肺炎双球菌的转化实质
肺炎双球菌转化实验
谢谢大家
S型 活 菌
加热杀死 S型菌 R型 活 细菌
3
4
死
体内有 S型活细菌
+
S型 死细菌
存在“转化因子”
［实验设计］寻找转化因子：
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？ 加热杀死的S型细菌
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
但究竟哪一个才是转化因子呢？
二、艾弗里确定转化因子的体外转化实验
R型细菌 S型菌的DNA
【实验一、肺炎双球菌的转化（体内）实验】
பைடு நூலகம்
3.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，不死亡。
4.将无毒性R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合 后注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。
［过程探究1］体内转化实验——格里菲思等
步骤
1 2
方 法
R型活菌
现象
活 死 活
结论
R型活菌无毒 S型活菌有毒
加热杀死的S型菌无毒
染色体＝DNA＋蛋白质
染色质
染色体 蛋白质
DNA分子
一、肺炎双球菌的转化实验
S型菌落(光滑)
肺炎双球菌
S型：菌落表面光滑，有荚 膜，有毒性。
R型： 菌落表面粗糙，没
有荚膜，无毒性。
R型菌落(粗糙)
【实验一、肺炎双球菌的转化（体内）实验】
1.将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内，不死亡。
2.将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内，患败血 症死亡。
A.证明了DNA是遗传物质 B.证明了RNA是遗传物质 C.证明了蛋白质是遗传物质
D.没有具体证明哪一种物质是遗传物质
3.下列有关“肺炎双球菌感染小鼠实验”的 叙述，不正确的是（ D ） A．注射R型细菌后，小鼠不死亡 B．注射S型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内 能分离出活的S型细菌 C．注射S型细菌及加热处理的R型细菌后， 小鼠死亡，小鼠体内能分离出活的S型细菌 D．注射R型菌及热处理的S型菌后，小鼠死 亡，小鼠体内只能分离出活的S型细菌
肺炎双球菌转化实验
肺炎双球菌转化实验1转化是指受体细胞直接摄取供体细胞的遗传物质（DNA片段），将其同源部分进行碱基配对，组合到自己的基因中，从而获得供体细胞的某些遗传性状，这种变异现象，称为转化。
主要问题:转化的实质是什么，DNA是不是主要遗传物质？2 假设：转化是DNA遗传的结果。
DNA是主要遗传物质。
3 证据：通过肺炎双球菌实验，验证DNA是遗传物质。
研究转化的实质。
过程：肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)是一种病原菌，存在着光滑型(Smooth简称S型)和粗糙型(Rough简称R型) 两种不同类型。
其中光滑型的菌株产生荚膜，有毒，在人体内它导致肺炎，在小鼠体中它导致败血症，并使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的；粗糙型的菌株不产生荚膜，无毒，在人或动物体内不会导致病害，其菌落是粗糙的。
实验过程及现象格里菲斯以R型和S型菌株作为实验材料进行遗传物质的实验，他将活的、无毒的RⅡ型（无荚膜，菌落粗糙型）肺炎双球菌或加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌注入小白鼠体内，结果小白鼠安然无恙；将活的、有毒的SⅢ型（有荚膜，菌落光滑型）肺炎双球菌或将大量经加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌和少量无毒、活的RⅡ型肺炎双球菌混合后分别注射到小白鼠体内，结果小白鼠患病死亡，并从小白鼠体内分离出活的SⅢ型菌。
格里菲斯称这一现象为转化作用，实验表明，SⅢ型死菌体内有一种物质能引起RⅡ型活菌转化产生SⅢ型菌，这种转化的物质（转化因子）是什么?格里菲斯对此并未做出回答。
1944年美国的埃弗雷(O．Avery)、麦克利奥特(C. Macleod)及麦克卡蒂(M．Mccarty)等人在格里菲斯工作的基础上，对转化的本质进行了深入的研究（体外转化实验）。
他们从SⅢ型活菌体内提取DNA、RNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和RⅡ型活菌混合均匀后注射人小白鼠体内，结果只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡，这是一部分RⅡ型菌转化产生有毒的、有荚膜的SⅢ型菌所致，并且它们的后代都是有毒、有荚膜的。
肺炎双球菌的转化实验ppt培训课件
C 理由不包括( )
A．不同生物的蛋白质在结构上存在差异 B．蛋白质与生物的性状密切相关 C．蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复 制 D．蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信 息
加入
R型菌
结论S型：菌的DNDNAA 才是遗传物质
R型菌
S型菌
R型菌的培养基
加入
只长R型菌
S型菌的DNA+DNA酶 R型菌
R型菌的培养基
想一想
艾弗里实验提取的DNA里面还有部分的蛋白质残留， 因此部分科学家对艾弗里得出的结论“DNA才是主要 的遗传物质”提出质疑，那要怎么改进实验，有力 地证明DNA是遗传物质呢？
肺炎双球菌的转化实 验
对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗 传物质。 20世纪30年代初，人们认识到DNA的基本结构，即
由于对DNA分子的结构没有清晰的了解，所以主导的观点 仍然是蛋白质是遗传物质。
资料： 20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和 DNA组成的。
练习题
2.格里菲思的肺炎双球菌转化实验如下： ①将无毒的R型 活细菌注入小鼠体内，小鼠不死亡； ②将有毒的S型活细 菌注入小鼠体内，小鼠患败血症死亡； ③将加热杀死的S 型细菌注入小鼠体内，小鼠不死亡； ④将R型活细菌与加 热杀死的S型细菌混合后，注入小鼠体内，小鼠患败血症 死亡。
B 根据上述实验，下列说法正确的是( )。
遗传物质：蛋白质？还是DNA?
艾弗里
通过确凿的实验证据向遗传物质 是蛋白质的观点提出挑战的，首 先是艾弗里，而艾弗里的实验又 是在格里菲思的实验基础上进行 的。
肺炎双球菌转化实验(P58)
35S标记了壳体蛋白
32P标记了DNA
二、噬菌体侵染细菌实验
实验步骤： ③用搅拌器搅拌，然后离心。 •搅拌的作用：为了使细菌外吸附着的 噬菌体蛋白质外壳与细菌分离
• 实验室用的离心机
二、噬菌体侵染细菌实验
实验步骤： ③用搅拌器搅拌，然后离心。
离心的作用：离心是一种分离混合物的方法， 通过离心，被感染的细菌(含有子代噬菌体 的细菌)会在下层的沉淀物中，噬菌体的蛋 白质外壳质量较小,在上层的上清液中。
科学的发展是无止境的……
有些病毒不含有DNA，只含有RNA和蛋白质， 例如HIV病毒，SARS病毒，烟草花叶病毒
RN A 蛋白 质
左：正常烟叶 右：病叶
烟草花叶病毒 TMV
它们的遗传物质又是什么呢？如何研究呢？
三、烟草花叶病毒的感染和重建实验
烟草
烟草花叶病毒感染实验
RNA 感染烟草 RNA 酶处理 蛋白质
32P标记了DNA
问题分析
（2）、原因有二： • ①保温时间过短，有一部分噬菌体没有侵染到细 菌细胞内，经离心后分布于悬浮液中。 • ②从噬菌体和细菌混合培养到搅拌离心，此段时 间过长，噬菌体在细菌内增殖后释放子代，经离心后 分布于悬浮液。
【例】如果用15N、 32P 、 35S 标记噬菌体，让其侵染 细菌，产生的子代噬菌体与亲代噬菌体形态完全相 同，而子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射 性元素为( B ) A．可在外壳中找到15N和35S B．可在DNA中找到15N、32P C．可在外壳中找到15N D．可在DNA中找到15N、32P、35S
感染烟草
RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
第一组 第二组 第三组
蛋白质
荚膜多糖
DNA
肺炎双球菌转化实验
肺炎双球菌的特性
肺炎双球菌有多种形 态，包括荚膜、无荚 膜和粗糙型等。
无荚膜型肺炎双球菌 的抵抗力较弱，容易 在环境中消亡。
荚膜型肺炎双球菌的 抵抗力较强，可在环 境中存活较长时间。
实验前的理论背景
在实验之前，科学家们已经知 道细菌可以通过某种方式将遗 传物质传递给其他细菌。
伦理审查的重要性
该实验引发的伦理问题突显了对涉及动物和人体的实验进行伦理审 查的重要性，以减少不必要的伤害并遵循伦理原则。
跨学科研究的价值
该实验展示了生物学与化学等学科交叉研究的价值，为后续跨学科 研究提供了借鉴和启示。
感谢您的观看
THANKS
对医学和农业的影响
这一发现对医学和农业领域产生了深远的影响，为疾病诊断、预防和 治疗以及农作物育种等方面提供了重要的理论和实践支持。
04 实验的影响与意义
对生物学的贡献
1 2 3
证实了DNA是遗传物质
肺炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质，这 一发现奠定了现代遗传学的基础。
揭示了基因和遗传病的本质
05 实验的争议与后续研究
实验的争议
实验伦理问题
肺炎双球菌转化实验涉及到活体动物实验，引发了关于实 验伦理的争议。批评者认为该实验对动物造成了不必要的 痛苦和伤害。
实验方法的质疑
有学者对肺炎双球菌转化实验的方法提出质疑，认为实验 结果可能受到污染或操作误差的影响，导致实验结论不可 靠。
转化机制的争议
尽管肺炎双球菌转化实验证明了遗传物质转移，但关于转 化机制的细节存在争议。例如，关于转化因子的性质和作 用方式仍需进一步研究。
后续研究的发展
肺炎双球菌的体内转化实验
03
实验结论
转化因子的确定
转化因子
肺炎双球菌的转化因子是DNA，而不是蛋白质 或多糖。
转化因子的来源
转化因子来自供体菌，而不是自发产生或由培 养基中的物质产生。
转化因子的作用
转化因子携带了新的遗传信息，使受体菌获得新的遗传性状。
转化过程的解释
吸附
供体菌与受体菌接触，转化因子吸附在受体 菌表面。
疾病预防
了解肺炎双球菌的转化过程有助于预防疾病 的发生，例如通过改善生活习惯、加强环境 卫生等措施来降低感染风险。
04
实验的争议与后续研究
实验的争议点
实验伦理问题
01
该实验涉及对活体动物进行感染，伦理问题引发了广
泛的争议。
实验方法的准确性
02 有学者质疑实验方法的准确性，认为实验结果可能存
在偏差。
提高科学研究的伦理意识
该实验引发的伦理争议提高了科学界的伦理意识，促进了科学研究 的规范化和伦理审查机制的建立。
05
实验的意义与启示
对细菌学的贡献
证实了细菌在人体内可以发生转化
肺炎双球菌的体内转化实验证明了不同菌株间的遗传物质可以转移，从而引起细菌性状 发生改变，这一发现对细菌学的发展产生了深远影响。
02
揭示了基因重组的机 制
该实验揭示了基因重组的机制，为后 续研究基因重组提供了理论基础和实 验依据。
03
证明了DNA是遗传物 质
肺炎双球菌的体内转化实验证明了 DNA是遗传物质，这一发现奠定了现 代遗传学的基础。
对疾病治疗的推动
推动了抗生素的临床应用
肺炎双球菌的体内转化实验为抗生素的临床应用提供了理论基础，推动了抗生素在临床上的广泛应用，为疾病治 疗提供了有效手段。
肺炎双球菌的转化实验
学科
生物
年级班级
授课时间
备课人
总课题
DNA是遗传物质的实验证据
总课时
2
1
课题
课型
多媒体
教学目标
知识目标
理解dna是主要的遗传物质
能力目标
通过肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验，能够证明dna是遗传物质的最关键的实验设计思路，训练学生逻辑思维能力。
情感目标
通过科学家的事迹对学生进行热爱科学、献身科学的教育；
（二）艾弗里dna转化实验
在1944年，美国科学家艾弗里和他的同事，做了如下实验：把s型细菌的组成物质全部分离，并分别与r型细菌混合培养，得到如下结果：
师生通过上图对比，得知是s型细菌的dna使得r型转化成s型细菌，并能传递给后代，说明dna是遗传物质。
学生看投影演示或板画。
学生观看并思考：，形象思维
抽象思维！
思考：s型细菌中有dna、蛋白质、多糖、脂质等化合物，是其中一种起转化作用还是
菌落
荚膜
毒性
r型细菌菌落
粗糙
无荚膜
无毒
s型细菌菌落
光滑
有荚膜
有毒
问题：
①为什么第四组实验将r型活细菌和加热杀死后的s型细菌混合后注射到小鼠体内，导致小鼠死亡？
②在肺炎双球菌的转化实验中，为什么加热杀死的s型细菌还能使r型活细菌转化为s型活细菌？
③实验的结论是什么？
师生从投影演示的四组实验共同讨论：
在第四组实验中，已经被加热杀死的s型细菌中，一定含有一种促使r型细菌转化成s型细菌的活性物质（转化因子），那么它到底是什么呢？
教学重点
肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
教学难点
艾弗里肺炎双球菌转化实验史实的
艾弗里肺炎双球菌转化实验史实的梳理与分析1实验还原艾弗里团队对肺炎双球菌“转化因子”的研究是揭露基因本质的重要实验，与科学史上的众多研究一样，该实验也是在前人基础上进行的：早在1928年，格里菲斯已在小鼠体内成功进行了肺炎双球菌的转化实验；1931年，Dawson 与Sia在试管内（而非小白鼠体内）成功实现了体外转化；1933年，Alloway 将S型菌破碎、过滤后得到无菌提取液，并发现这种无菌提取液也可以引起转化现象的发生。
无菌提取液同样能够引起转化给了艾弗里提示，说明提取液内含有被称为“转化因子”的物质。
于是，艾弗里花了10年的时间对“转化因子”进行研究。
由于艾弗里实验并不是检验“转化因子”究竟是哪种成分，而是提纯“转化因子”后加以鉴定，因此会牵涉到样品纯度的问题。
艾弗里团队通过观察菌落形态来判断转化活性，方法如下：对S型细菌提取液进行处理，然后稀释到不同梯度，加入含R型细菌的特定培养基中，如果菌落发生明显变化，就说明在相应梯度下能够发生转化，能引起转化的最低稀释梯度就表征了提取液处理物的转化活性。
实验发现除去多糖、蛋白质和核糖核酸并不会引起转化活性的太大变化。
艾弗里团队将“转化因子”不断纯化，最终提纯产物转化活性极高，在1.33x10-9g/mL的浓度下还可以引起4个平行实验中2个试管内R型细菌的转化。
他们对提纯的“转化因子”进行了一系列物理、化学和酶学分析，最后确定“转化因子”为DNA。
但由于提纯所得到的DNA纯度并非100%，就连艾弗里自己在1944年所发表的论文中也谨慎地指出“当然也有可能，前面谈到的这种物质的生物学活性并不是核酸的一种遗传特性，而是由于某些微量的其他物质所造成的”。
但同时，他也自信地指出“有可靠的证据充分说明它（DNA）实际上就是转化因素”。
可惜的是，由于蛋白质杂质的存在，这一划时代的研究成果在当时并未很快被科学家所接受。
2被忽视的原因为什么学界对艾弗里团队得出的结论并不信任呢？这种怀疑一定程度上与20世纪早期的一项错误推论有关，即1915年的诺贝尔化学奖得主威尔斯塔特曾宣称获得了不含蛋白质的酶，并得出酶不是蛋白质的结论，但后来被证明他的制备物中未检测到蛋白质是因为其含量过低，实际上酶活性还是来自于蛋白质。
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肺炎双球菌的转化实质
转化基础：
1、肺炎双球菌的两种类型
一种是R型细菌，无多糖类的荚膜，是无毒性的；另一种是S型细菌，具有多糖类的荚膜，是有毒性的。
R型实际上是S型肺炎双球菌的突变类型，二者属于同一个物种。
亲缘关系越近，转化越容易。
2、加热杀“死”后的S型细菌，其细胞中的DNA没有变性
这里加热的温度一般为60℃左右，目的使蛋白质变性，细菌的感染力和致病性降低，但抗原的特性仍然存在。
由于DNA具有相对稳定性，当DNA溶液加热到沸点时，其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链就可部分得以重聚，恢复双螺旋结构。
转化实质：
将R型活菌与S型DNA分子片段混合后，当R型菌群数量增长达到高峰时，细菌会出现失去局部细胞壁的现象，此时的细菌称为感受态细菌。
这种感受态细菌的细胞膜表面约有30—80个能结合S型DNA分子片段的结合点，使具有转化功能的DNA分子片段即转化因子结合在R型细菌细胞表面。
然后，DNA分子片段的一条链被R型菌体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链则进入R型菌体细胞，以同源重组的置换方式，整合进入R型细菌的基因组中，使得R型细菌原有同源区段被S型DNA分子片段所替换，从而使接受S型DNA分子片段的R型细菌转化成S型细菌。
可见，转化的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。
因此，转化作用可以看成广义上的基因重组。