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肺炎双球菌转化实验1转化是指受体细胞直接摄取供体细胞的遗传物质（DNA片段），将其同源部分进行碱基配对，组合到自己的基因中，从而获得供体细胞的某些遗传性状，这种变异现象，称为转化。
主要问题:转化的实质是什么，DNA是不是主要遗传物质？2 假设：转化是DNA遗传的结果。
DNA是主要遗传物质。
3 证据：通过肺炎双球菌实验，验证DNA是遗传物质。
研究转化的实质。
过程：肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)是一种病原菌，存在着光滑型(Smooth简称S型)和粗糙型(Rough简称R型) 两种不同类型。
其中光滑型的菌株产生荚膜，有毒，在人体内它导致肺炎，在小鼠体中它导致败血症，并使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的；粗糙型的菌株不产生荚膜，无毒，在人或动物体内不会导致病害，其菌落是粗糙的。
实验过程及现象格里菲斯以R型和S型菌株作为实验材料进行遗传物质的实验，他将活的、无毒的RⅡ型（无荚膜，菌落粗糙型）肺炎双球菌或加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌注入小白鼠体内，结果小白鼠安然无恙；将活的、有毒的SⅢ型（有荚膜，菌落光滑型）肺炎双球菌或将大量经加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌和少量无毒、活的RⅡ型肺炎双球菌混合后分别注射到小白鼠体内，结果小白鼠患病死亡，并从小白鼠体内分离出活的SⅢ型菌。
格里菲斯称这一现象为转化作用，实验表明，SⅢ型死菌体内有一种物质能引起RⅡ型活菌转化产生SⅢ型菌，这种转化的物质（转化因子）是什么?格里菲斯对此并未做出回答。
1944年美国的埃弗雷(O．Avery)、麦克利奥特(C. Macleod)及麦克卡蒂(M．Mccarty)等人在格里菲斯工作的基础上，对转化的本质进行了深入的研究（体外转化实验）。
他们从SⅢ型活菌体内提取DNA、RNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和RⅡ型活菌混合均匀后注射人小白鼠体内，结果只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡，这是一部分RⅡ型菌转化产生有毒的、有荚膜的SⅢ型菌所致，并且它们的后代都是有毒、有荚膜的。
艾弗里肺炎双球菌转化实验史实的梳理与分析1实验还原艾弗里团队对肺炎双球菌“转化因子”的研究是揭露基因本质的重要实验，与科学史上的众多研究一样，该实验也是在前人基础上进行的：早在1928年，格里菲斯已在小鼠体内成功进行了肺炎双球菌的转化实验；1931年，Dawson 与Sia在试管内（而非小白鼠体内）成功实现了体外转化；1933年，Alloway 将S型菌破碎、过滤后得到无菌提取液，并发现这种无菌提取液也可以引起转化现象的发生。
无菌提取液同样能够引起转化给了艾弗里提示，说明提取液内含有被称为“转化因子”的物质。
于是，艾弗里花了10年的时间对“转化因子”进行研究。
由于艾弗里实验并不是检验“转化因子”究竟是哪种成分，而是提纯“转化因子”后加以鉴定，因此会牵涉到样品纯度的问题。
艾弗里团队通过观察菌落形态来判断转化活性，方法如下：对S型细菌提取液进行处理，然后稀释到不同梯度，加入含R型细菌的特定培养基中，如果菌落发生明显变化，就说明在相应梯度下能够发生转化，能引起转化的最低稀释梯度就表征了提取液处理物的转化活性。
实验发现除去多糖、蛋白质和核糖核酸并不会引起转化活性的太大变化。
艾弗里团队将“转化因子”不断纯化，最终提纯产物转化活性极高，在1.33x10-9g/mL的浓度下还可以引起4个平行实验中2个试管内R型细菌的转化。
他们对提纯的“转化因子”进行了一系列物理、化学和酶学分析，最后确定“转化因子”为DNA。
但由于提纯所得到的DNA纯度并非100%，就连艾弗里自己在1944年所发表的论文中也谨慎地指出“当然也有可能，前面谈到的这种物质的生物学活性并不是核酸的一种遗传特性，而是由于某些微量的其他物质所造成的”。
但同时，他也自信地指出“有可靠的证据充分说明它（DNA）实际上就是转化因素”。
可惜的是，由于蛋白质杂质的存在，这一划时代的研究成果在当时并未很快被科学家所接受。
2被忽视的原因为什么学界对艾弗里团队得出的结论并不信任呢？这种怀疑一定程度上与20世纪早期的一项错误推论有关，即1915年的诺贝尔化学奖得主威尔斯塔特曾宣称获得了不含蛋白质的酶，并得出酶不是蛋白质的结论，但后来被证明他的制备物中未检测到蛋白质是因为其含量过低，实际上酶活性还是来自于蛋白质。
生物知识点突破——肺炎双球菌转化实验中S型菌能转化为R型菌吗？R型菌能转化为S型菌的原理R型活肺炎双球菌（受体菌）在对数期后期（生长后期）约40分钟内处于“感受态”，吸收外源DNA的能力比其他时期大1000倍。
此时，R型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜表面有30-80个“感受态因子”位点。
感受态因子是一种胞外蛋白，它可以催化外来DNA片段的吸收或降解细胞表面某种成分，从而使细胞表面的DNA受体显露出来（也可能是一种自溶酶，可特异性地结合双链DNA）。
被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）自溶，释放出自身的DNA 片段（已经失活，但双链结构尚存在，分子量小于1×107，约含15个基因），称为“转化因子”。
当“转化因子”遇到感受态的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，就有10个左右这样的双链片段与R型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜表面的“感受态因子”位点相结合，在位点上进一步发生酶促分解，形成平均分子量为4-5×106的DNA片段，然后双链拆开，其中一条降解，另一条单链逐步进入细胞，与受体菌染色体组上的同源区段配对，并使受体染色体组的相应单链片段被切除，从而将其替换，于是形成一个杂种DNA区段（它们间不一定互补，故可呈杂合状态）。
随着受体菌染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。
当细胞分裂后，此染色体发生分离，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。
这个过程称为原核生物的转化，其实质是基因重组。
S型菌不能转化为R型菌的原因无荚膜的R型有非常重要的感受态，保证了S型的DNA可以进入。
反之则不会发生：S型有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，若人为除去荚膜，培养出无荚膜的后代，它就同时丧失了毒性，变成R型，当然就会有了感受态。
S型可以变成R型吗？当然可以！产荚膜细菌由于有黏液物质，菌落表面湿润、有光泽、黏液状，称光滑型—S型（smooth）；无荚膜细菌由于无黏液物质，菌落表面干燥、粗糙，称粗糙型—R型（rough）。
高中生物肺炎双球菌实验说明素材新人教版《肺炎双球菌转化实验》疑难四问解析证明DNA是遗传物质的证据的经典实验，由概念考查向分析说明转移是高考命题的趋势。
本文针对一些疑难或误区作进一步的探讨。
疑难1：有荚膜的S型细菌可以使人患肺炎或使小鼠患败血症，而无荚膜的R型细菌不能够引起上述症状，这样说来是荚膜本身有毒性造成的吗？答：很多学生误认为是荚膜本身有毒性造成的，其实不然。
荚膜是某些细菌的细胞壁外的一层较松厚而且较固定的粘液性物质，主要由水、多糖或多肽组成。
在防止噬菌体侵袭及吞噬细胞的吞噬和消化起着重要作用。
当有荚膜的S型细菌就是被吞噬细胞吞噬后，由于受荚膜的保护，能抵抗吞噬和消化作用，从而迅速繁殖、扩散，能引起肌体发生疾病，严重时引起死亡，这才是S型细菌有毒性的真正原因。
疑难2：在格里菲思的实验中，既然S型细菌被加热杀死了，为什么无毒性的仍能转化为有毒性的S型活细菌？而在艾弗里的实验中，从S型活细菌提取的DNA用DNA酶处理后，就不能使R型细菌发生转化呢？答：加热到60 ℃，S型细菌解体而死亡，此时S型细菌中的DNA 链断裂为100个左右的仍具有活性的游离片断，每个片段至少有20个基因，在某一片段上仍含有控制荚膜形成的基因（即转化因子）。
因此加热杀死后的S型细菌尽管已经死亡，但加热杀死后的S 型细菌中的DNA却具有能使R型细菌转化S型细菌的遗传效应。
这也就是转化实验中，将无毒性R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡的原因。
如果用DNA酶处理从S型细菌提取的DNA，使DNA分解为游离的脱氧核苷酸，因而不存在控制荚膜形成的基因，当然就不能使R型细菌发生转化。
疑难3：加热杀死后的S型细菌直接注射到小鼠体内后，能使小鼠的体细胞发生转化吗？答：从一个细胞分离得到的包括某些基因的DNA片段被另一细胞所吸收，从而使后者具有相应于这些基因的性状，这种基因转移的方式称为转化。
转化是细菌中较为普遍的现象。
专题五：遗传的分子基础第一篇：回归教材【基础回扣】1.遗传物质的特点：遗传物质必须稳定，要能储存________，可以准确地________，传递给下一代等。
2.S型细菌的________能使活的R型细菌转化为S型细菌。
噬菌体由________和________组成，在侵染细菌时只有________注入细菌内。
3.肺炎双球菌转化的实质是________。
4.艾弗里和赫尔希等人证明DNA是遗传物质的实验共同的思路：________。
5.在噬菌体侵染细菌的实验中选择35S和32P这两种同位素分别对________标记而不用14C和3H同位素标记的原因：________。
6.对噬菌体进行同位素标记的大致过程：先用含相应同位素的培养基培养________，再用得到的________培养________，就能得到含相应同位素标记的噬菌体。
7.选用细菌或病毒作为实验材料研究遗传物质的优点：________。
8.DNA分子双螺旋结构的特点：(1)两条长链按________方式盘旋成双螺旋结构。
(2)________和________交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，________排列在内侧。
(3)DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且遵循____________原则。
9.8．DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。
两种生物的DNA分子杂交________，说明这两种生物亲缘关系越近。
10.DNA分子具有________、________和稳定性等特点。
11.DNA分子复制的时期是________。
DNA复制的特点是边解旋边复制和________复制。
12.将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。
若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是________。
一 .格里菲思的 肺炎双球菌体内 转化实验
能够使人患肺炎或 使小鼠患败血病。
有毒性两种肺炎双球菌
实验材料:小鼠 体 菌落 S 型
菌
R 型菌 有多糖类的荚膜 无多糖类 的荚膜 表面光滑 表面粗糙
肺炎双球 的转化实验
毒性 无毒性 R 梨*
1.将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。
员
2.将有毒性S型活细菌注射到小鼠体内，患败血症死亡。
4.将无毒性R型活细菌与加热杀死后的S型细
将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内
菌混合后注射到小鼠体内, 小鼠患败血症死亡。
i
n
思考？
1.对比分析第一、二组说明什么？第二、三组说明什么？第三、四组又说明什么？
2.该实验能否证明DNA是遗传物质？该实验的结论是什么？。
1肺炎双球菌的转化实验注：作为遗传物质必须具备的四个特点：（证明某一物质是遗传物质的依据）①分子结构具有相对的稳定性 ②能够进行自我复制，前后代保持一定的连续性 ③能够指导蛋白质的合成，以表现生物的性状 ④产生可遗传的变异 一、肺炎双球菌转化实验 1格里菲思实验（体内转化） （1）实验过程（2）实验结论：加热杀死的S 型细菌体内含有“转化因子”，促使R 型细菌转化为S 型细菌。
（3）用现有的知识对实验的解释：①加热杀死S 型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA 在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复其活性。
②R 型细菌转化成S 型细菌的过程可以下的五步来反应：（了解） a 、双链DNA 片段与受体菌细胞表面特定位点结合； b 、位点上DNA 分解，形成DNA 片段；c 、双链DNA 的一条单链逐渐降解，同时另一条单链逐步进入细胞内；d 、进入细菌体的DNA 单链与受体菌DNA 同源区段配对，接着受体DNA 相应单链片段切除，并被外来DNA 取代，形成杂种DNA 区段（实质就是基因重组）；e 、受体菌DNA 通过复制杂合区段分离成两个；其中有的类似供体菌，细胞分裂后，就成为转化因子。
③实验证明转化率与供体菌细胞的DNA 纯度有关，DNA 越纯，转化率也就越高。
如果事先用DNA 酶降解供体菌细胞中的DNA ，那么转化作用就不复存在。
2艾弗里实验（体外转化）（1（2）实验结论：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
二、实验探究规律归纳：例题1：研究发现少数病毒（如烟草花叶病毒，简称TMV）体内仅有蛋白质和RNA 两种化学成分，这类生物的性状（如TMV 能感染正常烟草的叶片，使之出现相应的病斑）的遗传是受RNA 还是蛋白质控制？请设计实验探究TMV 的遗传物质。
（1）实验原理：①利用水—苯酚溶液可以将TMV 分离，获得TMV 的蛋白质和RNA 。
②TMV 能感染正常烟草使之出现相应的病斑 ③遗传物质能使生物性状保持相对稳定（2）实验材料：烟草花叶病毒、正常生长的烟草、苯酚、试管、玻璃棒等必需的实验器材 （3）主要实验步骤：①获得TMV 的RNA 和蛋白质：水—苯酚溶液分离TMV ，获得纯净的TMV 蛋白质和RNA②选择材料并分组：取正常生长烟草植物，选取生长状态基本相同的三张叶片，分别编号A 、B 、C 。
肺炎双球菌转化实验的实质
遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子（质粒或染色体DNA）被细菌的细胞摄取，并得以表达的基因转移过程。
遗传转化可以分为自然转化和人工转化，前者是细胞在一定生长阶段出现容易接受外源DNA的生理特性；后者则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内。
自然转化现象首先是在肺炎双球菌中发现的。
近几十年来，已经发现许多细菌属中的某些种类或某些特殊的菌株有自然转化能力。
在肺炎双球菌中，自然转化的第一步是R型受体细胞处于感受态，即能从周围环境中吸取DNA的一种生理状态，然后是DNA在细胞表面的结合和进入。
进入细胞的DNA分子一般以单链形式整合进宿主的染色体DNA，并获得遗传特性的表达。
这一系列的过程涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。
R型细菌在生长到一定阶段时，就会分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子。
这种因子又与细胞表面受体相互作用，诱导感受态特异蛋白质（如自溶素）的表达，它的表达使细胞表面的DNA结合蛋白及核酸酶裸露出来，使其具有与DNA结合的活性。
加热灭活的S型细菌遗留下了完整的细菌染色体DNA的各个片段，其中包括控制荚膜形成的基因，即S基因（smooth gene）。
这一片段从S细菌中释放出来，并且在后继的培养中被一些R型细菌所摄取，S基因的DNA以双链的形式在R型细菌细胞的几个位点上结合并被切割。
核酸内切酶首先切断DNA双链中的一条链，被切割的链在核酸酶的作用下降解，成为寡核苷酸释放到培养基中，另一条链与R感受态细菌的特异蛋白质结合，以这种形式进入细胞，并通过同源的重组以置换的方式整合进入R细菌的基因组中，使R型细菌转化为S型细菌。
肺炎双球菌转化实验的疑难问题及解析肺炎双球菌转化实验是考试中经常出现的考点，实验看似简单明了，内容仔细去思考就会发现很多疑难问题要解决。
1认识肺炎双球菌肺炎球菌有时也叫肺炎双球菌,它是早在1881年发现的致病细菌。
根据菌落的特征分为两种类型:光滑型(S)和粗糙型(R),S和R分别是英语单词smooth(光滑)和rough(粗糙)的第一个字母。
S型细菌的菌体有荚膜,R型细菌的菌体无荚膜。
S型细菌能侵染和寄生在人体内,引起肺炎,也能侵染其他哺乳类动物如兔、马,还能侵染家鼠,能引起败血症。
荚膜是某些细菌细胞壁外的一层较松厚而且较固定的粘液性物质,主要由水、多糖或多肽组成。
S型细菌的菌体有荚膜,进入吞噬细胞后,受荚膜的保护,能抵抗吞噬和消化作用,从而迅速繁殖、扩散,能引起肌体发生疾病,严重时引起死亡。
这就是肺炎双球菌转化实验中将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内,小鼠患败血症死亡的原因。
R型细菌无荚膜,能被吞噬细胞吞噬、消化,所以不能使肌体患病。
这也就是肺炎双球菌转化实验中将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内,小鼠不死亡的原因。
致病与否，关键是看有无荚膜。
2了解败血症败血症是一种严重的急性全身性感染,由于致病菌侵入并存留于血液循环中不断繁殖,产生大量毒素而引起全身寒战、高热、恶心呕吐、大汗及头痛头晕等症状,甚至出现昏迷。
重者发生中毒性休克。
化验血液可见白细胞计数增高,血液培养中可见细菌生长。
此症多继发于全身或局部感染性疾病,如呼吸道、胆道、泌尿系统感染,还有严重创伤,如大面积烧伤、开放性骨折等,以及蜂窝组织炎等外科软组织化脓性感染等。
引起人败血症的常见致病菌主要是金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等。
此症危险性较大,积极认真治疗各种感染性疾患及防止外伤感染,是预防败血症发生的关键。
3格里菲斯的体内转化实验实验中将加热杀死的S型和活的R型混合注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡，并从小鼠体内分离出活的S型，且其后代仍是有毒性的S型。
肺炎双球菌的转化实质
转化基础：
1、肺炎双球菌的两种类型
一种是R型细菌，无多糖类的荚膜，是无毒性的；另一种是S型细菌，具有多糖类的荚膜，是有毒性的。
R型实际上是S型肺炎双球菌的突变类型，二者属于同一个物种。
亲缘关系越近，转化越容易。
2、加热杀“死”后的S型细菌，其细胞中的DNA没有变性
这里加热的温度一般为60℃左右，目的使蛋白质变性，细菌的感染力和致病性降低，但抗原的特性仍然存在。
由于DNA具有相对稳定性，当DNA溶液加热到沸点时，其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链就可部分得以重聚，恢复双螺旋结构。
转化实质：
将R型活菌与S型DNA分子片段混合后，当R型菌群数量增长达到高峰时，细菌会出现失去局部细胞壁的现象，此时的细菌称为感受态细菌。
这种感受态细菌的细胞膜表面约有30—80个能结合S型DNA分子片段的结合点，使具有转化功能的DNA分子片段即转化因子结合在R型细菌细胞表面。
然后，DNA分子片段的一条链被R型菌体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链则进入R型菌体细胞，以同源重组的置换方式，整合进入R型细菌的基因组中，使得R型细菌原有同源区段被S型DNA分子片段所替换，从而使接受S型DNA分子片段的R型细菌转化成S型细菌。
可见，转化的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。
因此，转化作用可以看成广义上的基因重组。
