對艾弗里實驗表述的質疑

1、對艾弗里實驗表述的質疑            要講DNA是主要的遺傳物質了 。集備時， 組里老師討論后感覺有困惑。教材敘述：艾弗里及其同事對S型細菌中的物質進行了提純和鑒定。他們將提純的DNA、蛋白質和多糖等物質分別加入到培養(yǎng)了R型細菌的培養(yǎng)基中，結果發(fā)現(xiàn)：只有加入DNA，R型細菌才能轉化為S型細菌，并且DNA的純度越高，轉化就越有效；也就是只有DNA才與轉化相關，且DNA純度與轉化成正相關。由此提出不同與當時大多數(shù)科學家觀點的結論：DNA才是使R型細菌產(chǎn)

2、生穩(wěn)定遺傳變化的物質。   按照教材所述，哪怕純度不夠，當時人們也沒有懷疑蛋白質起作用的必要了，因為艾弗里及其同事已經(jīng)用實驗排除了啊。是當時的科學工作者死板嗎？讀了劉永生老師的博文才知道，不是當時的科學家死板，也不是我們理解能力太差，而是教材的問題。   劉永生： 人教版高中生物課標教材（以下均簡稱“課標教材”）對艾弗里實驗的表述，不符合生物科學發(fā)展的史實。1 Avery實驗簡介Avery等在1944年發(fā)表了Studies on the chemical nature of the substance inducing tr

3、ansformation of pneumococcal Types: Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type （以下簡稱“論文”）。論文第一次用實驗表明了DNA是遺傳物質。讓我們先簡單回顧論文所述的實驗過程。     1.1 “轉化因子”的純化1 1.1.1 原始材料：離心得到S型肺炎雙球菌（Streptococcus pneumoniae）。將離心得到的S型細菌加熱殺死。1.1.

4、2 從原始材料獲得具有轉化活性的提取液：用氯化鈉溶液洗原始材料。將清洗后的原始材料置于含脫氧膽酸鈉的氯化鈉溶液中，振蕩，離心去除細胞，得到S型細菌的粗提取液。向粗提取液中添加無水酒精，析出纖維狀物質。將纖維狀物質再溶于氯化鈉溶液中，得到S型細菌的提取液（具有轉化活性）。1.1.3 去除提取液中的蛋白質和多糖：使用Sevag法去除提取液中的蛋白質。使用酶去除提取液中的莢膜多糖。再次使用Sevag法去除提取液中的蛋白質。向提取液中添加無水酒精，析出纖維狀物質（具有轉化活性）。通過以上步驟，Avery等得到了具有轉化活性的純化的“轉化因子”。1.2 純化“轉化因子”的鑒定11.2.1 純化的轉化因子

5、與雙縮脲試劑和米龍氏試劑反應均為陰性，與二苯胺試劑反應為陽性。1.2.2 純化的轉化因子中N/P值和DNA中N/P值相近。1.2.3經(jīng)純化的胰蛋白酶、糜蛋白酶、核糖核酸酶處理后，純化的轉化因子仍具有轉化活性；經(jīng)未純化的DNase處理后，轉化因子失去轉化活性。1.2.4 免疫分析表明：純化的轉化因子既不與肺炎雙球菌蛋白抗體反應，也不與莢膜多糖抗體反應。1.2.5 超高速離心與電泳的結果均表明，純化的轉化因子成分均一，紫外吸收峰在260nm（和核酸相同）。根據(jù)上述結果，Avery等推斷轉化因子是DNA。1.3 轉化因子是DNA的最終證明21946年，Avery等獲得了DNase，經(jīng)DNase處理后

6、的轉化因子喪失了轉化活性，由此確定了轉化因子是DNA。2 課標教材對Avery實驗的表述3為了弄清楚轉化因子，艾弗里及其同事對S型細菌中的物質進行了提純和鑒定。他們將提純的DNA、蛋白質和多糖等物質分別加入到培養(yǎng)了R型細菌的培養(yǎng)基中，結果發(fā)現(xiàn)：只有加入DNA，R型細菌才能轉化為S型細菌，并且DNA的純度越高，轉化就越有效；如果用DNA酶分解從S型細菌中提取的DNA，就不能使R型細菌發(fā)生轉化。3 課標教材對Avery實驗的表述不符合生物科學發(fā)展史實3.1 課標教材的表述誤解了Avery實驗的設計思路Avery實驗的思路是：先純化轉化因子，然后對純化的轉化因子進行鑒定。這在論文中已經(jīng)明確指出：Th

7、e major interest has centered in attempts to isolate the active principle from crude bacterial extracts and to identify if possible its chemical nature or at least to characterize it sufficiently to place it in a general group of known chemical substances.(關注焦點放在了：從細菌粗提液中分離出具有轉化活性的物質；我們期望能夠對這種物質進行鑒定

8、，或者至少獲得足夠的關于該物質的描述性信息，從而將其歸屬于某類已知的化學物質。)Avery原始實驗抓住了轉化因子具有轉化活性這一核心功能。首先明確S型細菌的粗提取液具有轉化能力，然后通過一定的方法逐步去除粗提取液中的某種成分。如果去除某種成分后喪失轉化能力，則去除的成分是轉化必需成分；如果去除某種成分后仍保持轉化能力，則去除的成分是轉化非必需成分。不斷地去除轉化非必需成分，實質上就是在不斷地純化轉化因子。得到純化的“轉化因子”后，Avery等再對轉化因子進行鑒定。與Avery等整體上把握轉化因子的轉化活性不同，課標教材對Avery實驗的表述是一種簡單的還原論，即強調對S型細菌的各種成分進行分析

9、。如采用課標教材所述的實驗思路，Avery等不但需要分離、提純轉化因子，還需要分離提純非轉化因子。3.2 課標教材的表述不符合Avery的實際工作依據(jù)課標教材的表述，Avery等需要對S型細菌的各種成分進行分離提純。1994年McCarty（Avery的同事，1944年論文的三作者之一）指出4：他們曾經(jīng)懷疑具有轉化能力的纖維狀物質是多糖（因為免疫學檢測到多糖抗體反應）。1943年的一次實驗中，纖維狀物質經(jīng)過分解莢膜多糖的酶處理后，檢測不到多糖抗體反應，仍具有轉化能力，Avery等據(jù)此排除了多糖是轉化因子的可能。由此可見，Avery等并未對S型細菌的莢膜多糖進行分離、提純。以上分析表明，課標教材

10、對Avery實驗的表述和科學史實不符。除人教版高中生物課標教材外，國內其它版本教材也存在對艾弗里實驗表述的誤解。普通高中生物課程標準（實驗）指出，科學是一個發(fā)展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家獻身科學的精神。因此，生物科學史對培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)有著重要意義。Avery實驗作為生物科學史的重要事件，在編入教材時，理應盡量忠于史實，實事求是?？紤]到教材的科普性質，教材編寫時可對原始實驗進行重寫，但應該保留原始實驗的思路。 參考文獻1Avery O.T., MacLeod C.M., McCarty M.: Stud

11、ies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types: Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type . J. Exp. Med., 1944,79:137158.2 McCarty M. & Avery O. T.:Studies of the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types II. Effect of desoxyribonuclease on the biological activity of the transforming substance. J. Exp. Med.,1946,83: 8996.3人民教育出版社,課程教材研究所,生物課程教材