对肺炎双球菌转化实验的几点思考

核心素养下的“肺炎双球菌转化实验”教学设计一、前言核心素养是指一组认知、情感和行为能力，它们在现代社会中至关重要，影响着人们的学习、工作和生活。

在高中生物课程中，实验教学是非常重要的一环，通过实验教学可以培养学生的实验能力、团队协作能力和创新意识，同时也可以加深学生对知识的理解和应用。

针对高中生物课程中的核心素养要求，设计了“肺炎双球菌转化实验”教学，旨在培养学生的观察力、实验设计和数据分析能力。

二、实验目的1.了解肺炎双球菌的特性和基因转化的原理；2.学习实验操作过程，培养实验技能；3.加深对遗传工程技术的理解；4.培养实验设计和分析数据的能力。

三、实验原理1.肺炎双球菌的特性：肺炎双球菌是一种革兰氏阳性细菌，它在人类呼吸道引起肺炎和脑膜炎等疾病，是一种严重的病原菌。

2.基因转化的原理：基因转化是指外源基因被导入宿主细胞内，被宿主细胞识别并表达，从而产生新的特性。

在实验中，通过将外源DNA导入到细菌中，使其表达出外源基因所编码的蛋白质，从而产生对抗抗生素的能力。

四、实验材料1.实验菌株：肺炎双球菌培养物；2.质粒DNA：含有对抗抗生素的外源DNA；3.培养基：含有抗生素的培养基；4.实验器材：恒温培养箱、移液器、离心机等。

五、实验步骤1.将肺炎双球菌培养物接种到含有抗生素的培养基平板上，使其在培养基上生长；2.将含有对抗抗生素的质粒DNA导入到肺炎双球菌中；3.将转化后的肺炎双球菌接种到含有抗生素的培养基平板上，观察其生长情况。

六、实验结果七、实验讨论1.分析转化后的肺炎双球菌对抗抗生素的原因；2.讨论基因转化的意义和应用；3.总结实验结果，提出问题，并展开深入讨论。

通过本次实验，学生不仅了解了肺炎双球菌的特性和基因转化的原理，还学会了实验操作和数据分析的基本技能。

通过观察和讨论，学生们对遗传工程技术有了更深入的理解，同时也培养了实验设计和分析数据的能力。

这也体现了核心素养下的实验教学理念，为学生的全面发展打下了良好的基础。

“肺炎双球菌转化实验”的几点思考（陕西省靖边县靖边中学生物教研组乔欣邮编：718500）正文：艾弗里的DNA转化因子实验证明了DNA是一种遗传物质，S型菌在热处理后失活主要是指蛋白质变性，DNA失活温度较高，热处理后仍有活性。

为什么DNA还具有活性？S型菌的DNA进人R型菌的体内，通过实验看到既有死亡小鼠又有存活小鼠，为什么？摘要：肺炎双球菌重组DNA 免疫非特异性免疫特异性免疫一.S型菌体内的DNA在R型菌体内的可能的变化（推论）例题1、1943年，美国科学家艾弗里和他的同事，从S型活细菌中提取了DNA、蛋白质和多糖等物质，然后将它们分别加入培养R型细菌的培养基中，结果发现加入DNA的培养基中，R型细菌都转化成了S型细菌，而加入蛋白质、多糖等物质的培养基中，R型细菌不能发生这种变化。

这一现象说明（ BCD ）A.S型细菌的性状是由DNA体现的B.在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入到了R型细菌细胞中C.DNA是遗传物质D.蛋白质和多糖在该转化实验中，起了对照作用拓展一尝试引导：蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的，在80-100℃的温度范围内，蛋白质将失去活性，DNA双链将解开；当温度降至55℃左右时，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性却不能恢复。

将问题转移到生物选修1 PCR技术中，则引导学生理解其原理如下三点：1.DNA变性（90℃-96℃）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA 2.退火（复性）（40℃-65℃）：系统温度降低，引物与 DNA模板结合，形成局部双链。

是否可能与R型菌的DNA交叉互换（重组DNA）3.延伸（68℃-75℃）：在Taq酶的作用下，以dNTP为原料，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的DNA链（课本必修2转化实验没强调）。

再结合“肺炎双球菌的转化实验”引导解释其实质是外源DNA分子一旦找到它的内源同源体，这两个分子就可进行遗传交换了。

★★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 D N A ，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 R 型和 S 型两种后代，不象许多人认为的（ 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。

对肺炎双球菌转化实验的解读肺炎双球菌是一种常见的致病菌，它可以引起肺炎、中耳炎等疾病，给人类健康带来严重威胁。

对肺炎双球菌进行转化实验，是现代生命科学研究中的一项重要实验。

通过该实验，科学家们能够更加深入地了解肺炎双球菌的基因组结构和表达规律，为研究和治疗相关疾病提供了重要的基础。

肺炎双球菌的基因组结构十分特殊。

它的DNA分子相对较小，大约只有两百万个碱基对，而且这些碱基对比人类基因组的碱基数量少了几个数量级。

由于肺炎双球菌缺少复杂的DNA修复机制，因此在随机突变的情况下，其基因组的变异率较高。

因此，在对其进行转化实验时，要比其他微生物更加小心谨慎。

肺炎双球菌的转化实验，是指将外源DNA序列导入到其细胞内，以期望在其DNA序列中引入特定的基因或突变。

这项实验对外源DNA的质量和量都有着严格的要求。

一般来说，使用的外源DNA应该是高质量的、纯净的、线性的DNA序列，并且需要进行一定的预处理，如酶切、纯化等。

同时，导入的DNA量也需要适当控制，过多或过少都可能会影响实验结果。

在转化实验中，有效将外源DNA导入到肺炎双球菌的细胞中是关键步骤之一。

为了实现这个目标，研究人员通常采用交叉产生（conjugation）的方法。

这种方法是指将肺炎双球菌和另一种微生物，如大肠杆菌，进行接触，使它们之间发生基因交换。

在交叉产生的过程中，小的DNA碎片被转移到大的细胞内，从而实现了外源DNA的导入。

一旦成功导入外源DNA，研究人员还需要对其进行验证。

验证的方法既可以是理化方法，如聚合酶链式反应（PCR）、酶切分析、DNA测序，也可以是生化和细胞学方法。

通过这些验证实验，研究人员可以确认导入的外源基因已经集成到了肺炎双球菌自身的DNA序列中，从而更好地理解肺炎双球菌的基因组结构和表达规律。

总之，肺炎双球菌的转化实验对于深入研究其基因组结构和表达规律，为肺炎等相关疾病的研究和治疗提供了重要的基础。

在进行实验时，需要谨慎选择外源DNA，严格控制DNA 量，有效导入外源DNA，并进行验证实验。

对肺炎双球菌转化实验的看法S1305班梁伟静Griffith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R型（无荚膜，菌落粗糙型）肺炎双球菌或加热杀死的有毒的S型（有荚膜，菌落光滑型）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S型肺炎双球菌或将大量经加热杀死的有毒的S型肺炎双球菌和少量无毒、活的R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S型菌。

实验表明，S型死菌体内有一种物质能引起R型活菌转化产生S型菌，但这种转化因子是什么Griffith并未做出回答。

1944年美国的Avery等人在Griffith工作的基础上，对转化的本质进行了深入的研究，即体外转化实验。

他们从S型活菌体内提取DNA、RNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和R型活菌混合均匀后注射人小白鼠体内，结果只有注射S型菌DNA和R型活菌的混合液的小白鼠才死亡，这是一部分R型菌转化产生有毒的、有荚膜的S型菌所致，并且它们的后代都是有毒、有荚膜的。

肺炎双球菌转化实验证明了S型细菌中含有一种转化因子，将R 型细菌转化成了S型细菌，实际转化因子就是DNA，但是当时并没有提出DNA这个名词，Griffith证明了转化因子（DNA）是遗传物质，没有得出蛋白质与遗传物质的关系，Avery证实了蛋白质不是遗传物质。

不论是什么实验，都要求存在合理性,科学性,严密性，而肺炎双球菌的转化实验就体现了这几点。

首先，Griffith在得出S型菌中存在一种转化因子的结论的过程中，他做了三对对比实验，正是三对对比实验共同得出了S菌体内有转化因子的结论。

而之后Avery的体外转化实验中包含了四对对比实验，从而得出了DNA是转化因子即遗传物质而蛋白质不是遗传物质的结论。

当时因为技术的原因，DNA的提纯度并没有很高，因此还会有人质疑蛋白质在遗传中的作用，但后来DNA的提纯度已经接近百分百，证明了肺炎双球菌转化实验中DNA是遗传物质并且转化率和DNA的纯度有关，纯度越高转化率越高。

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。

肺炎双球菌转化实验的疑难解析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人体典型性肺炎双球菌肺炎的病理表现典型的肺炎双球菌肺炎的病理表现是起病急骤,先有寒战,继而高热 ,体温可达39℃ ～41℃;早期有干咳 ,不久有少量粘液痰。

脓性粘痰或典型的铁锈色痰 ,咯血少见、一般病程 7 ～ 14天左右 ,体温下降后情况很快改善 , 早期治疗病程可缩短 , 症状也较轻。