“肺炎双球菌及其转化”的几个疑难问题
关于肺炎双球球转化实验中的几个问题
8.1.2证明DNA是遗传物质的著名实验1．肺炎球菌转化实验关于DNA是遗传物质的主要证据来自肺炎球菌（Streptococcus pneumoniae）的转化实验。
肺炎球菌有许多不同的菌株，但只有光滑型（S）菌株能引起人的肺炎和小鼠的败血症。
每个S型菌株的细胞外面有多糖类的胶状荚膜包裹，这一结构使它具有感染性和表面光滑的特征，如果将S型菌株注射到小鼠体内，能引起小鼠死亡（图8-1a）。
粗糙型（R）菌株的外面没有多糖荚膜，在培养基上长成小的粗糙型菌落，不引起病症和死亡（图8-1b）。
1928年F. Griffith发现，将活的S型细菌热杀死后注入小鼠不会引起死亡（图8-1c），而在热杀死的S型细菌加入活的无毒的R型细菌的混合物注射到小鼠中，不仅很多小鼠死亡，而且在他们的血液中有活的S型细菌存在（图8-1d）。
这个实验说明用热杀死的S型细菌释放出了某种转化因素（transforming principle）到培养基中，然后被某些R型细菌所吸收，从而使其转化为S型细菌。
在Griffith观察到上述现象的最初几年内，又发现灭活后的S型细菌抽提物也具有遗传转化的能力，并开展了转化因子化学本质的研究，但当时大部分生物化学家相信基因应该是蛋白质。
经过十多年的研究后，O. Avery和他的同事于1944年证明转化因素不是蛋白质而是DNA。
他们首先除去S菌株中大量的细胞结构物质，接着用蛋白酶处理，然后与活的R菌株混合并转化，仍能致死，说明蛋白不携带遗传物质；接下来他们用DNase处理R 菌株中的残留物，结果R菌株不能被转化了，这说明DNA是遗传物质的携带者。
虽然Avery等的工作非常出色，但在当时还是受到了怀疑，有人认为转化是由于核酸的不纯引起的，蛋白质才是真正的转化因素。
确实，在当时分离的核酸成分中存在蛋白质的污染。
直到1949年，蛋白质杂质降到仅为0.02%时，得到的高纯度DNA不仅仍可引起转化，而且DNA纯度越高，转化频率也越高，科学界才慢慢接受DNA是遗传信息载体的理论。
肺炎双球菌转化实验
《肺炎双球菌转化实验》疑难四问解析曾小军（江西省泰和县第二中学343700）证明DNA是遗传物质的证据的经典实验，由概念考查向分析说明转移是高考命题的趋势。
本文针对一些疑难或误区作进一步的探讨。
疑难1：有荚膜的S型细菌可以使人患肺炎或使小鼠患败血症，而无荚膜的R型细菌不能够引起上述症状，这样说来是荚膜本身有毒性造成的吗？答：很多学生误认为是荚膜本身有毒性造成的，其实不然。
荚膜是某些细菌的细胞壁外的一层较松厚而且较固定的粘液性物质，主要由水、多糖或多肽组成。
在防止噬菌体侵袭及吞噬细胞的吞噬和消化起着重要作用。
当有荚膜的S型细菌就是被吞噬细胞吞噬后，由于受荚膜的保护，能抵抗吞噬和消化作用，从而迅速繁殖、扩散，能引起肌体发生疾病，严重时引起死亡，这才是S型细菌有毒性的真正原因。
疑难2：在格里菲思的实验中，既然S型细菌被加热杀死了，为什么无毒性的仍能转化为有毒性的S型活细菌？而在艾弗里的实验中，从S型活细菌提取的DNA用DNA酶处理后，就不能使R型细菌发生转化呢？答：加热到60 ℃，S型细菌解体而死亡，此时S型细菌中的DNA链断裂为100个左右的仍具有活性的游离片断，每个片段至少有20个基因，在某一片段上仍含有控制荚膜形成的基因（即转化因子）。
因此加热杀死后的S型细菌尽管已经死亡，但加热杀死后的S 型细菌中的DNA却具有能使R型细菌转化S型细菌的遗传效应。
这也就是转化实验中，将无毒性R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡的原因。
如果用DNA酶处理从S型细菌提取的DNA，使DNA分解为游离的脱氧核苷酸，因而不存在控制荚膜形成的基因，当然就不能使R型细菌发生转化。
疑难3：加热杀死后的S型细菌直接注射到小鼠体内后，能使小鼠的体细胞发生转化吗？答：从一个细胞分离得到的包括某些基因的DNA片段被另一细胞所吸收，从而使后者具有相应于这些基因的性状，这种基因转移的方式称为转化。
转化是细菌中较为普遍的现象。
肺炎双球菌转化实验的疑难解析
进行 为期一周的观察 。
这 个实验表 明 ： 喷洒 了桑 叶液 汁 的其它植 物 叶 用 子喂蚕 ， 蚕也能 很快地 健康生 长 ， 特别是 无 花果叶 、 榆 叶、 国槐 叶 、 生菜叶 ， 同样也能吐丝 、 蚕 结茧 。尤其是用 无花果ｎ 喂的蚕在外观和体重上和用桑ｎ 喂的蚕都没 十 十
有明显 的的差 别。
６ 得 出 结论
正常 ， 它盒子里的蚕对所 放的叶子置 之不理 ， 来都 其 后
饿 死 了。
这个实验 表 明： 于 自然采 集 的 叶子 ， 只吃 桑 对 蚕 Ｉ， １ 不吃别 的树叶或菜叶。 － ｝
５ ２ 实验二 ． 先取一些桑叶 ， 把它们捣碎 、 出浓 汁 ， 榨 再加点水 ， 把液汁喷洒在其它树 的叶子上 ， 然后进行 对
在 自然状况下 ， 不吃 除了桑 叶 以外 的其他 植物 蚕
照实验 ： ①取同样健康 的蚕各十条 ， 分别放在七个相 同
的小纸盒子里 ， 纸盒上标上桑 叶、 叶、 在 榆 国槐 叶、 菜 生
的叶子 ； 但经技术处理 ， 让其 他植物 叶子 上沾上桑 叶的 气 味， 蚕也可 以吃除了桑叶以外 的其 他植物 的叶子 ， 而
性骨折等 ， 以及 蜂窝组 织炎等 外科软 组织化脓 性感染 等 。引起人败血症 的常见致病菌主要是金黄色葡 萄球 菌和大肠杆菌等 。此症 危险性 较大 ， 积极 认真 治疗各
种感染性疾患 及防止 外伤感染 ， 是预 防败血症 发生 的
关键 。
质， 主要 由水 、 多糖或多肽 组成 。荚 膜 的作 用有 ： 防 ① 止细菌变干 。这 是 由于荚 膜 中含 有水分 ； ②吸 附阳离
维普资讯
。
５ ６
肺炎双球菌实验
对肺炎双球菌转化实验的三个疑点的辨析对肺炎双球菌转化实验的教学中曾有过一些的疑问，特别是在反复备课、做习题、上论坛讨论时感受到的疑问现有三个。
1、为什么格里菲思要做第四组实验？已知道格里菲思要求证的是肺炎双球菌是如何使人感染肺炎的，而以前我的思路是，肺炎双球菌有两种，格里菲思只要证明何种使人患肺炎即可，也就是做完前三组实验可以得出，活的S型菌使人患肺炎。
然而他的实验却多做了一个第四组。
我曾也想过两种可能，一是混合思维，是否他特意将两者没有毒性的东西混在一起看1+1是否大于2？二是他想看看R型菌能否变为S型菌？而今早在一篇博客的文中我才知道，原来S型菌与R型菌有关系，他们的关系是S型菌是野生型，而R型菌是S型菌的突变型，突变型的R型菌由于缺少了荚膜，所以无法使小鼠患病。
所以为什么格里菲思要做第四组实验的原因是，S型菌能突变成R型菌，那么R 型菌能否变成S型菌呢？有什么办法能让R型菌变回S型菌呢？TOP初级会员帖子21精华积分21威望注册时间2008-3-15∙个人空间∙发短消息∙加为好友2楼大中小发表于 2009-2-27 08:36 只看该作者第2个疑点，在第四组实验中，小鼠体内能否分离出R型菌。
这个问题在论坛上曾有一题得到了许多老师的参与讨论，我所支持的观点是，不能，原因是R型菌无荚膜，被免疫杀死而不能在体内存活，只有S型菌才能在体内存活。
现在从R型菌是突变型的观点来看，野生的就只有S型菌，而R型菌只是在实验室的培养基培养时发现的，这点我原来有个疑问，如果有R型这种菌，那么在平时它们是怎样生活的呢？现在明白R型菌的存在场所和由来就晃然大悟了。
∙当前离线TOP初级会员帖子21精华积分21威望注册时间2008-3-15∙个人空间∙发短消息∙加为好友∙当前离线3楼大中小发表于 2009-2-27 08:42 只看该作者3、有一种说法，肺炎双球菌实验只能证明DNA是遗传物质，而不能证明蛋白质不是遗传物质。
【生物实验】肺炎双球菌转化实验的疑难问题及解析
肺炎双球菌转化实验的疑难问题及解析肺炎双球菌转化实验是考试中经常出现的考点，实验看似简单明了，内容仔细去思考就会发现很多疑难问题要解决。
1认识肺炎双球菌肺炎球菌有时也叫肺炎双球菌,它是早在1881年发现的致病细菌。
根据菌落的特征分为两种类型:光滑型(S)和粗糙型(R),S和R分别是英语单词smooth(光滑)和rough(粗糙)的第一个字母。
S型细菌的菌体有荚膜,R型细菌的菌体无荚膜。
S型细菌能侵染和寄生在人体内,引起肺炎,也能侵染其他哺乳类动物如兔、马,还能侵染家鼠,能引起败血症。
荚膜是某些细菌细胞壁外的一层较松厚而且较固定的粘液性物质,主要由水、多糖或多肽组成。
S型细菌的菌体有荚膜,进入吞噬细胞后,受荚膜的保护,能抵抗吞噬和消化作用,从而迅速繁殖、扩散,能引起肌体发生疾病,严重时引起死亡。
这就是肺炎双球菌转化实验中将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内,小鼠患败血症死亡的原因。
R型细菌无荚膜,能被吞噬细胞吞噬、消化,所以不能使肌体患病。
这也就是肺炎双球菌转化实验中将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内,小鼠不死亡的原因。
致病与否，关键是看有无荚膜。
2了解败血症败血症是一种严重的急性全身性感染,由于致病菌侵入并存留于血液循环中不断繁殖,产生大量毒素而引起全身寒战、高热、恶心呕吐、大汗及头痛头晕等症状,甚至出现昏迷。
重者发生中毒性休克。
化验血液可见白细胞计数增高,血液培养中可见细菌生长。
此症多继发于全身或局部感染性疾病,如呼吸道、胆道、泌尿系统感染,还有严重创伤,如大面积烧伤、开放性骨折等,以及蜂窝组织炎等外科软组织化脓性感染等。
引起人败血症的常见致病菌主要是金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等。
此症危险性较大,积极认真治疗各种感染性疾患及防止外伤感染,是预防败血症发生的关键。
3格里菲斯的体内转化实验实验中将加热杀死的S型和活的R型混合注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡，并从小鼠体内分离出活的S型，且其后代仍是有毒性的S型。
“肺炎双球菌转化实验”的几点思考
“肺炎双球菌转化实验”的几点思考（陕西省靖边县靖边中学生物教研组乔欣邮编：718500）正文：艾弗里的DNA转化因子实验证明了DNA是一种遗传物质，S型菌在热处理后失活主要是指蛋白质变性，DNA失活温度较高，热处理后仍有活性。
为什么DNA还具有活性？S型菌的DNA进人R型菌的体内，通过实验看到既有死亡小鼠又有存活小鼠，为什么？摘要：肺炎双球菌重组DNA 免疫非特异性免疫特异性免疫一.S型菌体内的DNA在R型菌体内的可能的变化（推论）例题1、1943年，美国科学家艾弗里和他的同事，从S型活细菌中提取了DNA、蛋白质和多糖等物质，然后将它们分别加入培养R型细菌的培养基中，结果发现加入DNA的培养基中，R型细菌都转化成了S型细菌，而加入蛋白质、多糖等物质的培养基中，R型细菌不能发生这种变化。
这一现象说明（ BCD ）A.S型细菌的性状是由DNA体现的B.在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入到了R型细菌细胞中C.DNA是遗传物质D.蛋白质和多糖在该转化实验中，起了对照作用拓展一尝试引导：蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的，在80-100℃的温度范围内，蛋白质将失去活性，DNA双链将解开；当温度降至55℃左右时，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性却不能恢复。
将问题转移到生物选修1 PCR技术中，则引导学生理解其原理如下三点：1.DNA变性（90℃-96℃）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA 2.退火（复性）（40℃-65℃）：系统温度降低，引物与 DNA模板结合，形成局部双链。
是否可能与R型菌的DNA交叉互换（重组DNA）3.延伸（68℃-75℃）：在Taq酶的作用下，以dNTP为原料，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的DNA链（课本必修2转化实验没强调）。
再结合“肺炎双球菌的转化实验”引导解释其实质是外源DNA分子一旦找到它的内源同源体，这两个分子就可进行遗传交换了。
肺炎双球菌系列问题
肺炎双球菌系列问题1．从微生物学角度（1）肺炎双球菌的结构肺炎双球菌是一种细菌，属原核生物。
由于核区中的DNA分子不与蛋白质结合，因此，用它作实验材料易于单独观察DNA在遗传中的作用。
（2）何为荚膜？其作用怎样？荚膜是细菌细胞壁外围绕一层较厚的粘性、胶冻样物质。
其化学成分随细菌种类不同而有差异，多数细菌的荚膜成分为多糖，如肺炎双球菌。
荚膜的形成受遗传物质（基因）控制。
荚膜与细菌的致病性有关，同时荚膜还能储留水分能抗干燥，对保护细菌有作用。
荚膜本身无毒性，但在机体内保护细菌抵抗吞噬细胞的吞噬及消化，并能抑制体内杀菌物质（如溶菌酶）的杀菌作用，使细菌易在体内大量繁殖致病。
细菌若失去荚膜，致病力也随之减弱或消失。
（3）何为菌落？菌落是单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时，形成的一种肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群。
每种细菌在一定条件下所形成的菌落，可以作为菌种鉴定的重要依据。
2．从分类学角度肺炎双球菌有两种类型：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。
3．从免疫学角度（1）为何S型细菌会致病，而R型细菌不能致病？当细菌进入人或动物体后，由于免疫效应，都要被吞噬细胞吞噬消化，加以消灭。
由于S型细菌有荚膜，进入吞噬细胞后，受荚膜的保护，能抵抗吞噬细胞的吞噬和消化，从而能迅速增殖、扩散，引起机体发生疾病。
而R型细菌无荚膜，则能被吞噬细胞吞噬、消化，所以不能使机体患病。
（2）同是一种S型的肺炎双球菌，为何使人患肺炎，而小鼠患白血病？肺炎双球菌都会使人或小鼠患肺炎，由于小鼠抵抗力差而细菌毒力较强，可并发败血症。
（3）何谓加热杀“死”？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。
（4）加热杀“死”后的S型细菌，其细胞中的DNA是否变性？由于DNA具有相对稳定性，把DNA溶液加热到沸点，就可以使氢键断开，双螺旋解体，DNA分子急剧变性，转化活性也急剧下降，但如果将其缓慢冷却，分离了的DNA单链，就可以得以重聚。
“肺炎双球菌及其转化”的几个疑难问题
“肺炎双球菌及其转化”的几个疑难问题问题一。
：肺炎双球菌的知识在经典转化实验中有呈现，在科学史中也起到了重要的作用。
由于是微生物，所以也会有许多疑问在学生中产生，如光滑和粗糙是指菌落，不是细菌，R菌能不能转化为S菌？肺炎双球菌又称肺炎链球菌，属于原核生物，有R型和S型，它们是肺炎双球菌两个稳定的品系。
是一种人畜共患的病原菌，其中S型在人体内引起肺炎，在小白鼠体内导致败血症，使小白鼠死亡。
一、菌种分类荚膜多糖抗原与致病力有密切关系，且成分复杂。
根据荚膜多糖抗原的不同，可将其分为若干血清型，其中～型致病力较强，型最强，且具有厚的荚膜，可作为鉴别此菌的依据。
二、形态特点肺炎双球菌直径0.5～1.5微米。
革兰氏染色阳性，但老龄菌常呈阴性反应。
在机体内形成荚膜，经人工培养后荚膜逐渐消失，菌落由光滑型变为粗糙型，肺炎双球菌属双球杆菌属，为化脓性革兰氏阳性菌，呈圆形或披针形、无芽孢，无鞭毛。
三、R菌转化为S菌的机理被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）自溶，释放出自身的DNA 片段，当DNA片段遇到感受态的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，R 型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜上的结合位点相结合，随后其中一条链被细胞膜上的核酸酶降解，降解产生的能量协助把另一条单链推进受体细胞（该过程称为DNA的结合和摄取）。
当单链进入受体菌细胞后，便与受体菌DNA上的同源区段发生交换重组。
再通过受体菌DNA复制、细胞分裂，而表现出转化的性状，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。
四、S菌不能转化为R菌的原因S型肺炎双球菌有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，所以在S菌的培养基中加入R菌的DNA，S菌不能被转化为R型。
当然S型菌在自然状态下或人工的诱变下发生基因突变，S型菌可能突变为R型，但不是转化。
问题二. 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。
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“肺炎双球菌及其转化”的几个疑难问题问题一。
：肺炎双球菌的知识在经典转化实验中有呈现，在科学史中也起到了重要的作用。
由于是微生物，所以也会有许多疑问在学生中产生，如光滑和粗糙是指菌落，不是细菌，R菌能不能转化为S菌？肺炎双球菌又称肺炎链球菌，属于原核生物，有R型和S型，它们是肺炎双球菌两个稳定的品系。
是一种人畜共患的病原菌，其中S型在人体内引起肺炎，在小白鼠体内导致败血症，使小白鼠死亡。
一、菌种分类荚膜多糖抗原与致病力有密切关系，且成分复杂。
根据荚膜多糖抗原的不同，可将其分为若干血清型，其中～型致病力较强，型最强，且具有厚的荚膜，可作为鉴别此菌的依据。
二、形态特点肺炎双球菌直径0.5～1.5微米。
革兰氏染色阳性，但老龄菌常呈阴性反应。
在机体内形成荚膜，经人工培养后荚膜逐渐消失，菌落由光滑型变为粗糙型，肺炎双球菌属双球杆菌属，为化脓性革兰氏阳性菌，呈圆形或披针形、无芽孢，无鞭毛。
三、R菌转化为S菌的机理被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）自溶，释放出自身的DNA 片段，当DNA片段遇到感受态的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，R 型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜上的结合位点相结合，随后其中一条链被细胞膜上的核酸酶降解，降解产生的能量协助把另一条单链推进受体细胞（该过程称为DNA的结合和摄取）。
当单链进入受体菌细胞后，便与受体菌DNA上的同源区段发生交换重组。
再通过受体菌DNA复制、细胞分裂，而表现出转化的性状，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。
四、S菌不能转化为R菌的原因S型肺炎双球菌有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，所以在S菌的培养基中加入R菌的DNA，S菌不能被转化为R型。
当然S型菌在自然状态下或人工的诱变下发生基因突变，S型菌可能突变为R型，但不是转化。
问题二. 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。
问题三：什么是感受态？S型肺炎双球菌能不能变成R型菌？人工方法如何让细菌产生感受态？细胞能够从周围环境中摄取DNA分子，并且不易被细胞内的限制性核酸内切酶分解时所处的一种特殊生理状态称感受态。
细菌的感受态有两种类型：一种是自然感受态，自然感受态细菌可以自由地吸收DNA，通过它来进行遗传转化；另一种是人工感受态，在这种转化中，细菌发生改变使得它们能摄入外源DNA。
枯草芽孢杆菌属于能够发展为自然感受态的细胞，大肠杆菌就属于需要人工处理的细胞。
转化示意图1．自然感受态—R型活菌R型肺炎双球菌存在控制荚膜不能形成的基因，S型肺炎双球菌存在控制荚膜合成的基因。
将加热杀死的S型菌与R型活菌混合后，注入小鼠体内，发生了R型菌向S型菌的转化。
并非任意两株R型菌与S 型菌之间的接触都可发生转化。
据研究，凡能发生转化的，其R型菌必须处于感受态。
（1）R型菌的特点据资料,作为受体菌的R型活肺炎双球菌在其生长后期，即对数期后期大约40分钟内处于“感受态”。
R型活肺炎双球菌细胞膜表面有30-80个“感受态因子”位点。
感受态因子是一种胞外蛋白，可诱导与感受态有关蛋白的表达，其中包括自溶素，它使细胞表面的DNA结合蛋白和核酸酶裸露出来。
正是因为感受态因子的作用，使得R菌在对数期后期吸收外源DNA的能力比其他时期大1000倍。
（2）R型活菌转化成S型活菌的实质过程由于加热后的S型肺炎双球菌的蛋白质外壳结构被破坏，从有秩序而紧密的构造，变为无秩序而松散的构造，导致出现外壳自溶现象，释放出自身的DNA片段（双链结构尚存在，分子量小于1×107，约含15个基因），称为“转化因子”。
①当“转化因子”遇到处于感受态的R型肺炎双球菌时，就有10个左右这样的双链片段被R型肺炎双球菌细胞膜表面的“感受态因子”位点结合。
②在位点上进一步发生酶促分解，形成平均分子量为4-5×106的DNA片段，然后双链拆开，其中一条降解，另一条单链逐步进入细胞。
③进入细胞的单链DNA片段与R型肺炎双球菌DNA的同源区段配对，并使受体DNA的相应单链片段被切除，从而将其替换，于是形成一个杂种DNA区段（它们间不一定互补，故可呈杂合状态）。
④随着R型肺炎双球菌的分裂生殖，DNA进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一类似供体菌（S型肺炎双球菌），另一类似受体菌（R型肺炎双球菌）。
当细胞分裂后，此DNA发生分离，于是就由R 型肺炎双球菌产生出了S型肺炎双球菌的后代。
这个过程称为原核生物的转化，其实质是基因重组。
如图所示：（3）R型活菌转化成S型活菌的相关解释①因为R型与S型的DNA可以同源区段配对，形成杂合细菌，通过分裂生殖形成R型和S型两种后代，不是R型直接变成S型。
②无荚膜的R型有非常重要的感受态和感受态时期，保证了S型的DNA在特定的时期可以进入R型菌中。
③S型有荚膜，无感受态，因此不能作为受体菌，如果人为除去荚膜，培养出无荚膜的后代，它就同时丧失了毒性，变成R型，同样会有感受态。
自然状态下两者可以通过基因突变来完成相互转变，人工方法是利用理化方法诱发突变完成相互转变。
④发生转化需要有亲缘关系，转化本身只发生在同种菌株间或近缘菌株间。
真核生物的细胞膜表面结构与原核生物的大不相同，不会发生转化。
2．人工感受态—大肠杆菌野生型大肠杆菌并不容易转化，这是由于DNA无法进入野生型大肠杆菌的细胞。
经过多年的努力，科学家们发现了一种方法可以增加细胞吸收外源DNA的效率。
那就是用化学方法处理细胞，使其改变膜对DNA的通透性。
这种细胞就称为感受态细胞，即细胞处于能摄入核酸分子时的生理状态。
大肠杆菌需要诱导才能变成感受态细胞，而有些细菌细胞则在自然条件下，或是在改变培养基和其他培养条件下就可变成感受态细胞。
大肠杆菌的转化常用化学法（CaCl2法），该法最先是由Cohen 于1972年发现的。
其原理是细菌处于0℃，CaCl2的低渗溶液中，菌细胞膨胀成球形，转化混合物中的DNA形成抗DNase的羟基-钙磷酸复合物粘附于细胞表面，经42℃短时间热冲击处理，促使细胞吸收DNA 复合物，在丰富培养基上生长数小时后，球状细胞复原并分裂增值，被转化的细菌中，重组子中基因得到表达，在选择性培养基平板上，可选出所需的转化子。
目前CaCl2转化方法的机制尚不清楚，可能是细胞壁被打了一些孔，DNA分子从这些孔洞中进入细胞，而这些孔洞随后又可以被宿主细胞修复。
可以接受DNA的细胞称为感受态细胞。
另外，CaCl2化学试剂处理细菌后，是增加细胞膜的通透性还是细胞壁的通透性，不同的教材有不同的观点，浙科版认为增加细胞壁通透性。
这种方法已经成为基因工程的常规技术，它对于我们利用体外DNA 重组技术来了解真核和原核生物的基因功能特别重要。
问题四：肺炎双球菌的荚膜作用和控制合成的基因在哪里？试题：如图为科研人员将S型肺炎双球菌的DNA分子切成片段导入R型菌的过程．相关叙述错误的是（）A．S型菌表面多糖类荚膜的形成受DNA（基因）控制B．实验室中过程②的实现可用Ca2+处理C．过程⑥需要限制酶和DNA聚合酶催化D．肺炎双球菌转化的实质是游离DNA片段的转移和重组答案：C解析：由图可知，导入S型菌DNA分子片段后形成的S型菌表面有多糖类荚膜，所以多糖类荚膜的形成受DNA（基因）控制，A正确；使微生物（R型菌）成为感受态细胞时需要用Ca2+处理，B正确；过程⑥是重组细菌的增殖，该过程需要DNA聚合酶催化，不需要限制酶，C错误；肺炎双球菌转化的实质是基因重组，既游离DNA片段的转移和重组，D正确。
那么,荚膜有关的基因在哪里？在拟核还是质粒？荚膜是某些细菌在一定条件下或生长发育到某一阶段时，在细胞壁外一层厚度不均的胶状物。