“噬菌體侵染細菌的實驗”常見問題釋疑

祝遠超

(湖北省天門市岳口高級中學 431702)

1 證明DNA是遺傳物質的實驗為何要選用噬菌體和細菌作為實驗材料

眾所周知，一個實驗能否成功，首先在于其實驗材料的選擇是否合理。本實驗用噬菌體和細菌作為實驗材料是因為兩者具有以下優點：①個體很小，結構簡單，容易看出因遺傳物質改變而導致的結構和功能的變化。噬菌體無細胞結構，僅由DNA和蛋白質組成，而細菌是單細胞生物。②繁殖快。噬菌體短時間內可大量繁殖(T2噬菌體在37℃下只需40min就可以產生100～300個子代噬菌體[1])，細菌20～30min就可繁殖一代。

2 為何要用32P和35S而不用14C、3H、18O或15N標記噬菌體

用32P和35S分別標記噬菌體的目的就是要將其DNA和蛋白質間接分開，單獨地、直接地去觀察它們的作用。因為硫僅存在于T2噬菌體的蛋白質中，磷幾乎都存在于其DNA中，而C、H、O、N是DNA和蛋白質共同含有的元素。因此，若用14C、3H、18O或15N標記噬菌體，則無法將其DNA和蛋白質“分開”。

3 能用32P和35S標記同一噬菌體嗎

該實驗標記噬菌體時分了兩組：一組僅用35S標記，另一組僅用32P標記，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標記同一噬菌體呢？因為放射性檢測時只能檢測到部位，不能確定是何種元素的放射性，故35S(標記蛋白質)和32P(標記DNA)不能同時標記在同一噬菌體上，應將兩者分別標記。

4 如何標記噬菌體

因為噬菌體是嚴格的寄生微生物，只能在活細胞內才能生存和繁殖，故不能用含32P或35S的普通培養基培養噬菌體。因此，欲標記噬菌體，必先標記其宿主細胞——大腸桿菌(因為T2噬菌體專門寄生在大腸桿菌體內)。所以，首先在含有32P或35S的培養基中培養大腸桿菌，得到含有32P或35S的大腸桿菌。然后，再用上述大腸桿菌培養T2噬菌體，得到DNA含有32P或蛋白質含有35S的T2噬菌體。

5 噬菌體侵染細菌的大致過程如何

噬菌體侵染細菌的第一步是“吸附”，即噬菌體的尾部附著在細菌的細胞壁上。然后，噬菌體釋放溶菌酶，在細菌的細胞壁上打開一個缺口，噬菌體將其頭部的DNA注入細菌細胞內(其蛋白質外殼留在細菌的細胞壁外)。噬菌體的DNA進入細菌后，細菌的DNA合成停止。在噬菌體DNA的控制下，利用細菌體內的氨基酸和脫氧核苷酸來合成子代噬菌體的蛋白質外殼和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菌細胞壁，促使細菌裂解，從而釋放出成熟的子代噬菌體。

6 用僅被35S標記的噬菌體侵染細菌的實驗中，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外殼在上清液中，大腸桿菌在沉淀物中。因此，用僅被35S標記的噬菌體侵染細菌，理論上離心后上清液具有很高的放射性，沉淀物應該沒有放射性。而實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。出現誤差的原因何在呢？離心后沉淀物有放射性，說明沉淀物中含有親代噬菌體的蛋白質外殼。而離心之前用攪拌器攪拌過，其目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離。若親代噬菌體外殼均與細菌分離，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菌表面，隨細菌離心到沉淀物中。

7 用僅被32P標記的噬菌體侵染細菌的實驗中，離心后上清液為何有放射性

用僅被32P標記的噬菌體侵染細菌，理論上離心后上清液應該沒有放射性，沉淀物有很高的放射性。而實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：一是保溫時間過短，有部分親代噬菌體尚未侵染到大腸桿菌細胞內，經離心后其分布于上清液中；二是保溫時間過長，噬菌體在細菌內完成增殖后，子代噬菌體從細菌內釋放出來，經離心后其也分布于上清液中。由于DNA的復制方式是半保留復制，親代噬菌體的DNA鏈保留在子代噬菌體的DNA中，導致上清液有放射性。