生物教學論文肺炎雙球菌轉化實驗的若干疑問和思考
生物是高中學習中不可缺少的一門課程，雖然不是主科，但是在高考中也是占一定分值的。要想考試取得好成績，每一科都不能落下。本文是一篇生物教學論文范文，主要論述了肺炎雙球菌轉化實驗的若干疑問和思考。
摘 要： 限于高中教材的編版，人教版的教科書對于肺炎雙球菌的轉化實驗只是做了一些基礎介紹，學生在學習時提出各種各樣的疑問。作者發(fā)現(xiàn)學生提出的一些疑問很有意義和代表性，并就高中教材中的肺炎雙球菌的轉化實驗的一些背景知識、常見疑問進行介紹，旨在幫助學生為該版塊的學習構建較完整的知識體系。
關鍵詞： 肺炎雙球菌,轉化實驗,常見疑問
一、R型菌無莢膜無毒性，而S型菌有莢膜有毒性，莢膜和其毒性有什么聯(lián)系?
肺炎雙球菌有具多糖莢膜的致病菌S型菌(Smooth，因菌落外觀光滑)和非致病菌R型菌(Rough，因菌落外觀粗糙)。莢膜由多糖構成，莢膜具有保護作用，除了具有抗干燥等功能外，還能使細菌抵抗吞噬作用和體液中的殺菌物質，從而使人或小家鼠致病(對人，它能導致肺炎;對小家鼠，則導致敗血癥)。但在加熱到致死程度后，該類型的細菌便失去致病能力。相比較而言，S型肺炎雙球菌更容易在小鼠體內存活并繁殖，從而使小鼠染病死亡，但R型肺炎雙球菌因為不具備莢膜，在小鼠體內很容易被吞噬細胞吞噬或者被殺菌物質殺死，所以在小鼠體內不能存活。因此，不能認為莢膜是毒性物質才導致S型細菌有毒的，莢膜只是起保護作用。
二、R型菌和S型菌是不同類型肺炎雙球菌，但都是寄身生活的，但是R型菌無毒性，容易被吞噬細胞吞噬或者被殺菌物質殺死，那么在平時它們是怎樣生活的呢?
R型菌和S型菌雖然在莢膜上有差異，但是二者屬于同一個物種，R型菌不能合成莢膜的原因在于一個控制UDPG一脫氫酶的基因發(fā)生了突變，S型菌經過突變可以產生R型突變體，反之亦然。R型菌往往出現(xiàn)在人為培養(yǎng)的老齡化的菌群內，也就是說S型菌是野生型，而R型菌是突變型。
三、為什么可以確定是R型菌可以轉化為S型菌，而不是R型菌又突變?yōu)镾型菌或者原來的S型菌復活了呢?
由于莢膜多糖的血清學特性不同、化學結構各異，S型又可分成許多不同的小類型，如SⅠ、SⅡ、SⅢ等，相對應的突變型為RⅠ、RⅡ、RⅢ。1928年，格里菲斯對肺炎球菌的致病情況做了研究。當他把熱處理的S細菌(S-Ⅲ型)與活的R細菌(R-Ⅱ型)的混合物注射到小鼠中時，盡管這兩種細菌本身都不是致死的，但是小鼠死亡了。更重要的是，從注射了這類混合物而死亡的小鼠身上分離得到S型菌，而且是與加熱殺死的S細菌相同的S型(S-Ⅲ)，而不是S-Ⅱ。雖然S型菌和R型菌可以相互突變，但是突變總是涉及丟失或獲得產生一個特定類型莢膜的能力，如S-Ⅱ ? R- Ⅱ;而不是S-Ⅲ ? R-Ⅱ，即突變發(fā)生在同型的雙球菌中。因此，這些S細菌不可能是通過這些特定的R細菌突變而來的。
1933年，阿洛維(Lionel J. Alloway)將R-Ⅱ型菌和S-Ⅲ型菌的無細胞提取液(所有完整細胞、細胞碎片、莢膜分子都通過離心和過濾從提取物中去掉)混合，培養(yǎng)皿上仍長出了S-Ⅲ型菌――這否認了R型菌以某種方式使加熱殺死的S型菌“復活”。
四、高溫加熱后可以殺死細菌，為什么卻殺不死DNA?
實驗加熱溫度是60度，對生物體而言，高溫加熱后，其蛋白質的空間結構遭到破壞而喪失生物活性，這種生物活性的喪失是不可逆的。加熱引起蛋白質變性是導致S型細菌死亡的原因。DNA是由兩條鏈形成的雙螺旋結構，兩條鏈間堿基通過氫鍵連接，加熱會使氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋解開成單鏈，稱為DNA變性。但和蛋白質變性不同的是，當溫度緩慢降低時單鏈又由于堿基互補配對作用可以重新形成雙鏈，稱為DNA復性。所以，加熱殺死的S菌的DNA還是有作用的。
五、R型細菌是如何轉化為S型細菌的?
轉化作用是指一種生物由于接受了另一種生物的遺傳物質(DNA或RNA)，而表現(xiàn)出后者的某些遺傳性狀或發(fā)生遺傳性狀改變的現(xiàn)象。轉化的實質是外源DNA與受體細胞DNA之間的重組，使受體細胞獲得新的遺傳信息。因此，轉化作用可以看做是廣義上的基因重組。
轉化在細菌中較普遍。兩個菌種能否轉化，與兩種細菌的親緣關系有關，轉化一般只發(fā)生在同一物種或近緣物種之間，親緣關系越近，轉化就越容易。R型細菌在生長高峰期會出現(xiàn)局部細胞壁缺失現(xiàn)象，稱為感受態(tài)。感受態(tài)的細菌能產生一些酶，催化轉化的進行，只有處于感受態(tài)的細菌才能發(fā)生轉化。發(fā)生轉化時，S型細菌的DNA先以雙鏈形式吸附于R型細菌表面的特定結合位點上，R型細菌會釋放核酸內切酶將吸附的DNA降解為一些DNA片段(其中一些片段含有控制莢膜形成的基因)，再依靠另一種核酸酶降解其中的一條單鏈。進入R型細菌體內的DNA單鏈片段與R型細菌的DNA上同源區(qū)段進行配對(因為無莢膜菌是有莢膜菌的突變體，所以很容易找到同源區(qū)段)，切除并替換相應的單鏈片段，形成一個雜合DNA區(qū)段(它們間不一定互補，而是呈雜合狀態(tài))。可見轉化后形成的S型細菌內含有兩種DNA(R型和S型)。隨著這種細菌的分裂增殖，會形成兩種細菌：與親代一致的R型細菌和含有S型細菌DNA的重組類型細菌。如果該S型DNA片段上含有控制莢膜形成的基因，則轉化后的細菌就會產生莢膜而成為S型細菌。
六、R型細菌可以轉化為S型細菌，那么R型細菌的DNA能否使S型細菌發(fā)生轉化?
R型細菌之所以能夠轉化為S型細菌，一是取決于R型細菌能否出現(xiàn)感受態(tài)，二是取決于R型細菌的DNA與S型細菌DNA的相似程度。因為在自然狀況下，S型細菌很難出現(xiàn)感受態(tài)，所以雖然S型細菌的DNA與R型細菌DNA的相似程度很高，轉化也不能發(fā)生。同時由于S型細菌具有莢膜，導致在自然條件下很難接受外源DNA分子，也不能使S型細菌發(fā)生轉化，但是如果S型細菌發(fā)生基因突變，則有可能轉變?yōu)镽型細菌。
七、R型細菌發(fā)生轉化后，R型細菌和S型細菌的數(shù)量比例哪個多?
這個疑惑來源于以下兩個試題：
試題1：在肺炎雙球菌的轉化實驗中，將加熱殺死的S型細菌與R型細菌相混合后，注射到小鼠體內，小鼠死亡，則小鼠體內S型、R型細菌含量變化情況最可能是下圖哪個選項( ) [答案]B。
試題2：英國科學家格里菲思將無毒性R型菌與加熱殺死的S型細菌混合后，注射到小鼠體內，小鼠患敗血癥死亡。請問在小鼠體內可找到下列哪些類型的細菌( ) [答案]C。
A.有毒R型 B.無毒R型 C.有毒S型 D.無毒S型
把兩個試題一比較，就會發(fā)現(xiàn)兩者的答案有沖突。那么，到底誰對誰錯呢?此題情境是肺炎雙球菌的體內轉化實驗，根據(jù)河北師大、新鄉(xiāng)師院、北京師院、山東師院合編的《遺傳學》教材，該書P161上面介紹的Griffith實驗結果：把少量的R型細菌和大量已經加熱殺死的S型細菌混合起來，一起注射到小家鼠體內，結果發(fā)現(xiàn)小家鼠得敗血癥死亡，從死鼠體內分離出來的肺炎雙球菌全部都是S型的。也就是說在體內轉化實驗中，因為小鼠的免疫作用，最終只有S型細菌存活，所以筆者支持第二題的答案，同時要注意課本**紹肺炎雙球菌的轉化實驗分為體內轉化和體外轉化實驗。在艾弗里的體外轉化實驗中，原來培養(yǎng)基里全為R型細菌，R型細菌吸收外緣DNA發(fā)生轉化并非100%，并且轉化后的S型細菌繁殖的后代又有一半是R型細菌，所以在體外轉化實驗中是R型細菌多而S型細菌少。
學生的這些質疑，有的雖然看似簡單，但是要真正解釋清楚，需要深入教材，吃透教材。僅憑高中教材和教參中的知識要解決這些問題，顯得非常有限，這就要求教師不斷學習提高，提高自己的業(yè)務能力。另外，學生的質疑是思維活躍的表現(xiàn)，同時這種敢于質疑、大膽設想的精神也是新課程要求的學生探究活動的具體體現(xiàn)，應該多加鼓勵和引導。培養(yǎng)學生的質疑精神與創(chuàng)新意識，才能為社會培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才，為國家培養(yǎng)棟梁之才。
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