备课素材：细菌的转化-高一下学期生物人教版必修2

细菌的转化人教2019版高中生物学必修二提到了肺炎双球菌的转化：那么，什么是转化？其机理是什么？受体菌直接摄取供体菌（外源）DNA片段而获得新的遗传性状的过程称为转化（transformation）。受体菌直接摄取环境中细菌裂解的DNA片段时，取决于其对转化的感受态（competence）。只有少数菌属可自然地呈现感受态如肺炎链球菌枯草芽胞杆菌、流感嗜血杆菌、淋病奈瑟菌和脑膜炎奈瑟菌等。DNA片段一旦进入受体菌，与染色体发生同源重组，可遗传给子代。如果与受体菌基因组无同源性，摄入的DNA片段则发生降解。1928年Griffith首先发现了细菌转化现象链球菌菌株毒力的转化。有荚膜的肺炎链球菌Ⅲ型光滑型菌落（ⅢS型）具有毒力注射可致小鼠死亡；无荚膜的肺炎链球菌Ⅱ型粗糙型菌落（ⅡR型）无毒力，对小鼠无致死作用。用ⅡR型菌和ⅢS型菌分别注射小鼠，前者存活，后者死亡（小鼠心血中可分离到ⅢS型菌）；若将加热灭活的ⅢS型菌注射，则小鼠存活；若将灭活的ⅢS型菌与活的ⅡR型菌混合后注射小鼠，则小鼠死亡，并可从死鼠的心血中分离出ⅢS型菌（图4-6）。1944年Avery等用ⅢS型菌的DNA代替灭活的ⅢS型菌重复上述试验，获得同样结果，证实了ⅡR型活菌可从ⅢS型死菌获得编码荚膜的遗传物质，转化为ⅢS型菌。细菌的自然转化感受态不常见，只有某些菌在生长周期的特定期间，方可摄取外源性DNA发生转化。转化的基本过程为：外源性DNA黏附于受体细胞，其dsDNA中的一条链被降解消化，另一条互补链进入细胞，进入的单链DNA片段与受体菌染色体的同源部位发生重组，形成异源双链区。随着染色体复制、细胞分裂后产生两个子细胞，一个保持原受菌的性状，另一个则成为带有供体菌性状的转化型细菌。影响转化的因素包括：①供、受体菌的基因型：两菌的亲缘关系愈近，其基因型愈相似，转化率愈高。在转化过程中，能转化的DNA片段的分子量要小于1×107，不超过10~20个基因。②受体菌的生理状态：在转化过程中，受体菌只有在感受态的生理状态下才能摄入外源DNA片段。感受态细菌表面带正电荷，且发生细胞膜通透性增高等改变，均有利于细胞对外源DNA片段的摄取。不同细菌的感受态出现时间和持续时间各不相同如肺炎链球菌感受态出现在对数生长期的后期，可维持40分钟。③环境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP等可维持DNA的稳定性，促进转化作用。细菌的感受态也可通过人工诱导，如将对数生长期的大肠埃希菌用低渗的氯化钙溶液处理，然后移至42℃下作短暂的热激活，可促进细菌对外源性DNA的摄取，其机制可能是钙离子引起细胞壁改变，易使外源性DNA黏着在菌体表面，形成能抗御DNA酶的复合物而被细菌吸收。细菌转化是分子遗传学研究中的常用技术。例1、下列关于肺炎双球菌活体转化实验的说法，正确的是（

）A.R型菌菌体外面有荚膜B.S型菌利用小鼠细胞的核糖体合成蛋白质C.转化因子使R型菌转化为S型菌D.可证明转化因子是DNA答案：C解析：肺炎双球菌分为R型菌和S型菌，前者无毒，后者有毒，会导致小鼠死亡。A、R型菌菌体外面无荚膜，A错误；B、S型菌利用自身细胞中的核糖体合成蛋白质，B错误；C、转化因子使R型菌转化为S型菌，属于基因重组，C正确；D、该实验不能证明转化因子是DNA，D错误。故选C。例2、如图为肺炎双球菌转化实验中的基本步骤，下列有关说法正确的是（） A．①要加热处理、②要将各提取物分别与R型菌混合培养 B．③要转入固体培养基培养，结果可能出现S、R两种菌落 C．若果将活S菌悬液与活R型菌悬液换一下位置，则不会发生转化 D．培养基上的一个肺炎双球菌的菌落是一个群落答案：B解析：本题考查肺炎双球菌转化实验，要求考生识记肺炎双球菌的特点，明确S型菌因有多糖类的荚膜而具有毒性；识记肺炎双球菌体内转化实验和体外转化实验的过程及实验结论，能运用所学的知识准确判断各选项．

图示证明遗传物质是DNA的实验中，艾弗里将S型细菌的DNA、蛋白质、糖类等物质分离开，单独的、直接的观察它们各自的作用．另外还增加了一组对照实验，即DNA酶和S型活菌中提取的DNA与R型菌混合培养．①过程要获取具有生物活性的蛋白质、DNA等成分，所以不能加热处理，A错误；③要转入固体培养基培