在講授DNA是主要的遺傳物質(zhì)一節(jié)中，學(xué)生對肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗提出了幾點質(zhì)疑。筆者在經(jīng)過認(rèn)真思考、討論、查閱資料后，針對各個問題一一進(jìn)行了解答。筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生提出的疑問很有意義和代表性，現(xiàn)將學(xué)生質(zhì)疑和筆者解答整理如下，供同仁參考。也求拋磚引玉，獲得更好的解答。
1．格里菲斯的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗
實驗中將加熱殺死的S型和活的R型混合注射到小鼠體內(nèi)，小鼠患敗血癥死亡，并從小鼠體內(nèi)分離出活的S型，且其后代仍是有毒性的S型。格里菲思推論：在已經(jīng)加熱殺死的S型細(xì)菌中，必然含有一種“轉(zhuǎn)化因子”，促使R型轉(zhuǎn)化為S型，且這種轉(zhuǎn)化可遺傳。
1．1 質(zhì)疑一：是S型復(fù)活還是R型被轉(zhuǎn)化？
學(xué)生的質(zhì)疑：為什么是R型被轉(zhuǎn)化，而不是加熱殺死的S型復(fù)活呢？
筆者的分析解答：學(xué)生提出這樣的質(zhì)疑，主要是對蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不太了解。蛋白質(zhì)具有一定的空間結(jié)構(gòu)才具有生理活性，加熱會破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（變性），且該過程不可逆。所以加熱后蛋白質(zhì)變性失活，不可能再恢復(fù)其功能（可以高溫下酶失活為例）。而蛋白質(zhì)是生命活動的承擔(dān)者，蛋白質(zhì)失活了，生命活動就不可能再恢復(fù)，也就是說熱殺死的S型是不可能復(fù)活的。
當(dāng)筆者作出上邊的解釋后，有學(xué)生立即又提出了下面的質(zhì)疑。
1．2 質(zhì)疑二：加熱殺死的S型的DNA為什么沒被破壞還可以發(fā)揮轉(zhuǎn)化作用？
學(xué)生的質(zhì)疑：加熱殺死的S型菌的蛋白質(zhì)變性失活了，失去了生理功能。那為什么熱殺死的S型的DNA還有作用呢？
筆者的分析解答：學(xué)生提出這樣的質(zhì)疑，和上一個問題的原因相似，主要是對DNA的結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)不太了解。DNA是由兩條鏈形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈間堿基通過氫鍵連接。加熱會使氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋解開成單鏈，稱為DNA變性。但和蛋白質(zhì)變性不同的是，當(dāng)溫度緩慢降低時單鏈又可以重新形成雙鏈，稱為DNA復(fù)性。所以，加熱殺死的S菌的DNA還是有作用的。
1．3 質(zhì)疑三：轉(zhuǎn)化因子是S型菌的整個DNA，還是DNA片段？
學(xué)生的質(zhì)疑：發(fā)揮轉(zhuǎn)化作用的到底是S型菌的整個DNA，還是DNA片段？
筆者的分析解答：這個問題涉及的是DNA分子變性、復(fù)性、以及基因的有關(guān)知識。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)：常用的DNA變性方法主要是熱變性方法和堿變性方法。熱變性使用得十分廣泛，但是高溫可能引起磷酸二酯鍵的斷裂，得到長短不一的單鏈DNA。而堿變性方法則沒有這個缺點，在pH為11．3時，全部氫鍵都被淘汰，DNA完全變成單鏈的變性DNA。
決定生物性狀的基本單位叫做基因，它是DNA上具有遺傳效應(yīng)的片段。S菌的DNA上具有與莢膜形成有關(guān)的片段（基因），加熱殺死S菌時，S型菌的DNA可能因高溫引起磷酸二酯鍵的斷裂，得到長短不一的單鏈DNA。所以加熱殺死S菌的時候，會得到與莢膜形成有關(guān)的DNA片段。該片段與R菌DNA整合后，使得其也可以形成莢膜，即轉(zhuǎn)變?yōu)镾型。
1．4 質(zhì)疑四：S菌的DNA將R菌轉(zhuǎn)化，還是S菌的DNA直接控制合成了S菌？
在本節(jié)教學(xué)中，筆者補充了證明RNA是遺傳物質(zhì)的實驗──煙草花葉病毒侵染實驗。學(xué)生在知道煙草花葉病毒的RNA侵染煙草細(xì)胞后，利用其所帶的遺傳信息控制合成了新的煙草花葉病毒的知識后，對肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗又提出了新的質(zhì)疑。
學(xué)生的質(zhì)疑：為什么是S型菌的DNA轉(zhuǎn)化了R型，而不是S型菌的DNA像煙草花葉病毒的RNA侵染煙草細(xì)胞后直接控制合成了S菌？
筆者的分析解答：學(xué)生發(fā)生這樣的疑問是因為對病毒的結(jié)構(gòu)和復(fù)制、細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和繁殖的知識掌握的不夠清晰，不能區(qū)分這兩種生物的特征。病毒是非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物，由蛋白質(zhì)外殼和核酸組成，子代病毒是通過病毒核酸（遺傳物質(zhì)）在宿主細(xì)胞中控制合成的核酸和蛋白質(zhì)組裝而成。而細(xì)菌是細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物，細(xì)胞通過分裂實現(xiàn)增殖，也就是說新細(xì)胞只能來自于細(xì)胞的分裂，而不可能來自于其他細(xì)胞直接合成。所以該實驗中應(yīng)該是S型菌的DNA轉(zhuǎn)化了R型菌，而不是像煙草花葉病毒侵染實驗?zāi)菢又苯涌刂坪铣闪薙菌。
2．艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗
艾弗里和他的同事為了弄清轉(zhuǎn)化因子是什么，分離提取了S菌的DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)，然后分別加入已培養(yǎng)R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：只有加入DNA，R型細(xì)菌才能轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。艾弗里還發(fā)現(xiàn)：如果用DNA酶處理S型菌的DNA，使DNA分解，就不能使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。
2．1 質(zhì)疑一：如果在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌能否被轉(zhuǎn)化為R型？
學(xué)生的質(zhì)疑：如果在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌是不是也能整合R菌的DNA，從而被轉(zhuǎn)化為R型？
筆者的分析解答：由于缺乏相應(yīng)的微生物知識，對R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化的具體生理過程不清楚，很容易認(rèn)為在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌也能整合R菌的DNA，從而被轉(zhuǎn)化為R型。
R型細(xì)菌之所以能整合S型菌的有關(guān)DNA片段，轉(zhuǎn)化為S型，與其自身的結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)。R型活菌在對數(shù)期后期內(nèi)處于“感受態(tài)”（ 細(xì)菌能從環(huán)境中攝取DNA進(jìn)行轉(zhuǎn)化的狀態(tài)，稱感受態(tài)(competence)。 對于感受態(tài)本質(zhì)的解釋，有人認(rèn)為處于感受態(tài)的受體菌局部失去了細(xì)胞壁，使外源DNA能順利經(jīng)膜進(jìn)入菌體，稱局部原生質(zhì)體假說。也有人認(rèn)為是受體細(xì)胞表面出現(xiàn)了一直能結(jié)合DNA并使之進(jìn)入細(xì)胞的酶，稱酶受體假說）。被加熱殺死的S型肺炎雙球菌（供體菌）自溶，釋放出自身的DNA片段，當(dāng)DNA片段遇到感受態(tài)的R型活肺炎雙球菌（受體菌）時，R型活肺炎雙球菌（受體菌）細(xì)胞膜上的結(jié)合位點相結(jié)合，隨后其中一條鏈被細(xì)胞膜上的核酸酶降解，降解產(chǎn)生的能量協(xié)助把另一條單鏈推進(jìn)受體細(xì)胞（該過程稱為DNA的結(jié)合和攝�。．�(dāng)單鏈進(jìn)入受體菌細(xì)胞后，便與受體菌DNA上的同源區(qū)段發(fā)生交換重組。再通過受體菌DNA復(fù)制、細(xì)胞分裂，而表現(xiàn)出轉(zhuǎn)化的性狀，于是就由R型肺炎雙球菌產(chǎn)生出S型肺炎雙球菌的后代。
而S型肺炎雙球菌有莢膜，無感受態(tài)，不能作為受體菌，所以在S菌的培養(yǎng)基中加入R菌的DNA，S菌不能被轉(zhuǎn)化為R型。當(dāng)然S型菌在自然狀態(tài)下或人工的誘變下發(fā)生基因突變，S型菌可能突變?yōu)镽型，但不是轉(zhuǎn)化。
2．2 質(zhì)疑二：艾弗里的第三組實驗（加DNA水解物）為什么沒能排除人們對其實驗的懷疑？
學(xué)生的質(zhì)疑：艾弗里在第三組實驗（加DNA水解物）中，用DNA酶處理提取的DNA，然后加入培養(yǎng)R型菌的培養(yǎng)基中，結(jié)果培養(yǎng)基中未出現(xiàn)S型。這個實驗從反面證明了DNA是遺傳物質(zhì)，為什么不能排除人們對提取的DNA中含有0．02%的蛋白質(zhì)起到了轉(zhuǎn)化因子（遺傳物質(zhì)）的作用的懷疑？
筆者的分析解答：這個推理從理論上來說確實沒錯，但是實際上，當(dāng)時情況要復(fù)雜的多。當(dāng)時人們對艾弗里實驗結(jié)果表示懷疑的原因主要來自兩個方面。
一方面：艾弗里的實驗并非無懈可擊，人們發(fā)現(xiàn)他的第一個實驗中的DNA純度不夠，關(guān)鍵性的實驗證據(jù)出現(xiàn)了問題，由此證據(jù)得到的推論自然會被人們懷疑。盡管艾弗里的第三個實驗?zāi)茏龀鲆恍┙忉�，但是人們�(nèi)匀豢梢哉J(rèn)為是DNA和蛋白質(zhì)共同作用完成細(xì)菌的轉(zhuǎn)化，或者蛋白質(zhì)也參與了細(xì)菌的轉(zhuǎn)化過程，即無法完全排除蛋白質(zhì)可能起了作用的懷疑。
另一方面：艾弗里由實驗推論得到DNA是使R型細(xì)菌發(fā)生遺傳改變的物質(zhì)，這個觀點與當(dāng)時大多數(shù)科學(xué)家的觀點是截然不同的，因此很多人都不愿承認(rèn)艾弗里的實驗結(jié)果，這一點從他一生的遭遇就可以看出。自1930年起，幾乎每年艾弗里都因發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌的抗原特異性取決于其多糖莢膜而獲諾貝爾獎提名，但由于當(dāng)時人們普遍認(rèn)為抗原特性取決于細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)，不相信艾弗里的結(jié)果，懷疑其結(jié)果是因為多糖摻雜了蛋白質(zhì)雜質(zhì)導(dǎo)致的。在1946年以前，艾弗里有4次進(jìn)入了第二輪名單，即諾貝爾獎委員會對其工作做了書面評價，但是評價的結(jié)果都認(rèn)為他的發(fā)現(xiàn)不值得獲獎。1946年起，開始有人在提名艾弗里時提到他對遺傳物質(zhì)的研究。當(dāng)時研究核酸的兩個權(quán)威──卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院的化學(xué)教授艾納·哈馬斯登和他的前學(xué)生，細(xì)胞研究與遺傳學(xué)教授托布真·卡佩森。這兩個人都相信只有蛋白質(zhì)才有可能是遺傳物質(zhì)，而且他們根據(jù)自己的研究經(jīng)驗，知道很難除去DNA中的蛋白質(zhì)雜質(zhì)，從而不相信艾弗里的實驗結(jié)果。1946年，由哈馬斯登對艾弗里的實驗做了簡短的書面評價，他對艾弗里的結(jié)果持批評態(tài)度，認(rèn)為艾弗里的DNA是被蛋白質(zhì)雜質(zhì)污染了，蛋白質(zhì)才是轉(zhuǎn)化因子。
接下來的幾年，有一些實驗室用其他實驗證實了艾弗里的結(jié)論，艾弗里的發(fā)現(xiàn)已獲得了獨立驗證。1952年，艾弗里再次進(jìn)入了諾貝爾獎第二輪提名名單，由細(xì)菌學(xué)教授伯恩特·馬爾姆格倫對之做了書面評價。馬爾姆格倫綜述了這幾年來的有關(guān)研究，認(rèn)為蛋白質(zhì)不太可能是轉(zhuǎn)化因子。但是他的結(jié)論卻是，要把DNA作為轉(zhuǎn)化因子仍然缺乏最后的證據(jù)，因此認(rèn)為艾弗里的發(fā)現(xiàn)目前不值得獲獎。
從這些歷史可以看出，由于艾弗里當(dāng)時的研究結(jié)果和當(dāng)時的主流思想、權(quán)威理論相反，所以一直不被人們重視，甚至被認(rèn)為是無價值的。所以，他的結(jié)論被人們懷疑也就“理所當(dāng)然”。
在解答學(xué)生的這個質(zhì)疑的同時，可以對學(xué)生進(jìn)行這樣一些情感教育：一、科學(xué)研究就是在這樣的“吹毛求疵”中不斷前進(jìn)的；二、科學(xué)研究中還需要自信，需要堅持自己的思想，需要懷疑的態(tài)度；三、淡薄以明志，寧靜以致遠(yuǎn)。艾弗里的成果雖然當(dāng)時未被人肯定，他未得到應(yīng)有的榮譽，但他仍然熱衷于自己的工作，不斷取得突破，終為世人敬仰。有的人獲得諾貝爾獎，是為自己增輝，有的人獲獎，卻是為諾貝爾獎增輝。艾弗里沒有獲得諾貝爾獎，應(yīng)該是諾貝爾獎的遺憾，而不是艾弗里的遺憾。
學(xué)生的這些質(zhì)疑，有的雖然看似簡單，但是要真正的解釋清楚，需要我們深入教材，吃透教材。高中教材和教參中的知識要解決這些問題，顯得非常的有限，這就促進(jìn)了我們教師的不斷學(xué)習(xí)提高，需要教師作一名學(xué)者，而不是教書匠。另外，學(xué)生的質(zhì)疑是他深思熟慮之后提出的，是思維活躍的表現(xiàn)，同時這種敢于質(zhì)疑、大膽設(shè)想的精神，也是新課程要求的學(xué)生探究活動的具體體現(xiàn)，我們應(yīng)該多加鼓勵和引導(dǎo)。培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神、創(chuàng)新意識，才能為社會培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才，為國家培養(yǎng)出真正的棟梁之才。
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