“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”常見問題釋疑

祝遠(yuǎn)超

(湖北省天門市岳口高級(jí)中學(xué) 431702)

1 證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)為何要選用噬菌體和細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料

眾所周知，一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，首先在于其?shí)驗(yàn)材料的選擇是否合理。本實(shí)驗(yàn)用噬菌體和細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料是因?yàn)閮烧呔哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：①個(gè)體很小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易看出因遺傳物質(zhì)改變而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化。噬菌體無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，僅由DNA和蛋白質(zhì)組成，而細(xì)菌是單細(xì)胞生物。②繁殖快。噬菌體短時(shí)間內(nèi)可大量繁殖(T2噬菌體在37℃下只需40min就可以產(chǎn)生100～300個(gè)子代噬菌體[1])，細(xì)菌20～30min就可繁殖一代。

2 為何要用32P和35S而不用14C、3H、18O或15N標(biāo)記噬菌體

用32P和35S分別標(biāo)記噬菌體的目的就是要將其DNA和蛋白質(zhì)間接分開，單獨(dú)地、直接地去觀察它們的作用。因?yàn)榱騼H存在于T2噬菌體的蛋白質(zhì)中，磷幾乎都存在于其DNA中，而C、H、O、N是DNA和蛋白質(zhì)共同含有的元素。因此，若用14C、3H、18O或15N標(biāo)記噬菌體，則無(wú)法將其DNA和蛋白質(zhì)“分開”。

3 能用32P和35S標(biāo)記同一噬菌體嗎

該實(shí)驗(yàn)標(biāo)記噬菌體時(shí)分了兩組：一組僅用35S標(biāo)記，另一組僅用32P標(biāo)記，即有的噬菌體僅含35S，有的噬菌體僅含32P，沒有既含35S又含32P的噬菌體。為何不用32P和35S標(biāo)記同一噬菌體呢？因?yàn)榉派湫詸z測(cè)時(shí)只能檢測(cè)到部位，不能確定是何種元素的放射性，故35S(標(biāo)記蛋白質(zhì))和32P(標(biāo)記DNA)不能同時(shí)標(biāo)記在同一噬菌體上，應(yīng)將兩者分別標(biāo)記。

4 如何標(biāo)記噬菌體

因?yàn)槭删w是嚴(yán)格的寄生微生物，只能在活細(xì)胞內(nèi)才能生存和繁殖，故不能用含32P或35S的普通培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體。因此，欲標(biāo)記噬菌體，必先標(biāo)記其宿主細(xì)胞——大腸桿菌(因?yàn)門2噬菌體專門寄生在大腸桿菌體內(nèi))。所以，首先在含有32P或35S的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌，得到含有32P或35S的大腸桿菌。然后，再用上述大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體，得到DNA含有32P或蛋白質(zhì)含有35S的T2噬菌體。

5 噬菌體侵染細(xì)菌的大致過(guò)程如何

噬菌體侵染細(xì)菌的第一步是“吸附”，即噬菌體的尾部附著在細(xì)菌的細(xì)胞壁上。然后，噬菌體釋放溶菌酶，在細(xì)菌的細(xì)胞壁上打開一個(gè)缺口，噬菌體將其頭部的DNA注入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)(其蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌的細(xì)胞壁外)。噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)菌后，細(xì)菌的DNA合成停止。在噬菌體DNA的控制下，利用細(xì)菌體內(nèi)的氨基酸和脫氧核苷酸來(lái)合成子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA，然后將兩者組裝成子代噬菌體，組裝完成后，在溶菌酶的作用下溶解細(xì)菌細(xì)胞壁，促使細(xì)菌裂解，從而釋放出成熟的子代噬菌體。

6 用僅被35S標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，離心后沉淀物為何有放射性

正常情況下，親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼在上清液中，大腸桿菌在沉淀物中。因此，用僅被35S標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌，理論上離心后上清液具有很高的放射性，沉淀物應(yīng)該沒有放射性。而實(shí)際上上清液的放射性比理論值略低，沉淀物有一定的放射性。出現(xiàn)誤差的原因何在呢？離心后沉淀物有放射性，說(shuō)明沉淀物中含有親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼。而離心之前用攪拌器攪拌過(guò)，其目的是使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離。若親代噬菌體外殼均與細(xì)菌分離，則沉淀物是不可能有放射性的。因此，沉淀物有放射性的唯一可能就是攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體外殼吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心到沉淀物中。

7 用僅被32P標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，離心后上清液為何有放射性

用僅被32P標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌，理論上離心后上清液應(yīng)該沒有放射性，沉淀物有很高的放射性。而實(shí)際上上清液有一定的放射性，沉淀物的放射性比理論值略低。上清液有放射性說(shuō)明其中含有親代噬菌體的DNA鏈，其原因有兩種可能：一是保溫時(shí)間過(guò)短，有部分親代噬菌體尚未侵染到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)離心后其分布于上清液中；二是保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噬菌體在細(xì)菌內(nèi)完成增殖后，子代噬菌體從細(xì)菌內(nèi)釋放出來(lái)，經(jīng)離心后其也分布于上清液中。由于DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，親代噬菌體的DNA鏈保留在子代噬菌體的DNA中，導(dǎo)致上清液有放射性。