郁立俠

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)是人教版新課標(biāo)教材必修2第3章第1節(jié)的內(nèi)容，是在前面學(xué)習(xí)了有關(guān)細胞學(xué)基礎(chǔ)（有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用）、闡明了染色體在親代和子代遺傳中所起的聯(lián)系作用，并且了解染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)上來學(xué)習(xí)的。這節(jié)內(nèi)容還與本冊教材第六章“基因工程及其應(yīng)用”有一定的聯(lián)系，同時提到一些在自然科學(xué)研究中常用的實驗方法，這為后面選修課“生物技術(shù)與實踐”的學(xué)習(xí)也做了很好的鋪墊，因此這節(jié)內(nèi)容在高中階段生物科學(xué)習(xí)中有著重要低位。

由于當(dāng)時認(rèn)識水平有限，所以在相當(dāng)長的時間里，人們一直認(rèn)為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)，那么，遺傳物質(zhì)究竟是DNA還是蛋白質(zhì)呢？教材通過問題探討在此埋下伏筆，然后通過2個經(jīng)典實驗證明遺傳物質(zhì)是DNA。最后，教材通過煙草花葉病毒感染煙草的實驗，說明有些病毒體內(nèi)的核酸只有RNA沒有DNA，其中的RNA就是它的遺傳物質(zhì)，進一步歸納出“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一結(jié)論。

本節(jié)內(nèi)容在結(jié)構(gòu)體系上體現(xiàn)了人們對科學(xué)理論的認(rèn)識過程和方法，是進行探究式學(xué)習(xí)的極佳素材。在教學(xué)中，通過發(fā)揮學(xué)生的主體作用，優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，妙用科學(xué)史實例，把知識的傳授過程優(yōu)化成一個科學(xué)的探究過程，讓學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，從而滲透科學(xué)方法教育。

筆者認(rèn)為，正確理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)，還應(yīng)注意弄清一些問題。

19世紀(jì)末葉，生物學(xué)家通過對細胞的有絲分裂、減數(shù)分裂和受精過程的研究，認(rèn)識到染色體在生物的遺傳中具有重要的作用。染色體的化學(xué)組成如何？到底哪種成分才是遺傳物質(zhì)？染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，還含有少量的RNA。由于染色體不是單一物質(zhì)組成，因而，遺傳物質(zhì)到底是DNA還是蛋白質(zhì)的爭論相當(dāng)激烈。隨著噬菌體侵染大腸桿菌實驗的進行，使人們普遍接受DNA才是遺傳物質(zhì)的結(jié)論。

作為遺傳物質(zhì)應(yīng)該具有的特點是：1）分子結(jié)構(gòu)具有相對的穩(wěn)定性；2）能夠進行自我復(fù)制，使前后代具有一定的連續(xù)性；3）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制新陳代謝的過程和性狀；4）能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。

在遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程中，一批批科學(xué)家前赴后繼，作出巨大貢獻，他們創(chuàng)造性地進行了一系列實驗。格里菲思在肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，將加熱殺死的S型肺炎雙球菌與R型肺炎雙球菌一起注入到小鼠體內(nèi)，導(dǎo)致小鼠死亡并分離得到能夠穩(wěn)定遺傳的S型肺炎雙球菌。據(jù)此，他得到：加熱殺死的S型肺炎雙球菌中含有促進R型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化的“轉(zhuǎn)化因子”。

艾弗里及其同伴將組成S型肺炎雙球菌的各種成分分離開來，將它們分別加入到已培養(yǎng)了R型肺炎雙球菌的培養(yǎng)基中，并創(chuàng)造性地將S型肺炎雙球菌的DNA經(jīng)DNA酶處理后加入，發(fā)現(xiàn)只有加入DNA才能促使R型肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化。他們首次提出DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)的說法。

讓人們普遍接受“DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)”結(jié)論的科學(xué)家是赫爾希和蔡斯，在于他們找到一種特殊的實驗材料——大腸桿菌T2噬菌體（蛋白質(zhì)與DNA可以有效分離），并借助于同位素標(biāo)記的方法進行噬菌體侵染細菌的實驗。通過實驗，他們發(fā)現(xiàn)噬菌體侵入到細菌的成分是DNA而不是蛋白質(zhì)，從而證明親子代間具有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)。

為什么只能用35S和32P這2種同位素分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)？不能用14C和18O？如何標(biāo)記？標(biāo)記2種物質(zhì)的目的是為了證明進行噬菌體中侵入到細菌體內(nèi)的是DNA還是蛋白質(zhì)，因而標(biāo)記元素應(yīng)該是蛋白質(zhì)或DNA特有的。14C和18O兩種物質(zhì)均含有，不具有特異性，因而不可以；而DNA含P，蛋白質(zhì)含S，P、S是它們各自特有的元素，因而可以用35S和32P這2種同位素分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)。

由于噬菌體等病毒的生命活動不能離開宿主細胞單獨進行，其生命活動及物質(zhì)合成必須依賴于活的宿主細胞。因此利用同位素標(biāo)記噬菌體時，應(yīng)先利用同位素標(biāo)記其宿主細胞，然后以噬菌體病毒侵染已被標(biāo)記的細菌，使形成的噬菌體含有被標(biāo)記的元素。

如何理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)？這里應(yīng)注意3個方面：一是對所有生物而言，DNA不是唯一的遺傳物質(zhì)，還可能是RNA或蛋白質(zhì)；二是含有DNA的生物的遺傳物質(zhì)是DNA；三是絕大多數(shù)生物含有DNA。

（作者單位：河北省玉田縣林南倉中學(xué)）