課本經(jīng)典實驗設(shè)計

課本經(jīng)典實驗設(shè)計例一：噬菌體侵染細(xì)菌的實驗剖析一、實驗背景：艾弗里的實驗中提取的DNA,純度最高時也還有0.02℅的蛋白質(zhì)。于是科學(xué)家們（赫爾希和蔡斯）設(shè)想：最好是把DNA與蛋白質(zhì)區(qū)分開，直接地、單獨地去觀察DNA和蛋白質(zhì)的作用。二、實驗?zāi)康模?/p>

探究噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA還是蛋白質(zhì)三、實驗原理：a、T2噬菌體是一種細(xì)菌病毒，只能寄生在大腸桿菌內(nèi)繁殖子代；

b、T2噬菌體只由蛋白質(zhì)外殼和其中的DNA組成，且硫僅存在于蛋白質(zhì)中，99％的磷存在于DNA分子中。

c、用一定速度離心，培養(yǎng)液中的細(xì)菌將沉降到離心管底部，而噬菌體不足以沉降；d、遺傳物質(zhì)在親代和子代之間具有連續(xù)性。四、實驗材料：T2噬菌體、大腸桿菌、用32P和35S分別標(biāo)記的各種營養(yǎng)物質(zhì)、培養(yǎng)液、培養(yǎng)基、恒溫箱、攪拌器、離心機等。五、實驗方法與技術(shù)手段：同位素標(biāo)記示蹤法，細(xì)菌培養(yǎng)技術(shù)、DNA和蛋白質(zhì)分離提取技術(shù)六、實驗步驟：分組A組B組1、實驗材料的預(yù)處理：實驗材料的預(yù)處理：a、用含35S的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌a、用含32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌b、用以上被35S標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體b、用以上被32P標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體c、大腸桿菌裂解，分離出蛋白質(zhì)被35S標(biāo)記的噬菌體c、大腸桿菌裂解，分離出DNA被32P標(biāo)記的噬菌體2、用被35S標(biāo)記的噬菌體侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌用被32P標(biāo)記的噬菌體侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌3、適宜溫度短時間保溫，攪拌器攪拌適宜溫度短時間保溫，攪拌器攪拌4、將菌液在一定速度下離心，分別檢測上清液和沉淀菌體的放射性將菌液在一定速度下離心，分別檢測上清液和沉淀菌體的放射性5、沉淀的大腸桿菌裂解后，分離噬菌體，檢測噬菌體的放射性沉淀的大腸桿菌裂解后，分離噬菌體，檢測噬菌體的放射性七、實驗結(jié)果：分組A組B組親代噬菌體放射性物質(zhì)蛋白質(zhì)99％在DNA中，1％在蛋白質(zhì)中（步驟4）上清液放射性很高很低（步驟4）沉淀物放射性很低很高（步驟5）子代噬菌體放射性無有八、實驗結(jié)果分析A組：放射性物質(zhì)為35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)。親代噬菌體中蛋白質(zhì)被35S標(biāo)記而具有放射性，而在步驟5中，大腸桿菌裂解后得到的子代噬菌體沒有檢測到放射性，說明噬菌體侵染細(xì)菌時，蛋白質(zhì)外殼沒有進入細(xì)菌體內(nèi)，蛋白質(zhì)在親代和子代之間不具有連續(xù)性，因而不是遺傳物質(zhì)。B組：放射性物質(zhì)為32P標(biāo)記的DNA。親代噬菌體中99％的放射性在DNA中，1％在蛋白質(zhì)中，而在步驟5中，大腸桿菌裂解后得到的子代噬菌體中檢測到了放射性，說明DNA進入細(xì)菌體內(nèi)，DNA在親代和子代之間具有連續(xù)性，因而是遺傳物質(zhì)。九、實驗結(jié)論：綜合以上兩組實驗，表明在噬菌體中，親代和子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)。也就是說，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳給后代的，因此，DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。十、疑點闡釋：1.實驗過程中兩次用噬菌體侵染大腸桿菌的目的不同?第一次是用沒有同位素標(biāo)記的噬菌體侵染分別標(biāo)記了35S和32P的大腸桿菌，目的是為了將噬菌體分別用35S和32P進行標(biāo)記，使其不同的組分具有放射性。第二次是用35S和32P分別標(biāo)記的噬菌體侵染沒有被同位素標(biāo)記的大腸桿菌，目的是用大腸桿菌培養(yǎng)而得到子代噬菌體，再通過檢測子代噬菌體是否具有放射性來探究遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA。2.步驟3中短時間保溫的作用?是讓被同位素標(biāo)記的噬菌體去侵染大腸桿菌。表面上看，課本對該步驟著墨不多，其實它是本實驗?zāi)芊癯晒Φ年P(guān)鍵步驟。T2噬菌體是一種烈性噬菌體，它侵染大腸桿菌的過程大致可分為吸附、注入、合成、裝配和釋放等幾步。也就是說T2噬菌體對大腸桿菌侵染的結(jié)果必然使大腸桿菌最終裂解，從而釋放出子代噬菌體。所以，對步驟3中的保溫時間一方面要求不能太短，要使噬菌體有足夠的時間吸附在大腸桿菌表面，并將其遺傳物質(zhì)注入到大腸桿菌內(nèi)部繁殖下一代；另一方面要求時間要短，不能太長，否則子代噬菌體如果已將大部分大腸桿菌裂解，釋放而出，那么在B組步驟4中檢測的上清液放射性將很高而沉淀物的放射性將很低，而影響實驗結(jié)果，得不到正確的實驗結(jié)論。3.步驟3中保溫后用攪拌器攪拌的作用?與以上保溫時間的控制一樣，攪拌器的使用也是實驗成功的關(guān)鍵性步驟。剛才提到，噬菌體侵染大腸桿菌要首先吸附在菌體表面，注入了遺傳物質(zhì)后，其他成分還留在菌體表面。所以，待噬菌體成功侵染后，我們要通過攪拌使其未侵入的部分與菌體分離。否則，在A組步驟4中檢測的上清液放射性將很低，而由于噬菌體的蛋白質(zhì)外殼依然吸附在大腸桿菌表面，沉淀菌體的放射性將可能很高。而且在A組步驟5中，吸附在菌體上的親代噬菌體蛋白質(zhì)外殼可能與裂解釋放的子代噬菌體混淆，而檢測出一定的放射性，得到錯誤的結(jié)論。4.A組步驟4中檢測沉淀物中放射性很低的原因?A組步驟4中以一定的速度進行離心，大腸桿菌菌體沉淀到離心管底部，而未及時侵染的噬菌體和已侵染的噬菌體外殼在該速度下無法沉降，因而還是懸浮在大腸桿菌培養(yǎng)液中。這樣理論上沉淀物菌體應(yīng)該是檢測不到放射性的，而實際的實驗結(jié)果是放射性很低。其原因可能有兩點，一是在吸去培養(yǎng)液得到沉淀物菌體時，仍然有少量培養(yǎng)液（其中含有噬菌體外殼）殘存在菌體之間；二是在步驟3進行攪拌時，沒有完全使吸附在大腸桿菌表面的噬菌體外殼脫離下來，其隨著菌體共同沉降使之帶有微量放射性。當(dāng)然，這兩種情況都可以通過以下方法使放射性降低：收集沉淀菌體，用低溫培養(yǎng)液重新混合，再在低溫下攪拌、離心、收集菌體，反復(fù)操作一兩次，應(yīng)該能使沉淀菌體的放射性降到極低的水平。不過注意，操作應(yīng)在低溫條件下進行，防止在操作過程中細(xì)菌繼續(xù)旺盛代謝而被大量繁殖的噬菌體裂解。5.B組步驟4中檢測上清液中放射性很低的原因?B組步驟4中離心后大腸桿菌菌體沉淀到離心管底部，上清液具有一定的放射性。其原因是多方面的。首先，在B組中99％的標(biāo)記物32P存在于噬菌體的DNA分子中，也就是說還有1％的32P存在于噬菌體的蛋白質(zhì)外殼中，而在上清液中未被離心沉降的正是未注入到大腸桿菌中的噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，所以無論如何上清液中都會至少殘留原來1％的放射性。其次，如果在步驟3中保溫時間太短，則可能有部分噬菌體未能及時吸附到大腸桿菌上，而未能將具有放射性32P的DNA分子注入到細(xì)菌體內(nèi)。第三，如果如果在步驟3中保溫時間太長，有部分被侵染的大腸桿菌裂解，將具放射性的子代噬菌體重新釋放到了培養(yǎng)液中，也會增加上清液中放射性的檢出率。這三種情況都可能造成B組步驟4中離心后得到的上清液被檢出放射性。而后兩種情況可以通過合理控制步驟3中的保溫時間盡量減少，但是第一種情況是實驗材料的固有特性，無法避免。6．A、B兩組實驗是否有必要都做，只做其中一組能不能得到正確的結(jié)論？在教學(xué)過程中有很多同學(xué)提出，A、B兩組實驗只需要其中一組就能夠得到“DNA是遺傳物質(zhì)”的結(jié)論了。實際上，這種想法是不科學(xué)的。在A組實驗中用35S標(biāo)記了親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，結(jié)果主要在上清液中檢測到了放射性同位素，而在沉淀菌體裂解后釋放的子代噬菌體中沒有檢出放射性同位素，說明在親代中存在的蛋白質(zhì)并沒有在子代中出現(xiàn)，也就是說蛋白質(zhì)在親代和子代之間沒有連續(xù)性，也就否定了蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的可能性。所以A組實驗的結(jié)論只停留在否定蛋白質(zhì)上，并沒有直接支持“DNA是遺傳物質(zhì)”的證據(jù)。那么是不是只有B組實驗就夠了呢？也不是的。在B組實驗中噬菌體被標(biāo)記的物質(zhì)主要是DNA，結(jié)果主要在離心的沉淀物中檢測到了放射性同位素，而在沉淀沉淀菌體裂解后釋放的子代噬