师:上节课我们学习了利用同位素标记法追踪蛋白质分子和 DNA 分子的去向,这样能间接地把 DNA 和蛋白质区分开,单独直接地研究各自的作用。那如何利用同位素标记法分别标记含硫 35 外壳蛋白的噬菌体和含磷 32 DNA 的噬菌体呢?可以用含两种放射性同位素的培养基分别直接培养噬菌体吗?

  生:不能。

  师:为什么不能呢?

  生:噬菌体是病毒,需要寄生在寄主细胞内才能够存活,所以不能用培养基直接培养噬菌体。

  师:非常好,所以我们只能用活的宿主细胞来培养。如果用活的宿主细胞来培养带有两种不同放射性同位素标记的噬菌体,请结合噬菌体的增殖过程思考。根据噬菌体的增殖过程,我们知道噬菌体合成蛋白质外壳和 DNA 的原料都来自宿主细胞。所以如果想让噬菌体的外壳蛋白和 DNA 分别带有放射性同位素,我们首先得分别培养两种细菌,一种是氨基酸含硫 35 的细菌,另一种是脱氧核糖核苷酸含磷 32 的细菌。那怎么培养这两种细菌呢?

  生:可以在分别添加了硫 35 和磷 32 的细菌培养基上培养细菌。

  师:没错,因此想要培养两种噬菌体就必须先标记两种细菌。接下来就要设计实验,研究这两种被标记的噬菌体能否把各自带有放射性的外壳蛋白质和 DNA 遗传给子代噬菌体,让子代噬菌体的外壳蛋白质和 DNA 也分别含有这两种放射性元素。那我们应该设置几组实验呢?

  生:应该设置两组,一种是标记硫 35 外壳蛋白质而 DNA 未被标记的亲代噬菌体,另一组是标记磷 32 DNA 而蛋白质未被标记的亲代噬菌体。

  师:为什么这样设计呢?

  生:我们在标记噬菌体时是分别标记 DNA 和蛋白质的,这样可以把二者分开,单独直接地观察两者的作用。同时这两组实验可以相互对照,增强实验的严谨性。

  师:非常对,如果只做硫 35 标记的噬菌体侵染细菌这一组实验,而不做磷 32 标记的那一组实验,或者只做磷 32 标记的噬菌体侵染细菌这一组实验,而不做硫 35 标记的那一组实验,就无法知道磷 32 标记的实验结果与硫 35 标记实验结果是不同的事实。因此便不能作出在侵染过程 DNA 与蛋白质的作用是不同的判断,也就无法充分证明谁是真正的遗传物质。所以,该实验通过两组实验的相互对照来证明 DNA 和蛋白质哪个才是真正的遗传物质。

  标记完两种噬菌体后,接下来用这两种不同标记的噬菌体去侵染未被标记的细菌,最后再去检测子代噬菌体放射性的情况。多长时间后进行放射性检测较为适宜呢?由于噬菌体侵染细菌需要一定的时间,所以应该进行短时间的保温,目的是让噬菌体能够充分地侵染细菌。那怎样使含有噬菌体的细菌和其他物质结构分开以便于检测呢?

  生:需要搅拌并且进行离心。

  师:搅拌和离心的目的分别是什么呢?

  生:搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体颗粒和噬菌体外壳与细菌分离,离心的目的是让上清液中吸出重量较轻的噬菌体颗粒以及外壳,而沉淀物为重量较重的被侵染的细菌。

  师:离心之后放射性情况如何呢?由硫 35 标记外壳蛋白质的这一组,放射性应该出现在哪里?

  生:应该只出现在上清液,而沉淀物应该没有放射性。因为上清液是较轻的、被硫 35 标记蛋白质外壳的亲代噬菌体和其被标记的蛋白质外壳,沉淀物是较重的、含不被磷 32 标记 DNA 的子代噬菌体的细菌。

  师:那磷 32 标记 DNA 这一组情况呢?

  生:这一组的放射性应该出现在沉淀物,而上清液应该没有放射性。因为上清液是较轻的、不被硫 35 标记蛋白质外壳的亲代噬菌体和其不被标记的蛋白质外壳,沉淀物是较重的、含被磷 32 标记 DNA 的子代噬菌体的细菌。

  师:但赫尔希和蔡斯在进行实验的时候发现情况并非如此,而是硫 35 标记蛋白质外壳的这一组的沉淀物和磷 32 标记 DNA 的这一组上清液都出现了很低的放射性,这是为什么呢?如果用硫 35 标记的氨基酸去培养细菌,沉淀物中也有少量的放射性,说明什么?

  生:说明沉淀物中有少量硫 35 的噬菌体颗粒和蛋白质外壳。

  师:是什么原因导致的呢?

  生:这是由于搅拌不充分,导致有少量的硫 35 的噬菌体颗粒和蛋白质外壳吸附在细菌的表面,随细菌离心到沉淀物中,使沉淀物中出现了少量的放射性。

  师:如果用磷 32 标记的噬菌体侵染细菌,上清液中有少量放射性,说明什么?又是什么原因导致的呢?

  生:说明上清液中有少量的磷 32 的噬菌体颗粒。原因可能是第一,保温的时间过短,部分噬菌体没有侵染到细菌内,离心后分布于上清液中,从而使上清液出现放射性;第二,保温时间过长,噬菌体在细菌内增殖后释放子代,经离心后分布于上清液当中,也会使上清液的放射性含量升高。

  师:细菌裂解之后,我们可以看到由硫 35 标记的亲代噬菌体这一组产生的子代噬菌体的外壳蛋白质没有放射性,而磷 32 标记的亲代噬菌体这一组产生的子代噬菌体的部分 DNA 有放射性,这是为什么呢?

  生:因为硫 35 标记的这一组的亲代噬菌体的蛋白质外壳没有进入到细菌内,而是留在了外面。其子代噬菌体合成外壳蛋白的原料是来自未带有放射性氨基酸的细菌,所以合成的子代噬菌体蛋白质外壳不会出现放射性。磷 32 标记 DNA 的这一组的亲代噬菌体的 DNA 进入细菌内,并为合成子代 DNA 提供模板,保留在了部分子代噬菌体的 DNA 上,所以合成的子代噬菌体 DNA 会出现放射性。

  师:那如果标记其他非特性元素,比如碳或者氮等元素,那么子代噬菌体的放射性又会怎样呢?

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《生物 必修2 第3章 第1节:DNA是主要的遗传物质 第2课时 逐字稿-4,543字 第5版》.docx
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