肺炎双球菌
- 格式:doc
- 大小:49.00 KB
- 文档页数:8
S型肺炎双球菌与R型肺炎双球菌的相互转化肺炎双球菌是一种菌体矛头状、常成双排列球形细菌,可使人患肺炎,也可使老鼠得败血症而死亡。
肺炎双球菌有多种不同的菌株,有英膜者是致病性的,它的菌落表面光滑(smooth),所以称S型;有的不形成荚膜,无致病性,菌落外观粗糙(rough),故称 R型.美国科学家艾弗里分别用S型肺炎双球菌的 DNA.S型肺炎双球菌的DNA和DNA醉,S型肺炎双球菌的RNA、蛋白质、多糖英膜等与活的R型肺炎双球菌培养,结果发现只有用S型肺炎双球菌的DNA 才能使部分R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌,并且,DNA纯度越高,转化效率越高。
在学习到这个知识点时,有学生提出:既然S型肺炎双球菌的DNA能够使R型肺炎双球菌转化为S 型肺炎双球菌,那么R型肺炎双球菌的DNA能否使 S型肺炎双球菌转化为R型肺炎双球菌?能否转化,我们应首先了解转化的原理。
受体菌接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象,就称为转化。
两种细菌之间是否可以转化取决于两种细菌之间的亲缘关系和转化率。
在细菌中,肠杆菌科的一些菌种很难转化,其主要原因,一方面由于外来的DNA难以掺入到细胞中,另一方面还由于在受体菌内常存在可降解线性DNA的核酸酶。
如果用CaCI2处理E.。
氏可以使之发生低频率转化。
研究发现能够转化的受体菌必须处于感受态,亦即受体菌最易接受外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态。
处于感受态的受体菌其细胞膜上有一种感受因子(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,以让细胞表面的DNA受体显露出来°对不同的细菌而言,其每个细胞上可与DNA结合的位点数是不同的。
转化可以分以下几个阶段:(1)双链DNA片段与感受态受体菌衰面的特定位点结合;(2)在结合位点上的DNA被核酸内切陶分解,形成分子量较小的 DNA片段;(3)DNA双链中的一条单链被另一个核酸能切除,剩下的一条单链逐步进入细胞;(4)来自供体的单链DNA片段在细胞内与受体细胞拟核DNA 的同源区段配对,接着受体DNA相应的单链片段被切除,并被外来的单链DNA交换、整合、取代,形成一个杂合DNA区段;(5)受体菌DNA进行复制,杂合区段分离成两个,其中之一获得了供体菌基因,另一个未获得;(6)受体菌进行细胞分裂,一个子细胞获得供体菌基因,另一个未获得。
核心素养下的“肺炎双球菌转化实验”教学设计一、实验目的1. 了解肺炎双球菌的生长特点和基本结构2. 掌握DNA的提取和转化实验技术3. 加深对生物技术在医学上的应用和意义二、实验原理肺炎双球菌是一种由肺炎链球菌和葡萄球菌融合而成的细菌,其中的DNA可以通过转化实验被转入其他细菌中。
转化实验是指将外源DNA导入受体细胞内,并在受体细胞内形成新的遗传组合。
在本实验中,我们利用转化实验将具有抗药性的外源DNA导入到细菌中,观察是否能够表达抗药性。
三、教学准备1. 实验器材准备:培养皿、试管、移液管、加热板等2. 实验试剂准备:营养琼脂、LB培养基、DNA提取试剂盒等3. 实验菌种准备:肺炎双球菌、转化受体菌种四、实验步骤1. DNA提取a. 取一支含有肺炎双球菌的培养管,进行离心操作,将上清液倒掉b. 加入DNA提取试剂,进行振荡混合,并放入加热板中加热,使细菌细胞裂解释放出DNAc. 进行离心操作,取上清液中的DNA并保存2. 转化实验a. 取一支含有转化受体菌种的培养管,加入DNA提取液,并进行振荡混合b. 放入37摄氏度培养箱培养一段时间c. 分别取一部分培养皿进行LB平板涂布,观察转化是否成功5. 结果分析a. 观察转化后的细菌在抗生素培养皿中的生长情况,判断是否表达了抗药性b. 讨论转化实验的意义和应用六、教学方法1. 理论讲解:首先对肺炎双球菌的基本知识和实验原理进行讲解,让学生了解实验的背景和意义2. 操作演示:教师向学生演示实验操作过程,并一步步讲解操作要点3. 学生操作:学生按照教师演示的方法进行实验操作,巩固理论知识4. 讨论交流:学生讨论实验结果,分析实验过程中遇到的问题和解决方法,加深对实验原理的理解七、教学手段1. 多媒体教学:利用图片、视频等多媒体资料进行实验原理的讲解和操作步骤的演示2. 实验器材:提供丰富的实验器材,让学生进行实际操作3. 实验室环境:确保实验室环境整洁、安全,为学生提供良好的实验条件八、教学效果评价1. 实验结果观察:学生能够观察到转化后的细菌在抗生素培养皿中的生长情况,并判断是否表达了抗药性2. 实验报告:学生根据实验结果撰写实验报告,说明实验目的、原理、操作步骤和结果,发表学生的实验总结和体会3. 学习考核:通过实验操作和实验报告的评分来考核学生对实验内容的掌握情况九、反馈和改进1. 收集学生意见:定期收集学生对实验内容和教学方法的意见和建议2. 教师反思:教师根据学生的反馈及时调整教学内容和方法,不断改进教学效果3. 实验改进:根据学生在实验操作过程中遇到的问题,及时调整实验步骤,提高实验操作的顺利程度通过上述的肺炎双球菌转化实验教学设计,可以帮助学生深入了解细菌的生长特点和DNA的转化原理,加深对生物技术在医学上的应用和意义的理解,达到培养学生综合实验技能和核心素养的目的。
对肺炎双球菌转化实验的三个疑点的辨析对肺炎双球菌转化实验的教学中曾有过一些的疑问,特别是在反复备课、做习题、上论坛讨论时感受到的疑问现有三个。
1、为什么格里菲思要做第四组实验?已知道格里菲思要求证的是肺炎双球菌是如何使人感染肺炎的,而以前我的思路是,肺炎双球菌有两种,格里菲思只要证明何种使人患肺炎即可,也就是做完前三组实验可以得出,活的S型菌使人患肺炎。
然而他的实验却多做了一个第四组。
我曾也想过两种可能,一是混合思维,是否他特意将两者没有毒性的东西混在一起看1+1是否大于2?二是他想看看R型菌能否变为S型菌?而今早在一篇博客的文中我才知道,原来S型菌与R型菌有关系,他们的关系是S型菌是野生型,而R型菌是S型菌的突变型,突变型的R型菌由于缺少了荚膜,所以无法使小鼠患病。
所以为什么格里菲思要做第四组实验的原因是,S型菌能突变成R型菌,那么R 型菌能否变成S型菌呢?有什么办法能让R型菌变回S型菌呢?TOP初级会员帖子21精华积分21威望注册时间2008-3-15∙个人空间∙发短消息∙加为好友2楼大中小发表于 2009-2-27 08:36 只看该作者第2个疑点,在第四组实验中,小鼠体内能否分离出R型菌。
这个问题在论坛上曾有一题得到了许多老师的参与讨论,我所支持的观点是,不能,原因是R型菌无荚膜,被免疫杀死而不能在体内存活,只有S型菌才能在体内存活。
现在从R型菌是突变型的观点来看,野生的就只有S型菌,而R型菌只是在实验室的培养基培养时发现的,这点我原来有个疑问,如果有R型这种菌,那么在平时它们是怎样生活的呢?现在明白R型菌的存在场所和由来就晃然大悟了。
∙当前离线TOP初级会员帖子21精华积分21威望注册时间2008-3-15∙个人空间∙发短消息∙加为好友∙当前离线3楼大中小发表于 2009-2-27 08:42 只看该作者3、有一种说法,肺炎双球菌实验只能证明DNA是遗传物质,而不能证明蛋白质不是遗传物质。
生物高考肺炎双球菌知识点肺炎双球菌是一种常见的致病菌,它是引起肺炎的主要原因之一。
在生物高考中,对于肺炎双球菌的了解是非常重要的。
本文将通过介绍肺炎双球菌的基本特征、传播途径、致病机制以及预防措施等方面,帮助读者更好地了解和掌握这一知识点。
肺炎双球菌(Streptococcus pneumoniae),是一种革兰氏阳性菌,属于双球菌科。
它通常以成对或链状的形式出现,球形的细菌体在显微镜下呈现出鲜明的双球状,因此得名。
肺炎双球菌广泛存在于人体的呼吸道中,包括鼻咽部和口腔,这也是其传播的主要途径。
肺炎双球菌主要通过飞沫传播,当一个感染者咳嗽、打喷嚏时,其呼出的飞沫中含有大量的细菌。
如果他人接触到这些飞沫,就有可能感染肺炎双球菌。
此外,肺炎双球菌还可以通过直接接触感染传播,如接吻、共用餐具等。
因此,我们在日常生活中要注意保持个人卫生,及时洗手、勤更换口罩等,可以有效地阻断肺炎双球菌的传播。
肺炎双球菌引起肺炎的机制主要与其细胞壁的成分有关。
肺炎双球菌细胞壁含有一种称为多糖的复合物,它能够激活宿主免疫系统,引起炎症反应。
此外,肺炎双球菌还分泌一种称为溶菌酶的酶类物质,能够破坏宿主细胞的细胞膜,进一步加剧炎症反应。
这些炎症反应会导致肺组织受损,从而引发肺炎的症状。
肺炎双球菌引起的肺炎症状包括发热、咳嗽、胸痛等,严重时还可能导致呼吸困难、痰中带血等症状。
在面对这种疾病时,预防和治疗都是非常重要的。
预防肺炎双球菌感染的最有效措施之一是接种疫苗。
肺炎双球菌疫苗可以激发人体产生特异性抗体,增强人体免疫力,从而预防感染。
目前,已经有多种肺炎双球菌疫苗上市,其中包括多糖疫苗和结合疫苗。
多糖疫苗主要针对成人和老年人,而结合疫苗则适用于儿童。
通过接种疫苗,可以有效地降低感染风险,减少肺炎的发生。
除了接种疫苗,正确合理地使用抗生素也是治疗肺炎双球菌感染的重要手段。
肺炎双球菌对一些抗生素具有敏感性,如青霉素、头孢菌素等。
在医生的指导下,在正确的用药剂量和疗程下使用抗生素,可以很好地控制和治疗肺炎双球菌感染。
肺炎链球菌肺炎诊疗规范肺炎链球菌肺炎是肺炎链球菌(亦称肺炎球菌或肺炎双球菌)引起的急性肺部炎症,病变常呈叶、段性分布,通常称大叶性肺炎。
当前由于抗菌药物的广泛应用,典型的呈大叶分布的肺炎链球菌肺炎已不多见。
但这种细菌引起的肺炎在当前社区获得性肺炎中仍居首位。
【诊断标准】(一)临床表现1.常有受寒、疲劳或上呼吸道感染等诱因。
发病急骤,高热(38~40℃)、寒战并可有肌肉疼痛及乏力等。
呼吸道症状为咳嗽,咳粘液或脓性痰,血性痰或“铁锈色痰”,可有胸痛。
病变范围广泛者可有呼吸困难。
部分患者有消化道症状及神经系统症状。
严重病例可发生感染性休克及中毒性心肌炎。
2.体检急性病容,呼吸急促,部分患者可有口周疱疹,严重病例及既往有基础肺病者可有发绀,有些患者可有黄疸。
早期肺部体征常不明显,典型者病变肺部叩诊呈浊音,语颤、语音增强,有支气管呼吸音和湿啰音。
(二)辅助检查1.血常规白细胞计数及中性粒细胞数增高,严重感染者白细胞计数及中性粒细胞比例显著增高,并有核左移,血小板减少及凝血酶原时间延长。
2.痰涂片及痰培养可查见肺炎链球菌。
特异性多糖体测定有助于快速诊断。
部分患者血培养阳性。
3.血生化检查可见血清酶学升高,部分病例可有血胆红素增高。
动脉血气分析可正常,严重病例可有PaO2及PaC02降低,pH增高,呈低氧及呼吸性碱中毒,休克合并代谢性酸中毒者则pH降低。
4.胸部X线检查早期肺部有均匀淡影,典型表现为大片均匀致密阴影,呈叶、段分布。
【治疗原则】(一)抗菌药物治疗目前首选药物仍然是青霉素,耐青霉素的肺炎链球菌在我国虽然已达20%,但是高耐株﹤2%,因此对于普通耐药株通过提高青霉素剂量,依然有效。
青霉素剂量可用至800~1200万u/d。
对于高耐青霉素者及青霉素过敏者可选用头孢三嗪或左旋氧氟沙星。
由于目前我国大多数地区肺炎链球菌对大环内酯类的耐药率已达70%,故对于已明确的肺炎链球菌肺炎不推荐应用大环内酯类药物,包括新大环内酯类,如:阿奇霉素,克拉霉素及罗红霉素等。
肺炎双球菌是什么*导读:肺炎双球菌(Pneumococcus)又称肺炎链球菌,是菌体矛头状、常成双排列的球菌。
直径0.5~1.5微米。
显微镜下的肺炎双球菌对于由肺炎双球菌感染的眼部疾病,可以用对其非常敏感的眼药水玻璃酸钠滴眼液来做为抗生素治疗使用。
肺炎双球菌(Pneumococcus)又称肺炎链球菌,是菌体矛头状、常成双排列的球菌。
直径0.5~1.5微米。
显微镜下的肺炎双球菌对于由肺炎双球菌感染的眼部疾病,可以用对其非常敏感的眼药水玻璃酸钠滴眼液来做为抗生素治疗使用。
肺炎双球菌属双球杆菌属,为化脓性革兰氏阳性菌,呈圆形或披针形、无芽孢,无鞭毛。
简介定义肺炎双球菌直径0.5~1.5微米。
革兰氏染色阳性,但老龄菌常呈阴性反应。
在机体内形成荚膜,经人工培养后荚膜逐渐消失,菌落由光滑型变为粗糙型。
特点兼性厌氧菌,经常寄居在正常人鼻咽腔中,多数不致病,仅部分具有致病力,引起大叶肺炎、腹膜炎、胸膜炎、中耳炎、乳突炎以及败血症等。
2实验过程在含血的营养琼脂培养基上,37℃,24小时可形成细小、灰白、透明或半透明有光泽的扁平菌落,周围有草绿色溶血环。
培养2~3天后,由于产生自溶酶,菌体自溶,菌落中央出现凹陷。
胆汁、胆盐或其他活性物质能加速自溶酶的作用,使细菌在短期内溶解。
其荚膜多糖抗原与致病力有密切关系,且成分复杂。
原理根据荚膜多糖抗原的不同,可将其分为若干血清型,其中Ⅰ~Ⅲ型致病力较强,Ⅲ型最强,且具有厚的荚膜,可作为鉴别此菌的依据。
在各型肺炎球菌中,许多遗传标记可被转移,种内和属内的相互转化作用也已证明。
3用法显微镜下的肺炎双球菌对于由肺炎双球菌感染的眼部疾病,可以用对其非常敏感的眼药水玻璃酸钠滴眼液来做为抗生素治疗使用。
4发现1944年,美国科学家艾弗里等人.从光滑型肺炎球菌(有荚膜、有毒性、菌落光滑、称S型)中提取DNA、蛋白质和多糖物质,并分别与粗糙型肺炎双球菌(无荚膜、无毒性、菌落粗糙、称R型)一起培养,发现只有DNA能使一部分粗糙型细菌,转变为光滑型,而且转化的频率与DNA的纯度有关,DNA越纯转化率越高.若将DNA事先用脱氧核糖核酸酶降解,再和粗糙型肺炎双球菌一起培养,粗糙型菌就不能转化成光滑型菌.已经转化的细菌,所获得的光滑型性状可以遗传给后代.这一实验充分说明了,DNA是起转化作用的遗传物质.5预防美国疫苗由2000年开始,美国建议使用一种七价的肺炎链球菌结合疫苗,如沛儿?,适合2-23个月大的婴儿或2-5岁有存在风险的孩童。
格里菲斯肺炎双球菌转化实验格里菲斯肺炎双球菌(Streptococcus pneumoniae)是一种致命病原菌,在引起呼吸系统感染等方面具有很强的致病性。
本实验旨在通过转化实验,将一种无毒菌株的DNA片段导入到格里菲斯肺炎双球菌中,使其转化为有毒菌株,并通过实验过程了解转化的基本原理和步骤。
实验步骤1. 制备无菌培养基和细菌将适量的无菌培养基装入试管中,并通过高压蒸汽灭菌器进行消毒。
然后,在无菌操作台上将菌株接种到培养基上,用微量环将细菌划线分成两部分,分别留有足够的空间进行转化。
2. 提取DNA和制备转化DNA从无毒菌株中提取DNA,并使其在一定程度上纯化。
将所制备的转化DNA加入无菌水中,适量搅拌,并放置一定的时间后,转化DNA就能够被合适的细胞吞噬,从而使其发生转化。
3. 执行转化实验将含有转化DNA的无菌水滴加入到第一部分菌株中,通过育种和培养后,将培养基涂在固体平板上,进行筛选。
观察并鉴定产生的菌落,确认转化是否实现。
实验结果分析经过鉴定,蓝色菌落为受到了DNA转化的菌株,即有毒菌株,红色菌落为未受到DNA转化的菌株,即无毒菌株。
得出所需要的有毒菌株。
实验小结在本实验中,我们掌握了基本的转化实验步骤和原理,并成功实现了格里菲斯肺炎双球菌的转化。
此外,实验的成功需要掌握一定的无菌实验技巧,并且对于细胞吞噬机制有一定的了解。
本实验为以后进一步的基因操作提供了基础。
参考文献[1] 杨洪谷, 姜永林, 郝威勇. 分子生物学实验指导. 北京:科学出版社, 2000.[2] 郭孝忆, 李树植, 彭平. 实验室常用分子生物学技术. 北京:人民卫生出版社, 2004.。
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。
荧光标记用荧光物质与被检测物结合,在紫外光照射下发光。
同位素标记,用同位素原子如16O,18O,12C,14C与被检测物结合,用原子分析方法检测原子变化。
荧光标记可用于观察细胞分裂。
同位素标记用来验证化学反应中的机理,如:光合作用中氧气是由水还是CO2分解而来。
酯化反应中是醇脱-OH还是酸脱-OH。
对肺炎双球菌转化实验的几点思考四川成都棠湖中学外语实验学校何小波张亚萍在讲授DNA是主要的遗传物质一节中,学生对肺炎双球菌的转化实验提出了几点质疑。
笔者在经过认真思考、讨论、查阅资料后,针对各个问题一一进行了解答。
笔者发现学生提出的疑问很有意义和代表性,现将学生质疑和笔者解答整理如下,供同仁参考。
也求抛砖引玉,获得更好的解答。
1.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。
格里菲思推论:在已经加热杀死的S型细菌中,必然含有一种“转化因子”,促使R型转化为S型,且这种转化可遗传。
1.1 质疑一:是S型复活还是R型被转化?学生的质疑:为什么是R型被转化,而不是加热杀死的S型复活呢?笔者的分析解答:学生提出这样的质疑,主要是对蛋白质的化学性质不太了解。
蛋白质具有一定的空间结构才具有生理活性,加热会破坏蛋白质的空间结构(变性),且该过程不可逆。
所以加热后蛋白质变性失活,不可能再恢复其功能(可以高温下酶失活为例)。
而蛋白质是生命活动的承担者,蛋白质失活了,生命活动就不可能再恢复,也就是说热杀死的S型是不可能复活的。
当笔者作出上边的解释后,有学生立即又提出了下面的质疑。
1.2 质疑二:加热杀死的S型的DNA为什么没被破坏还可以发挥转化作用?学生的质疑:加热杀死的S型菌的蛋白质变性失活了,失去了生理功能。
那为什么热杀死的S型的DNA 还有作用呢?笔者的分析解答:学生提出这样的质疑,和上一个问题的原因相似,主要是对DNA的结构及化学性质不太了解。
DNA是由两条链形成的双螺旋结构,两条链间碱基通过氢键连接。
加热会使氢键断裂,使DNA双螺旋解开成单链,称为DNA变性。
但和蛋白质变性不同的是,当温度缓慢降低时单链又可以重新形成双链,称为DNA复性。
所以,加热杀死的S菌的DNA还是有作用的。
1.3 质疑三:转化因子是S型菌的整个DNA,还是DNA片段?学生的质疑:发挥转化作用的到底是S型菌的整个DNA,还是DNA片段?笔者的分析解答:这个问题涉及的是DNA分子变性、复性、以及基因的有关知识。
通过查阅资料发现:常用的DNA变性方法主要是热变性方法和碱变性方法。
热变性使用得十分广泛,但是高温可能引起磷酸二酯键的断裂,得到长短不一的单链DNA。
而碱变性方法则没有这个缺点,在pH为11.3时,全部氢键都被淘汰,DNA完全变成单链的变性DNA。
决定生物性状的基本单位叫做基因,它是DNA上具有遗传效应的片段。
S菌的DNA上具有与荚膜形成有关的片段(基因),加热杀死S菌时,S型菌的DNA可能因高温引起磷酸二酯键的断裂,得到长短不一的单链DNA。
所以加热杀死S菌的时候,会得到与荚膜形成有关的DNA片段。
该片段与R菌DNA整合后,使得其也可以形成荚膜,即转变为S型。
1.4 质疑四:S菌的DNA将R菌转化,还是S菌的DNA直接控制合成了S菌?在本节教学中,笔者补充了证明RNA是遗传物质的实验──烟草花叶病毒侵染实验。
学生在知道烟草花叶病毒的RNA侵染烟草细胞后,利用其所带的遗传信息控制合成了新的烟草花叶病毒的知识后,对肺炎双球菌体内转化实验又提出了新的质疑。
学生的质疑:为什么是S型菌的DNA转化了R型,而不是S型菌的DNA像烟草花叶病毒的RNA侵染烟草细胞后直接控制合成了S菌?笔者的分析解答:学生发生这样的疑问是因为对病毒的结构和复制、细菌的结构和繁殖的知识掌握的不够清晰,不能区分这两种生物的特征。
病毒是非细胞结构的生物,由蛋白质外壳和核酸组成,子代病毒是通过病毒核酸(遗传物质)在宿主细胞中控制合成的核酸和蛋白质组装而成。
而细菌是细胞结构生物,细胞通过分裂实现增殖,也就是说新细胞只能来自于细胞的分裂,而不可能来自于其他细胞直接合成。
所以该实验中应该是S型菌的DNA转化了R型菌,而不是像烟草花叶病毒侵染实验那样直接控制合成了S菌。
2.艾弗里的体外转化实验艾弗里和他的同事为了弄清转化因子是什么,分离提取了S菌的DNA、蛋白质和多糖等物质,然后分别加入已培养R型细菌的培养基中,结果发现:只有加入DNA,R型细菌才能转化为S型细菌。
艾弗里还发现:如果用DNA酶处理S型菌的DNA,使DNA分解,就不能使R型细菌发生转化。
2.1 质疑一:如果在S菌的培养基中加入R菌的DNA,S菌能否被转化为R型?学生的质疑:如果在S菌的培养基中加入R菌的DNA,S菌是不是也能整合R菌的DNA,从而被转化为R型?笔者的分析解答:由于缺乏相应的微生物知识,对R型细菌转化的具体生理过程不清楚,很容易认为在S菌的培养基中加入R菌的DNA,S菌也能整合R菌的DNA,从而被转化为R型R型细菌之所以能整合S型菌的有关DNA片段,转化为S型,与其自身的结构和特性有关。
R型活菌在对数期后期内处于“感受态”(细菌能从环境中摄取DNA进行转化的状态,称感受态(competence)。
对于感受态本质的解释,有人认为处于感受态的受体菌局部失去了细胞壁,使外源DNA能顺利经膜进入菌体,称局部原生质体假说。
也有人认为是受体细胞表面出现了一直能结合DNA并使之进入细胞的酶,称酶受体假说)。
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,当DNA片段遇到感受态的R型活肺炎双球菌(受体菌)时,R型活肺炎双球菌(受体菌)细胞膜上的结合位点相结合,随后其中一条链被细胞膜上的核酸酶降解,降解产生的能量协助把另一条单链推进受体细胞(该过程称为DNA的结合和摄取)。
当单链进入受体菌细胞后,便与受体菌DNA上的同源区段发生交换重组。
再通过受体菌DNA 复制、细胞分裂,而表现出转化的性状,于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。
而S型肺炎双球菌有荚膜,无感受态,不能作为受体菌,所以在S菌的培养基中加入R菌的DNA,S 菌不能被转化为R型。
当然S型菌在自然状态下或人工的诱变下发生基因突变,S型菌可能突变为R型,但不是转化。
2.2 质疑二:艾弗里的第三组实验(加DNA水解物)为什么没能排除人们对其实验的怀疑?学生的质疑:艾弗里在第三组实验(加DNA水解物)中,用DNA酶处理提取的DNA,然后加入培养R 型菌的培养基中,结果培养基中未出现S型。
这个实验从反面证明了DNA是遗传物质,为什么不能排除人们对提取的DNA中含有0.02%的蛋白质起到了转化因子(遗传物质)的作用的怀疑?笔者的分析解答:这个推理从理论上来说确实没错,但是实际上,当时情况要复杂的多。
当时人们对艾弗里实验结果表示怀疑的原因主要来自两个方面。
一方面:艾弗里的实验并非无懈可击,人们发现他的第一个实验中的DNA纯度不够,关键性的实验证据出现了问题,由此证据得到的推论自然会被人们怀疑。
尽管艾弗里的第三个实验能做出一些解释,但是人们仍然可以认为是DNA和蛋白质共同作用完成细菌的转化,或者蛋白质也参与了细菌的转化过程,即无法完全排除蛋白质可能起了作用的怀疑。
另一方面:艾弗里由实验推论得到DNA是使R型细菌发生遗传改变的物质,这个观点与当时大多数科学家的观点是截然不同的,因此很多人都不愿承认艾弗里的实验结果,这一点从他一生的遭遇就可以看出。
自1930年起,几乎每年艾弗里都因发现肺炎双球菌的抗原特异性取决于其多糖荚膜而获诺贝尔奖提名,但由于当时人们普遍认为抗原特性取决于细胞表面的蛋白质,不相信艾弗里的结果,怀疑其结果是因为多糖掺杂了蛋白质杂质导致的。
在1946年以前,艾弗里有4次进入了第二轮名单,即诺贝尔奖委员会对其工作做了书面评价,但是评价的结果都认为他的发现不值得获奖。
1946年起,开始有人在提名艾弗里时提到他对遗传物质的研究。
当时研究核酸的两个权威──卡罗林斯卡医学院的化学教授艾纳·哈马斯登和他的前学生,细胞研究与遗传学教授托布真·卡佩森。
这两个人都相信只有蛋白质才有可能是遗传物质,而且他们根据自己的研究经验,知道很难除去DNA中的蛋白质杂质,从而不相信艾弗里的实验结果。
1946年,由哈马斯登对艾弗里的实验做了简短的书面评价,他对艾弗里的结果持批评态度,认为艾弗里的DNA是被蛋白质杂质污染了,蛋白质才是转化因子。
接下来的几年,有一些实验室用其他实验证实了艾弗里的结论,艾弗里的发现已获得了独立验证。
1952年,艾弗里再次进入了诺贝尔奖第二轮提名名单,由细菌学教授伯恩特·马尔姆格伦对之做了书面评价。
马尔姆格伦综述了这几年来的有关研究,认为蛋白质不太可能是转化因子。
但是他的结论却是,要把DNA 作为转化因子仍然缺乏最后的证据,因此认为艾弗里的发现目前不值得获奖。
从这些历史可以看出,由于艾弗里当时的研究结果和当时的主流思想、权威理论相反,所以一直不被人们重视,甚至被认为是无价值的。
所以,他的结论被人们怀疑也就“理所当然”。
在解答学生的这个质疑的同时,可以对学生进行这样一些情感教育:一、科学研究就是在这样的“吹毛求疵”中不断前进的;二、科学研究中还需要自信,需要坚持自己的思想,需要怀疑的态度;三、淡薄以明志,宁静以致远。
艾弗里的成果虽然当时未被人肯定,他未得到应有的荣誉,但他仍然热衷于自己的工作,不断取得突破,终为世人敬仰。
有的人获得诺贝尔奖,是为自己增辉,有的人获奖,却是为诺贝尔奖增辉。
艾弗里没有获得诺贝尔奖,应该是诺贝尔奖的遗憾,而不是艾弗里的遗憾。
学生的这些质疑,有的虽然看似简单,但是要真正的解释清楚,需要我们深入教材,吃透教材。
高中教材和教参中的知识要解决这些问题,显得非常的有限,这就促进了我们教师的不断学习提高,需要教师作一名学者,而不是教书匠。
另外,学生的质疑是他深思熟虑之后提出的,是思维活跃的表现,同时这种敢于质疑、大胆设想的精神,也是新课程要求的学生探究活动的具体体现,我们应该多加鼓励和引导。
培养学生的质疑精神、创新意识,才能为社会培养出创新型人才,为国家培养出真正的栋梁之才。
对肺炎双球菌转化实验的三个疑点的辨析作者:刘北光摘要:在教学和备课中对肺炎双球菌的转化实验的教学产生了三个新的疑点: 1.为什么格里菲思要做第四组实验?2.在第四组实验中,小鼠体内能否分离出R型菌。
3.肺炎双球菌的致病原因是因为荚膜有直接的毒性吗?在对第一个疑点的探讨中发现原来R型是SII型的培养基中的突变类型,认为格里菲思做第四组实的原因是为了探究R型能否转变为有毒性的类型。