正確理解ＤＮＡ是主要的遺傳物質應弄清的幾個問題

郁立俠

“DNA是主要的遺傳物質”一節是人教版新課標教材必修2第3章第1節的內容，是在前面學習了有關細胞學基礎（有絲分裂、減數分裂和受精作用）、闡明了染色體在親代和子代遺傳中所起的聯系作用，并且了解染色體的主要成分是DNA和蛋白質的基礎上來學習的。這節內容還與本冊教材第六章“基因工程及其應用”有一定的聯系，同時提到一些在自然科學研究中常用的實驗方法，這為后面選修課“生物技術與實踐”的學習也做了很好的鋪墊，因此這節內容在高中階段生物科學習中有著重要低位。

由于當時認識水平有限，所以在相當長的時間里，人們一直認為蛋白質是生物體的遺傳物質，那么，遺傳物質究竟是DNA還是蛋白質呢？教材通過問題探討在此埋下伏筆，然后通過2個經典實驗證明遺傳物質是DNA。最后，教材通過煙草花葉病毒感染煙草的實驗，說明有些病毒體內的核酸只有RNA沒有DNA，其中的RNA就是它的遺傳物質，進一步歸納出“DNA是主要的遺傳物質”這一結論。

本節內容在結構體系上體現了人們對科學理論的認識過程和方法，是進行探究式學習的極佳素材。在教學中，通過發揮學生的主體作用，優化課堂結構，妙用科學史實例，把知識的傳授過程優化成一個科學的探究過程，讓學生在探究中學習科學研究的方法，從而滲透科學方法教育。

筆者認為，正確理解DNA是主要的遺傳物質，還應注意弄清一些問題。

19世紀末葉，生物學家通過對細胞的有絲分裂、減數分裂和受精過程的研究，認識到染色體在生物的遺傳中具有重要的作用。染色體的化學組成如何？到底哪種成分才是遺傳物質？染色體主要由DNA和蛋白質組成，還含有少量的RNA。由于染色體不是單一物質組成，因而，遺傳物質到底是DNA還是蛋白質的爭論相當激烈。隨著噬菌體侵染大腸桿菌實驗的進行，使人們普遍接受DNA才是遺傳物質的結論。

作為遺傳物質應該具有的特點是：1）分子結構具有相對的穩定性；2）能夠進行自我復制，使前后代具有一定的連續性；3）能夠指導蛋白質的合成，從而控制新陳代謝的過程和性狀；4）能夠產生可遺傳的變異。

在遺傳物質的發現過程中，一批批科學家前赴后繼，作出巨大貢獻，他們創造性地進行了一系列實驗。格里菲思在肺炎雙球菌轉化實驗中，將加熱殺死的S型肺炎雙球菌與R型肺炎雙球菌一起注入到小鼠體內，導致小鼠死亡并分離得到能夠穩定遺傳的S型肺炎雙球菌。據此，他得到：加熱殺死的S型肺炎雙球菌中含有促進R型肺炎雙球菌轉化的“轉化因子”。

艾弗里及其同伴將組成S型肺炎雙球菌的各種成分分離開來，將它們分別加入到已培養了R型肺炎雙球菌的培養基中，并創造性地將S型肺炎雙球菌的DNA經DNA酶處理后加入，發現只有加入DNA才能促使R型肺炎雙球菌的轉化。他們首次提出DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質的說法。

讓人們普遍接受“DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質”結論的科學家是赫爾希和蔡斯，在于他們找到一種特殊的實驗材料——大腸桿菌T2噬菌體（蛋白質與DNA可以有效分離），并借助于同位素標記的方法進行噬菌體侵染細菌的實驗。通過實驗，他們發現噬菌體侵入到細菌的成分是DNA而不是蛋白質，從而證明親子代間具有連續性的物質是DNA而不是蛋白質。

為什么只能用35S和32P這2種同位素分別標記DNA和蛋白質？不能用14C和18O？如何標記？標記2種物質的目的是為了證明進行噬菌體中侵入到細菌體內的是DNA還是蛋白質，因而標記元素應該是蛋白質或DNA特有的。14C和18O兩種物質均含有，不具有特異性，因而不可以；而DNA含P，蛋白質含S，P、S是它們各自特有的元素，因而可以用35S和32P這2種同位素分別標記DNA和蛋白質。

由于噬菌體等病毒的生命活動不能離開宿主細胞單獨進行，其生命活動及物質合成必須依賴于活的宿主細胞。因此利用同位素標記噬菌體時，應先利用同位素標記其宿主細胞，然后以噬菌體病毒侵染已被標記的細菌，使形成的噬菌體含有被標記的元素。

如何理解DNA是主要的遺傳物質？這里應注意3個方面：一是對所有生物而言，DNA不是唯一的遺傳物質，還可能是RNA或蛋白質；二是含有DNA的生物的遺傳物質是DNA；三是絕大多數生物含有DNA。

（作者單位：河北省玉田縣林南倉中學）