肺炎双球菌转化实验
肺炎双球菌转化实验
肺炎双球菌转化实验
无毒的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合注入小鼠体内，出现了S型活细菌，这是为什么？
当煮沸杀死S型肺炎双球菌时，细胞中的DNA分子可断裂为100多个片段，每个片段上至少有20个左右的基因将这些呈游离状态的DNA分子片段注射到小鼠体内，有关基因不能进行复制和表达，因而不能产生活的S型肺炎双球菌，小鼠没有生命危险。
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（转化因子）结合在R型菌体细胞表面。
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，另一条链进入R型菌体细胞，并通过整合作用与R型菌体细胞的DNA重组。
这样，使接受S型DNA 分子片段的R型菌体，转化为S型肺炎双球菌。
肺炎双球菌的转化实验
02
目录
肺炎双球菌的转化现象最早是由英国的细菌学家格里菲斯(Griffith) 1928年发现的。
什么 是肺炎双球菌？
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。
实验材料：
R型和S型菌株 S型菌 R型菌
1
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；
2
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。
肺炎双球菌转化的实验过程
将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内， 小鼠不死亡。
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。
实验表明：
由此说明RNA、脂类、蛋白质、荚膜多糖和用DNA酶处理的DNA均不引起
1
转化，而DNA却能引起转化。如果用DNA酶处理DNA后，则转化作用丧失
。
2
DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，DNA是转化因子。
01
02
影响R型菌转化的因素：
供体细胞DNA浓度。浓度越高， 转化率越高。
两种细菌的亲缘关系。亲缘关 系越近，转化越容易。
［实验设计］寻找转化因子：
01
02
关键思路：
把各种化合物分开， 单独观察，确定唯一 变量 。
设计方法：
把由S型细菌中分离， 提取出的各种成分， 单独作用于R型细菌。
艾弗里的实验：
DNA
蛋白质和活菌混合培养才 出现了S型活细菌， 这是一部分 R型菌 转化产生有毒的、 有荚膜的S型活细菌。
三、将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡。
肺炎双球菌的转化实验
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
（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
中学备课活页纸
学科
生物
年级班级
高一（1）班
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；
教学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点
肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
教学难点
噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
教学过程
教学内容
备课札记
教师活动
学生活动
一、dna是遗传物质的实验证据
证据一：肺炎双球菌的转化实验——dna是遗传物质
（一）格里菲思细菌转化实验
演示肺炎双球菌r与s型示意图，并列比较两种菌的区别。
两种菌落的比较
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？
格里菲斯肺炎双球菌转化实验
★★首先 ,DNA 分子有变性和复性的特点 .变性通俗点说就是性质改变 ,跟蛋白质 的变性意思差不多 .但是 DNA 不同 ,它又可以复性 ,就是恢复原本性质 . 而变性复性主要通过加热 ,使双链解开 ,再温度恢复 ,使原本解开的双链又重新聚 合.所以,你看书上说 ," 加热杀死的 S 型细菌".当然细菌的其他成分比如蛋白质就不 可逆地变性了 .但是 DNA 也通过将双链解开变性 .再将其和R 型细菌混合，那么，在细菌进行裂殖时,R 型细菌的DNA 也会解开， 那么,再降温的时候 ,就有可能 R 型细菌和 S 型细菌的 DNA 聚合,这样的话,形成 的新的子代细菌就会表示出双链 DNA 就会有一条链是 S 型的,另一条链是 R 型 的. 因此新的子代细菌就会表达出致病基因 .是的，可以发生。
如 S 型菌是获得了 R 型菌的 D N A ，并且整合到了自己的 DNA 上，这就是一个重组的过程啊。
不要以为重组就只是减数分裂时发生的。
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。
S 型细菌有荚膜，无 “感受态因子 ”位点，不能作为受体菌直接培养而 发生转化。
那么 S 型细菌有可能变成 R 型细菌吗 ?当然有!转化之所以会发生：一、因为R 型与S 型的DNA 可以同源区段配对, 形成 R 型和 S 型两种后代，不象许多人认为的（ 二、无荚膜的 R 型有非常重要的感受态, 保证了 S 型的 DNA 可以进入。
反之则 不会发生：S 型有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，若人为除去荚膜，培养出 无荚膜的后代,它就同时丧失了毒性,变成 R 型,当然就会有了感受态。
三、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 （转化本 身只发生在同种菌株间或近缘菌株间） 。
我们可以放心去吃想吃的东西， 包括被 加热杀死的 S 型肺炎双球菌。
格里菲斯肺炎双球菌转化实验
格里菲斯肺炎双球菌转化实验格里菲斯肺炎双球菌（Streptococcus pneumoniae）是一种致命病原菌，在引起呼吸系统感染等方面具有很强的致病性。
本实验旨在通过转化实验，将一种无毒菌株的DNA片段导入到格里菲斯肺炎双球菌中，使其转化为有毒菌株，并通过实验过程了解转化的基本原理和步骤。
实验步骤1. 制备无菌培养基和细菌将适量的无菌培养基装入试管中，并通过高压蒸汽灭菌器进行消毒。
然后，在无菌操作台上将菌株接种到培养基上，用微量环将细菌划线分成两部分，分别留有足够的空间进行转化。
2. 提取DNA和制备转化DNA从无毒菌株中提取DNA，并使其在一定程度上纯化。
将所制备的转化DNA加入无菌水中，适量搅拌，并放置一定的时间后，转化DNA就能够被合适的细胞吞噬，从而使其发生转化。
3. 执行转化实验将含有转化DNA的无菌水滴加入到第一部分菌株中，通过育种和培养后，将培养基涂在固体平板上，进行筛选。
观察并鉴定产生的菌落，确认转化是否实现。
实验结果分析经过鉴定，蓝色菌落为受到了DNA转化的菌株，即有毒菌株，红色菌落为未受到DNA转化的菌株，即无毒菌株。
得出所需要的有毒菌株。
实验小结在本实验中，我们掌握了基本的转化实验步骤和原理，并成功实现了格里菲斯肺炎双球菌的转化。
此外，实验的成功需要掌握一定的无菌实验技巧，并且对于细胞吞噬机制有一定的了解。
本实验为以后进一步的基因操作提供了基础。
参考文献[1] 杨洪谷, 姜永林, 郝威勇. 分子生物学实验指导. 北京：科学出版社, 2000.[2] 郭孝忆, 李树植, 彭平. 实验室常用分子生物学技术. 北京：人民卫生出版社, 2004.。
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
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《肺炎双球菌的转化实验》教案
【情境创设】前面我们已经学习了孟德尔遗传规律、细胞有丝分裂、减数分裂和受精作用，在学习过程中，我们知道生物的遗传和变异与细胞中的染色体有关，也逐渐认识到染色体在生物的遗传中具有重要作用。
同时也知道了染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。
那么，这两种物质究竟哪一种是遗传物质呢？
授课：目前，DNA是遗传物质早就众所周知，比如DNA指纹法、亲子鉴定利用的都是DNA是主要的遗传物质。
可是在早期，是不是一开始人们都认为DNA是主要的遗传物质？如果不是那之前人们认为的遗传物质是什么呢？
问；20世纪二三十年代，人们当时认为哪种物质是遗传物质？为何会有这样的观点？
答：人们当时对的DNA了解很少，而且构成DNA脱氧核苷酸只有4种，把它和生物多样性很难联系在一起，反而是构成蛋白质的氨基酸种类众多，和生物多样性联系在一起看似容易理解。
所以人们就认为遗传物质是蛋白质。
那人们什么时候开始认识到DNA才是遗传物质？当然，这还要从肺炎双球菌转化实验说起。
肺炎双球菌转化实验
（1）1928 体转化实验（格里菲思）
看着这个题目，我们先来看一下什么肺炎双球菌？肺炎双球菌是一种什么样的生物 ?
答：肺炎双球菌称肺炎链球菌 ,属于原核微生物。
根据菌落的特征分为两种类型 :光滑型 (S型 )和粗糙型 (R型 ) ,S和R分别是英语单词smooth(光滑 )和rough(粗糙 )的第一个字母。
S型细菌的菌体有多糖构成的荚膜 ,菌落光滑 ,当侵染人和动物时能使其患病死亡 ;R型细菌的菌体无多糖构成的荚膜 ,菌落粗糙 ,不会使人和动物机体产生病变。
通过以上讲解，我们知道肺炎双球菌分为S型和R型，那为何S型细菌会致病，而R型细菌不能致病？
答：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。
了解了肺炎双球菌，让我们来看一下格里菲思是怎样用小鼠来进行实验的？
过程：
①无毒性R型肺炎双球菌感染小鼠，小鼠存活
②有毒性S型肺炎双球菌感染小鼠，小鼠死亡
③杀死的有毒性S型肺炎双球菌感染小鼠，小鼠存活
④杀死的有毒性S型肺炎双球菌＋活的无毒性R型肺炎双球菌感染小鼠，小鼠死亡
请一学生叙述各组实验的做法及现象：
①无毒性的R型活细菌注射到鼠体，鼠不死亡；
②有毒性的S型活细菌注射到鼠体，鼠死亡；
③加热杀死的S型细菌注射到鼠体，鼠不死亡；
④无毒性的R型活细菌与加热杀死的S细菌混合后注射到鼠体，鼠死亡
好，接下来让我们分析一下这个实验。
问：第一组和第二组对照说明了什么？
答：活的R型细菌不具有致死性和活的S型细菌具有致死性。
问：第二组和第三组对照说明了什么？
答：死亡的S型细菌不具有致死性。
问：第三组和第四组对照说明了什么？是死的S型细菌复活还是活的R型变成了S型？支持死的S型细菌复活，讲一下理由？支持活的R型变成了S型的，讲一下理由？
答：蛋白质具有一定的空间结构才具有生理活性，加热会破坏蛋白质的空间结构（变性），且该过程不可逆。
所以加热后蛋白质变性失活，不可能再恢复其功能（可以高温下酶失活为例）。
而蛋白质是生命活动的承担者，蛋白质失活了，生命活动就不可能再恢复，也就是说热杀死的S型是不可能复活的。
那就说明了已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质—“转化因子”，这种转化因子可以将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌。
那么这种转化因子是什么呢？格里菲思并没有弄清楚，后来的科学家不断的探究，因此，直至1944年，美国的科学家艾弗里和他的同事才进行了确定转化因子的实验，并获得了成功。
（2）1944年体外转化实验（艾弗里）
他们的做法是从S型活细菌中提取出了DNA，蛋白质和多糖等物质，分别将它们加入培养R型细菌的培养基中。
（44页）
①有毒性S型肺炎双球菌成分分离
②将分离出的三种成分，分A、B、C三组试验
A. 蛋白质＋活的无毒性R型感染小鼠，小鼠存活
B. DNA＋活的无毒性R型感染小鼠，小鼠死亡
C. 多糖＋活的无毒性R型感染小鼠，小鼠存活
荚膜多糖
请一学生叙述各组实验的做法及现象：
S 型活细菌
多糖蛋白质 DNA DNA DNA水解物
分别与 R 型活细菌混合培养
R R R S R
提问：艾弗里实验的结论是什么？（板书：结论）
（引导：DNA是转化因子，是使R型细菌产生稳定的遗传变化的物质，即DNA 是遗传物质）
结论：DNA是遗传物质
讲述：因为艾弗里的实验提取的DNA夹杂有少量蛋白质，所以有人对实验结论仍有怀疑，让我们下节课看看DNA是遗传物质的另一个证明实验：噬菌体侵染细菌的实验（44－45页），课下先预习一下。
【典型例题】
肺炎双球菌转化实验中，在培养有R型细菌的A、B、C、D四个试管，依次分别放入从S型活细菌中提取的DNA和DNA 酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现有R型细菌转化的是（）
课堂小结
1. 肺炎双球菌的转化实验――证明DNA是遗传物质。
肺炎双球菌转化实验
1. 肺炎双球菌转化实验
（1）. 1928 体转化实验过程和结论
（2）. 1944 体外转化实验过程和结论
十一、课后作业
2．(2012·质检)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，小鼠不死亡；
②将有毒的S型活细菌注入小鼠体，小鼠患败血症死亡；
③将加热杀死的S型细菌注入小鼠体，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，小鼠患败血症死亡。
根据上述实验，下列说确的是( )。
A．整个实验证明了DNA是转化因子B．实验①、实验③可作为实验④的对照
C．实验④中的死亡小鼠体S型活细菌毒性不能稳定遗传
D．重复做实验①与④，得到同样的结果，说明S型活细菌由R型活细菌突变而来
解析格里菲思的肺炎双球菌体转化实验说明加热杀死的S型细菌可以使R型细菌发生转化，但不能证明DNA是转化因子，A错误；在体转化实验中，每一组既是实验组，又是其他组别的对照组，B正确；R型细菌转变成S型细菌是因为其接受了S型细菌的DNA，属可遗传变异，C错误；该实验所涉及的变异为基因重组，D错误。
答案 B。