在講授DNA是主要的遺傳物質一節(jié)中，學生對肺炎雙球菌的轉化實驗提出了幾點質疑。筆者在經(jīng)過認真思考、討論、查閱資料后，針對各個問題一一進行了解答。筆者發(fā)現(xiàn)學生提出的疑問很有意義和代表性，現(xiàn)將學生質疑和筆者解答整理如下，供同仁參考。也求拋磚引玉，獲得更好的解答。 

1．格里菲斯的體內(nèi)轉化實驗 

實驗中將加熱殺死的S型和活的R型混合注射到小鼠體內(nèi)，小鼠患敗血癥死亡，并從小鼠體內(nèi)分離出活的S型，且其后代仍是有毒性的S型。格里菲思推論：在已經(jīng)加熱殺死的S型細菌中，必然含有一種“轉化因子”，促使R型轉化為S型，且這種轉化可遺傳。 

1．1   質疑一：是S型復活還是R型被轉化？ 

學生的質疑：為什么是R型被轉化，而不是加熱殺死的S型復活呢？

 

筆者的分析解答：學生提出這樣的質疑，主要是對蛋白質的化學性質不太了解。蛋白質具有一定的空間結構才具有生理活性，加熱會破壞蛋白質的空間結構（變性），且該過程不可逆。所以加熱后蛋白質變性失活，不可能再恢復其功能（可以高溫下酶失活為例）。而蛋白質是生命活動的承擔者，蛋白質失活了，生命活動就不可能再恢復，也就是說熱殺死的S型是不可能復活的。

 

當筆者作出上邊的解釋后，有學生立即又提出了下面的質疑。 

1．2   質疑二：加熱殺死的S型的DNA為什么沒被破壞還可以發(fā)揮轉化作用？ 

學生的質疑：加熱殺死的S型菌的蛋白質變性失活了，失去了生理功能。那為什么熱殺死的S型的DNA還有作用呢？

 

筆者的分析解答：學生提出這樣的質疑，和上一個問題的原因相似，主要是對DNA的結構及化學性質不太了解。DNA是由兩條鏈形成的雙螺旋結構，兩條鏈間堿基通過氫鍵連接。加熱會使氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋解開成單鏈，稱為DNA變性。但和蛋白質變性不同的是，當溫度緩慢降低時單鏈又可以重新形成雙鏈，稱為DNA復性。所以，加熱殺死的S菌的DNA還是有作用的。 

1．3   質疑三：轉化因子是S型菌的整個DNA，還是DNA片段？ 

學生的質疑：發(fā)揮轉化作用的到底是S型菌的整個DNA，還是DNA片段？

 

筆者的分析解答：這個問題涉及的是DNA分子變性、復性、以及基因的有關知識。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)：常用的DNA變性方法主要是熱變性方法和堿變性方法。熱變性使用得十分廣泛，但是高溫可能引起磷酸二酯鍵的斷裂，得到長短不一的單鏈DNA。而堿變性方法則沒有這個缺點，在pH為11．3時，全部氫鍵都被淘汰，DNA完全變成單鏈的變性DNA。

 

決定生物性狀的基本單位叫做基因，它是DNA上具有遺傳效應的片段。S菌的DNA上具有與莢膜形成有關的片段（基因），加熱殺死S菌時，S型菌的DNA可能因高溫引起磷酸二酯鍵的斷裂，得到長短不一的單鏈DNA。所以加熱殺死S菌的時候，會得到與莢膜形成有關的DNA片段。該片段與R菌DNA整合后，使得其也可以形成莢膜，即轉變?yōu)镾型。 

1．4   質疑四：S菌的DNA將R菌轉化，還是S菌的DNA直接控制合成了S菌？ 

在本節(jié)教學中，筆者補充了證明RNA是遺傳物質的實驗──煙草花葉病毒侵染實驗。學生在知道煙草花葉病毒的RNA侵染煙草細胞后，利用其所帶的遺傳信息控制合成了新的煙草花葉病毒的知識后，對肺炎雙球菌體內(nèi)轉化實驗又提出了新的質疑。

 

學生的質疑：為什么是S型菌的DNA轉化了R型，而不是S型菌的DNA像煙草花葉病毒的RNA侵染煙草細胞后直接控制合成了S菌？

 

筆者的分析解答：學生發(fā)生這樣的疑問是因為對病毒的結構和復制、細菌的結構和繁殖的知識掌握的不夠清晰，不能區(qū)分這兩種生物的特征。病毒是非細胞結構的生物，由蛋白質外殼和核酸組成，子代病毒是通過病毒核酸（遺傳物質）在宿主細胞中控制合成的核酸和蛋白質組裝而成。而細菌是細胞結構生物，細胞通過分裂實現(xiàn)增殖，也就是說新細胞只能來自于細胞的分裂，而不可能來自于其他細胞直接合成。所以該實驗中應該是S型菌的DNA轉化了R型菌，而不是像煙草花葉病毒侵染實驗那樣直接控制合成了S菌。 

2．艾弗里的體外轉化實驗 

艾弗里和他的同事為了弄清轉化因子是什么，分離提取了S菌的DNA、蛋白質和多糖等物質，然后分別加入已培養(yǎng)R型細菌的培養(yǎng)基中，結果發(fā)現(xiàn)：只有加入DNA，R型細菌才能轉化為S型細菌。艾弗里還發(fā)現(xiàn)：如果用DNA酶處理S型菌的DNA，使DNA分解，就不能使R型細菌發(fā)生轉化。 

2．1   質疑一：如果在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌能否被轉化為R型？ 

學生的質疑：如果在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌是不是也能整合R菌的DNA，從而被轉化為R型？

 

筆者的分析解答：由于缺乏相應的微生物知識，對R型細菌轉化的具體生理過程不清楚，很容易認為在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌也能整合R菌的DNA，從而被轉化為R型。

 

R型細菌之所以能整合S型菌的有關DNA片段，轉化為S型，與其自身的結構和特性有關。R型活菌在對數(shù)期后期內(nèi)處于“感受態(tài)”（ 細菌能從環(huán)境中攝取DNA進行轉化的狀態(tài)，稱感受態(tài)(competence)。 對于感受態(tài)本質的解釋，有人認為處于感受態(tài)的受體菌局部失去了細胞壁，使外源DNA能順利經(jīng)膜進入菌體，稱局部原生質體假說。也有人認為是受體細胞表面出現(xiàn)了一直能結合DNA并使之進入細胞的酶，稱酶受體假說）。被加熱殺死的S型肺炎雙球菌（供體菌）自溶，釋放出自身的DNA片段，當DNA片段遇到感受態(tài)的R型活肺炎雙球菌（受體菌）時，R型活肺炎雙球菌（受體菌）細胞膜上的結合位點相結合，隨后其中一條鏈被細胞膜上的核酸酶降解，降解產(chǎn)生的能量協(xié)助把另一條單鏈推進受體細胞（該過程稱為DNA的結合和攝�。�。當單鏈進入受體菌細胞后，便與受體菌DNA上的同源區(qū)段發(fā)生交換重組。再通過受體菌DNA復制、細胞分裂，而表現(xiàn)出轉化的性狀，于是就由R型肺炎雙球菌產(chǎn)生出S型肺炎雙球菌的后代。

 

而S型肺炎雙球菌有莢膜，無感受態(tài)，不能作為受體菌，所以在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌不能被轉化為R型。當然S型菌在自然狀態(tài)下或人工的誘變下發(fā)生基因突變，S型菌可能突變?yōu)镽型，但不是轉化。 

2．2   質疑二：艾弗里的第三組實驗（加DNA水解物）為什么沒能排除人們對其實驗的懷疑？ 

學生的質疑：艾弗里在第三組實驗（加DNA水解物）中，用DNA酶處理提取的DNA，然后加入培養(yǎng)R型菌的培養(yǎng)基中，結果培養(yǎng)基中未出現(xiàn)S型。這個實驗從反面證明了DNA是遺傳物質，為什么不能排除人們對提取的DNA中含有0．02%的蛋白質起到了轉化因子（遺傳物質）的作用的懷疑？

 

筆者的分析解答：這個推理從理論上來說確實沒錯，但是實際上，當時情況要復雜的多。當時人們對艾弗里實驗結果表示懷疑的原因主要來自兩個方面。

 

一方面：艾弗里的實驗并非無懈可擊，人們發(fā)現(xiàn)他的第一個實驗中的DNA純度不夠，關鍵性的實驗證據(jù)出現(xiàn)了問題，由此證據(jù)得到的推論自然會被人們懷疑。盡管艾弗里的第三個實驗能做出一些解釋，但是人們?nèi)匀豢梢哉J為是DNA和蛋白質共同作用完成細菌的轉化，或者蛋白質也參與了細菌的轉化過程，即無法完全排除蛋白質可能起了作用的懷疑。

 

另一方面：艾弗里由實驗推論得到DNA是使R型細菌發(fā)生遺傳改變的物質，這個觀點與當時大多數(shù)科學家的觀點是截然不同的，因此很多人都不愿承認艾弗里的實驗結果，這一點從他一生的遭遇就可以看出。自1930年起，幾乎每年艾弗里都因發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌的抗原特異性取決于其多糖莢膜而獲諾貝爾獎提名，但由于當時人們普遍認為抗原特性取決于細胞表面的蛋白質，不相信艾弗里的結果，懷疑其結果是因為多糖摻雜了蛋白質雜質導致的。在1946年以前，艾弗里有4次進入了第二輪名單，即諾貝爾獎委員會對其工作做了書面評價，但是評價的結果都認為他的發(fā)現(xiàn)不值得獲獎。1946年起，開始有人在提名艾弗里時提到他對遺傳物質的研究。當時研究核酸的兩個權威──卡羅林斯卡醫(yī)學院的化學教授艾納·哈馬斯登和他的前學生，細胞研究與遺傳學教授托布真·卡佩森。這兩個人都相信只有蛋白質才有可能是遺傳物質，而且他們根據(jù)自己的研究經(jīng)驗，知道很難除去DNA中的蛋白質雜質，從而不相信艾弗里的實驗結果。1946年，由哈馬斯登對艾弗里的實驗做了簡短的書面評價，他對艾弗里的結果持批評態(tài)度，認為艾弗里的DNA是被蛋白質雜質污染了，蛋白質才是轉化因子。

 

接下來的幾年，有一些實驗室用其他實驗證實了艾弗里的結論，艾弗里的發(fā)現(xiàn)已獲得了獨立驗證。1952年，艾弗里再次進入了諾貝爾獎第二輪提名名單，由細菌學教授伯恩特·馬爾姆格倫對之做了書面評價。馬爾姆格倫綜述了這幾年來的有關研究，認為蛋白質不太可能是轉化因子。但是他的結論卻是，要把DNA作為轉化因子仍然缺乏最后的證據(jù)，因此認為艾弗里的發(fā)現(xiàn)目前不值得獲獎。

 

從這些歷史可以看出，由于艾弗里當時的研究結果和當時的主流思想、權威理論相反，所以一直不被人們重視，甚至被認為是無價值的。所以，他的結論被人們懷疑也就“理所當然”。

 

在解答學生的這個質疑的同時，可以對學生進行這樣一些情感教育：一、科學研究就是在這樣的“吹毛求疵”中不斷前進的；二、科學研究中還需要自信，需要堅持自己的思想，需要懷疑的態(tài)度；三、淡薄以明志，寧靜以致遠。艾弗里的成果雖然當時未被人肯定，他未得到應有的榮譽，但他仍然熱衷于自己的工作，不斷取得突破，終為世人敬仰。有的人獲得諾貝爾獎，是為自己增輝，有的人獲獎，卻是為諾貝爾獎增輝。艾弗里沒有獲得諾貝爾獎，應該是諾貝爾獎的遺憾，而不是艾弗里的遺憾。  

 

學生的這些質疑，有的雖然看似簡單，但是要真正的解釋清楚，需要我們深入教材，吃透教材。高中教材和教參中的知識要解決這些問題，顯得非常的有限，這就促進了我們教師的不斷學習提高，需要教師作一名學者，而不是教書匠。另外，學生的質疑是他深思熟慮之后提出的，是思維活躍的表現(xiàn)，同時這種敢于質疑、大膽設想的精神，也是新課程要求的學生探究活動的具體體現(xiàn)，我們應該多加鼓勵和引導。培養(yǎng)學生的質疑精神、創(chuàng)新意識，才能為社會培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才，為國家培養(yǎng)出真正的棟梁之才。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaozhong/175717.html

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