程麗萍

(山西省翼城中學校 山西翼城 043500)

“噬菌體侵染細菌的實驗”是證明“DNA是遺傳物質(zhì)”的經(jīng)典實驗。通過對這個實驗的學習，學生不僅要認識到DNA是T2噬菌體的遺傳物質(zhì)，更重要的是要學會科學家設(shè)計此實驗的原理和方法。然而，在實際教學中，這一實驗對學生來說是一個不太好突破的難點。針對學生的這種情況，我在教學中嘗試從以下幾方面對實驗進行了剖析，以幫助學生更好的學習和理解。

一、實驗材料的選擇

艾弗里等人的實驗受到了質(zhì)疑。要能更嚴謹、更有說服力地證明“DNA是遺傳物質(zhì)”，我們需要更好的實驗材料來替代。同時，所選擇的材料最好能自然地將蛋白質(zhì)與DNA徹底分開。那么，什么才是這樣的好材料呢？

1969年，諾貝爾生理學和醫(yī)學獎授予了三位遺傳學家，他們是德爾布呂克、盧里亞和赫爾希，表彰“他們利用噬菌體作為實驗材料，發(fā)現(xiàn)病毒的復(fù)制機制和基本結(jié)構(gòu)”。由此看來，赫爾希和蔡斯在設(shè)計此實驗之前，已對T2噬菌體和大腸桿菌有了一些了解，其中包括：1.T2噬菌體只有蛋白質(zhì)與DNA兩種化合物組成；2.T2噬菌體能夠在自身遺傳物質(zhì)的作用下，借助大腸桿菌完成增殖過程；3.組成T2噬菌體的蛋白質(zhì)分子含有S元素，而P元素幾乎都存在于DNA分子中；4.相比較而言，T2噬菌體密度小，大腸桿菌密度大；5.T2噬菌體借助大腸桿菌增殖一代所用的時間等。這些事實說明，噬菌體和它的宿主大腸桿菌正是這樣的好材料。[1]

二、實驗的目的

本實驗的目的是要證明侵入細菌的只有噬菌體的DNA而沒有蛋白質(zhì)。根據(jù)赫爾希和蔡斯選擇的實驗材料，我們就可以借助DNA和蛋白質(zhì)的進入和不進入將他們分開。然而，這同時也會遇到以下的困難：1.怎樣能看到DNA和蛋白質(zhì)分開了？2.怎樣將沒進去的蛋白質(zhì)與大腸桿菌脫離，脫離后如何分開？3.進入的DNA會不會出來，要是能出來，會不會影響實驗觀察？4.觀察到什么現(xiàn)象才能證明侵入細菌的只有噬菌體的DNA。

三、實驗難題的解決

通過對實驗的分析，我們發(fā)現(xiàn)赫爾希和蔡斯巧妙地解決了實驗中的一個個難題。第一，他們使用同位素標記法，用35S、32P分別標記蛋白質(zhì)和DNA，讓我們追蹤到了它們的行蹤；第二，充分的攪拌。他們利用攪拌的方法將吸附在大腸桿菌表面的噬菌體蛋白質(zhì)外殼與其分離，再利用噬菌體外殼輕而大腸桿菌重的特點，用離心的方法將它們分開；第三，他們控制好了保溫時間。噬菌體的增殖周期可分為“吸附→侵入→復(fù)制→裝配→裂解”五個階段。如果控制保溫時間在侵入后、裂解前，就解決了DNA釋放出來后影響實驗觀察的問題；第四，從理論上講，他們用35S標記蛋白質(zhì)時，上清液應(yīng)檢測到放射性，沉淀物沒有；用32P標記DNA時，沉淀物應(yīng)檢測到放射性，上清液沒有，這就可以證明只有噬菌體DNA侵入了大腸桿菌。

四、實驗結(jié)果的分析

1.僅用32P標記噬菌體的DNA，侵染細菌后攪拌離心，實驗結(jié)果為離心管下層放射性較強，說明噬菌體的DNA已經(jīng)進入細菌體內(nèi)了。上層的上清液中也有較弱的放射性，應(yīng)該怎么解釋呢？

有3個可能的原因：(1)噬菌體侵染細菌需要一個過程，有些噬菌體還沒有來得及侵入就已經(jīng)攪拌離心了，這些沒有來得及侵入的噬菌體存在于上清液中；(2)噬菌體最開始侵入的細菌如果已經(jīng)解體，釋放出來的子代噬菌體會存在于上清液中；(3)T2噬菌體的化學成分中，99%的磷元素存在于DNA分子中，可能是另外1%的磷使上清液顯示出很弱的放射性。

因此，該實驗必須把握好侵染時間。侵染時間過短會有許多噬菌體沒來得及侵入細菌，而侵染時間過長會有釋放出來的子代噬菌體，這兩種情況都會干擾實驗結(jié)果。

2.僅用35S標記噬菌體外殼，侵染細菌后攪拌離心，實驗結(jié)果為離心管上層放射性較強，說明噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進入細菌體內(nèi)。然而，下層沉淀物中也有較弱放射性，應(yīng)該如何解釋呢？

硫元素僅存在于蛋白質(zhì)中。因此，最可能的原因是攪拌不徹底，會導(dǎo)致部分吸附的噬菌體外殼沒有脫落下來就離心了。因此，這少量的外殼會存在于沉淀物中。

五、實驗結(jié)論

赫爾希和蔡斯的實驗表明：噬菌體侵染細菌時，DNA進入到細菌的細胞中，而蛋白質(zhì)外殼仍留在外面。因此，子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳的。DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。

由于噬菌體侵染細菌的實驗是在特定的實驗條件下進行的，學生無法親自動手操作，缺少感性認識。因此，通過我們一起對這幾個方面的解讀，學生們才真正讀懂了課本上有關(guān)的實驗步驟及它們的含義，對這個實驗的理解起到了極大的幫助作用。