對新人教版高中生物學肺炎鏈球菌相關教材插圖的商榷

梁筱雨 黃 璐 谷 峻 黃勝琴

華南師范大學生命科學學院(510631)

肺炎鏈球菌轉化實驗位于新版人教高中生物學必修2“遺傳與進化”第3章第1節,是研究生物遺傳物質的經典實驗。人教版教材以精美、簡潔的插圖呈現肺炎鏈球菌體內、體外兩個轉化實驗的過程與結果,有效地激發了學生學習興趣,減少認知負擔。但是插圖中肺炎鏈球菌的細胞形態、轉化方式、菌落特征以及培養基顏色存在值得商榷的地方。

一是加快雨洪資源利用，著力提升現代水網保障能力。加快南水北調配套工程建設，開工建設引黃濟青改擴建工程。積極推進雨洪資源利用，先期規劃實施一期工程18座大中型水庫增容，新建8座山丘區水庫、6座地下水庫和32座平原水庫，以及沂沭河洪水調配東線工程和東平湖增容工程，努力提高水資源供給能力。

1 肺炎鏈球菌簡介

1881年,美國軍醫Sternberg和法國科學家Pasteur分別將患者唾液注射到兔子體內,從兔子血液中分離出肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)[1],其致病性主要由細胞壁外包裹的莢膜多糖決定。格里菲斯根據菌落表型進行分類,致病菌株菌落表面光滑(Smooth),稱為S型細菌,不致病菌株菌落表面粗糙(Rough),稱為R型細菌。

電網電壓驟降恢復對雙饋風電機組連鎖脫網的影響//周步祥,董申,林楠,劉舒暢,張冰,趙磊//(17):34

教材插圖[2]將無莢膜的R型細菌繪制為“成對的紫色球形”,將有莢膜的S型細菌繪制為“橙色橢圓形包裹著的成對的黃色球形”,將加熱致死的S型細菌繪制為“不規則多邊形包裹著的成對的黃色球形,球形邊緣為虛線”。球形代表肺炎鏈球菌,橢圓形和不規則多邊形代表莢膜。此外,培養基顏色透明,R型細菌菌落顏色為綠色,S型細菌菌落顏色為黃色,前者菌落普遍大于后者菌落。

在格里菲斯的肺炎鏈球菌體內轉化實驗中,R型細菌在自然情況下處于感受態。教材插圖使用“虛線包裹的圓圈”和“不規則形狀”表示被高溫殺死的S型細菌,容易誤導學生認為S型細菌高溫后處于感受態,與事實不符。建議用“散亂分布的不規則碎片”代表在高溫下被破壞成碎片的無活性S型細菌更佳。

2 肺炎鏈球菌細胞形態討論

參考伯杰細菌鑒定手冊,肺炎鏈球菌細胞形態通常為卵圓形或圓形,近球形的細胞直徑范圍為0.5～1.25 μm,細胞典型成對,有時呈單個細胞或多個細胞連接成的短鏈狀,每對細胞的外端較尖或呈矛狀(見圖1、圖2)[3]。細胞典型成對是因為單個肺炎鏈球菌對半分裂后,兩個子細胞通過細胞壁的分泌物肽聚糖橋連接。隨著細胞分裂,肺炎鏈球菌從頂端到頂端的直徑范圍為1.2～1.8 μm,“腰圍”范圍為0.5～1.0 μm[4]。肺炎鏈球菌細胞壁外包裹的莢膜實質為細胞壁分泌的一種酸性多糖壁磷壁酸,其厚度與形狀隨著菌體在人體內分布位置的不同而變化[5]。

圖1 電子顯微鏡下肺炎鏈球菌細胞圖(× 9 000)[4]

圖2 透射電子顯微鏡下肺炎鏈球菌菌株ST556細胞圖(×50 000倍)[5]

R型細菌變為S型細菌的過程屬于細菌轉化。細菌轉化是指環境中的DNA被處于感受態的細菌攝取,并在細菌內表達,使細菌的基因型和表型發生相應變化的現象。感受態細胞指處于能夠吸收外來DNA的生理狀態的細胞。感受態因子(competence factor,CF)是一種小分子蛋白,能夠使細菌表面的DNA結合蛋白及核酸酶裸露出來,使細菌具有與DNA結合的活性,進入感受態[6]。一般情況下,細菌自然轉化的效率較低,常借助化學處理(如Ca2+處理)和物理處理(短暫高溫處理或高壓電場處理)使細菌細胞膜滲透性增大或出現一些孔洞,提高細菌轉化效率。自然狀態下,肺炎鏈球菌能夠在對數生長期進入感受態,此時肺炎鏈球菌的自然轉化效率較高。在科研繪圖時,一般使用虛線來模擬出現孔洞的細胞膜,以表示該細胞處于感受態(尤其指經人工處理后處于感受態的細胞)(見圖3)。

3 肺炎鏈球菌轉化方式討論

教材插圖中的肺炎鏈球菌細胞為近球形,通過成對的球形代表典型成對的狀態,但是兩端略鈍。考慮到成對的肺炎鏈球菌外端通常較尖或呈矛狀,參考真實圖片,建議基于插圖基礎上突出菌體外端較尖或矛狀的特點,菌體形態為卵圓形。

圖3 感受態細胞圖示

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4 肺炎鏈球菌菌落特征討論

教材中描述R型細菌菌落表面粗糙,S型細菌菌落表面光滑,與實際一致。但是插圖中的兩種菌落表面平整、啞光,未準確體現兩者特點,代表R型細菌的綠色菌落普遍大于代表S型細菌的黃色菌落。建議教材插圖突出R型細菌菌落表面粗糙有褶皺的特點,突出S型細菌菌落表面光滑、閃亮呈圓頂狀的特點。修改插圖中的菌落大小,使得S型細菌菌落遠大于R型細菌菌落。

圖4 R型與S型細菌菌落形態(×3.5倍)[7]

圖5 R型細菌菌落與S型細菌菌落

根據伯杰細菌鑒定手冊,S型細菌有莢膜,其菌落表面光滑、閃亮呈圓頂狀,菌落的透明程度反映出莢膜厚度,R型細菌菌落是一種罕見粗糙菌落,表面有褶皺,菌絲狀。除了菌落表面特征不同以外,R型細菌與S型細菌的菌落大小差異明顯。從R型細菌轉化為S型細菌后,所觀察到的菌落明顯變大,這也是S型細菌菌落的典型特征之一(見圖4、圖5)。這是因為S型細菌細胞壁外的莢膜使得其菌體體積普遍大于R型細菌。

第三，全面貫徹落實《條例》的配套制度。加強與有關地方人民政府及有關部門的溝通協調，建立與地方政府及有關部門的聯系機制，組織制定重要河湖總量控制、水功能區、信息共享平臺、監督檢查等《條例》配套制度，并促進地方修訂與《條例》不相符的地方性法規，在依法調整經濟結構、優化產業布局，保障飲用水供水安全及應急事故預防處置、執行防洪和水資源調度指令、開展水污染物總量控制和削減等具體制度的執行方面切實履行保障飲水安全、供水安全、生態安全的各項職責。

5 肺炎鏈球菌培養基特點的討論

根據艾弗里的研究[7],實驗培養基為血培養基(blood broth),因富含血細胞呈紅色,主要成分為牛心浸液肉湯、源自人胸膜或腹水的血清。由于肺炎鏈球菌具有α-溶血性,血細胞的鐵離子會被肺炎鏈球菌產生的H2O2氧化,在菌落附近1～2 mm處出現綠褐色的溶血環。血培養基常用來鑒別肺炎鏈球菌。

建議將教材插圖中的培養基顏色畫為紅色以更貼合科學史。為了體現肺炎鏈球菌的α-溶血性,可以在S型細菌和R型細菌的菌落周圍畫出1～2 mm的綠褐色溶血環。

6 總結與建議

綜合上述內容,人教版教材“肺炎鏈球菌轉化實驗”相關插圖內容需要進行調整,修改示意圖如圖6所示,具體分為4點建議:①使用“卵圓形”作為肺炎鏈球菌的菌體形狀,在原有插圖基礎上突出成對菌體外端較尖或矛狀的特征;②用“散亂分布的不規則碎片”代替“虛線包裹的圓圈”,表示在高溫下被破壞成碎片的S型細菌;③突出展示R型細菌菌落表面粗糙的特征,以及S型細菌菌落表面光滑、閃亮呈圓頂狀的特征,且S型細菌菌落應明顯大于R型細菌菌落;④將培養肺炎鏈球菌的培養基繪制成紅色,在菌落周圍畫出綠褐色的溶血環。

圖6 插圖修改示意圖