“噬菌体侵染细菌的实验”常见问题释疑

祝远超

(湖北省天门市岳口高级中学 431702)

1 证明DNA是遗传物质的实验为何要选用噬菌体和细菌作为实验材料

众所周知，一个实验能否成功，首先在于其实验材料的选择是否合理。本实验用噬菌体和细菌作为实验材料是因为两者具有以下优点：①个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变而导致的结构和功能的变化。噬菌体无细胞结构，仅由DNA和蛋白质组成，而细菌是单细胞生物。②繁殖快。噬菌体短时间内可大量繁殖(T2噬菌体在37℃下只需40min就可以产生100～300个子代噬菌体[1])，细菌20～30min就可繁殖一代。

2 为何要用32P和35S而不用14C、3H、18O或15N标记噬菌体

用32P和35S分别标记噬菌体的目的就是要将其DNA和蛋白质间接分开，单独地、直接地去观察它们的作用。因为硫仅存在于T2噬菌体的蛋白质中，磷几乎都存在于其DNA中，而C、H、O、N是DNA和蛋白质共同含有的元素。因此，若用14C、3H、18O或15N标记噬菌体，则无法将其DNA和蛋白质“分开”。

3 能用32P和35S标记同一噬菌体吗

该实验标记噬菌体时分了两组：一组仅用35S标记，另一组仅用32P标记，即有的噬菌体仅含35S，有的噬菌体仅含32P，没有既含35S又含32P的噬菌体。为何不用32P和35S标记同一噬菌体呢？因为放射性检测时只能检测到部位，不能确定是何种元素的放射性，故35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上，应将两者分别标记。

4 如何标记噬菌体

因为噬菌体是严格的寄生微生物，只能在活细胞内才能生存和繁殖，故不能用含32P或35S的普通培养基培养噬菌体。因此，欲标记噬菌体，必先标记其宿主细胞——大肠杆菌(因为T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内)。所以，首先在含有32P或35S的培养基中培养大肠杆菌，得到含有32P或35S的大肠杆菌。然后，再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，得到DNA含有32P或蛋白质含有35S的T2噬菌体。

5 噬菌体侵染细菌的大致过程如何

噬菌体侵染细菌的第一步是“吸附”，即噬菌体的尾部附着在细菌的细胞壁上。然后，噬菌体释放溶菌酶，在细菌的细胞壁上打开一个缺口，噬菌体将其头部的DNA注入细菌细胞内(其蛋白质外壳留在细菌的细胞壁外)。噬菌体的DNA进入细菌后，细菌的DNA合成停止。在噬菌体DNA的控制下，利用细菌体内的氨基酸和脱氧核苷酸来合成子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，然后将两者组装成子代噬菌体，组装完成后，在溶菌酶的作用下溶解细菌细胞壁，促使细菌裂解，从而释放出成熟的子代噬菌体。

6 用仅被35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中，离心后沉淀物为何有放射性

正常情况下，亲代噬菌体的蛋白质外壳在上清液中，大肠杆菌在沉淀物中。因此，用仅被35S标记的噬菌体侵染细菌，理论上离心后上清液具有很高的放射性，沉淀物应该没有放射性。而实际上上清液的放射性比理论值略低，沉淀物有一定的放射性。出现误差的原因何在呢？离心后沉淀物有放射性，说明沉淀物中含有亲代噬菌体的蛋白质外壳。而离心之前用搅拌器搅拌过，其目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。若亲代噬菌体外壳均与细菌分离，则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搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。

7 用仅被32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中，离心后上清液为何有放射性

用仅被32P标记的噬菌体侵染细菌，理论上离心后上清液应该没有放射性，沉淀物有很高的放射性。而实际上上清液有一定的放射性，沉淀物的放射性比理论值略低。上清液有放射性说明其中含有亲代噬菌体的DNA链，其原因有两种可能：一是保温时间过短，有部分亲代噬菌体尚未侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后其分布于上清液中；二是保温时间过长，噬菌体在细菌内完成增殖后，子代噬菌体从细菌内释放出来，经离心后其也分布于上清液中。由于DNA的复制方式是半保留复制，亲代噬菌体的DNA链保留在子代噬菌体的DNA中，导致上清液有放射性。