摘要：对“肺炎双球菌的转化实验”一节教材内容的细节进行补充和完善：为什么是R型细菌被转化而不是S型细菌复活，S型细菌的DNA如何发生转化，在S型细菌的培养基中加入R型细菌的DNA能转化出R型细菌吗，影响R型细菌转化效率的因素等。
关键词：肺炎双球菌的转化实验；转化；影响因素
“肺炎双球菌的转化实验”是人教版《生物·必修2·遗传与进化》第3章第1节DNA是主要的遗传物质，其通过肺炎双球菌转化实验来证明DNA是主要的遗传物质，教材中介绍了实验过程和结果，但学生在学习的过程中、教师在讲授的过程中都存在很多疑惑，在这里笔者认为，教材中对本实验的内容细节之处，做以下几点补充和完善，以期对青年教师教学和学生的学习有所帮助。
1、为什么是R型细菌被转化而不是S型细菌复活
首先应该了解蛋白质的化学性质，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。格里菲思将加热杀死的S细菌（III-S型）和活的R细菌（II-R型）分别注射到小鼠体内，小鼠不死亡，说明这两种细菌单独注射时，本身都不是致死的，但是将混合物注射到小鼠体中时，小鼠还是死亡了。更重要的是，从死亡的小鼠身上分离得到S型菌，是与加热杀死的S细菌（III-S型）相同的类型，因此这些S细菌不可能是通过这些特定的R细菌突变而来的，只可能是R型细菌转化形成有毒性的S型活细菌，后来被证实这个转化因子是S型细菌的遗传物质——DNA。虽然在加热过程中，S型细菌已经死了，但是它自身的遗传物质DNA还没有失活，只是蛋白质失活了而已。DNA加热到90℃时，双链之间的氢键断裂，双链解开，称为变性，R型细菌在对数期后期处于感受态细胞时，S型细菌的DNA在通过细胞膜进入细胞的吸收过程中DNA分子转变为单链，并与R型细菌内的同源区段配对，形成杂合区段可以整合到R型细菌的遗传物质中，并且继续发挥自身的作用，利用R型细菌提供的材料，随着R型细菌的增殖而增殖，并指导S型细菌的蛋白质的合成，最终表现出有毒性的S型细菌。
2、S型细菌的DNA如何发生转化
艾弗里的体外肺炎双球菌转化实验中为了弄清转化因子是DNA。DNA是如何发生转化的，发挥转化作用的到底是S型菌的整个DNA，还是DNA片段？我们应该清楚常用的DNA变性方法主要是热变性方法和碱变性方法。热变性使用得十分广泛，但是高温可能引起磷酸二酯键的断裂，得到长短不一的单链DNA。而碱变性方法则没有这个缺点，在pH为11．3时，全部氢键都被淘汰，DNA完全变成单链的变性DNA。而决定生物性状的基本单位叫做基因，它是DNA上具有遗传效应的片段。S菌的DNA上具有与荚膜形成有关的片段（基因），加热杀死S菌时，S型菌的DNA可能因高温引起磷酸二酯键的断裂，得到长短不一的单链DNA。
所以加热杀死S菌的时候，会得到与荚膜形成有关的DNA片段。该片段与R菌DNA整合后，使得其也可以形成荚膜，即转变为S型。
3、在S型细菌的培养基中加入R型细菌的DNA能转化出R型细菌吗
R型细菌之所以能整合S型菌的有关DNA片段，转化为S型，与其自身的结构和特性有关。R型活菌在对数期后期内处于“感受态”（细菌能从环境中摄取DNA进行转化的状态，称感受态(competence)。对于感受态本质的解释，有人认为处于感受态的受体菌局部失去了细胞壁，使外源DNA能顺利经膜进入菌体，称局部原生质体假说。也有人认为是受体细胞表面出现了一直能结合DNA并使之进入细胞的酶，称酶受体假说）。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。而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。
4、影响R型细菌转化效率的因素
受体细菌和供体细菌的亲缘关系会影响转化效率的高低。当亲缘关系愈远，转化效率愈低，这主要是受吸附位点专一性的影响。DNA分子的联会是供体DNA整合到受体DNA上的先决条件，联会一般只发生在同源染色体之间，而亲缘关系愈远则同源性愈低，所以转化效率也愈低。而R型细菌是S型细菌突变体，因此对比起来，S型和R型细菌之间DNA的差异相对其他细胞来讲要小得多，在转化过程中当然是R型细菌具有优先性，所以一般以R型细菌的细胞作为受体细胞。其次，任何细胞都有自己的保护系统，没有保护的DNA进入外源细胞就会被降解，而不会表达。小鼠细胞，更能识别S型细菌的DNA是外源DNA。再者，加热杀死的S型细菌就算用小鼠体内的细胞当宿主细胞增殖，它本身无荚膜，无毒性，会被小鼠免疫系统杀死，而不会在小鼠细胞发生转化。
通过教师对相关问题的详细解释，对实验内容的补充，可以让学生深刻地理解教科书的知识点，并体会到科学研究的严谨，在教学过程中能逐步提高他们的科学素养和培养他们严谨的逻辑思维，培养学生的质疑精神、创新意识，才能为社会培养出创新型人才，培养社会主义建设者和接班人。
参考文献
[1]陈晓琪.肺炎双球菌的转化实验的常见问题及解释.《中学生物学》.2013年04期
[2]闫立，武辉.对肺炎双球菌转化实验的几个疑难问题的解答.《中学生物学》.2016年11期