備課素材：細(xì)菌的轉(zhuǎn)化-高一下學(xué)期生物人教版必修2

細(xì)菌的轉(zhuǎn)化人教2019版高中生物學(xué)必修二提到了肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化：那么，什么是轉(zhuǎn)化？其機(jī)理是什么？受體菌直接攝取供體菌（外源）DNA片段而獲得新的遺傳性狀的過程稱為轉(zhuǎn)化（transformation）。受體菌直接攝取環(huán)境中細(xì)菌裂解的DNA片段時(shí)，取決于其對(duì)轉(zhuǎn)化的感受態(tài)（competence）。只有少數(shù)菌屬可自然地呈現(xiàn)感受態(tài)如肺炎鏈球菌枯草芽胞桿菌、流感嗜血桿菌、淋病奈瑟菌和腦膜炎奈瑟菌等。DNA片段一旦進(jìn)入受體菌，與染色體發(fā)生同源重組，可遺傳給子代。如果與受體菌基因組無同源性，攝入的DNA片段則發(fā)生降解。1928年Griffith首先發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌轉(zhuǎn)化現(xiàn)象鏈球菌菌株毒力的轉(zhuǎn)化。有莢膜的肺炎鏈球菌Ⅲ型光滑型菌落（ⅢS型）具有毒力注射可致小鼠死亡；無莢膜的肺炎鏈球菌Ⅱ型粗糙型菌落（ⅡR型）無毒力，對(duì)小鼠無致死作用。用ⅡR型菌和ⅢS型菌分別注射小鼠，前者存活，后者死亡（小鼠心血中可分離到ⅢS型菌）；若將加熱滅活的ⅢS型菌注射，則小鼠存活；若將滅活的ⅢS型菌與活的ⅡR型菌混合后注射小鼠，則小鼠死亡，并可從死鼠的心血中分離出ⅢS型菌（圖4-6）。1944年Avery等用ⅢS型菌的DNA代替滅活的ⅢS型菌重復(fù)上述試驗(yàn)，獲得同樣結(jié)果，證實(shí)了ⅡR型活菌可從ⅢS型死菌獲得編碼莢膜的遺傳物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為ⅢS型菌。細(xì)菌的自然轉(zhuǎn)化感受態(tài)不常見，只有某些菌在生長周期的特定期間，方可攝取外源性DNA發(fā)生轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的基本過程為：外源性DNA黏附于受體細(xì)胞，其dsDNA中的一條鏈被降解消化，另一條互補(bǔ)鏈進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)入的單鏈DNA片段與受體菌染色體的同源部位發(fā)生重組，形成異源雙鏈區(qū)。隨著染色體復(fù)制、細(xì)胞分裂后產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞，一個(gè)保持原受菌的性狀，另一個(gè)則成為帶有供體菌性狀的轉(zhuǎn)化型細(xì)菌。影響轉(zhuǎn)化的因素包括：①供、受體菌的基因型：兩菌的親緣關(guān)系愈近，其基因型愈相似，轉(zhuǎn)化率愈高。在轉(zhuǎn)化過程中，能轉(zhuǎn)化的DNA片段的分子量要小于1×107，不超過10~20個(gè)基因。②受體菌的生理狀態(tài)：在轉(zhuǎn)化過程中，受體菌只有在感受態(tài)的生理狀態(tài)下才能攝入外源DNA片段。感受態(tài)細(xì)菌表面帶正電荷，且發(fā)生細(xì)胞膜通透性增高等改變，均有利于細(xì)胞對(duì)外源DNA片段的攝取。不同細(xì)菌的感受態(tài)出現(xiàn)時(shí)間和持續(xù)時(shí)間各不相同如肺炎鏈球菌感受態(tài)出現(xiàn)在對(duì)數(shù)生長期的后期，可維持40分鐘。③環(huán)境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP等可維持DNA的穩(wěn)定性，促進(jìn)轉(zhuǎn)化作用。細(xì)菌的感受態(tài)也可通過人工誘導(dǎo)，如將對(duì)數(shù)生長期的大腸埃希菌用低滲的氯化鈣溶液處理，然后移至42℃下作短暫的熱激活，可促進(jìn)細(xì)菌對(duì)外源性DNA的攝取，其機(jī)制可能是鈣離子引起細(xì)胞壁改變，易使外源性DNA黏著在菌體表面，形成能抗御DNA酶的復(fù)合物而被細(xì)菌吸收。細(xì)菌轉(zhuǎn)化是分子遺傳學(xué)研究中的常用技術(shù)。例1、下列關(guān)于肺炎雙球菌活體轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的說法，正確的是（

）A.R型菌菌體外面有莢膜B.S型菌利用小鼠細(xì)胞的核糖體合成蛋白質(zhì)C.轉(zhuǎn)化因子使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌D.可證明轉(zhuǎn)化因子是DNA答案：C解析：肺炎雙球菌分為R型菌和S型菌，前者無毒，后者有毒，會(huì)導(dǎo)致小鼠死亡。A、R型菌菌體外面無莢膜，A錯(cuò)誤；B、S型菌利用自身細(xì)胞中的核糖體合成蛋白質(zhì)，B錯(cuò)誤；C、轉(zhuǎn)化因子使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌，屬于基因重組，C正確；D、該實(shí)驗(yàn)不能證明轉(zhuǎn)化因子是DNA，D錯(cuò)誤。故選C。例2、如圖為肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中的基本步驟，下列有關(guān)說法正確的是（） A．①要加熱處理、②要將各提取物分別與R型菌混合培養(yǎng) B．③要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，結(jié)果可能出現(xiàn)S、R兩種菌落 C．若果將活S菌懸液與活R型菌懸液換一下位置，則不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化 D．培養(yǎng)基上的一個(gè)肺炎雙球菌的菌落是一個(gè)群落答案：B解析：本題考查肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，要求考生識(shí)記肺炎雙球菌的特點(diǎn)，明確S型菌因有多糖類的莢膜而具有毒性；識(shí)記肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)論，能運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)準(zhǔn)確判斷各選項(xiàng)．

圖示證明遺傳物質(zhì)是DNA的實(shí)驗(yàn)中，艾弗里將S型細(xì)菌的DNA、蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)分離開，單獨(dú)的、直接的觀察它們各自的作用．另外還增加了一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即DNA酶和S型活菌中提取的DNA與R型菌混合培養(yǎng)．①過程要獲取具有生物活性的蛋白質(zhì)、DNA等成分，所以不能加熱處理，A錯(cuò)誤；③要轉(zhuǎn)入固體培養(yǎng)基培