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导读肺炎双球菌转化实验是考试中经常出现的考点，实验看似简单明了，内容仔细去思考就会发现很多疑难问题要解决。
一．格里菲斯的体内转化实验
实验中将加热杀死的S型和活的R型混合注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡，并从小鼠体内分离出活的S型，且其后代仍是有*性的S型。格里菲思推论：在已经加热杀死的S型细菌中，必然含有一种“转化因子”，促使R型转化为S型，且这种转化可遗传。
质疑一：是S型复活还是R型被转化？
学生的质疑：为什么是R型被转化，而不是加热杀死的S型复活呢？
分析解答：学生提出这样的质疑，主要是对蛋白质的化学性质不太了解。蛋白质具有一定的空间结构才具有生理活性，加热会破坏蛋白质的空间结构（变性），且该过程不可逆。所以加热后蛋白质变性失活，不可能再恢复其功能（可以高温下酶失活为例）。而蛋白质是生命活动的承担者，蛋白质失活了，生命活动就不可能再恢复，也就是说热杀死的S型是不可能复活的。
质疑二：加热杀死的S型的DNA为什么没被破坏还可以发挥转化作用？
学生的质疑：加热杀死的S型菌的蛋白质变性失活了，失去了生理功能。那为什么热杀死的S型的DNA还有作用呢？
分析解答：学生提出这样的质疑，和上一个问题的原因相似，主要是对DNA的结构及化学性质不太了解。DNA是由两条链形成的双螺旋结构，两条链间碱基通过氢键连接。加热会使氢键断裂，使DNA双螺旋解开成单链，称为DNA变性。但和蛋白质变性不同的是，当温度缓慢降低时单链又可以重新形成双链，称为DNA复性。所以，加热杀死的S菌的DNA还是有作用的。
质疑三：转化因子是S型菌的整个DNA，还是DNA片段？
学生的质疑：发挥转化作用的到底是S型菌的整个DNA，还是DNA片段？
分析解答：这个问题涉及的是DNA分子变性、复性、以及基因的有关知识。通过查阅资料发现：常用的DNA变性方法主要是热变性方法和碱变性方法。热变性使用得十分广泛，但是高温可能引起磷酸二酯键的断裂，得到长短不一的单链DNA。而碱变性方法则没有这个缺点，在pH为11.3时，全部氢键都被淘汰，DNA完全变成单链的变性DNA。
决定生物性状的基本单位叫做基因，它是核酸上具有遗传效应的片段。S菌的DNA上具有与荚膜形成有关的片段（基因），加热杀死S菌时，S型菌的DNA可能因高温引起磷酸二酯键的断裂，得到长短不一的单链DNA。所以加热杀死S菌的时候，会得到与荚膜形成有关的DNA片段。该片段与R菌DNA整合后，使得其也可以形成荚膜，即转变为S型。
质疑四：S菌的DNA将R菌转化，还是S菌的DNA直接控制合成了S菌？
补充证明RNA是遗传物质的实验──烟草花叶病*侵染实验。学生在知道烟草花叶病*的RNA侵染烟草细胞后，利用其所带的遗传信息控制合成了新的烟草花叶病*的知识后，对肺炎双球菌体内转化实验又提出了新的质疑。
学生的质疑：为什么是S型菌的DNA转化了R型，而不是S型菌的DNA像烟草花叶病*的RNA侵染烟草细胞后直接控制合成了S菌？
分析解答：学生发生这样的疑问是因为对病*的结构和复制、细菌的结构和繁殖的知识掌握的不够清晰，不能区分这两种生物的特征。病*是非细胞结构的生物，由蛋白质外壳和核酸组成，子代病*是通过病*核酸（遗传物质）在宿主细胞中控制合成的核酸和蛋白质组装而成。而细菌是细胞结构生物，细胞通过分裂实现增殖，也就是说新细胞只能来自于细胞的分裂，而不可能来自于其他细胞直接合成。所以该实验中应该是S型菌的DNA转化了R型菌，而不是像烟草花叶病*侵染实验那样直接控制合成了S菌。
质疑五：杀死的S型细菌为什么不会使小鼠死亡，而加入R型细菌之后小鼠就死亡了？
年，阿洛维将II-R型细菌和III-S型细菌的无细胞提取液（所有完整细胞、细胞碎片、荚膜分子都通过离心和过滤从提取物中去掉）混合，培养皿上仍长出了III-S型细菌。这否认了R型细菌以某种方式使加热杀死的S型细菌“复活”。而是S型细菌细胞提取物中含有转化因子，并且它的化学本质还是未知的。必修二里对于格里菲斯所做的实验的结论也是：加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成将R型细菌转化形成有*性的s型活细菌的活性物质，而这一个活性物质命名叫做“转化因子”，后来被证实这个转化因子是S型细菌的遗传物质——DNA。虽然在加热过程中，s型细菌已经死了，但是它自身的遗传物质还没有失活，只是蛋白质失活了而已，它的DNA可以整合到R型细菌的遗传物质中，并且继续发挥自身的作用，利用R型细菌提供的材料，随着R型细菌的增殖而增殖，并指导S型细菌的蛋白质的合成，最终表现出S型细菌的*性。也就是教材中所说的：产生产荚膜的S型肺炎双球菌，导致小鼠最终患败血症而死亡。而杀死的s型细菌由于蛋白质失活而失去感染性，不能使小鼠死亡。
质疑六：为什么能发生转化，是将R型细菌杀死变成S型细菌的？还是两者的遗传物质进行融合后表现出S型细菌的特点？有没有可能是R型细菌突变而来？首先对转化这一名词进行解释：转化是某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型细胞的DNA，而使它的基因型和表现型发生相应变化的现象。这现象首先发现于细菌，也是细菌间遗传物质转移的多种形式中最早发现的一种，它不同于通过噬菌体感染传递遗传物质的转导以及通过细菌细胞的接触而转移DNA的细菌接合。细菌转化过程包括有转化能力的染色体DNA片段的吸附、吸收和整合3个阶段。外源DNA首先吸附在细菌细胞表面的一些接受位点上，能吸附的DNA主要是双链状态的，在通过细胞膜进入细胞的吸收过程中DNA分子转变为单链，并与R型细菌内的同源区段配对，形成杂合区段，接着发生错配碱基对的修复校正：如果是以s型细菌的DNA作为模板进行修复，那S型细菌的DNA就会以这种形式整合到细菌染色体上。外源基因整合后，通过基因表达使受体细菌的表型发生相应的变化，如果整合到R型细菌中的DNA正好含有控制荚膜形成的基因，则会表现出有荚膜的特性。
所以，格里菲思把不产荚膜的无*的粗糙型肺炎双球菌和加热杀死后的产荚膜的有*的光滑型肺炎双球菌混合注射小鼠，发现小鼠被感染致死，从小鼠的血液中分离出活的产荚膜的S型肺炎双球菌，而且是与加热杀死的S型细菌相同的Ⅲ-S型，因此这些S型细菌不可能是通过这些特定的R型细菌突变而来的。R型细菌之所以能产生S形的性状，是发生了“转化”，简单说，转化就是R型细菌接收了S型细菌的DNA，把它的DNA整合到了自己的DNA上面，获得了S型细菌的形状，长出荚膜。而要注意的是，在这个过程中，不可能生成S型细菌，因为S型细菌也是一个独立的菌种，有自己的特异的染色体、细胞质等，它的染色体只可能被吸收，部分整合到R型细菌的染色体上，导致R型细菌的染色体不可能完全表达，因此产生S型细菌的性状，而不是真的转变成s型细菌。
质疑七：S型细菌的DNA非要用R型细菌当宿主细胞吗，它怎么不能用小鼠体内的细胞当宿主细胞来进行增殖吗？首先，受体细菌和供体细菌的亲缘关系会产生影响。当亲缘关系愈远，转化效率愈低，这主要是受吸附位点专一性和染色体的同源程度的影响。DNA分子的联会是供体DNA整合到受体DNA上的先决条件，联会一般只发生在同源染色体之间，而亲缘关系愈远则同源性愈低，所以转化效率也愈低。因此对比起来，S型和R型细菌之间DNA的差异相对小鼠来讲要小得多，在转化过程中当然是R型细菌具有优先性，所以一般以R型细菌的细胞作为受体细胞。
其次，任何细胞都有自己的保护系统，没有保护的DNA进入外源细胞就会被降解，而不会表达。小鼠细胞，更能识别S型细菌的DNA是外源DNA。再者，加热杀死的S型细菌就算用小鼠体内的细胞当宿主细胞增殖，它本身无荚膜，无*性，会被小鼠免疫系统杀死。
还有，真核细胞和原核细胞的表达系统也有差别，真核细胞的核糖体是80S（包括60S与40S的大小亚单位），而原核细胞是70S（包括50S与30S的大小亚单位），所以S型细菌表达出来的基因在真核细胞里面不一定能顺利的进行表达。
质疑八：R型细菌发生转化后，R型细菌和S型细菌的数量比例哪个多？试题：英国科学家格里菲思将无*性R型菌与加热杀死的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。请问在小鼠体内可找到下列哪些类型的细菌（）
A.有*R型B.无*R型C.有*S型D.无*S型
此题情境是肺炎双球菌的体内转化实验，要注意课本中介绍肺炎双球菌的转化实验分为体内转化和体外转化实验。在艾弗里的体外转化实验中，原来培养基里全为R型细菌，R型细菌吸收外缘DNA发生转化并非%，并且转化后的S型细菌繁殖的后代又有一半是R型细菌，所以在体外转化实验中是R型细菌多而S型细菌少。
补充几个小问题：
1.肺炎双球菌是否只有S和R两种？
2.S和R两种肺炎双球菌属于同一物种吗？
3.S型肺炎双球菌使人得什么病？小鼠得什么病？
4.S型肺炎双球菌表面有荚膜而呈现光滑吗？
5.荚膜的成分是什么？是基因表达的直接产物吗？
二．艾弗里的体外转化实验
艾弗里和他的同事为了弄清转化因子是什么，分离提取了S菌的DNA、蛋白质和多糖等物质，然后分别加入已培养R型细菌的培养基中，结果发现：只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌。艾弗里还发现：如果用DNA酶处理S型菌的DNA，使DNA分解，就不能使R型细菌发生转化。
质疑一：如果在S菌的培养基中加入R菌的DNA，S菌能否被转化为R型？
学生的质疑：如果在S菌的培养基中加入R菌的DNA，S菌是不是也能整合R菌的DNA，从而被转化为R型？
分析解答：由于缺乏相应的微生物知识，对R型细菌转化的具体生理过程不清楚，很容易认为在S菌的培养基中加入R菌的DNA，S菌也能整合R菌的DNA，从而被转化为R型。
R型细菌之所以能整合S型菌的有关DNA片段，转化为S型，与其自身的结构和特性有关。R型活菌在对数期后期内处于“感受态”（细菌能从环境中摄取DNA进行转化的状态，称感受态。对于感受态本质的解释，有人认为处于感受态的受体菌局部失去了细胞壁，使外源DNA能顺利经膜进入菌体，称局部原生质体假说。也有人认为是受体细胞表面出现了一直能结合DNA并使之进入细胞的酶，称酶受体假说）。被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）自溶，释放出自身的DNA片段，当DNA片段遇到感受态的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，R型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜上的结合位点相结合，随后其中一条链被细胞膜上的核酸酶降解，降解产生的能量协助把另一条单链推进受体细胞（该过程称为DNA的结合和摄取）。当单链进入受体菌细胞后，便与受体菌DNA上的同源区段发生交换重组。再通过受体菌DNA复制、细胞分裂，而表现出转化的性状，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。
而S型肺炎双球菌有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，所以在S菌的培养基中加入R菌的DNA，S菌不能被转化为R型。当然S型菌在自然状态下或人工的诱变下发生基因突变，S型菌可能突变为R型，但不是转化。
质疑二：艾弗里的第三组实验（加DNA水解物）为什么没能排除人们对其实验的怀疑？
学生的质疑：艾弗里在第三组实验（加DNA水解物）中，用DNA酶处理提取的DNA，然后加入培养R型菌的培养基中，结果培养基中未出现S型。这个实验从反面证明了DNA是遗传物质，为什么不能排除人们对提取的DNA中含有0.02%的蛋白质起到了转化因子（遗传物质）的作用的怀疑？
分析解答：这个推理从理论上来说确实没错，但是实际上，当时情况要复杂的多。当时人们对艾弗里实验结果表示怀疑的原因主要来自两个方面。
一方面：艾弗里的实验并非无懈可击，人们发现他的第一个实验中的DNA纯度不够，关键性的实验证据出现了问题，由此证据得到的推论自然会被人们怀疑。尽管艾弗里的第三个实验能做出一些解释，但是人们仍然可以认为是DNA和蛋白质共同作用完成细菌的转化，或者蛋白质也参与了细菌的转化过程，即无法完全排除蛋白质可能起了作用的怀疑。
另一方面：艾弗里由实验推论得到DNA是使R型细菌发生遗传改变的物质，这个观点与当时大多数科学家的观点是截然不同的，因此很多人都不愿承认艾弗里的实验结果，这一点从他一生的遭遇就可以看出。自年起，几乎每年艾弗里都因发现肺炎双球菌的抗原特异性取决于其多糖荚膜而获诺贝尔奖提名，但由于当时人们普遍认为抗原特性取决于细胞表面的蛋白质，不相信艾弗里的结果，怀疑其结果是因为多糖掺杂了蛋白质杂质导致的。在年以前，艾弗里有4次进入了第二轮名单，即诺贝尔奖委员会对其工作做了书面评价，但是评价的结果都认为他的发现不值得获奖。年起，开始有人在提名艾弗里时提到他对遗传物质的研究。当时研究核酸的两个权威──卡罗林斯卡医学院的化学教授艾纳·哈马斯登和他的前学生，细胞研究与遗传学教授托布真·卡佩森。这两个人都相信只有蛋白质才有可能是遗传物质，而且他们根据自己的研究经验，知道很难除去DNA中的蛋白质杂质，从而不相信艾弗里的实验结果。年，由哈马斯登对艾弗里的实验做了简短的书面评价，他对艾弗里的结果持批评态度，认为艾弗里的DNA是被蛋白质杂质污染了，蛋白质才是转化因子。
接下来的几年，有一些实验室用其他实验证实了艾弗里的结论，艾弗里的发现已获得了独立验证。年，艾弗里再次进入了诺贝尔奖第二轮提名名单，由细菌学教授伯恩特·马尔姆格伦对之做了书面评价。马尔姆格伦综述了这几年来的有关研究，认为蛋白质不太可能是转化因子。但是他的结论却是，要把DNA作为转化因子仍然缺乏最后的证据，因此认为艾弗里的发现目前不值得获奖。
补充几个小问题：
1．艾弗里是否提取了S型肺炎双球菌体内各种有机物分别去转化R型菌？
2．转化后形成的S型菌是否带有R型菌的遗传物质？
3．转化后形成的S型菌后代中还有R型菌吗？为什么？
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