肺炎双球菌的体内转化实验PPT课件
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转化
• 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。
细菌和病毒作为实验材料的优点
• 个体很小，结构简单，容易看出因遗传物 质改变导致的结构和功能的变化。
• 细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只 有核酸和蛋白质外壳。
• A．在死亡的小鼠体内存在着S型和R型两种细菌 • B．曲线ab段下降的原因是R型细菌被小鼠的免疫
系统所消灭 • C．曲线bc段上升，与S型细菌在小鼠体内增殖导
致小鼠免疫力降低有关 • D．S型细菌数量从0开始是由于R型细菌突变的
结果
• 解析：本题以经典实验为素材，综合考查R 型和S型细菌的特点及细菌发生转化的原因， 引导学生对教材实验作进一步思考。R型细 菌的数量与小鼠免疫力有关，S型细菌的产 生是由于R型细菌转化的结果，而非基因突 变所致。答案为D。
• 例2（原创） 证明DNA是遗传物质的肺炎双球 菌体外转化实验中，设置了以下几组： 下列有 关叙述中，错误的是
• A．该实验设计的关键是将细菌的各组分分 离开来分别进行实验
• B．①②③组之间形成条件对照，其中①② 组为对照组，③组为实验组
• C．③和④组之间形成空白对照，其中③组 为实验组，④为对照组
肺炎双球菌转化实验的实质
• 遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子 （质粒或染色体DNA）被细菌的细胞摄取， 并得以表达的基因转移过程。遗传转化可 以分为自然转化和人工转化，前者是细胞 在一定生长阶段出现容易接受外源DNA的 生理特性；后者则是通过人为诱导的方法， 使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将 DNA导入细胞内。
• 这些转化成的S型细菌的后代也是有毒性 的S型细菌，可见这种性状的转化是可以 遗传的。
实验表明，S型死菌体内有一种物质能引起R型 活菌转化产生S型菌，这种转化的物质（转化因
子）是什么?
如果请你设计一个实验来确定转化因子是什 么，你觉得关键的设计思路是什么？
格里菲思实验结论：
• 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。
• 拓展题
• 2.提示：肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染 大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少 要具备以下几个条件：能够精确地复制自 己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物 的性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的 能力；结构比较稳定等。
• 例1.肺炎双球菌转化实验中，将加热杀死的S型细 菌与R型活细菌相混合后，注射到小鼠体内，在 小鼠体内S型和R型细菌含量变化情况如图所示。 下列有关叙述中错误是的（ ）
• 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。
• 时间：1928 • 实验者：英国科学家艾弗里 • 实验材料：小鼠、 R型和S型菌株 • 研究目的：肺炎双球菌是如何是人患肺炎的
R型菌
S型菌
实验步骤
现象 结论 分析
将无毒性的R型活细菌注射到小白 鼠体内
将有毒性的S型活细菌注射到小白 鼠体内
• 自然转化现象首先是在肺炎双球菌中发现的。近 几十年来，已经发现许多细菌属中的某些种类或
某些特殊的菌株有自然转化能力。在肺炎双球菌 中，自然转化的第一步是R型受体细胞处于感受 态，即能从周围环境中吸取DNA的一种生理状态， 然后是DNA在细胞表面的结合和进入。进入细胞 的DNA分子一般以单链形式整合进宿主的染色体 DNA，并获得遗传特性的表达。这一系列的过程 涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。
• R型细菌在生长到一定阶段时，就会分泌一 种小分子的蛋白质，称为感受态因子。这
种因子又与细胞表面受体相互作用，诱导
感受态特异蛋白质（如自溶素）的表达， 它的表达使细胞表面的DNA结合蛋白及核 酸酶裸露出来，使其具有与DNA结合的活 性。加热灭活的S型细菌遗留下了完整的细 菌染色体DNA的各个片段，其中包括控制 荚膜形成的基因，即S基因（smooth gene）。
• 这一片段从S细菌中释放出来，并且在后继 的培养中被一些R型细菌所摄取，S基因的 DNA以双链的形式在R型细菌细胞的几个位
点上结合并被切割。核酸内切酶首先切断 DNA双链中的一条链，被切割的链在核酸
酶的作用下降解，成为寡核苷酸释放到培 养基中，另一条链与R感受态细菌的特异蛋
白质结合，以这种形式进入细胞，并通过 同源的重组以置换的方式整合进入R细菌的 基因组中，使R型细菌转化为S型细菌。
• D．实验成功证明了DNA是遗传物质，但不 能证明蛋白质和多糖不是
• 解析：该实验所研究的实验因素为DNA， 故用DNA处理的③组为实验组，而蛋白质 或多糖虽然是实验所实施的处理因素，但 与实验因素（DNA）无关，故①②③组之 间形成条件对照，①、②组均为③组的对
照组；而③组（实验组）和④组（对照组）
将加热杀死后的S型注射到小白鼠 体内
将无毒性的R型细菌与加热杀死后 的S型细菌混合，注封到小白鼠体 内
前三组实验互为对照实验
肺炎双球菌转化的实验过程
• 实验步骤1：将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结Fra Baidu bibliotek1：小鼠不死亡。
• 二、 实验步骤2： 将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结果2： 小鼠患败血症死亡。
• 繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代， 病毒短时间内可大量繁殖。
肺炎双球菌
• 肺炎双球菌是一种病原菌，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。
• 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
• 三、实验步骤3：将加热杀死后的S型细菌注射到 小鼠体内 实验结果3：小鼠不死亡。
• 四、实验步骤4：将无毒性的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，
• 实验结果4:小鼠患败血症死亡。
过程回顾
实验结论
• 无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S 型细菌混合后，转化成了有毒性的S型活 细菌。
• 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。
细菌和病毒作为实验材料的优点
• 个体很小，结构简单，容易看出因遗传物 质改变导致的结构和功能的变化。
• 细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只 有核酸和蛋白质外壳。
• A．在死亡的小鼠体内存在着S型和R型两种细菌 • B．曲线ab段下降的原因是R型细菌被小鼠的免疫
系统所消灭 • C．曲线bc段上升，与S型细菌在小鼠体内增殖导
致小鼠免疫力降低有关 • D．S型细菌数量从0开始是由于R型细菌突变的
结果
• 解析：本题以经典实验为素材，综合考查R 型和S型细菌的特点及细菌发生转化的原因， 引导学生对教材实验作进一步思考。R型细 菌的数量与小鼠免疫力有关，S型细菌的产 生是由于R型细菌转化的结果，而非基因突 变所致。答案为D。
• 例2（原创） 证明DNA是遗传物质的肺炎双球 菌体外转化实验中，设置了以下几组： 下列有 关叙述中，错误的是
• A．该实验设计的关键是将细菌的各组分分 离开来分别进行实验
• B．①②③组之间形成条件对照，其中①② 组为对照组，③组为实验组
• C．③和④组之间形成空白对照，其中③组 为实验组，④为对照组
肺炎双球菌转化实验的实质
• 遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子 （质粒或染色体DNA）被细菌的细胞摄取， 并得以表达的基因转移过程。遗传转化可 以分为自然转化和人工转化，前者是细胞 在一定生长阶段出现容易接受外源DNA的 生理特性；后者则是通过人为诱导的方法， 使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将 DNA导入细胞内。
• 这些转化成的S型细菌的后代也是有毒性 的S型细菌，可见这种性状的转化是可以 遗传的。
实验表明，S型死菌体内有一种物质能引起R型 活菌转化产生S型菌，这种转化的物质（转化因
子）是什么?
如果请你设计一个实验来确定转化因子是什 么，你觉得关键的设计思路是什么？
格里菲思实验结论：
• 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。
• 拓展题
• 2.提示：肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染 大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少 要具备以下几个条件：能够精确地复制自 己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物 的性状和新陈代谢；具有贮存遗传信息的 能力；结构比较稳定等。
• 例1.肺炎双球菌转化实验中，将加热杀死的S型细 菌与R型活细菌相混合后，注射到小鼠体内，在 小鼠体内S型和R型细菌含量变化情况如图所示。 下列有关叙述中错误是的（ ）
• 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。
• 时间：1928 • 实验者：英国科学家艾弗里 • 实验材料：小鼠、 R型和S型菌株 • 研究目的：肺炎双球菌是如何是人患肺炎的
R型菌
S型菌
实验步骤
现象 结论 分析
将无毒性的R型活细菌注射到小白 鼠体内
将有毒性的S型活细菌注射到小白 鼠体内
• 自然转化现象首先是在肺炎双球菌中发现的。近 几十年来，已经发现许多细菌属中的某些种类或
某些特殊的菌株有自然转化能力。在肺炎双球菌 中，自然转化的第一步是R型受体细胞处于感受 态，即能从周围环境中吸取DNA的一种生理状态， 然后是DNA在细胞表面的结合和进入。进入细胞 的DNA分子一般以单链形式整合进宿主的染色体 DNA，并获得遗传特性的表达。这一系列的过程 涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。
• R型细菌在生长到一定阶段时，就会分泌一 种小分子的蛋白质，称为感受态因子。这
种因子又与细胞表面受体相互作用，诱导
感受态特异蛋白质（如自溶素）的表达， 它的表达使细胞表面的DNA结合蛋白及核 酸酶裸露出来，使其具有与DNA结合的活 性。加热灭活的S型细菌遗留下了完整的细 菌染色体DNA的各个片段，其中包括控制 荚膜形成的基因，即S基因（smooth gene）。
• 这一片段从S细菌中释放出来，并且在后继 的培养中被一些R型细菌所摄取，S基因的 DNA以双链的形式在R型细菌细胞的几个位
点上结合并被切割。核酸内切酶首先切断 DNA双链中的一条链，被切割的链在核酸
酶的作用下降解，成为寡核苷酸释放到培 养基中，另一条链与R感受态细菌的特异蛋
白质结合，以这种形式进入细胞，并通过 同源的重组以置换的方式整合进入R细菌的 基因组中，使R型细菌转化为S型细菌。
• D．实验成功证明了DNA是遗传物质，但不 能证明蛋白质和多糖不是
• 解析：该实验所研究的实验因素为DNA， 故用DNA处理的③组为实验组，而蛋白质 或多糖虽然是实验所实施的处理因素，但 与实验因素（DNA）无关，故①②③组之 间形成条件对照，①、②组均为③组的对
照组；而③组（实验组）和④组（对照组）
将加热杀死后的S型注射到小白鼠 体内
将无毒性的R型细菌与加热杀死后 的S型细菌混合，注封到小白鼠体 内
前三组实验互为对照实验
肺炎双球菌转化的实验过程
• 实验步骤1：将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结Fra Baidu bibliotek1：小鼠不死亡。
• 二、 实验步骤2： 将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内 • 实验结果2： 小鼠患败血症死亡。
• 繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代， 病毒短时间内可大量繁殖。
肺炎双球菌
• 肺炎双球菌是一种病原菌，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。
• 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
• 三、实验步骤3：将加热杀死后的S型细菌注射到 小鼠体内 实验结果3：小鼠不死亡。
• 四、实验步骤4：将无毒性的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，
• 实验结果4:小鼠患败血症死亡。
过程回顾
实验结论
• 无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S 型细菌混合后，转化成了有毒性的S型活 细菌。