關于“遺傳”中兩個問題的思考

山 彬

在教學中,經常遇到學生為以下問題爭議:

1.基因中脫氧核苷酸順序的改變一定會導致哪些改變?

例1(多選)如果基因中4種脫氧核苷酸順序發生改變,這一變化一定會導致

A.遺傳性狀改變 B.密碼子改變

C.遺傳信息改變 D.遺傳規律改變

給出答案:B、C。爭議答案:只選C。

理由:基因在結構上分為非編碼區和編碼區,真核基因的編碼區包括內含子和外顯子,其中非編碼區和內含子都不編碼蛋白質。所以基因中脫氧核苷酸順序的改變發生在非編碼區和內含子,這不會導致遺傳性狀改變。還有,即使是基因的內含子部分脫氧核苷酸順序改變,由于密碼子的簡并性,也不一定導致遺傳性狀改變,所以A不能選。密碼子是指在mRNA上決定氨基酸種類的三個相鄰堿基,基因的脫氧核苷酸順序改變有三種情況:堿基對的增添、缺失和改變。如果在基因中增添或缺失一個堿基對,必然會使增添或缺失點之后的密碼子發生改變,如果僅基因某一位點上的一個堿基種類的改變,則只使轉錄的mRNA上一個密碼子改變;但基因的非編碼區和內含子是不轉錄為成熟mRNA,故基因中脫氧核苷酸順序的改變發生在非編碼區和內含子,密碼子不改變,所以不能選B。遺傳信息是指基因中特定的脫氧核苷酸順序,所以基因中脫氧核苷酸順序的改變一定會導致遺傳信息的改變。應選C。遺傳規律是指基因在生物前后代中傳遞的規律,它不會因為基因突變而改變,所以D不能選。

2.噬菌體侵染細菌實驗能證明哪些問題?

例2噬菌體是一類細菌病毒,下列關于噬菌體侵染細菌的實驗的相關敘述中不正確的是

A.該實驗能證明蛋白質不是遺傳物質

B.侵染過程的原料、ATP、酶、場所等條件均由細菌提供

C.為確認何種物質注入細菌體內,可用35S和32P共同標記噬菌體的蛋白質和DNA

D.連續培養噬菌體n代,則含母鏈的DNA數應占DNA總數的1/2n-1

給出答案:C。爭議答案:應選A、C。

例3病毒只由核酸(核心)和蛋白質(外殼)兩種物質組成。用病毒侵染相應的生物細胞發現,病毒的蛋白質外殼都沒有進入相應的被侵染的細胞,只有核酸被注入到受侵染的細胞內,被侵染的細胞最后裂解能釋放出很多新的病毒。關于材料,下列說法正確的是

A.該實驗證明蛋白質不是遺傳物質

B.該實驗證明DNA是遺傳物質

C.該實驗說明病毒復制過程中蛋白質不起任何作用

D.該實驗證明核酸是遺傳物質

給出答案:B。爭議答案:D。

這里例題2和例題3爭議的焦點是:噬菌體侵染細菌實驗到底能不能證明蛋白質不是遺傳物質?如果該實驗能證明蛋白質不是遺傳物質,則例題2應選C,例題3應選A、D(因題中并未說明試驗病毒是DNA病毒還是RNA病毒,故不能選B)。如果該實驗不能證明蛋白質不是遺傳物質,則例題2應選A、C,例題3應選D。

那么究竟噬菌體侵染細菌實驗到底能不能證明蛋白質不是遺傳物質?我們可以從肺炎雙球菌的體外轉化試驗中得到提示:科學家的實驗思路及探究方法是將肺炎雙球菌的DNA與其他成分(特別是蛋白質)分離,然后用各種成分分別單獨用于轉化試驗直接觀察各自的遺傳功能。噬菌體侵染細菌使其蛋白質并未進入細菌體內,故不能證明蛋白質不是遺傳物質。添加怎樣的步驟即可證明蛋白質不是遺傳物質?應將噬菌體外殼注入細菌細胞中,然后觀察細菌體內是否出現噬菌體復制即可。

反思:從爭議中可以總結出噬菌體侵染細菌實驗可以得出的結論①DNA是遺傳物質;②噬菌體侵染細菌時進入細菌細胞內的是噬菌體的DNA而不是蛋白質(用放射性元素35S和32P分別標記噬菌體的蛋白質外殼和DNA,在細菌體內只能檢測到32P,而檢測不到35S由此證明);③DNA復制的特點是半保留復制;④細菌細胞內的噬菌體DNA復制及噬菌體蛋白質的合成所需的原料、能量、場所等條件均由細菌提供,這時細菌細胞的一切變化是為噬菌體服務的;⑤噬菌體侵染細菌的實驗還說明了噬菌體特有的增殖方式,這種方式不同于無性生殖和有性生殖,稱為復制式繁殖。⑥科學家的實驗思路及探究方法是將肺炎雙球菌或噬菌體的DNA與其他成分(特別是蛋白質)分離,然后用各種成分分別單獨用于轉化試驗或侵染試驗,直接觀察各自的遺傳功能。