第10讲 肺炎双球菌的转化实验

肺炎双球菌转化实验
无毒的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合注入小鼠体内，出现了S型活细菌，这是为什么？
当煮沸杀死S型肺炎双球菌时，细胞中的DNA分子可断裂为100多个片段，每个片段上至少有20个左右的基因将这些呈游离状态的DNA分子片段注射到小鼠体内，有关基因不能进行复制和表达，因而不能产生活的S型肺炎双球菌，小鼠没有生命危险。

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（转化因子）结合在R型菌体细胞表面。

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，另一条链进入R型菌体细胞，并通过整合作用与R型菌体细胞的DNA重组。

这样，使接受S型DNA 分子片段的R型菌体，转化为S型肺炎双球菌。

第10讲肺炎双球菌的转化实验本讲的考纲要求：1.人类对遗传物质的探索历程（Ⅱ）肺炎球菌是一种可以引起人类肺炎和小鼠败血症的病原微生物。

1928年，格里菲思以小鼠为实验材料，研究肺炎双球菌是如何使人患肺炎的，同时想研制出抗肺炎双球菌的疫苗。

他选用了两种肺炎双球菌进行实验。

这两种肺炎双球菌的菌落不同。

菌落是在固体培养基上（内）以微生物母细胞为中心的一团肉眼可见的、有一定形态、构造等特征的子细胞的集团。

菌落特征与微生物的菌体形态结构特征密切相关。

可用于微生物的鉴别分类和计数。

一种细菌的菌落的表面smooth(光滑)，用显微镜观察菌体有多糖类的荚膜，荚膜是一种胶状的物质，称为S型细菌。

另一种没有荚膜，菌落表面rough(粗糙)，称为R型。

格里菲思就用这两种细菌做了四组实验：请分析这四组实验结果，得出实验结论，并加以分析。

第一组：R型活菌注入到小鼠体内，小鼠没有患败血症而死亡，说明R型菌是无毒的。

第一组：R型活菌注入到小鼠体内，小鼠患败血症而死亡，从死鼠的体内可分离出活的S型菌，说明S 型菌是有毒的，并能在小鼠内繁殖。

为什么S型菌会使小鼠死亡，而R型菌不会呢？S型菌有荚膜，可使它不被小鼠吞噬细胞吞噬，逃过了免疫系统，使小鼠感染得败血症而亡。

而R型没有荚膜保护，被小鼠的免疫系统消失了。

第三组：加热杀死的S型菌不能使小鼠死亡，说明加热杀死的S型菌是无毒的。

第四组：无毒的活的R型菌与加热杀死的S型菌混合注射，小鼠得败血症而死亡，并从其体内能分离出活的S型菌。

难道S型菌死而复活了？这不可能。

格里菲思认为S型菌是活的R型菌转化而来的，并给出了这样的推论：加热杀死的S型菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”。

由于转化发生在小鼠体内，所以把这一实验称为肺炎双球菌的体内转化实验。

这种转化因子究竟是S型菌体内的哪种物质呢？艾弗里及其同事，将S型菌的组成物质进行分离提纯，进行了如下的实验：这一实验转化发生在培养基中，称为肺炎双球菌的体外转化实验。

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？。

★★首先,DNA分子有变性和复性的特点.变性通俗点说就是性质改变,跟蛋白质的变性意思差不多.但是DNA不同,它又可以复性,就是恢复原本性质.而变性复性主要通过加热,使双链解开,再温度恢复,使原本解开的双链又重新聚合.所以,你看书上说," 加热杀死的S型细菌".当然细菌的其他成分比如蛋白质就不可逆地变性了.但是DNA也通过将双链解开变性.再将其和R型细菌混合,那么,在细菌进行裂殖时,R型细菌的DNA也会解开,那么,再降温的时候,就有可能R型细菌和S型细菌的DNA聚合,这样的话,形成的新的子代细菌就会表示出双链DNA就会有一条链是S型的,另一条链是R型的.因此新的子代细菌就会表达出致病基因.是的，可以发生。

如S型菌是获得了R型菌的DNA，并且整合到了自己的DNA 上，这就是一个重组的过程啊。

不要以为重组就只是减数分裂时发生的。

无荚膜的R型细菌有非常重要的“感受态因子”位点，保证了S型细菌的DNA 可以进入。

S型细菌有荚膜，无“感受态因子”位点，不能作为受体菌直接培养而发生转化。

那么S型细菌有可能变成R型细菌吗?当然有!转化之所以会发生：一、因为R型与S型的DNA可以同源区段配对，形成杂合细菌，通过分裂生殖形成R型和S型两种后代，不象许多人认为的（R型直接变成S型）；二、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。

三、真核生物的细胞膜表面结构与原核生物的大不相同，不会发生转化（转化本身只发生在同种菌株间或近缘菌株间）。

我们可以放心去吃想吃的东西，包括被加热杀死的S型肺炎双球菌。

四、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）。

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 。