肺炎双球菌转化实验
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.
In 1944, U.S. scientists Avery, among others. From the smooth, pneumococcus (withcapsule, toxic, smooth colonies, called S-type), the extractedDNA, proteins and sugars, respectively, with the rough-type Streptococcus pneumoniae ( No capsule, non-toxic, rough colonies, calledR-type) with the training, found that only part of rough-type bacterial DNA can be transformed into a smooth-type, and the transformation frequency and purity of DNA related to, DNA greater net conversion rate. Ruoqiang deoxyribonuclease degradation of DNA prior to use, and then get together with rough-type pneumococcus culture, rough-type bacteria can not be transformed into a smooth-type bacteria. has been transformed bacteria, which can be obtained by smooth-type traits to their offspring. This experiment fully illustrated, DNA is a transformational role of the genetic material.
肺炎双球菌S型细菌转化为R型细菌,转化因子是拟核中的DNA还是质粒DNA?
要搞清楚这个问题,首先要搞清楚细菌的变异类型和变异的机制。
一、菌落变异
细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙(rough,R)型两种。刚从标本中分离的细菌菌落多为光滑型(S型),长期人工培养后菌落可逐渐变为粗糙型(R型)。S型菌落表面光滑、湿润,边缘整齐。R型菌落表面粗糙、干皱,边缘不整齐。细菌菌落由光滑型变为粗糙型的变异,称为S-R变异。S-R变异多见于肠道杆菌,细菌发生菌落变异时,其理化性状、免疫原性、耐药性及毒力等也会发生改变。一般S型菌致病性强。但结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌其毒力菌株就是R型。
二、细菌变异的发生机制
细菌的遗传性变异是由于基因结构发生改变所致,主要通过基因突变、基因转移与重组两种方式实现。
基因突变的方式学生比较熟悉,这里就不叙说了,基因转移与重组这种方式高中没有具体的叙说,下面把这种方式简单总结如下。
遗传物质由供体菌进入受体菌体内的过程称为基因转移。
转移的基因与受体菌DNA整合在一起,称为重组。外源性遗传物质包括细菌染色体DNA片段,质粒DNA及噬菌体基因等。细菌通过某种方式获得外源基因并与自身基因重组,导致自身遗传性状改变是细菌遗传性变异的另一种方式。
基因转移与重组的方式有转化、接合、转导和转换四种。
1、转化
受体菌直接从周围摄取供体菌游离的DNA片段,与自身基因重组后获得新遗传性状的过程。例如,活的无荚膜肺炎双球菌(R)摄取死的有荚膜肺炎双球菌的DNA片段(S)与自身基因重组后获得了形成荚膜的能力,转变成有荚膜的肺炎双球菌(S)。由R型菌转化为S型菌。
2、接合
指遗传物质(如质粒)通过性菌毛由供菌体传递给受体菌,使受体菌遗传性状发生改变的过程。
(1)F质粒接合
带有F质粒的雄性菌,通过性菌毛将F质粒的一条DNA链传递给无性菌毛的雌性菌,质粒DNA复制后,雌性菌获得了F质粒,也具有了形成性菌毛的能力,转变为雄性菌。
(2) R质粒接合
R质粒是由耐药传递因子(RTF)和耐药决定因子(r决定因子)两部分组成。耐药传递因子编码性菌毛,功能与F质粒相似。耐药决定因子编码对抗菌药物的耐药性。这两部分可以单独存在,也可以结合在一起成为复合物,但必须两部分结合在一起时,才能将耐药性转移给其它细菌。
细菌携带的多重耐药质粒也可通过性菌毛转移给其它细菌,从而导致细菌耐药性的扩散,这也是近年来耐药菌株日益增多的一个重要原因。
3、转导
转导是以温和噬菌体为载体,将供体菌的一段DNA转移到受体菌内,使受体菌获得新性状的过程。
4、溶原性转换
某些温和噬菌体感染敏感菌后,其基因可整合于宿主菌染色体中,此状态下的细菌称为溶原性细菌。溶原性细菌因DNA结构改变获得噬菌体基因赋予的新性状称为溶原性转换。如无毒性的白喉棒状杆菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌、A族溶血性链球菌均可因噬菌体感染呈溶原状态时产生外毒素。
综上所述,无荚膜的R型细菌转化为S型细菌,属于转化,据资料认为,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。这是广义上的基因重组,然后在R型细菌内再得到表达,形成荚膜,使R型细菌转化为S型细菌。
专题问题解答:
A、实验甲将S型菌的DNA和活R型细菌放在含青霉素的培养基中共同培养,结果有部分R型细菌转化为S型细菌,其对青霉素不敏感,所以可能出现光滑型菌落;而R型肺炎双球菌无荚膜,菌落粗糙,对青霉素敏感,所以不能生存,因而没有粗糙型菌落出现,A错误;
B、实验乙将PenrS型菌的DNA和活R型细菌放在普通培养基中共同培养,由于不含青霉素,结果有部分R型细菌转化为S型细菌,所以能同时出现光滑型和粗糙型两种菌落,B正确;
C、实验丙将PenrS型菌的DNA和活R型细菌放在含青霉素的培养基中共同培养,结果有部分R型细菌转化为PenrS型细菌,其抗青霉素,所以出现光滑型菌落;而R型肺炎双球菌无荚膜,菌落粗糙,对青霉素敏感,所以不能生存,因而没有粗糙型菌落出现,故只可能出现光滑型菌落,C正确;
D、实验丁将PenrS型菌的DNA、DNA酶和活R型细菌放在普通培养基中共同培养,由于DNA酶能将PenrS型菌的DNA水解,所以不能将R型细菌转化为PenrS型细菌,因此只会出现粗糙型菌落,D正确.
故选BCD.