师：同学们大家好，今天这堂课我们一起来复习遗传的物质基础。一直以来，科学家都在探索隐匿在生命背后的“语言”，其中基因测序是重要手段之一，如今已发展到第三代基因测序。通过它，科学家不仅能窥探生命的密码，更能从基因层面对疾病进行检测甚至干预。这一切，是因为基因图中蕴含了大量的遗传信息。那么，遗传信息指什么呢？它蕴含在四种碱基的排列顺序之中。那为什么说遗传信息主要编码在DNA分子上呢？要回答这个问题，需要同学们以时间轴为主线，循着科学家的足迹探索基因的本质。现在请大家先思考讨论。

　　师：好，有大致的时间轴了吗？我们一起来梳理。1866年，孟德尔发表了遗传定律的相关论文，首次提出“遗传因子”这个概念。随后，约翰逊引入“基因”代替“遗传因子”。萨顿通过类比推理法，推论出基因在染色体上。直到1910年，摩尔根通过白眼果蝇的杂交实验，运用假说 - 演绎法证明了基因就在染色体上。但此时，基因究竟是什么，我们还不清楚，直到肺炎链球菌的转化实验才揭开谜底。

　　1928年，格里菲斯通过肺炎链球菌的体内转化实验，推论出S型菌体内应该有某种转化因子，它能够把活着的R型菌转化为活着的S型菌，使小鼠死亡。但转化因子是什么？直到1944年，埃弗里通过肺炎链球菌的体外转化实验才得以研究。通过这个实验，埃弗里发现最有可能是转化因子的是DNA，即DNA才是遗传物质。但直到1952年，赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌的实验，运用同位素标记法设计了一个更有说服力的实验，再次证明了DNA是染色体的遗传物质。1956年，烟草花叶病毒的重建实验证明，原来RNA也可以作为遗传物质。

　　在这近九十年的观察和实验当中，在埃弗里之前，我们对基因的概念认为它是抽象的。后来实验证明基因是有遗传效应的DNA片段，基因的化学本质是DNA。再后来实验还证明，原来RNA也可以作为遗传物质。

　　师：好，回到这个问题，为什么说遗传信息主要编码在DNA分子上呢？我们来分类讨论。请同学们看，这是什么细胞的模式图？很简单，这是一种真核细胞，因为我们看到了以核膜为界限的细胞核，还看到了染色质（或者说染色体）。那么真核细胞中既有DNA又有RNA。但是实验证明，它的遗传物质是DNA。DNA在真核细胞里主要存在于细胞核中的染色体上，是一种链状的双螺旋结构。除此以外，DNA还存在于线粒体和叶绿体这两种细胞器当中。

　　大家观察一下，这里面的少量DNA，有没有像细胞核当中一样与蛋白质结合构成染色质呢？没有。并且可以了解一下，它是环状双螺旋结构。好，再来看原核生物。原核细胞内同样既有DNA又有RNA，但实验证明，DNA才是原核生物的遗传物质。DNA在原核细胞内主要存在于拟核当中，是一种大型环状DNA分子。除此以外，在细胞质当中还有一些质粒的存在。说到质粒，大家并不陌生，在基因工程当中，质粒是最常见的运载体之一，它的化学本质是一些小型环状DNA分子。好，再请同学们把目光聚焦到没有细胞结构的病毒上面，譬如吃细菌的病毒噬菌体，再譬如腺病毒这一类病毒，它们是双链DNA病毒，它们的遗传物质就是DNA。

　　师：以上我们所讨论的真核生物、原核生物以及DNA病毒，由于它们的遗传物质都是DNA，所以基因就是有遗传效应的DNA片段，遗传信息对它们而言就编码在DNA分子上。那么同学们可能有疑问，为何要加上“主要”这两个字呢？我们继续讨论。

　　每到秋冬可能会大规模流行的流感，是由流感病毒造成的，它是一种单链负链RNA病毒。再譬如现在全球还在蔓延的新冠病毒，是一种单链正链RNA病毒。还有举世闻名的HIV，是一种逆转录病毒。对这些病毒来说，它们的遗传物质都是RNA，那么基因就是有遗传效应的RNA片段了，它们的遗传信息就编码在RNA分子上。所以综上所述，对地球上所有的生物来讲，DNA是主要的遗传物质。

　　大家对这个问题有自己的认识了吗？什么是基因？随着我们认知的发展，概念也在不断地修正，从“基因是有遗传效应的DNA片段”修正为“基因通常是有遗传效应的DNA片段”，加了“通常”两个字，大家能理解它更严谨之处吗？好，来做一些题目练习一下。第一题，请同学们先自己做题，给出答案。

　　师：好，这道题答案应该选C。我们一起来看一下A选项。假如用氘 - 15来代替磷 - 32标记DNA，我们知道磷 - 32是DNA区别于蛋白质的特征元素。如果用氮 - 15来代替的话，它将会同时标记上DNA和蛋白质，所以A是不可以的。B选项，噬菌体的蛋白质外壳应该是由噬菌体的DNA来编码的，而不是大肠杆菌。C没有问题，它在寄生的时候，原料、能量和酶都是由寄主细胞来提供的。D选项，这个实验证明的应该是噬菌体的遗传物质是DNA。好，再请同学们来看第二题。

　　师：这道题的答案应该选C。A选项，格里菲斯当年只推论出了遗传因子的存在，并没有证明到这个结论。B选项，埃弗里做的是体外转化实验，有一组实验证明的是S型菌的DNA可以将R型活菌转化成S型活菌，并没有证明DNA直接使小鼠死亡。D选项，假如噬菌体是用磷 - 32标记的，那同学们应该知道它追踪的是DNA，而DNA进入以后完成的是半保留复制，那么含有磷 - 32的DNA在将来只占到了极少部分，所以极少部分的噬菌体带有磷 - 32标记。

　　师：有关这两个经典实验，请同学们再来做一些判断题，加深一下理解。一起来看。第一题，错的，埃弗里的实验没有用同位素示踪技术。第二题，正确，都是这样的一个设计思路，把DNA与蛋白质分开研究各自的效应。第三题，他说赫尔希和蔡斯的实验没有做对照，对吗？错的，赫尔希和蔡斯做的是磷 - 32和硫 - 35分别标记噬菌体的实验，那么在这里面它们就形成了相互对照。第四题，也是错的，噬菌体能不能用无菌培养基直接来培养？不可以，所有的病毒都要寄生在活细胞内。第5题，混合培养后的S型菌是它的DNA整合了R型菌的DNA，完成了一个基因重组，所以跟原S型菌的遗传物质不完全相同。第六题，非常容易，格里菲斯只推论出遗传因子的存在。再请大家来做一道辨识训练。

　　师：有答案了吗？应该选C。我们来看一下A选项。搅拌是为了让噬菌体与大肠杆菌分离，说得更严谨一些，是让噬菌体的蛋白质外壳与被侵染的大肠杆菌分离。B选项，病毒没有细胞结构，也无法合成呼吸酶，它的能量是利用宿主细胞的有机物来提供的，所以病毒是没有呼吸的，就谈不上呼吸作用类型了。C选项，如果是用硫 - 35来标记的话，我们知道追踪的应该是蛋白质外壳，那么影响这组实验的因素就应该变成了搅拌充分与否，而培养时间的长短影响的应该是磷 - 32标记的那一组实验。D选项乍一看没有问题，但请同学们注意了，这句话的前后关系指的是只用一组磷 - 32标记的实验就能证明它是遗传物质，这肯定是有问题的，缺少了对照。好，接下来再请同学们来思考第三题。