《 DNA是主要的遗传物质》新旧教材对比

陈静

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摘要：通过对比2002年出版的人教版生物必修二与即将在广东省使用的2019年出版的人教版生物必修二中第三章第一节《DNA是主要的遗传物质》，发现新教材中更改了艾弗里和他同事的实验思路，相关实验过程的描述更加科学专业化，教材中问题的设置更能体现科学家严谨的科学思维过程，更加注重培养学生的科学探究能力。

关键词：遗传与进化；遗传物质；科学思维

《DNA是主要的遗传物质》这节内容，在教材中的整体位置没有改变，本节内容设置的基本框架也没有改变，但新教材更加注重培养学生的科学思维能力和实际的科学探究能力。其中本节聚焦部分增加了一个问题，即通过对科学家揭示DNA是遗传物质过程的分析，你对科学发现的过程和方法有哪些领悟？教材思考与讨论部分第二个问题发生了改变，旧版教材中是总结艾弗里和赫尔希等人的最关键的实验设计思路，新教材更改为从控制自变量的角度，总结艾弗里实验的基本思路，以及实验操作过程中最大的困难是什么。有了这个问题的铺垫，新教材中最后还引入了科学方法部分，自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”，更加注重培养学生的科学思维和科学探究能力。在课后练习部分，新版教材的第一道选择题情景新颖，与旧版教材中考查基础知识的题目相比，更加注重培养学生的实际运用能力。新版教材最后增加了生物科技进展栏目《生物信息学及其应用》，其中更新的内容与时俱进，对学生未来职业的选择等提供切实有效的指导。

一、对遗传物质的早期推测

在新旧人教版生物必修二《遗传与进化》第三章第一节《DNA是主要的遗传物质》中正文第一段就提到20世纪20年代因为蛋白质的结构先被人们所熟知，而对DNA分子结构没有清晰的了解，所以认为蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。那当时对DNA分子的结构认识具体是怎么样的呢？20世纪初德国生化学家卡尔·科赛尔( Karl Kossel，1853—1927) 发现核酸由碱基、磷酸和糖组成，并探明了组成核苷酸的四种碱基。1909年，美国生化学家费伯斯·列文( Phoebus Levene，1869—1940) 提出了核苷酸的概念、核苷酸是核酸的基本组成，他明确将核酸细分为核糖核酸( ＲNA) 和脱氧核糖核酸( DNA) ，并提出四核苷酸假说，四核苷酸假说提出四种不同的核苷酸连接成一个单元，这样的单元不断重复组成DNA，四核苷酸假说的提出使人们很难想象它能承载复杂的遗传信息，这是人们把关注点放在蛋白质上的一个重要原因。教师在讲课的过程中可以把这个背景资料展示给学生，引导学生站在当时的背景之下去思考为什么当时的人们更倾向于认为蛋白质是遗传物质而DNA不是？作为生物的遗传物质可能有哪些特点呢?让学生对科学发现过程形成自己的批判性思维。

二、格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验

在新版的教材中，把之前的肺炎双球菌改写为肺炎链球菌，而且对肺炎链球菌的致病机理进行了解释，把原来S型细菌是有毒性的说法更改为S型细菌是有致病性的，这有助于学生进一步正确的认识这种细菌，增强了教材的专业性。在格里菲思的实验中，最关键的一组实验是加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合后注射到小鼠体内，发现小鼠死亡了，而且从死亡小鼠体内分离到了活着的S型细菌，旧的人教版生物必修二课本中写道“格里菲思推论，已被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质—转化因子”，但是当时格里菲思的观点是小鼠细胞内有某种物质让活着的R型细菌转化为有毒的S型细菌，格里菲思并没有意识到让R型细菌发生转化的是加热杀死的S 型细菌内的某种活性物质，也没有对这个实验进行进一步的探究，“转化因子”这个词是其他的科学家提出来，所以在新版的教材更改了相关描述。所以我们在讲课的时候就要更加倾向于从对照实验设计的角度去解读格里菲斯的实验设计的逻辑，从而让学生自己总结出相应的推论。但格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验确实给了艾弗里团队启发，可见正确的科学思维是科学探究的基础。

三、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的设计思路

旧的人教版生物必修二课本中描述，艾弗里团队通过对S型细菌中的物质进行了提纯和鉴定，将提纯的DNA、蛋白质和多糖等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中，结果发现只有加入DNA时R型细菌才能够转化为S型细菌，并且DNA的纯度越高，转化就越有效，如果用DNA酶处理提取物，则不能转化。但是，艾弗里团队用的是“排除法”的思路，即向提取物中分别加入DNA酶、RNA酶、蛋白酶、脂酶等，分别除去提取物中的某种物质，发现只有加入DNA酶的那组没有发生转化，从反面说明DNA才是他们一直要寻找的转化因子。所以新的人教版教材中把整个艾弗里团队的实验更加真实的进行了描述，并且最重要的是引入了一种新的科学方法，即自变量控制中的“减法原理”，这种科学方法的引入，对活跃学生的科学思维起到了非常重要的作用。

四、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验的结论

艾弗里团队完成了肺炎链球菌的转化实验之后，还对“转化因子”进行了理化性质的分析，结果表明“转化因子”和DNA分子的理化性质极为相似，这些证据已经非常有力的证明了DNA是遗传物质。但是大多数人对艾弗里团队的实验结论还是持怀疑态度，当然细胞提取物纯度不是100%是一个很客观的原因，但是四核苷酸假说也深深的影响了人们接受DNA是遗传物质的观点。在艾弗里的论文中最后还是非常保守的说不排除是附着在DNA分子上的很小的某种物质起到了转化作用，可能我们没有检测出来。艾弗里下这样一个保守的结论可能还有一个错误的前车之鉴，1915年的诺贝尔化学奖得主威尔斯塔特曾宣称获得了不含蛋白质的酶，并得出酶不是蛋白质这个错误的结论。从这个过程中学生可以深深的领会到，要得出一个正确的科学观点，需要严谨的科学探究过程，确切的实验证据，严密的科学思维过程。

五、具有说服力的噬菌体侵染细菌的实验

T₂噬菌体侵染大肠杆菌的过程中只有DNA进入大肠杆菌细胞内，而蛋白质外壳留在外面，利用放射性同位素标记法分别标记DNA和蛋白质的特征元素，可以把这种微观的分离过程宏观化，避免了物质提纯过程中纯度不够高的问题，有力的说服了大众接受DNA是遗传物质。科学成果的取得必须有技术手段的保证，技术的发展又需要以科学原理为基础，科学与技术是相互支持、相互促进的。所以，在本节聚焦部分新教材增加了一项，即通过对科学家揭示DNA是遗传物质过程的分析，对科学发现的过程和方法有哪些领悟？教材思考与讨论中的问题也引导学生去思考科学技术与科学发现之间的关系。与旧教材相比，这些问题的提出更能体现这个探索过程的育人价值，深刻贯彻生物学科的核心素养。

参考文献：

1. 王颖.遗传物质的发现过程及其启示，生物学教学[J]，2018（3）:72-75.

2. 高翼之.奥斯瓦德•西奥多•艾弗里，遗传 HERED ITAS(Beijing)[J]，2006(28):127-128.

3、赵婷婷，何一清.艾弗里肺炎双球菌转化实验史实的梳理与分析,生物学教学[J]，2017（42）：70-71