的遺傳物質（進入細菌內部的）和非遺傳物質（留在細菌外的）分離；離心是根據細菌和噬菌體或噬菌體的非遺傳物質部分的密度不同將二者加以分離，分離后含噬菌體遺傳物質的細菌密度較大，出現在沉淀物中，而噬菌體和留在細菌外的噬菌體非遺傳物質則出現在上清液中，最后分析放射性物質在試管中的出現部位，即可得出實驗結論。

7.用35S標記的一組侵染實驗，主要在上清液中檢測到放射性，而用32P標記的一組侵染實驗，卻主要在試管的沉淀物中檢測到放射性。這一結果說明了什么？

該結果說明了噬菌體的蛋白質外殼留在細菌體外，而噬菌體的DNA則進入了細菌內部。

以上幾點內容如能以問題的方式有機地融入課堂，讓學生思考或合作探究，老師分析講解，將會受到很好的教學效果。

參考文獻：

嚴金來.“噬菌體侵染細菌的實驗”教學設計思路[J].中學生物學，2009（4）.

編輯 溫雪蓮