對證明DNA半保留復制實驗的改進設想

　　摘要：本文作者就DNA的半保留復制實驗思路提出了改進設想，可以有效化解學習難度，培養(yǎng)學生的批判性思維。

　　關鍵詞：DNA的半保留復制 實驗證據(jù) 改進

　　高中生物必修二人教版《遺傳與進化》第三章第三節(jié)DNA的復制這一節(jié)課題中，教材第一部分介紹了克里克和沃森在發(fā)表了DNA分子的雙螺旋結構的文章后，緊接著又發(fā)表了第二篇論文：提出了DNA的半保留復制的猜想。假說作為一種對所研究對象及其規(guī)律的推測或猜想，其真?zhèn)芜€必須基于科學的實驗驗證，于是教材第二部分內容就引進了DNA半保留復制的實驗證據(jù)，由于相對較難，所以將其列為選學內容。

　　但是筆者認為這部分內容作為科學研究常用的方法假說-演繹法的學習是一個很好的材料，同時對于學生科學思維和科學探究的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)也是意義深遠。但是由于當時科學家的思維角度不同，使得本實驗的理解難度大大增加，而通過對教材實驗進行思路的轉化，既可以佐證猜想，同時也可以有效化解學習難度，增強學生學習的積極性。

　　教材文本中對該實驗的介紹是：

　　第一步：科學家首先將大腸桿菌置于含15NH4CL的培養(yǎng)基中生長若干代，其目的是獲得雙鏈都被15N標記的大腸桿菌。(這一效果的達成本就是基于半保留復制方式成立的基礎之上，同時復制代數(shù)越多，才越容易獲得雙鏈均被15N標記的DNA,因為最終也會有兩個DNA分子是單鏈被15N標記的。相信這一操作環(huán)節(jié)必定會給學生的理解增加很大的困難，進而影響到后面內容學習的信心。) 然后將提取DNA并進行密度梯度離心，記錄離心后DNA的位置(試管的最底部，密度最大)。

　　第二步：將經過第一步培養(yǎng)的大腸桿菌轉移到含14NH4CL的培養(yǎng)基中，讓細胞分裂一次，其目的是讓DNA復制一次，如果是按照半保留復制方式進行，則此時的DNA應該都是一條鏈為14N,另一條鏈為15N標記的。然后進行提取和密度梯度離心，則條帶應該比第一次條帶位置靠上(試管中部，密度居中)。第三步：讓大腸桿菌在14NH4CL的培養(yǎng)基中分裂兩次(DNA復制兩次)，則如果是半保留復制，則此時所得DNA應該有兩種類型：雙鏈都是14N的DNA;一條鏈為14N,另一條為15N的DNA。然后進行提取和密度梯度離心，理論上應該是出現(xiàn)兩個條帶：雙鏈都是14N的DNA條帶，位于試管的最上端(密度最小);一條鏈為14N,另一條為15N的DNA條帶,位于試管的中部(密度居中)。演繹推理與實驗結果完全吻合，證明了猜想正確，即DNA復制方式為半保留復制。

　　演繹推理 密度梯度離心結果

　　筆者認為，上述實驗可以做以下改進，降低理解的難度。第一步：將自然狀態(tài)下的大腸桿菌的DNA直接進行提取和密度梯度離心，由于雙鏈均為14N，離心后應該在試管的最上端獲得一個條帶(密度最小)。第二步：將大腸桿菌置于含15NH4CL的培養(yǎng)基中讓細胞分裂一次(DNA復制一次)，則此時DNA應為一條鏈為14N,另一條為15N。然后提取DNA并進行密度梯度離心，則試管中部應該出現(xiàn)一個條帶(密度居中)。

　　第三步：讓大腸桿菌在含15NH4CL的培養(yǎng)基中分裂兩次(DNA復制兩次)，此時的DNA應該有兩種：兩條鏈均為15N的DNA;一條鏈為14N,另一條鏈為15N的DNA。然后進行DNA的提取和密度梯度離心，則應該在試管中出現(xiàn)兩個條帶：試管中部條帶(密度居中)，試管最底部條帶(密度最大)。實驗結果與理論預期完全一致，也可以充分的證明DNA復制的模式為半保留復制。但是實驗操作流程要比教材所介紹的簡單很多，有效化解學習難點。

　　生物老師職稱論文投稿刊物：《中學生物教學》(Biology Teachingin Middle School)雜志創(chuàng)刊于1985年，經國家新聞出版署批準，由教育部主管，陜西師范大學主辦的中等教育類教學期刊，國際標準期刊：ISSN1005-2259,國內統(tǒng)一刊號：CN61-1256/G4,郵發(fā)代號：52-124，綜合影響因子:0.015，復合影響因子:0.034。

　　演繹推理 密度梯度離心結果

　　新一輪的生物課程改革要求培養(yǎng)學生的生物核心素養(yǎng)：即生命觀念、科學思維、科學探究以及社會責任。本節(jié)課內容的創(chuàng)造性的學習可以很好的激發(fā)學生的批判性思維，形成科學思維習慣，領悟科學探究的一般過程，感受到結構與功能相適應的生命觀念，同時也認識到科學發(fā)展的艱難、科學探究方法的重要、科學與技術的密切聯(lián)系，從而擔負起一定的社會責任。

　　參考文獻：

　　楊術芹. 模擬實驗,化難為易——從密度梯度模擬實驗到DNA半保留復制的實驗證據(jù)[J]. 中學生物教學, 2017, 000(011):41-42.

　　王鳳榮. DNA半保留復制的實驗及例題分新[J]. 考試(高考理科版), 2007, 000(0Z1):114-115.

　　作者：張小勇 李珍珍

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