课本经典实验设计

• 四、实验材料：
• T2噬菌体、大肠杆菌、用 32P和35S分别标记的各种营 养物质、培养液、培养基、 恒温箱、搅拌器、离心机等。
五、实验方法与技术手段：
• 同位素标记示踪法，细菌培养 技术、DNA和蛋白质分离提取 技术
• 六、实验步骤：
分组
A组
B组 实验材料的预处理：
1、 实验材料的预处理：
课本经典实验设计
例一：噬菌体侵染细菌的实验剖析
• 一、实验背景： • 艾弗里的实验中提取的DNA,纯 度最高时也还有0.02℅的蛋白 质。于是科学家们（赫尔希和 蔡斯）设想：最好是把DNA与 蛋白质区分开，直接地、单独 地去观察DNA和蛋白质的作用。
• 二、实验目的： • 探究噬菌体的遗传物质 是DNA还是蛋白质
• 那么是不是只有B组实验就够了呢？也不是的。 在BLeabharlann Baidu实验中噬菌体被标记的物质主要是DNA， 结果主要在离心的沉淀物中检测到了放射性同位 素，而在沉淀沉淀菌体裂解后释放的子代噬菌体 中也检出很高的放射性，说明DNA在亲代和子代 之间具有连续性，也就是说直接支持了“DNA是 遗传物质”这一论断。但是不要忘记，还有1％ 的放射性32P在蛋白质中，所以仅仅通过B组实 验并不能完全排除蛋白质的作用，还需要A组实 验予以辅证。 • 综上所述，A、B两组实验缺一不可，共同证明 了噬菌体的遗传物质是DNA，而不是蛋白质。
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4.A组步骤4中检测沉淀物中放射性很低的原因? A组步骤4中以一定的速度进行离心，大肠杆菌菌体沉 淀到离心管底部，而未及时侵染的噬菌体和已侵染的 噬菌体外壳在该速度下无法沉降，因而还是悬浮在大 肠杆菌培养液中。这样理论上沉淀物菌体应该是检测 不到放射性的，而实际的实验结果是放射性很低。其 原因可能有两点，一是在吸去培养液得到沉淀物菌体 时，仍然有少量培养液（其中含有噬菌体外壳）残存 在菌体之间；二是在步骤3进行搅拌时，没有完全使 吸附在大肠杆菌表面的噬菌体外壳脱离下来，其随着 菌体共同沉降使之带有微量放射性。当然，这两种情 况都可以通过以下方法使放射性降低：收集沉淀菌体， 用低温培养液重新混合，再在低温下搅拌、离心、收 集菌体，反复操作一两次，应该能使沉淀菌体的放射 性降到极低的水平。不过注意，操作应在低温条件下 进行，防止在操作过程中细菌继续旺盛代谢而被大量 繁殖的噬菌体裂解。
a、用含35S的培养基培养大肠杆菌
a、用含32P的培养基培养大肠杆菌
b、用以上被35S标记的大肠杆菌培养 b、用以上被32P标记的大肠杆菌培 T2噬菌体 养T2噬菌体 c、大肠杆菌裂解，分离出蛋白质被 35S标记的噬菌体 2、 用被35S标记的噬菌体侵染未被标记 的大肠杆菌 3、 适宜温度短时间保温，搅拌器搅拌 4、 将菌液在一定速度下离心，分别检 测上清液和沉淀菌体的放射性 5、 沉淀的大肠杆菌裂解后，分离噬菌 体，检测噬菌体的放射性 c、大肠杆菌裂解，分离出DNA被 32P 标记的噬菌体 用被32P标记的噬菌体侵染未被标记 的大肠杆菌 适宜温度短时间保温，搅拌器搅拌 将菌液在一定速度下离心，分别检 测上清液和沉淀菌体的放射性 沉淀的大肠杆菌裂解后，分离噬菌 体，检测噬菌体的放射性
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3.步骤3中保温后用搅拌器搅拌的作用? 与以上保温时间的控制一样，搅拌器的使用也 是实验成功的关键性步骤。刚才提到，噬菌体 侵染大肠杆菌要首先吸附在菌体表面，注入了 遗传物质后，其他成分还留在菌体表面。所以， 待噬菌体成功侵染后，我们要通过搅拌使其未 侵入的部分与菌体分离。否则，在A组步骤4中 检测的上清液放射性将很低，而由于噬菌体的 蛋白质外壳依然吸附在大肠杆菌表面，沉淀菌 体的放射性将可能很高。而且在A组步骤5中， 吸附在菌体上的亲代噬菌体蛋白质外壳可能与 裂解释放的子代噬菌体混淆，而检测出一定的 放射性，得到错误的结论。
七、实验结果：
分组
亲代噬菌体放射 性物质 （步骤4）上清 液放射性 （步骤4）沉淀 物放射性 （步骤5）子代 噬菌体放射性
A组
蛋白质
B组
99％在DNA中，1％ 在蛋白质中 很低 很高 有
很高
很低 无
• 八、实验结果分析
• A组：放射性物质为35S标记的蛋白质。亲代噬 菌体中蛋白质被35S标记而具有放射性，而在步 骤5中，大肠杆菌裂解后得到的子代噬菌体没有 检测到放射性，说明噬菌体侵染细菌时，蛋白质 外壳没有进入细菌体内，蛋白质在亲代和子代之 间不具有连续性，因而不是遗传物质。 • B组：放射性物质为32P标记的DNA。亲代噬菌 体中99％的放射性在DNA中，1％在蛋白质中， 而在步骤5中，大肠杆菌裂解后得到的子代噬菌 体中检测到了放射性，说明DNA进入细菌体内， DNA在亲代和子代之间具有连续性，因而是遗传 物质。
5.B组步骤4中检测上清液中放射性很低的原因? B组步骤4中离心后大肠杆菌菌体沉淀到离心管底部，上 清液具有一定的放射性。其原因是多方面的。 首先，在B组中99％的标记物32P存在于噬菌体的DNA分 子中，也就是说还有1％的32P存在于噬菌体的蛋白质 外壳中，而在上清液中未被离心沉降的正是未注入到 大肠杆菌中的噬菌体的蛋白质外壳，所以无论如何上 清液中都会至少残留原来1％的放射性。 其次，如果在步骤3中保温时间太短，则可能有部分噬菌 体未能及时吸附到大肠杆菌上，而未能将具有放射性 32P的DNA分子注入到细菌体内。 第三，如果如果在步骤3中保温时间太长，有部分被侵染 的大肠杆菌裂解，将具放射性的子代噬菌体重新释放 到了培养液中，也会增加上清液中放射性的检出率。 这三种情况都可能造成B组步骤4中离心后得到的上清 液被检出放射性。而后两种情况可以通过合理控制步 骤3中的保温时间尽量减少，但是第一种情况是实验 材料的固有特性，无法避免。
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2.步骤3中短时间保温的作用? 是让被同位素标记的噬菌体去侵染大肠杆菌。 表面上看，课本对该步骤着墨不多，其实它是 本实验能否成功的关键步骤。T2噬菌体是一种 烈性噬菌体，它侵染大肠杆菌的过程大致可分 为吸附、注入、合成、装配和释放等几步。也 就是说T2噬菌体对大肠杆菌侵染的结果必然使 大肠杆菌最终裂解，从而释放出子代噬菌体。 所以，对步骤3中的保温时间一方面要求不能 太短，要使噬菌体有足够的时间吸附在大肠杆 菌表面，并将其遗传物质注入到大肠杆菌内部 繁殖下一代；另一方面要求时间要短，不能太 长，否则子代噬菌体如果已将大部分大肠杆菌 裂解，释放而出，那么在B组步骤4中检测的上 清液放射性将很高而沉淀物的放射性将很低， 而影响实验结果，得不到正确的实验结论。
• 6．A、B两组实验是否有必要都做，只做其中一 组能不能得到正确的结论？ • 在教学过程中有很多同学提出，A、B两组实验 只需要其中一组就能够得到“DNA是遗传物质” 的结论了。实际上，这种想法是不科学的。在A 组实验中用35S标记了亲代噬菌体的蛋白质外壳， 结果主要在上清液中检测到了放射性同位素，而 在沉淀菌体裂解后释放的子代噬菌体中没有检出 放射性同位素，说明在亲代中存在的蛋白质并没 有在子代中出现，也就是说蛋白质在亲代和子代 之间没有连续性，也就否定了蛋白质是遗传物质 的可能性。所以A组实验的结论只停留在否定蛋 白质上，并没有直接支持“DNA是遗传物质”的 证据。
• 九、实验结论：
• 综合以上两组实验，表明在噬菌体 中，亲代和子代之间具有连续性的 物质是DNA，而不是蛋白质。也就 是说，子代噬菌体的各种性状，是 通过亲代的DNA遗传给后代的，因 此，DNA才是真正的遗传物质。
• 十、疑点阐释：
• 1.实验过程中两次用噬菌体侵染大肠杆菌的目的 不同? • 第一次是用没有同位素标记的噬菌体侵染分别标 记了35S和32P的大肠杆菌，目的是为了将噬菌 体分别用35S和32P进行标记，使其不同的组分 具有放射性。 • 第二次是用35S和32P分别标记的噬菌体侵染没 有被同位素标记的大肠杆菌，目的是用大肠杆菌 培养而得到子代噬菌体，再通过检测子代噬菌体 是否具有放射性来探究遗传物质是蛋白质还是 DNA。
• 三、实验原理：
• a、T2噬菌体是一种细菌病毒，只能寄生在 大肠杆菌内繁殖子代； • b、T2噬菌体只由蛋白质外壳和其中的 DNA组成，且硫仅存在于蛋白质中，99％ 的磷存在于DNA分子中。 • c、用一定速度离心，培养液中的细菌将 沉降到离心管底部，而噬菌体不足以沉降； • d、遗传物质在亲代和子代之间具有连续性。