问题的提出

噬菌体侵染细菌的实验是经典实验,也是考查的重点实验之一。该实验中经常有些实验步骤学生难理解,需要详细分析每一个步骤的作用。

教材中分析了搅拌的重要性,搅拌不充分会造成35S标记噬菌体的实验沉淀物放射性强度偏高。这固然和噬菌体的结构和寄生特点有一定的关系,如有尾丝和小钩,吸附于细菌表面,很难分离,需要搅拌充分。搅拌用的是Waring搅拌器。

问题:搅拌的实验步骤如何完成?什么是Waring搅拌器?噬菌体侵染细菌的实验经典在哪里?


典型试题解析

试题:在“噬菌体侵染细菌实验”中,可通过某操作实现下图所示变化。该操作是(   )

A. 用放射性同位素标记噬菌体的蛋白质或DNA

B. 将放射性同位素标记的噬菌体与细菌混合

C. 将噬菌体与细菌混合液置于搅拌器中搅拌

D. 离心并检测悬浮液和沉淀物中的放射

解析:本题考查噬菌体侵染细菌实验过程。

试题中的观察图示为:噬菌体外壳与细菌分离,噬菌体外壳与细菌分离应该是通过搅拌实现的,故A、B、D项错误,C项正确。故答案为C。

其中,吸附的特点和噬菌体的结构有一定的关系,如图所示。

磁力和机械搅拌器 

搅拌器是科学实验必不可少的仪器之一,它可使反应混合物混合得更加均匀,反应体系的温度更加均匀,从而有利于反应的进行特别是非均相反应。

搅拌的方法有三种:人工搅拌、磁力搅拌、机械搅拌。人工搅拌一般借助于玻棒就可以进行,磁力搅拌是利用磁力搅拌器,机械搅拌则是利用机械搅拌器。

磁力搅拌器由于磁力搅拌器容易安装,因此,它可以用来进行连续搅拌尤其当反应量比较少或在反应是在密闭条件下进行,磁力搅拌器的使用更为方便,磁力搅拌器适用于混合搅拌较稀的液体物质。但缺点是对于一些粘稠液或是有大量固体参加或生成的反应,磁力搅拌器无法顺利使用,这时就应选用机械搅拌器作为搅拌动力(如图)。

磁力搅拌器是利用磁场的转动来带动磁子的转动。磁子是在一小块金属用一层惰性材料(如聚四氟乙烯等)包裹着的,也可以自制:用一截10#铁铅丝放入细玻管或塑料管中,两端封口。磁子的大小大约有10mm、20mm、30mm长,还有更长的磁子,磁子的形状有圆柱形、椭圆形和圆形等,可以根据实验的规模来选用。

机械搅拌器主要包括三部分:电动机、搅拌棒和搅拌密封装置。电动机是动力部分,固定在支架上,由调速器调节其转动快慢。搅拌棒与电动机相连,当接通电源后,电动机就带动搅拌棒转动而进行搅拌,搅拌密封装置是搅拌棒与反应器连接的装置,它可以使反应在密封体系中进行。搅拌的效率在很大程度上取决于搅拌棒的结构,介绍的老式搅拌棒是用粗玻璃棒制成的。根据反应器的大小、形状、瓶口的大小及反应条件的要求,选择较为合适的搅拌棒。其中,Waring搅拌器在捣碎杯中通过电机旋转驱动刀同时进行劈裂、碾碎、参合等过程,使物料搅拌捣碎(如图)


拓展:噬菌体侵染细菌实验 

1944年,Avery及其同事的肺炎双球菌体外转化实验是十分精确和严密的,但很多的科学家仍不相信DNA是遗传物质,所幸的是在Avery去世(1955)前,终于在1952年由于Hershey-Chase的实验使DNA是遗传物质的结论得到了进一步的证实。

这一突破性的实验是受到T.F.Anderson两项发现的启发,(1)1949年Anderson发现将T-偶数噬菌体悬液骤然用蒸馏水稀释,使其受到渗震作用时,噬菌体释放出DNA留下头部中空的噬菌体的空壳;(2)噬菌体用尾部吸附到细菌表面上,形成动力学不稳定的联结,用组织搅碎器剧烈搅拌就可以阻碍侵染作用。

Herriott (1951) 发现这种释放了DNA的噬菌体空壳仍可吸附到细菌上。这些发现为噬菌感染实验打下了基础。当时已知T2噬菌体是由蛋白质外壳和内部的DNA组成。蛋白质中含有硫而不含磷,DNA中含磷而不含硫,所以Hershey等分别用同位素35S 和32P来标记T2的蛋白外壳和DNA。

他们首先将T2噬菌体分别感染在含有32P和35S培养基中的两组大肠杆菌,细胞裂解后分别收集裂裂菌液,经标记后再分别感染大肠杆菌,感染后培养10分钟,用Waring氏搅拌器剧烈搅拌使吸附在细胞表面上的噬菌体脱落下来,再离心分离,细菌是在沉淀中,而游离的噬菌体悬浮在上清液中。

经同位素测定,上清液中35S的含量为80%,沉淀中含量为20%,这表明蛋白质的外壳脱落下来,并未进入细胞中,沉淀中的20%可能由于少量的噬菌体经搅拌后,仍吸附在细胞上所致。

而32P相反在沉淀中含有70%,而在上清液中仅有30%。表明噬菌体感染细菌后将带有32P的DNA已注入细胞中,可能还有少部分噬菌体尚未将DNA注入宿主就被搅拌了下来,所以上清液中约有30%的32P。

这个实验的结果,进一步证实DNA是遗传物质,而不是蛋白质。鉴于当时已有许多研究者已开始注意到DNA,因此和Avary的时代不同,他们的结论很快得到了承认,Hershey也因此荣获了1969年诺贝尔医学生理奖。