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“肺炎双球菌的转化”与“T2噬菌体侵染细菌”实验疑点分析
作者:天马行空    文章来源:成长博客    点击数:    更新时间:2011-4-14

“肺炎双球菌的转化”与“T2噬菌体侵染细菌”实验疑点分析

一、肺炎双球菌的转化实验

1.S型肺炎双球菌为什么有毒性,而R型肺炎双球菌没有毒性?S型肺炎双球菌与R型肺炎双球菌的差别在于,S型肺炎双球菌细胞壁外有荚膜,而R型肺炎双球菌外没有。细菌的荚膜包围在细菌细胞壁外,主要是多糖和多肽,有以下作用:①防止细菌变干;②吸附离子;③防止被吞噬细胞轻易吞噬消灭;④防止噬菌体侵染。

S型肺炎双球菌有荚膜,进入小鼠体内,受荚膜的保护,抵抗吞噬和消化作用,不容易被消灭,从而迅速繁殖、扩散,引起机体发生疾病,严重时引起死亡,即是有毒性。而R型肺炎双球菌无荚膜,容易被吞噬细胞吞噬消化,所以不能使机体患病,即是无毒性。

2.仅S型肺炎双球菌DNA注射入小鼠,会不会使小鼠死亡?细菌自身繁殖需完整的细胞结构,如果仅将S型肺炎双球菌DNA注射到小鼠体内,不能再形成细菌,不能繁殖,不会使小鼠死亡。

3.对S型肺炎双球菌加热处理后注射给小鼠为什么不死亡?对S型肺炎双球菌加热处理后为什么仍能使R型肺炎双球菌发生转化?加热破坏了荚膜、细胞膜等结构,S型细菌死亡,注射入小鼠,不会使小鼠死亡。但加热不足以完全破坏S型细菌DNA,加热使S型细菌DNA断裂成多个片段、同时也会使氢键断开——但冷却后可恢复双螺旋结构,控制荚膜形成的基因仍有活性。加热处理后的S型细菌经冷却与活的R型细菌混合,能转化为有毒性的S型活细菌。

4.用什么条件可以彻底破坏S型肺炎双球菌的DNA?如果用DNA酶、强酸、强碱或高压蒸汽处理S型活细菌的DNA,就不能使RDNA发生转化。

5.一个S型肺炎双球菌与一个R型肺炎双球菌混和就会发生转化?转化是游离DNA片段的转移和重组,当R型肺炎双球菌的DNA和S型肺炎双球菌的含有荚膜形成的基因的DNA片段结合,形成杂合的DNA后,控制荚膜形成的基因在R型菌体内得到表达,从而控制了荚膜的合成和出现,导致R型菌转化为S型菌。通过转化形成的S型菌机率其实较小,并不是只一个S型菌与一个R型菌混和就会发生转化。

6.怎样可以使小鼠在注射了活的S型肺炎双球菌后不死亡?可以事先对该小鼠进行人工免疫。

7.格里菲思实验与艾弗里实验的实验结果分别说明了什么?有什么关系?格里菲思实验说明R型细菌可以转化成为S型细菌,但并没有说明具体哪一种物质是转化因子,即遗传物质。格里菲思实验为后来的人提出了细菌转化这一问题。艾弗里实验是在格里菲思研究的基础上,对肺炎双球菌转化的各种可能原因作了分析,肺炎双球菌DNA是遗传物质,蛋白质等不是遗传物质。

二、T2噬菌体侵染细菌

赫尔希和蔡斯的实验中用到了三个技术手段:同位素标记技术、细菌和噬菌体的培养技术、物质的提取分离技术。

1.同位素标记是怎么进行的?用同位素标记法区分DNA和蛋白质,利用DNA和蛋白质中所元素的区别:DNA中的P多,蛋白质中P含量少;蛋白质中一般有S,而DNA中没有S。用放射性同位素35S标记一部分T2噬菌体的蛋白质,用放射性同位素32P标记另一部分T2噬菌体(被32P标记的主要是DNA,蛋白质也有被标记),这两组实验构成相互对照。标记噬菌体是在培养噬菌体时进行的。

⒉细菌和噬菌体的培养有什么区别?用人工培养培养大肠杆菌,用大肠杆菌培养T2噬菌体,因为T2噬菌体同其它病毒一样必须寄生在活体细胞中才能进行繁殖。要标记T2噬菌体,其实是用含标记元素的人工培养基培养大肠杆菌,用T2噬菌体对大肠杆菌进行感染。

具体实验过程中用T2噬菌体侵染未标记的细菌。

⒊物质的提取分离技术怎么运用?该实验中物质的提取分离具体用的是离心技术,可将溶液中比重不同的成分分为上清液和沉淀。T2噬菌体外壳和T2噬菌体比重较小,细菌和被侵染的细菌比重较大。

实验中细菌中混入T2噬菌体后保温短时间后,进行离心分析。之所以保温较短时间,是因为实验中尽量不让子代噬菌体从细菌中释放——这样这两组对照实验才有明显不同结果。

也就是说实验中得到的上清液中应是重量较轻的T2噬菌体外壳,沉淀物中则应是被侵染的细菌。

4.该实验实验结果如何分析?

4.1用带35ST2噬菌体侵染细菌,实验预测是,上清液中有放射性而沉淀中无放射性。而实验的实际最终结果显示:在离心沉淀中,也具有一定的放射性(有一些亲代噬菌体的外壳仍吸附在细菌表面,没有分离开来)。

分离出的新的T2噬菌体都不带标记,单这一组实验可以说明亲代噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内。

4.2用带32PT2噬菌体侵染细菌,实验预测,上清液中不含放射性,下层沉淀物中具有很高的放射性;而实验的实际最终结果显示:在离心上清液中,也具有一定的放射性。这是什么原因?

4.2.1在实验中,从噬菌体和大肠杆菌混合培养,到用离心机分离,这一段时间如果过长,会使上层液的放射性含量升高,其原因是噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来,经离心后分布点于上清液。

4.2.2在实验中,如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,是否是误差的来源呢?是。理由呢?没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性。

4.3这两组实验结果可以得出什么结论?T2噬菌体DNA是遗传物质。应该说这两组实验并不能说明蛋白质不是遗传物质,因为蛋白质没有进入细菌,所以无法知道蛋白质对遗传是否有作用。(但艾弗里的实验可以说明蛋白质不是遗传物质)


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