對肺炎雙球菌轉化實驗的三個疑點的辨析

作者：劉北光

摘要：在教學和備課中對肺炎雙球菌的轉化實驗的教學產生了三個新的疑點: 1.為什么格里菲思要做第四組實驗？2.在第四組實驗中,，小鼠體內能否分離出R型菌,。3.肺炎雙球菌的致病原因是因為莢膜有直接的毒性嗎？

在對第一個疑點的探討中發(fā)現(xiàn)原來R型是SII型的培養(yǎng)基中的突變類型,，認為格里菲思做第四組實的原因是為了探究R型能否轉變?yōu)橛卸拘缘念愋?。而在對?、3個疑點的討中,，找到了不少常見練習題,，并將在K12生物論壇的中一些討論加以引述摘錄，結論認為在第四組實驗中,，小鼠體內只能分離出S型菌,，對于存在著在四組實驗中存在能分離出S型和R型的立意的題目應予以拋棄。而莢膜確實是S型菌的毒力因子,，但毒力因子卻不是直接的毒性因子,，因此相關的某一道題也應予糾正。

關鍵詞：肺炎雙球菌轉化實驗  R型菌   毒力因子

正文：對肺炎雙球菌轉化實驗的教學中曾有過一些的疑問,，特別是在反復備課,、做習題、上論壇討論時感受到的疑問現(xiàn)有三個,。

1.為什么格里菲思要做第四組實驗,？
1.1  已知道格里菲思要求證的是肺炎雙球菌是如何使人感染肺炎的，而以前我的思路是,，肺炎雙球菌有兩種,，格里菲思只要證明何種使人患肺炎即可，也就是做完前三組實驗可以得出,，活的S型菌使人患肺炎,。然而他的實驗卻多做了一個第四組,。我曾也想過兩種可能,，一是混合思維，是否他特意將兩者沒有毒性的東西混在一起看1+1是否大于2,？二是他想看看R型菌能否變?yōu)镾型菌,？

1.2  從來自《肺炎雙球菌轉化實驗的啟示》一文的文段資料顯示，原來R型菌與S型菌是有一定的關系的：‘1928年,，格里菲斯將肺炎球菌SⅡ在特殊條件下進行離體培養(yǎng),，從中分離出R型。當他把這種R型的少量活細菌和大量已被殺死的SⅢ混合注射到小家鼠體內以后,，出乎意外,，小家鼠卻被致死了,。剖檢發(fā)現(xiàn)，小家鼠的心血中有SⅢ細菌,。這一實驗結果可以有三種解釋,。（1）SⅢ細菌可能并未完全殺死。但這種解釋不能成立,，因為單獨注射經過處理的SⅢ時并不能致死小家鼠,。（2）R型已轉變?yōu)镾型。這一點也不能成立,，因為剖檢發(fā)現(xiàn)的是SⅢ不是SⅡ,，R型從SⅡ突變而來，理應轉化為 SⅡ,。（3）R型從殺死的SⅢ獲得某種物質,，導致類型轉化，從而恢復了原先因基因突變而喪失的合成莢膜的能力,。格里菲斯肯定了這種解釋,。這就是最早發(fā)現(xiàn)的轉化現(xiàn)象。’
1.3  從格里菲斯所做的實驗的真實的過程中,，我認為所以為什么格里菲思要做第四組實驗的原因是,，S型菌能突變成R型菌，那么R型菌能否變成S型菌呢,？有什么辦法能讓R型菌變回S型菌呢,？

1.4  并且由于實驗結果發(fā)現(xiàn)的是SIII型而不是SII型說明這種轉變并不是突變而是轉化。

2.  在第四組實驗中,，小鼠體內能否分離出R型菌,。

2.1  對于這個問題曾有過相關的幾道題：

例1來自《揚州市2006-2007學年度第一學期期末調研測試試題》

高三生物

31、在肺炎雙球菌轉化實驗中,，將加熱殺死的S型細菌與R型細菌相混合后,，注射到小鼠體內，在小鼠體內S型,、R型細菌含量變化情況如圖所示,，下列有關敘述中正確的是

  A．死亡的小鼠體內能檢出有S型、R型兩種類型的細菌

  B．曲線ab段的原因是小鼠的體內還沒有形成大量的免疫R型菌的抗體

C．曲線bc段下降是因為絕大多數的R型菌轉化成了S型菌

D. R型細菌轉化為S型細菌,，是因為R型細菌內DNA發(fā)生了重組

參考答案：31,、ABD

例2 1.在肺炎雙球菌的轉化實驗中,將R型活細菌與加熱殺死的S型細菌混合后,注射到小鼠體內,下列能在死亡小鼠體內出現(xiàn)的細菌類型有
①有毒R型 ②無毒R型 ③有毒S型 ④無毒S型
A.①④ B.②③ C.③ D.①③

例3例1．（原創(chuàng)）肺炎雙球菌轉化實驗中，將加熱殺死的S型細菌與R型活細菌相混合后,，注射到小鼠體內,，在小鼠體內S型和R型細菌含量變化情況如圖所示。下列有關敘述中錯誤是的（  ）

A．在死亡的小鼠體內存在著S型和R型兩種細菌

B．曲線ab段下降的原因是R型細菌被小鼠的免疫系統(tǒng)所消滅

C．曲線bc段上升,，與S型細菌在小鼠體內增殖導致小鼠免疫力降低有關

D．S型細菌數量從0開始是由于R型細菌突變的結果

2.2  其中有一道題在K12生物論壇上引起了眾多的討論：

例4：在肺炎雙球菌的轉化實驗中,，將加熱殺死的S型細菌與R型細菌相混合后,，注射到小鼠體內，小鼠死亡,，則小鼠體內S型,、R型細菌含量變化情況最可能是下列哪個圖示

對這題有如下的爭議：

2.2.1  河北保定一中生物組  龔軍輝：我認為還是選A,理由如下:

1.選擇題要選最佳答案,學生有的知識前提是,S型細菌有毒,而R型細菌沒毒,R型沒毒的原因是表面沒有莢膜而被小鼠的免疫系統(tǒng)處理掉,選A可以體現(xiàn)這一點;

2.選B會給人一種錯覺,認為是后來R型細菌過多而導致小鼠死亡(曲線中明顯可見后來R型細菌的數量要多于注射時的量);

3.這是體內實驗,如果是體外在培養(yǎng)基上做的實驗,那就應該選B;

4.轉化的本質在于重組,選A就更能體現(xiàn)這一點!

2.2.2

高原風：由圖示的四個選項來看，該題的考察核心是S型細菌和R型細菌的種間關系,，按理它們是競爭關系,。是你死我活，還是和諧相處,，或是二者并存,？根據Grifis的實驗結果，在死亡的小鼠體內分離到了R型和S型兩種活菌的事實,，選B似更合理一些,。

2.2.3
對此龔軍輝老師進行了質疑：“當然教材上并沒有說從死亡的小鼠尸體內分離到R型細菌,只說分離到活的S型細菌.（人教版）”

2.2.4
同時龔軍輝老師也提出了一點疑問：“這個題目的關鍵在于轉化發(fā)生在小鼠體內或者發(fā)生在體外(培養(yǎng)基中)的結果是否一樣,在體內轉化以后產生的R型細菌會不會被小鼠的免疫系統(tǒng)處理掉”

2.3

本文的觀點則支持龔軍輝老師。請看例5

例5 （沁陽市生物備課組）

10．英國科學家格里菲思將無毒性R型菌與加熱殺死的S型細菌混合后,，注射到小鼠體內,，小鼠患敗血癥死亡。請問在小鼠體內可找到下列哪些類型的細菌（ ）
A．有毒R型         B．無毒R型        C．有毒S型          D．無毒S型
參考答案：10.C

2.4  另外WKL蒸水滔滔提供了這段說法：“我剛才查了一下《遺傳學》教材（河北師大,、新鄉(xiāng)師院,、北京師院、山東師院合編）,，上面介紹的Griggith實驗結果正是你期待的結果：把少量的R型細菌和大量已經加熱殺死的S型細菌混合起來,，一起注射到小家鼠體內，結果發(fā)現(xiàn)小家鼠得敗血癥死亡,，從死鼠體內分離出來的肺炎雙球菌全部都是S型的,。（該書P161）”

2.5  從引述的題目可看出來，已經有不少的題目的立意在于：死鼠體內分離出來的肺炎雙球菌有S型和R型的,。但經過討論分析的結果,，由于在第四組實驗中，從死鼠體內分離出來的肺炎雙球菌全部是S型的,，所以這種立意我認為是錯誤的,。應以例5的題目為適。

3. 肺炎雙球菌的致病原因是因為莢膜有直接的毒性嗎,？

3.1 這個疑問也是來源于一道習題：

（K12論壇果糖）請設計實驗探究S型肺炎雙球菌的何種物質使小鼠致死

方法步驟：①.將體重,，年齡,，健康狀況相同的小鼠隨機分成５等組,，并編號A,B,C,D,E
②從S型細菌中DNA,蛋白質,莢膜多糖等物質,然后將它們分別注射到B,C,D小鼠體內,A組小鼠相同部位注射等量的生理生理鹽水,并在相同的適宜的環(huán)境條件下,正常飼養(yǎng).觀察并記錄小鼠的存活情況.③用多糖酶處理從活S型菌中提取的莢膜,使莢膜分解,然后將其水解物注射到E組小鼠體內,與上述相同條件培養(yǎng),觀察小鼠的存活情況.
預期最可能的結果并分析：注射多糖的D組小鼠死亡,其它各組小鼠不死,因為莢膜多糖有毒.

3.2
這題引發(fā)了我產生了質疑：肺炎雙球菌的致病原因是什么？以下是我在K12生物論壇對此題與其他網友的討論過程：

江游(注本文作者）：莢膜多糖有毒?

這種說法真奇怪,，我的觀點是莢膜保護了細菌,，所以細菌得以存活

紫菡：莢膜有自身保護功能：①莢膜富含水,，可保護細菌免受干燥，大部分細菌的莢膜由多糖組成,；②能抵御吞噬細胞的吞噬和其他物質的侵害,；③莢膜為主要表面抗原，它是有些病菌的毒力因子,，故S型肺炎雙球菌靠其莢膜致病,，而無莢膜的R型為非致病菌。

你我他123（注本文作者）：什么是毒力因子,？

毒力因子幫助病原體侵入并抵抗宿主防御機制,增強病原體引起疾病的能力.如有莢膜的肺炎球菌毒力強于無莢膜菌株,有莢膜的B型流感嗜血桿菌毒力強于其他有莢膜的菌型.具有酶活性的菌蛋白(如蛋白酶,透明質酸酶,神經氨酸酶,彈性纖維酶,膠原酶)能促進細菌在局部組織中擴散.侵襲性微生物(如福氏痢疾桿菌,小腸結腸耶氏桿菌)能進入或穿過完整的真核細胞,使它們能從粘膜表面進入體內.
　　毒力因子不是有毒,！

3.3  所以據我的分析，由于并非由莢膜直接引起小鼠致病的,，因此這題純屬錯題,，應加以糾正。

4.本文觀點

4.1 教學中產生了一些疑點,，經過積極尋找肺炎雙球菌的轉化實驗的原本過程,，更好的對教材進行了理解。而對目前流傳的一些題而導致的疑點,，通過討論和尋找資料驗證,，發(fā)現(xiàn)了一些應加以糾正的內容。

4.2 本文的結論是：在對第一個疑點的探討中發(fā)現(xiàn)原來R型是SII型的培養(yǎng)基中的突變類型,，認為格里菲思做第四組實的原因是為了探究R型能否轉變?yōu)橛卸拘缘念愋?。而在對?、3個疑點的討中,，結論認為在第四組實驗中,，小鼠體內只能分離出S型菌，對于存在著在四組實驗中存在能分離出S型和R型的立意的題目應予以拋棄,。而莢膜確實是S型菌的毒力因子,，但毒力因子卻不是直接的毒性因子，因此相關的某一道題也應予糾正,。