一、導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)：闡明肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理與結(jié)論，歸納“DNA是主要遺傳物質(zhì)”的科學(xué)依據(jù)。2.能力目標(biāo)：通過(guò)分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路與技術(shù)方法，提升科學(xué)探究與邏輯推理能力；嘗試設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證遺傳物質(zhì)的作用。3.素養(yǎng)目標(biāo)：認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的得出需經(jīng)嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會(huì)科學(xué)家的創(chuàng)新思維與鍥而不舍的探索精神。（二）知識(shí)回顧與梳理1.遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)20世紀(jì)20年代，多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)（理由：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多樣性高，推測(cè)其能儲(chǔ)存大量遺傳信息）；30年代后，人們認(rèn)識(shí)到DNA的化學(xué)組成（脫氧核苷酸：含氮堿基+脫氧核糖+磷酸），但對(duì)其結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)知尚淺。2.探索DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（1）肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)格里菲斯的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：①實(shí)驗(yàn)材料：S型菌（有莢膜、有毒性、菌落光滑）、R型菌（無(wú)莢膜、無(wú)毒性、菌落粗糙）。②實(shí)驗(yàn)過(guò)程：R型活菌→小鼠→存活；S型活菌→小鼠→死亡；加熱殺死的S型菌→小鼠→存活；加熱殺死的S型菌+R型活菌→小鼠→死亡，且從小鼠體內(nèi)分離出S型活菌。③結(jié)論：加熱殺死的S型菌中存在某種“轉(zhuǎn)化因子”，能使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌。艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：①實(shí)驗(yàn)思路：將S型菌的DNA、蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)分離提純，分別與R型菌混合培養(yǎng)，觀(guān)察轉(zhuǎn)化效果。②實(shí)驗(yàn)結(jié)果：只有加入S型菌DNA的組，R型菌能轉(zhuǎn)化為S型菌；若對(duì)DNA進(jìn)行酶解（如加DNA酶），轉(zhuǎn)化作用消失。③結(jié)論：DNA是使R型菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)（直接證明DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)等不是）。（2）噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（赫爾希和蔡斯）實(shí)驗(yàn)材料：T?噬菌體（寄生在大腸桿菌內(nèi)的病毒，由蛋白質(zhì)外殼和DNA核心組成）、大腸桿菌。實(shí)驗(yàn)技術(shù)：放射性同位素標(biāo)記法（用32P標(biāo)記DNA，3?S標(biāo)記蛋白質(zhì)，利用兩者元素組成差異：DNA含P，蛋白質(zhì)含S）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：①標(biāo)記噬菌體：分別用含32P和3?S的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，再用被標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體，獲得含32P的噬菌體（DNA被標(biāo)記）和含3?S的噬菌體（蛋白質(zhì)被標(biāo)記）。②侵染實(shí)驗(yàn)：用標(biāo)記的噬菌體分別侵染未標(biāo)記的大腸桿菌，保溫后攪拌、離心（攪拌使噬菌體與細(xì)菌分離，離心使上清液含噬菌體外殼，沉淀物含細(xì)菌）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：32P標(biāo)記組：放射性主要在沉淀物（細(xì)菌內(nèi)），上清液放射性低；3?S標(biāo)記組：放射性主要在上清液（噬菌體外殼），沉淀物放射性低。結(jié)論：噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)，DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，而蛋白質(zhì)外殼留在外面；子代噬菌體的性狀由親代DNA決定，證明DNA是遺傳物質(zhì)。（3）RNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)（煙草花葉病毒實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)：將煙草花葉病毒（TMV）的RNA與蛋白質(zhì)分離，分別感染煙草葉片。結(jié)果：只有RNA能使煙草出現(xiàn)花葉病癥狀，且子代病毒與親代病毒性狀一致。結(jié)論：RNA也可作為遺傳物質(zhì)。3.歸納：DNA是主要的遺傳物質(zhì)細(xì)胞生物（原核、真核）的遺傳物質(zhì)：DNA；病毒的遺傳物質(zhì)：DNA或RNA（如噬菌體遺傳物質(zhì)為DNA，煙草花葉病毒為RNA）；因此，絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，故DNA是主要的遺傳物質(zhì)。（三）重難點(diǎn)剖析1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心思路：**將DNA與蛋白質(zhì)等物質(zhì)分離，單獨(dú)觀(guān)察它們的作用**艾弗里實(shí)驗(yàn)：直接分離S型菌的各種成分，單獨(dú)處理R型菌；噬菌體實(shí)驗(yàn)：利用病毒侵染的特點(diǎn)，通過(guò)放射性標(biāo)記區(qū)分DNA和蛋白質(zhì)的去向。2.實(shí)驗(yàn)技術(shù)的關(guān)鍵作用放射性同位素標(biāo)記法：通過(guò)32P（DNA特有）和3?S（蛋白質(zhì)特有）的標(biāo)記，清晰追蹤DNA和蛋白質(zhì)的位置，排除相互干擾。細(xì)菌培養(yǎng)與噬菌體繁殖的關(guān)聯(lián)：噬菌體依賴(lài)大腸桿菌的原料和場(chǎng)所進(jìn)行增殖，保證實(shí)驗(yàn)中“親子代”的遺傳關(guān)系分析。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論的邏輯推導(dǎo)艾弗里實(shí)驗(yàn)：“DNA酶處理后轉(zhuǎn)化作用消失”→證明DNA的完整性是轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵；噬菌體實(shí)驗(yàn)：“上清液與沉淀物的放射性分布”→證明DNA進(jìn)入細(xì)胞，蛋白質(zhì)未進(jìn)入，且子代噬菌體的遺傳信息來(lái)自DNA。（四）探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)活動(dòng)1：分析格里菲斯實(shí)驗(yàn)的“轉(zhuǎn)化本質(zhì)”問(wèn)題串：1.加熱殺死的S型菌為何還能使R型菌轉(zhuǎn)化？（提示：加熱使蛋白質(zhì)變性，但DNA在溫和條件下可恢復(fù)活性）2.轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的S型菌后代為何仍為S型？（提示：轉(zhuǎn)化的本質(zhì)是DNA整合到R型菌基因組中，遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變）活動(dòng)2：評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性對(duì)比艾弗里實(shí)驗(yàn)與噬菌體實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，思考：艾弗里實(shí)驗(yàn)中，為何要對(duì)DNA進(jìn)行“DNA酶處理”？（提示：排除DNA中可能混有的蛋白質(zhì)等雜質(zhì)的干擾，進(jìn)一步證明是DNA起作用）噬菌體實(shí)驗(yàn)中，“攪拌、離心”的目的是否完全達(dá)到？若攪拌不充分，3?S標(biāo)記組的沉淀物放射性會(huì)如何變化？（提示：攪拌不充分會(huì)導(dǎo)致噬菌體外殼殘留于細(xì)菌表面，離心后隨細(xì)菌進(jìn)入沉淀物，使3?S標(biāo)記組沉淀物放射性升高）活動(dòng)3：構(gòu)建“生物遺傳物質(zhì)”的概念圖嘗試用概念圖梳理：細(xì)胞生物、病毒的遺傳物質(zhì)類(lèi)型，以及“DNA是主要遺傳物質(zhì)”的依據(jù)。（五）總結(jié)與反思1.整理實(shí)驗(yàn)結(jié)論的邏輯鏈：從“轉(zhuǎn)化因子”的推測(cè)，到DNA的直接證明，再到RNA作為遺傳物質(zhì)的補(bǔ)充，最終歸納“DNA是主要遺傳物質(zhì)”。2.反思科學(xué)研究的方法：經(jīng)典實(shí)驗(yàn)如何通過(guò)“單一變量控制”“對(duì)照實(shí)驗(yàn)”等方法保證結(jié)論的可靠性？二、配套習(xí)題訓(xùn)練（一）基礎(chǔ)鞏固題1.格里菲斯的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了（）A.S型菌的DNA可使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌B.蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)C.加熱殺死的S型菌中存在轉(zhuǎn)化因子D.DNA是主要的遺傳物質(zhì)解析：格里菲斯實(shí)驗(yàn)僅證明加熱殺死的S型菌有轉(zhuǎn)化因子，未明確轉(zhuǎn)化因子的本質(zhì)（艾弗里實(shí)驗(yàn)才證明是DNA）。故選C。2.噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)中，標(biāo)記噬菌體DNA的放射性同位素是（）A.1?CB.32PC.3?SD.1?N解析：DNA含P，蛋白質(zhì)含S，故用32P標(biāo)記DNA。選B。（二）能力提升題3.某科研小組模擬艾弗里實(shí)驗(yàn)，將S型菌的DNA、蛋白質(zhì)、多糖分別與R型菌混合培養(yǎng)，結(jié)果如下表。請(qǐng)分析：實(shí)驗(yàn)組別加入物質(zhì)培養(yǎng)后菌落類(lèi)型------------------------------------------------1S型菌DNAR型、S型2S型菌蛋白質(zhì)R型3S型菌多糖R型4S型菌DNA+DNA酶R型（1）組1中出現(xiàn)S型菌的原因是________________________；（2）組4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明________________________。解析：（1）S型菌DNA整合到R型菌基因組中，使R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化；（2）DNA酶分解DNA后，轉(zhuǎn)化作用消失，證明DNA是轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵物質(zhì)。4.若用含32P的培養(yǎng)基直接培養(yǎng)噬菌體，能否得到被標(biāo)記的噬菌體？為什么？解析：不能。噬菌體是病毒，無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不能獨(dú)立生活，必須寄生在活細(xì)胞（大腸桿菌）中，因此需先標(biāo)記大腸桿菌，再用其培養(yǎng)噬菌體。（三）拓展應(yīng)用題5.新冠病毒（RNA病毒）的遺傳物質(zhì)是RNA，某同學(xué)認(rèn)為“所有病毒的遺傳物質(zhì)都是RNA”，該觀(guān)點(diǎn)是否正確？請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)說(shuō)明理由。解析：不正確。病毒的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA，如噬菌體（DNA病毒）的遺傳物質(zhì)是DNA，煙草花葉病毒（RNA病毒）的遺傳物質(zhì)是RNA。因此，病毒的遺傳物質(zhì)有兩種可能，不能一概而論。6.某新型病毒的遺傳物質(zhì)是單鏈DNA，若該病毒侵染細(xì)胞后，以自身DNA為模板合成子代DNA，推測(cè)其復(fù)制過(guò)程中堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式，并說(shuō)明理由。解析：?jiǎn)捂淒NA復(fù)制時(shí)，需先以自身為模板合成互補(bǔ)鏈（形成雙鏈DNA中間體），再以雙鏈為模板進(jìn)行半保留復(fù)制。堿基配對(duì)方式為A-T、T-A、C-G、G-C（因?yàn)镈NA的堿基配對(duì)遵循A與T、C與G的原則）。三、學(xué)習(xí)建議1