释疑
肺炎双球菌转化的影响因素
浙科版必修2教材第51页，“后来的研究不断证实，DNA不仅可以引起细菌的转化，而且纯度越高，转化效率越高”，这句话出现两个疑问，一是该实验是后来的研究，按照语言应该不是艾弗里等科学家做的，但我没找到相应的资料来说明，尽管试题中出现了此观点认为不是艾弗里等科学家做的实验，甚至有试题认为这个不是体外转化实验的结果，显然是有问题的，因为体外转化实验是几代科学家的实验；二是纯度越高，转化效率越高？当然这里的纯度指的是S菌的DNA纯度。
下面就“为什么教材上说肺炎双球菌转化与供体S菌的DNA纯度有关，DNA越纯，转化率也就越高？”进行说明。
要搞清楚这个问题，首先要明确转化过程是怎么发生的。是将R型细菌杀死变成S型细菌的?还是两者的遗传物质进行融合后表现出S型细菌的特点?有没有可能是R型细菌突变而来?
典例解析
试题：下列关于肺炎双球菌实验的叙述，正确的是（
）
A.DNA酶与S型活菌混合后注入正常小鼠体内，小鼠不会患败血症致死
B.提取S型活菌的DNA直接注射到正常小鼠体内，小鼠会患败血症致死
C.活体转化实验中，从患病致死小鼠血液中可分离出活的S型活菌
D.离体转化实验中，R型活菌转化为S型活菌的原因是基因突变
答案：C
解析：DNA酶与S型活菌混合后，DNA酶作用不了S型活菌，S型菌依然存在*性，小鼠会患败血症致死，A错误；S型活菌的DNA进入小鼠体内不能指导蛋白质合成，反而被分解，不会使小鼠患败血症，B错误；活体转化实验中，从患病致死小鼠血液中可分离出活的S型活菌，C正确；离体转化实验中，R型活菌转化为S型活菌的原因是转化，属于广义上的基因重组，D错误。NO.1
R型菌转化为S型菌的过程
1．被加热杀死的S型肺炎双球菌自溶，释放出自身的DNA片段（已经失活，但双链结构尚存在，约含15个基因），称为“转化因子”。当“转化因子”遇到感受态的R型活肺炎双球菌时，就有10个左右这样的双链片段与R型活肺炎双球菌细胞膜表面的“感受态因子”位点相结合。
2．在位点上进一步发生DNA酶促分解，形成DNA片段。
3．细菌细胞表面的2种DNA酶在转化中起重要作用。细菌细胞壁上的一种核酸核酶内切吸附着的DNA切成大约14kb的片段。然后细胞膜上另一种核酸酶把一条单链切除，使另一条单链进入细胞。
4．进入细菌体的DNA单链与受体菌DNA同源区段配对，接着受体DNA相应单链片段切除，并被外来DNA取代，形成杂种DNA区段（实质就是基因重组）。
5．受体菌DNA通过复制杂合区段分离成两个，其中有的类似供体S菌，有的类似R型菌，细胞分裂生殖后，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。
另外，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。转化本身只发生在同种菌株间或近缘菌株间。这些S细菌不是通过这些特定的R细菌突变而来的。NO.2
影响转化效率的因素
1．受体细菌和供体细菌的亲缘关系
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和DNA的同源程度的影响。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区段之间，而亲缘关系愈远则同源性愈低，所以转化效率也愈低。对比起来，S型和R型细菌之间DNA的差异相对小鼠来讲要小得多，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。
2．受体细胞的生理状态与转化效率有关
外源DNA首先必须吸附在细菌胞表面的一些接受位点上，然后才能进入受体细胞内，受体细胞的生理状态与转化效率有关。细菌能够吸收外源DNA时的生理状态称为感受态。许多细菌的感受态都在对数生长期的后期迅速出现。有人认为感受态是处于DNA合成刚刚停止，蛋白质合成继续活跃的时期。一定浓度的钙离子能够提高细菌的转化效率。细菌细胞能吸附的DNA主要是双链状态的。
3．感受态细胞的浓度和供体DNA浓度
供体DNA结合到受体细胞表面开始是可逆的，这主要与细菌细胞表面的吸附位点有关。据估计一个细菌细胞表面大约有50个吸附位点。吸附位点饱和后，就阻止其他双链DNA的结合，而处于不可逆状态。此时供体DNA不再受培养基中DNA酶的破坏。肺炎双球菌于DNA的吸附没有专一性，甚至对鱼的DNA也能吸附。所以，转化率与供体菌细胞的DNA纯度有关，DNA越纯，转化率也就越高，这与受体菌R菌的吸附位点有关。NO.3
拓展：艾弗里没有获得诺贝尔奖的原因
艾弗里
艾弗里在第三组实验（加DNA水解物）中，用DNA酶处理提取的DNA，然后加入培养R型菌的培养基中，结果培养基中未出现S型。这个实验从反面证明了DNA是遗传物质，为什么不能排除人们对提取的DNA中含有0.02%的蛋白质起到了转化因子（遗传物质）的作用的怀疑？
这个推理从理论上来说确实没错，但是实际上，当时情况要复杂的多。当时人们对艾弗里实验结果表示怀疑的原因主要来自两个方面。
一方面：艾弗里的实验并非无懈可击，人们发现他的第一个实验中的DNA纯度不够，关键性的实验证据出现了问题，由此证据得到的推论自然会被人们怀疑。尽管艾弗里的第三个实验能做出一些解释，但是人们仍然可以认为是DNA和蛋白质共同作用完成细菌的转化，或者蛋白质也参与了细菌的转化过程，即无法完全排除蛋白质可能起了作用的怀疑。
另一方面：艾弗里由实验推论得到DNA是使R型细菌发生遗传改变的物质，这个观点与当时大多数科学家的观点是截然不同的，因此很多人都不愿承认艾弗里的实验结果，这一点从他一生的遭遇就可以看出。
自年起，几乎每年艾弗里都因发现肺炎双球菌的抗原特异性取决于其多糖荚膜而获诺贝尔奖提名，但由于当时人们普遍认为抗原特性取决于细胞表面的蛋白质，不相信艾弗里的结果，怀疑其结果是因为多糖掺杂了蛋白质杂质导致的。在年以前，艾弗里有4次进入了第二轮名单，即诺贝尔奖委员会对其工作做了书面评价，但是评价的结果都认为他的发现不值得获奖。
年起，开始有人在提名艾弗里时提到他对遗传物质的研究。当时研究核酸的两个权威──卡罗林斯卡医学院的化学教授艾纳·哈马斯登和他的前学生，细胞研究与遗传学教授托布真·卡佩森。这两个人都相信只有蛋白质才有可能是遗传物质，而且他们根据自己的研究经验，知道很难除去DNA中的蛋白质杂质，从而不相信艾弗里的实验结果。年，由哈马斯登对艾弗里的实验做了简短的书面评价，他对艾弗里的结果持批评态度，认为艾弗里的DNA是被蛋白质杂质污染了，蛋白质才是转化因子。
接下来的几年，有一些实验室用其他实验证实了艾弗里的结论，艾弗里的发现已获得了独立验证。
年，艾弗里再次进入了诺贝尔奖第二轮提名名单，由细菌学教授伯恩特·马尔姆格伦对之做了书面评价。马尔姆格伦综述了这几年来的有关研究，认为蛋白质不太可能是转化因子。但是他的结论却是，要把DNA作为转化因子仍然缺乏最后的证据，因此认为艾弗里的发现目前不值得获奖。
从这些历史可以看出，由于艾弗里当时的研究结果和当时的主流思想、权威理论相反，所以一直不被人们重视，甚至被认为是无价值的。所以，他的结论被人们怀疑也就“理所当然”。
艾弗里没有获得诺贝尔奖，应该是诺贝尔奖的遗憾，而不是艾弗里的遗憾。（此内容摘自人民教育出版社课程研究网何小波文章）
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