人教版生物必修二3.1《DNA是主要的遗传物质》教学设计

DNA是主要的遗传物质
一、教学目标
1.知识与技能
（1）总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程。
（2）知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，是目前自然科学研究的主要方法。
（3）理解DNA是主要的遗传物质。
2.过程与方法
（1）通过肺炎双球菌的转化实验，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路，训练学生逻辑思维的能力。
（2）用“同位素标记法”来研究噬菌体侵染细菌的实验，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。
3.情感态度与价值观
（1）概述人类对遗传物质的探索过程，认同科学认识是不断深化、不断完善的过程。
（2）通过学生自己设计验证性实验，培养分析问题、解决问题的能力，发展科学思维和创新的能力。
二、教学重点难点
难点：
1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
难点：
1.如何理解DNA是主要的遗传物质，RNA也是遗传物质。
2.探究科学发现过程来学习科学研究方法。
三、课时安排
1课时
四、教学过程
［情境创设］
通过之前对孟德尔规律的学习以及细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，我们已经知道生物的遗传和变异与细胞中的染色体有关，这些使人们认识到染色体在生物的传种接代中具有重要作用。现在我们都知道染色体的主要成分是蛋白质和DNA。但是这两种物质中，究竟哪一种才是遗传物质呢？这个问题困扰着我们，也曾经困扰这众多的科学家很长时间。今天我们就来弄清楚究竟DNA是遗传物质还是蛋白质是遗传物质。
［师生互动］
这个问题当时困扰了那么多的科学家那么长时间，其实其中一个重要的原因是人们对遗传物质的认识和当时的科学研究水平是分不开的。
先来说一下20世纪二三十年代，那时候的人们对蛋白质和DNA的认识水平如何呢？
当时对蛋白质的认识水平是它是由多种氨基酸连接而成的。对DNA的认识水平是它是由许多个脱氧核苷酸聚合成的生物大分子。
而且在当时看来蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。原因是人们对DNA的了解很少，而且构成DNA的脱氧核苷酸只有四种，把它和生物多样性很难联系在一起，反而构成蛋白质的氨基酸种类较多，和生物的多样性联系在一起看似容易理解。所以，大家以为蛋白质遗传物质也就不足为奇了。其实，从这个事实中我们也可以看出，科学的发展过程就是一个不断纠正错误的过程。那么，纠正这个错误的人是谁呢？他又有什么质疑呢？
答：艾弗里。他在总结格里菲思实验的基础上提出遗传物质是DNA而不是蛋白质这一重要观点。
（一）肺炎双球菌的转化实验
大家先来学习格里菲思实验
出示R型细菌和S型细菌的菌体和菌落图，让学生对下图指出何者是R型菌体？何者是S型菌体？菌落各是怎样？毒性呢？以加深学生对两种细菌的了解。
肺炎双球菌转化实验
学生阅读教材，边看书边看图解，回答下列问题：
问：肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤？各看到哪些现象？
答：实验过程可分为四大步骤：注射无毒性的R型活细菌，小鼠正常；注射有毒性的S型活细菌，小鼠患败血症死亡；注射加热杀死了的S型细菌，小鼠正常；注射“R型活细菌+杀死的S型细菌”，小鼠患败血症死亡。
问：你如何理解第三步骤中的加热杀“死”？
答：这里加热的温度一般不超过60℃。所谓的死只是它没有了独立的感染能力，并不代表转化因子的彻底破坏。
问：第四组的实验结果说明了什么？
答：第四组的实验结果表明，被加热杀死的S型细菌中，存在着使R型活细菌转变成S型细菌的“转化因子”。但是这一“转化因子”究竟是什么物质，当时的格里菲思并不知道。
问：单凭格里菲思实验能不能证明DNA就是遗传物质？
答：不能。因为杀死的S型细菌中还是含有一定量的蛋白质、多糖以及DNA等物质，还不能说明是其中某种物质起了“转化因子”的作用。
艾弗里在格里菲思的基础上又进行了进一步的实验。
艾弗里实验
问：针对这样的事实，你觉得艾弗里及其同事的设计思路是什么？
答：把它们分开单独观察它们的作用，就可以证明何种物质为“转化因子”了。艾弗里和他的同事设法从S型活细菌中提取DNA、蛋白质、糖类及无机物，分别与R型细菌混合培养，其结果是，只有加入DNA的，R型才转化为S型细菌。这一结果表明：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
问：在艾弗里的实验的第（3）步中你得出什么结论？
答：只有完整的DNA才能进行转化。脱氧核苷酸没有转化作用。
问：从艾弗里的研究成果你有何启示？
答：现行科学研究要有科学的思路。艾弗里在这个实验中最关键的思路就是“DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用”，这个思路也是当时人们对“DNA是遗传物质”的原因所在。
问：艾弗里的实验是否完美？
答：不完美。因为他所提取的DNA仍含有少量的蛋白质，所以有人对实验结论仍有怀疑。
（二）噬菌体侵染细菌的实验
出示T2噬菌体模式图：
T2噬菌体的模式图
学习完各部分结构名称后，由学生归纳：
它的头部和尾部都具蛋白质的外壳，头内部含有DNA。噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒。
出示T2噬菌体侵染细菌的实验过程图。
学生阅读课本，然后回答问题：
问：放射性同位素35S和放射性同位素32P用于标记噬菌体的何种成分？有什么目的？
答：从元素组成来看，由于蛋白质分子中含S而不含P，DNA分子中含P而不含S。这样，就可让一部分噬菌体只标记蛋白质而不标记DNA，另一部分噬菌体只标记DNA而不标记蛋白质，从而分别观察这两种大分子物质的变化和作用，而不会相互干扰。
问：噬菌体在细菌体内的增殖是在何物质的作用下完成的？根据是什么？
答：噬菌体在细菌体内的增殖是在噬菌体DNA的指导下完成的，因为对被标记物质进行测试，结果表明噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，只有噬菌体的DNA才进入细菌体内。
问：这个实验的结果说明了什么？
答：实验结果表明：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
问：简述噬菌体侵染细菌的过程。
答：吸附→注入（DNA）→复制子代噬菌体的DNA和合成子代噬菌体的蛋白质→组装子代噬菌体。
（三）DNA是主要的遗传物质
（1）某些病毒的遗传物质是RNA。
如烟草花叶病毒，不含有DNA，只含有蛋白质和RNA。对这些病毒来说，RNA就起着遗传物质的作用。
（2）绝大多数生物的遗传物质是DNA。
虽然少数病毒的遗传物质是RNA，但绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
［教师精讲］
核酸是生物体的遗传物质，这一点已经不容怀疑。不同的生物所含遗传物质的种类有所不同，绝大多数的生物含有DNA和RNA，这时起决定作用的是DNA。只有极少数的病毒只有RNA，只有在此时，RNA才作为遗传物质。
［课堂小结］
（一）肺炎双球菌的转化实验——证明DNA是遗传物质
实验材料
实验方法
现象
1
粗糙型（R）肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠健康
2
光滑型（S）肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠死亡
3
灭活（S）型肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠健康
4
灭活（S）型肺炎双球菌+粗糙型（R）肺炎双球菌
感染老鼠
老鼠死亡
5
粗糙型（R）肺炎双球菌+分别加入S型肺炎双球菌分离成分
多糖或蛋白质
分别感染老鼠
老鼠健康
DNA＋DNA酶
老鼠健康
DNA
老鼠死亡
结果：只有DNA能使R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌，并使老鼠死亡。转化作用的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。
（二）菌体侵染细菌的实验——证明DNA是遗传物质
1.T2噬菌体的结构及特点
生活方式：寄生
2.过程：吸附——注入——合成——组装——释放
噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构及原料，由本身的核酸物质操纵的。
（三）生物的遗传物质
核酸（包括DNA和RNA）是生物的遗传物质；
具有细胞的生物的遗传物质是DNA；
病毒的遗传物质是DNA或RNA；
所以每种生物的遗传物质只能是DNA或RNA。
五、板书设计
DNA是主要的遗传物质
1.DNA是遗传物质的证据
（1）肺炎双球菌的转化实验过程和结论。
（2）噬菌体侵染细菌实验的过程和结论。
2.DNA是主要的遗传物质
（1）某些病毒的遗传物质是RNA。
（2）绝大多数生物的遗传物质是DNA。