细说高中生物学中的“细菌”

李雪山

摘要：细菌作为原核生物的典型代表之一，其种类繁多，分布广泛，与人类的生产生活息息相关，以细菌为背景的知识考查在历年高考中也频频出现。笔者结合所使用的人教版高中生物教材，以文献资料为支撑，以指导高考复习备考为实际应用，对“细菌”问题进行了盘点。本文则结合有关文献资料，盘点了高中生物学中有关细菌的诸多问题。

关键词：细菌；高中生物；高考

中图分类号：G633.91文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）09-0165

一、细菌的常见形态和基本结构

常见的形态有杆状、球状和螺旋状，以杆状最为常见。球状细菌有单球、双球（如肺炎双球菌）和链球等的区分。在螺旋状细菌中，螺旋不到一周的称为弧菌，螺旋在一周及以上的则称为螺菌。科学家们通常也以细菌形态的不同来给其命名。细菌细胞的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核四个部分。几乎所有细菌都有以肽聚糖為主要成分的细胞壁，它除了具有保护作用，以及是细胞生长、分裂、运动等所必需结构之外，还能赋予细菌特定的抗原性和致病性等特性。

细胞膜的结构符合流动镶嵌模型，但科学研究还发现：硝化细菌、根瘤菌等的细胞膜会内凹延伸或发生折叠形成内膜系统，如间体、载色体和羧酶体等，它们扮演着真核细胞中细胞器的角色，也为细胞内催化生化反应的多种酶提供广阔的附着位点。膜上蛋白质分子含量很高、种类多达200多种，因此不难理解细菌细胞膜的功能必然具有多样性，如进行物质转运、参与产能代谢（含电子传递链和ATP合成酶）、参与DNA分子的复制、为鞭毛提供着生位点等。

细菌细胞中央位置是遗传物质所在的区域，被称为拟核。拟核区含有一个环状且高度缠绕的DNA分子，它不与或很少与蛋白质结合，且结合的蛋白质都不是真正的组蛋白，因此高中阶段认为细菌（原核细胞）中没有染色体存在。

1.细菌的增殖与菌落

高中教材中并未提及细菌的增殖方式，仅在必修2 P55“资料分析”中展示了一幅“正在分裂的大肠杆菌”电镜图。不少复习资料中指出细菌的分裂方式是“二分裂”，这其实是细菌最主要的分裂方式，大致过程为：拟核DNA先复制成两个DNA分子并向两侧分离，然后在细胞的中央位置逐渐形成横隔壁将细胞一分为二，最终每个子细菌中就得到一个DNA分子。

细菌在固体培养基上增殖时会形成菌落，由单一细菌增殖形成的菌落具有稳定的特征，可以作为区分菌种的重要依据，如人教版必修2 P43“一种细菌的菌体有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面光滑（smooth），叫做S型细菌；另一种细菌的菌体没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙（rough），叫做R型细菌。”

2.细菌的基因结构与可遗传变异类型

现行人教版高中教材中已经删除了原核生物基因结构这个知识点，仅在选修3基因工程一节间接提到了其结构包括启动子、基因编码区和终止子三个部分。

由于细菌中没有染色体，且分裂方式为二分裂，因此高中阶段认为细菌（原核生物）可遗传变异的类型只有基因突变。但美国科学家艾弗里（O. Avery）等人在1944年所做肺炎双球菌的转化实验能够证明S型细菌的DNA（片段）可被R型细菌吸收，从而使 R型细菌具有S型细菌的一些遗传特性，所以说细菌（原核生物）可遗传变异的来源还应包括基因重组（广义）。有趣的是，大肠杆菌和其他一些肠道细菌可以通过其表面的一种被称为“性丝”的结构相互接触，从而实现基因的转移，这也属于基因重组。

3.细菌的“害”与“利”

细菌种类多样，代谢方式各不相同，因此它们对人类及其他生物的影响也就利弊不一。如肠道中的大肠杆菌能帮助人体合成维生素K，根瘤菌能将空气中的氮转变为含氮的养料供豆科植物利用；又如结核杆菌、麻风杆菌能寄生在宿主细胞内，从而影响寄主健康等等；再如，人类利用发酵技术生产乳酸、醋酸、谷氨酸等调味剂，还利用细菌作为受体细胞生产基因工程药物等。

二、以“细菌”为中心的高考复习概念图及考题举例

例1 （2019年高考全国Ⅰ卷第6题）某实验小组用细菌甲（异养生物）作为材料来探究不同条件下种群增长的特点，设计了三个实验组，每组接种相同数量的细菌甲后进行培养，培养过程中定时更新培养基，三组的更新时间间隔分别为3h、10h、23h，得到a、b、c三条种群增长曲线。下列叙述错误的是（D）

A.细菌甲能够将培养基中的有机物分解成无机物

B.培养基更换频率的不同，可用来表示环境资源量的不同

C.在培养到23h之前，a组培养基中的营养和空间条件都是充裕的

D.培养基更新时间间隔为23h时，种群增长不会出现J型增长阶段

分析：该题考查细菌的培养、种群数量增长等知识，难度较大。分析可知，a曲线呈现J型增长，而在培养早期a、b、c三条增长曲线是重合的，所以D项错误。

例2 （人教版生物必修2 P78知识迁移）四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长，它们有的能干扰细菌核糖体的形成，有的能阻止tRNA和mRNA结合。请根据以上事实说明这些抗生素可用于一些疾病治疗的道理。

分析：核糖体是合成蛋白质的场所，tRNA与mRNA的结合是蛋白质合成的必经过程。这些抗生素通过干扰核糖体的形成或tRNA与mRNA的结合过程，导致细菌无法合成蛋白质，从而抑制其生长，实现治疗细菌感染的目的。

例3 （2017年高考全国Ⅰ卷第38题，节选）真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A（有内含子）可以表达出某种特定蛋白（简称蛋白A）。回答下列问题：

（1）某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A。

分析：结合题意“原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制”即可回答第（1）问的原因。大肠杆菌作为受体细胞的优点众多：繁殖快、容易培养、遗传物质少、产物易分离等等。艾弗里等人的工作不仅证明的了“转化因子”的本质是DNA，还证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。

（作者单位：湖南省常德市第七中学415000）