對(duì)艾弗里實(shí)驗(yàn)表述的質(zhì)疑

1、對(duì)艾弗里實(shí)驗(yàn)表述的質(zhì)疑            要講DNA是主要的遺傳物質(zhì)了 。集備時(shí)， 組里老師討論后感覺有困惑。教材敘述：艾弗里及其同事對(duì)S型細(xì)菌中的物質(zhì)進(jìn)行了提純和鑒定。他們將提純的DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)分別加入到培養(yǎng)了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，并且DNA的純度越高，轉(zhuǎn)化就越有效；也就是只有DNA才與轉(zhuǎn)化相關(guān)，且DNA純度與轉(zhuǎn)化成正相關(guān)。由此提出不同與當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家觀點(diǎn)的結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)

2、生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。   按照教材所述，哪怕純度不夠，當(dāng)時(shí)人們也沒有懷疑蛋白質(zhì)起作用的必要了，因?yàn)榘ダ锛捌渫乱呀?jīng)用實(shí)驗(yàn)排除了啊。是當(dāng)時(shí)的科學(xué)工作者死板嗎？讀了劉永生老師的博文才知道，不是當(dāng)時(shí)的科學(xué)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(biāo)教材（以下均簡(jiǎn)稱“課標(biāo)教材”）對(duì)艾弗里實(shí)驗(yàn)的表述，不符合生物科學(xué)發(fā)展的史實(shí)。1 Avery實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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(jiǎn)稱“論文”）。論文第一次用實(shí)驗(yàn)表明了DNA是遺傳物質(zhì)。讓我們先簡(jiǎn)單回顧論文所述的實(shí)驗(yàn)過程。     1.1 “轉(zhuǎn)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(xì)菌加熱殺死。1.1.

4、2 從原始材料獲得具有轉(zhuǎn)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(xì)胞，得到S型細(xì)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(zhì)。將纖維狀物質(zhì)再溶于氯化鈉溶液中，得到S型細(xì)菌的提取液（具有轉(zhuǎn)化活性）。1.1.3 去除提取液中的蛋白質(zhì)和多糖：使用Sevag法去除提取液中的蛋白質(zhì)。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(zhì)。向提取液中添加無水酒精，析出纖維狀物質(zhì)（具有轉(zhuǎn)化活性）。通過以上步驟，Avery等得到了具有轉(zhuǎn)化活性的純化的“轉(zhuǎn)化因子”。1.2 純化“轉(zhuǎn)化因子”的鑒定11.2.1 純化的轉(zhuǎn)化因子

5、與雙縮脲試劑和米龍氏試劑反應(yīng)均為陰性，與二苯胺試劑反應(yīng)為陽(yáng)性。1.2.2 純化的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化因子仍具有轉(zhuǎn)化活性；經(jīng)未純化的DNase處理后，轉(zhuǎn)化因子失去轉(zhuǎn)化活性。1.2.4 免疫分析表明：純化的轉(zhuǎn)化因子既不與肺炎雙球菌蛋白抗體反應(yīng)，也不與莢膜多糖抗體反應(yīng)。1.2.5 超高速離心與電泳的結(jié)果均表明，純化的轉(zhuǎn)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(jié)果，Avery等推斷轉(zhuǎn)化因子是DNA。1.3 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化因子喪失了轉(zhuǎn)化活性，由此確定了轉(zhuǎn)化因子是DNA。2 課標(biāo)教材對(duì)Avery實(shí)驗(yàn)的表述3為了弄清楚轉(zhuǎn)化因子，艾弗里及其同事對(duì)S型細(xì)菌中的物質(zhì)進(jìn)行了提純和鑒定。他們將提純的DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)分別加入到培養(yǎng)了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，并且DNA的純度越高，轉(zhuǎn)化就越有效；如果用DNA酶分解從S型細(xì)菌中提取的DNA，就不能使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。3 課標(biāo)教材對(duì)Avery實(shí)驗(yàn)的表述不符合生物科學(xué)發(fā)展史實(shí)3.1 課標(biāo)教材的表述誤解了Avery實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路Avery實(shí)驗(yàn)的思路是：先純化轉(zhuǎn)化因子，然后對(duì)純化的轉(zhuǎn)化因子進(jìn)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(guān)注焦點(diǎn)放在了：從細(xì)菌粗提液中分離出具有轉(zhuǎn)化活性的物質(zhì)；我們期望能夠?qū)@種物質(zhì)進(jìn)行鑒定

8、，或者至少獲得足夠的關(guān)于該物質(zhì)的描述性信息，從而將其歸屬于某類已知的化學(xué)物質(zhì)。)Avery原始實(shí)驗(yàn)抓住了轉(zhuǎn)化因子具有轉(zhuǎn)化活性這一核心功能。首先明確S型細(xì)菌的粗提取液具有轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化能力，則去除的成分是轉(zhuǎn)化必需成分；如果去除某種成分后仍保持轉(zhuǎn)化能力，則去除的成分是轉(zhuǎn)化非必需成分。不斷地去除轉(zhuǎn)化非必需成分，實(shí)質(zhì)上就是在不斷地純化轉(zhuǎn)化因子。得到純化的“轉(zhuǎn)化因子”后，Avery等再對(duì)轉(zhuǎn)化因子進(jìn)行鑒定。與Avery等整體上把握轉(zhuǎn)化因子的轉(zhuǎn)化活性不同，課標(biāo)教材對(duì)Avery實(shí)驗(yàn)的表述是一種簡(jiǎn)單的還原論，即強(qiáng)調(diào)對(duì)S型細(xì)菌的各種成分進(jìn)行分析

9、。如采用課標(biāo)教材所述的實(shí)驗(yàn)思路，Avery等不但需要分離、提純轉(zhuǎn)化因子，還需要分離提純非轉(zhuǎn)化因子。3.2 課標(biāo)教材的表述不符合Avery的實(shí)際工作依據(jù)課標(biāo)教材的表述，Avery等需要對(duì)S型細(xì)菌的各種成分進(jìn)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?cè)?jīng)懷疑具有轉(zhuǎn)化能力的纖維狀物質(zhì)是多糖（因?yàn)槊庖邔W(xué)檢測(cè)到多糖抗體反應(yīng)）。1943年的一次實(shí)驗(yàn)中，纖維狀物質(zhì)經(jīng)過分解莢膜多糖的酶處理后，檢測(cè)不到多糖抗體反應(yīng)，仍具有轉(zhuǎn)化能力，Avery等據(jù)此排除了多糖是轉(zhuǎn)化因子的可能。由此可見，Avery等并未對(duì)S型細(xì)菌的莢膜多糖進(jìn)行分離、提純。以上分析表明，課標(biāo)教材

10、對(duì)Avery實(shí)驗(yàn)的表述和科學(xué)史實(shí)不符。除人教版高中生物課標(biāo)教材外，國(guó)內(nèi)其它版本教材也存在對(duì)艾弗里實(shí)驗(yàn)表述的誤解。普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）指出，科學(xué)是一個(gè)發(fā)展的過程。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。因此，生物科學(xué)史對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)有著重要意義。Avery實(shí)驗(yàn)作為生物科學(xué)史的重要事件，在編入教材時(shí)，理應(yīng)盡量忠于史實(shí)，實(shí)事求是?？紤]到教材的科普性質(zhì)，教材編寫時(shí)可對(duì)原始實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重寫，但應(yīng)該保留原始實(shí)驗(yàn)的思路。 參考文獻(xiàn)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