細說高中生物學(xué)中的“細菌”

李雪山

摘要：細菌作為原核生物的典型代表之一，其種類繁多，分布廣泛，與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，以細菌為背景的知識考查在歷年高考中也頻頻出現(xiàn)。筆者結(jié)合所使用的人教版高中生物教材，以文獻資料為支撐，以指導(dǎo)高考復(fù)習(xí)備考為實際應(yīng)用，對“細菌”問題進行了盤點。本文則結(jié)合有關(guān)文獻資料，盤點了高中生物學(xué)中有關(guān)細菌的諸多問題。

關(guān)鍵詞：細菌；高中生物；高考

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）09-0165

一、細菌的常見形態(tài)和基本結(jié)構(gòu)

常見的形態(tài)有桿狀、球狀和螺旋狀，以桿狀最為常見。球狀細菌有單球、雙球（如肺炎雙球菌）和鏈球等的區(qū)分。在螺旋狀細菌中，螺旋不到一周的稱為弧菌，螺旋在一周及以上的則稱為螺菌。科學(xué)家們通常也以細菌形態(tài)的不同來給其命名。細菌細胞的基本結(jié)構(gòu)包括細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)和擬核四個部分。幾乎所有細菌都有以肽聚糖為主要成分的細胞壁，它除了具有保護作用，以及是細胞生長、分裂、運動等所必需結(jié)構(gòu)之外，還能賦予細菌特定的抗原性和致病性等特性。

細胞膜的結(jié)構(gòu)符合流動鑲嵌模型，但科學(xué)研究還發(fā)現(xiàn)：硝化細菌、根瘤菌等的細胞膜會內(nèi)凹延伸或發(fā)生折疊形成內(nèi)膜系統(tǒng)，如間體、載色體和羧酶體等，它們扮演著真核細胞中細胞器的角色，也為細胞內(nèi)催化生化反應(yīng)的多種酶提供廣闊的附著位點。膜上蛋白質(zhì)分子含量很高、種類多達200多種，因此不難理解細菌細胞膜的功能必然具有多樣性，如進行物質(zhì)轉(zhuǎn)運、參與產(chǎn)能代謝（含電子傳遞鏈和ATP合成酶）、參與DNA分子的復(fù)制、為鞭毛提供著生位點等。

細菌細胞中央位置是遺傳物質(zhì)所在的區(qū)域，被稱為擬核。擬核區(qū)含有一個環(huán)狀且高度纏繞的DNA分子，它不與或很少與蛋白質(zhì)結(jié)合，且結(jié)合的蛋白質(zhì)都不是真正的組蛋白，因此高中階段認為細菌（原核細胞）中沒有染色體存在。

1.細菌的增殖與菌落

高中教材中并未提及細菌的增殖方式，僅在必修2 P55“資料分析”中展示了一幅“正在分裂的大腸桿菌”電鏡圖。不少復(fù)習(xí)資料中指出細菌的分裂方式是“二分裂”，這其實是細菌最主要的分裂方式，大致過程為：擬核DNA先復(fù)制成兩個DNA分子并向兩側(cè)分離，然后在細胞的中央位置逐漸形成橫隔壁將細胞一分為二，最終每個子細菌中就得到一個DNA分子。

細菌在固體培養(yǎng)基上增殖時會形成菌落，由單一細菌增殖形成的菌落具有穩(wěn)定的特征，可以作為區(qū)分菌種的重要依據(jù)，如人教版必修2 P43“一種細菌的菌體有多糖類的莢膜，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面光滑（smooth），叫做S型細菌；另一種細菌的菌體沒有多糖類的莢膜，在培養(yǎng)基上形成的菌落表面粗糙（rough），叫做R型細菌。”

2.細菌的基因結(jié)構(gòu)與可遺傳變異類型

現(xiàn)行人教版高中教材中已經(jīng)刪除了原核生物基因結(jié)構(gòu)這個知識點，僅在選修3基因工程一節(jié)間接提到了其結(jié)構(gòu)包括啟動子、基因編碼區(qū)和終止子三個部分。

由于細菌中沒有染色體，且分裂方式為二分裂，因此高中階段認為細菌（原核生物）可遺傳變異的類型只有基因突變。但美國科學(xué)家艾弗里（O. Avery）等人在1944年所做肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗?zāi)軌蜃C明S型細菌的DNA（片段）可被R型細菌吸收，從而使 R型細菌具有S型細菌的一些遺傳特性，所以說細菌（原核生物）可遺傳變異的來源還應(yīng)包括基因重組（廣義）。有趣的是，大腸桿菌和其他一些腸道細菌可以通過其表面的一種被稱為“性絲”的結(jié)構(gòu)相互接觸，從而實現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)移，這也屬于基因重組。

3.細菌的“害”與“利”

細菌種類多樣，代謝方式各不相同，因此它們對人類及其他生物的影響也就利弊不一。如腸道中的大腸桿菌能幫助人體合成維生素K，根瘤菌能將空氣中的氮轉(zhuǎn)變?yōu)楹酿B(yǎng)料供豆科植物利用；又如結(jié)核桿菌、麻風(fēng)桿菌能寄生在宿主細胞內(nèi)，從而影響寄主健康等等；再如，人類利用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)乳酸、醋酸、谷氨酸等調(diào)味劑，還利用細菌作為受體細胞生產(chǎn)基因工程藥物等。

二、以“細菌”為中心的高考復(fù)習(xí)概念圖及考題舉例

例1 （2019年高考全國Ⅰ卷第6題）某實驗小組用細菌甲（異養(yǎng)生物）作為材料來探究不同條件下種群增長的特點，設(shè)計了三個實驗組，每組接種相同數(shù)量的細菌甲后進行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中定時更新培養(yǎng)基，三組的更新時間間隔分別為3h、10h、23h，得到a、b、c三條種群增長曲線。下列敘述錯誤的是（D）

A.細菌甲能夠?qū)⑴囵B(yǎng)基中的有機物分解成無機物

B.培養(yǎng)基更換頻率的不同，可用來表示環(huán)境資源量的不同

C.在培養(yǎng)到23h之前，a組培養(yǎng)基中的營養(yǎng)和空間條件都是充裕的

D.培養(yǎng)基更新時間間隔為23h時，種群增長不會出現(xiàn)J型增長階段

分析：該題考查細菌的培養(yǎng)、種群數(shù)量增長等知識，難度較大。分析可知，a曲線呈現(xiàn)J型增長，而在培養(yǎng)早期a、b、c三條增長曲線是重合的，所以D項錯誤。

例2 （人教版生物必修2 P78知識遷移）四環(huán)素、鏈霉素、氯霉素、紅霉素等抗生素能抑制細菌的生長，它們有的能干擾細菌核糖體的形成，有的能阻止tRNA和mRNA結(jié)合。請根據(jù)以上事實說明這些抗生素可用于一些疾病治療的道理。

分析：核糖體是合成蛋白質(zhì)的場所，tRNA與mRNA的結(jié)合是蛋白質(zhì)合成的必經(jīng)過程。這些抗生素通過干擾核糖體的形成或tRNA與mRNA的結(jié)合過程，導(dǎo)致細菌無法合成蛋白質(zhì)，從而抑制其生長，實現(xiàn)治療細菌感染的目的。

例3 （2017年高考全國Ⅰ卷第38題，節(jié)選）真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機制。已知在人體中基因A（有內(nèi)含子）可以表達出某種特定蛋白（簡稱蛋白A）。回答下列問題：

（1）某同學(xué)從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A，其原因是基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列不能被切除，無法表達出蛋白A。

分析：結(jié)合題意“原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機制”即可回答第（1）問的原因。大腸桿菌作為受體細胞的優(yōu)點眾多：繁殖快、容易培養(yǎng)、遺傳物質(zhì)少、產(chǎn)物易分離等等。艾弗里等人的工作不僅證明的了“轉(zhuǎn)化因子”的本質(zhì)是DNA，還證明了DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體。

（作者單位：湖南省常德市第七中學(xué)415000）