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1、第第5 5章章 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异 遗传（遗传（heredity）微生物的生物学性状保持微生物的生物学性状保持 相对稳定，且代代相传。相对稳定，且代代相传。变异（变异（variation）子代与亲代之间以及子子代与亲代之间以及子 代与子代之间的生物学性代与子代之间的生物学性 状出现差异。状出现差异。细菌变异的现象细菌变异的现象形态、结构变异形态、结构变异抗原性变易抗原性变易菌落变异菌落变异毒力变异毒力变异耐药性变异耐药性变异 细菌变异的现象细菌变异的现象形态结构的变异形态结构的变异 卵圆形卵圆形 鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌 多形态（球形、亚铃状）多形态（球形、亚铃状）适宜适宜30克克/
2、LNaCl L型变异：型变异：青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶 细菌细菌 L型菌（细胞壁缺陷型细菌）型菌（细胞壁缺陷型细菌）正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型鞭毛变异：鞭毛变异：普通培养基普通培养基 变形杆菌变形杆菌 含含0.1%石炭酸石炭酸 培养基培养基 迁徙生长迁徙生长点状生长点状生长 毒力变异毒力变异 有毒有毒/强毒强毒 无毒无毒/弱毒弱毒 如：如：有毒牛分枝杆菌有毒牛分枝杆菌 减毒株（卡介苗减毒株（卡介苗-BCG）（Bacillus of Calmette-Guerin）无毒白喉棒状杆菌无毒白喉棒状杆菌 有毒株有毒株 胆汁、甘油、马铃薯胆汁、甘油、马铃薯 13年年230代代 -棒状杆菌噬菌体棒状杆菌
3、噬菌体 耐药性变异耐药性变异 Bs Br Bd如：如：金葡菌金葡菌(Bs)Br(85-90%)痢疾杆菌野生菌株痢疾杆菌野生菌株 耐药菌株耐药菌株 依赖菌株依赖菌株 PNC细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础 细菌细菌染色体染色体细菌染色体外遗传物质细菌染色体外遗传物质 质粒质粒DNA噬菌体噬菌体转座子转座子整合子整合子细菌染色体（细菌染色体（bacterial chromosome)1、细菌属于原核细胞型微生物、细菌属于原核细胞型微生物,细菌染色体是细菌染色体是环状双螺旋环状双螺旋DNA，不含组蛋白不含组蛋白,无核膜包围。无核膜包围。2、基因：是具有一定生物学功能的、基因：是具有一定生
4、物学功能的核苷酸序列核苷酸序列，如编码结构，如编码结构蛋白、酶等功能。细菌基因的结构是连续的蛋白、酶等功能。细菌基因的结构是连续的,无内含子。无内含子。是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA，能，能 够自我复制，赋予细菌某些生物学性状。够自我复制，赋予细菌某些生物学性状。几种重要的质粒几种重要的质粒 致育质粒（致育质粒（F质粒质粒）耐药质粒耐药质粒毒力质粒（毒力质粒（Vi质粒）质粒）细菌素质粒细菌素质粒代谢质粒代谢质粒质粒（质粒（plasmid）F+雄性菌（雄性菌（具有性菌毛具有性菌毛）F-雌性菌（雌性菌（无性菌毛无性菌毛）致育质粒（致育质粒
5、（fertility plasmid,Ffertility plasmid,F质粒）质粒）噬菌体（噬菌体（bacteriophage,phage）是感染是感染细菌细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 具有病毒的特性：具有病毒的特性：个体微小，可以通过细菌滤器，电镜观察个体微小，可以通过细菌滤器，电镜观察没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成专性细胞内寄生的微生物专性细胞内寄生的微生物温和噬菌体有溶原性周期和溶菌周期温和噬菌体有溶原性周期和溶菌周期 毒性噬菌体毒性噬菌体 溶菌性周期溶菌性周期转位因子转位因子 概念：是一
6、类在细菌的染色体、质粒或噬菌体之间自行移概念：是一类在细菌的染色体、质粒或噬菌体之间自行移 动的遗传成分，是基因组中一段特异的具有转位特动的遗传成分，是基因组中一段特异的具有转位特 性的性的独立的独立的DNADNA序列（移动基因）。序列（移动基因）。种类种类 插入序列（插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）转座子（转座子（transposon,Tntransposon,Tn）造成结果：造成结果：改变原有核苷酸序列改变原有核苷酸序列 影响插入点附近基因的表达影响插入点附近基因的表达 本身所携带的一定的基因序列表达本身所携带的一定的基因序列
7、表达整合子n一种运动的DNA分子，具有独特结构，可捕获和整合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位。n存在许多细菌中，定位于染色体、质粒、转座子上。细菌变异的机制细菌变异的机制 基因突变（内源性基因突变）基因突变（内源性基因突变）基因的转移与重组（外源性基因的转移与重组）基因的转移与重组（外源性基因的转移与重组）基因突变基因突变 点突变：一对或少数几对硷基对的改变。点突变：一对或少数几对硷基对的改变。染色体畸变：较大范围的核苷酸序列发生易位、缺失、染色体畸变：较大范围的核苷酸序列发生易位、缺失、重复、倒位等变化。重复、倒位等变化。突变率突变率自然突变率自然突变率 （1010-10-10-
8、10-10-6-6）诱导突变率诱导突变率 （1010-6-6-10-10-4-4）基因的转移与重组基因的转移与重组 基因转移（基因转移（gene transfergene transfer）：）：外源性遗传物质由供体菌转外源性遗传物质由供体菌转 入某受体菌内的过程。入某受体菌内的过程。基因重组（基因重组（gene recombinationgene recombination）：）：转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌 DNADNA整合在一起。整合在一起。（1 1）外源性遗传物质）外源性遗传物质 供体菌染色体供体菌染色体DNADNA片段片段 质粒质粒DNADNA 噬菌体基因噬菌体基因 （2 2
9、）方式：）方式：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合 A.A.转化（转化（transformation transformation）:是供体菌裂解游离的是供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌直接摄取，并将其整片段被受体菌直接摄取，并将其整 合到细菌的基因中，使受体菌获得新的性状。合到细菌的基因中，使受体菌获得新的性状。游离游离DNA 直接摄取直接摄取供体菌供体菌 受体菌受体菌 转化因子（transforming principle）在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子，分 子量小于107，最多不超过1020个基因。感受态（compet
10、ence）受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子 转化转化B.B.接合（接合（conjugationconjugation）是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒或染色体上的基因片段）从供体菌转移给受体菌。粒或染色体上的基因片段）从供体菌转移给受体菌。F F质粒（质粒（fertility plasmid)fertility plasmid)的接合的接合F+F-F+F+F-F+C.C.转导（转导（transductiontransduction）以噬菌体为载体，将供体菌的一段以噬菌体为载体，
11、将供体菌的一段DNADNA转移到受体菌转移到受体菌 内，使受体菌获得新的性状。内，使受体菌获得新的性状。供体菌供体菌 受体菌受体菌 噬菌体媒介噬菌体媒介 供体菌供体菌DNA 分：分：普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)(generalized transduction)局限性转导（局限性转导（restricted transductionrestricted transduction）普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)(generalized transduction)由于错误的包装将细菌染色体任何部位基因包装入噬菌体头
12、由于错误的包装将细菌染色体任何部位基因包装入噬菌体头部，并将其注入受体菌内。部，并将其注入受体菌内。完全转导完全转导 外源性外源性DNADNA片段与受体菌的片段与受体菌的 染色体整合并随染色体而染色体整合并随染色体而 传代。传代。流产转导流产转导 外源性外源性DNADNA片段游离在胞质片段游离在胞质 中既不能与受体菌染色体整中既不能与受体菌染色体整 合，也不能自行复制。合，也不能自行复制。普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)(generalized transduction)两种结局两种结局局限性转导（局限性转导（restricted transductio
13、nrestricted transduction）温和噬菌体介导温和噬菌体介导 前噬菌体脱离时发生偏差前噬菌体脱离时发生偏差 前噬菌体带有供体菌基因前噬菌体带有供体菌基因 转入受体菌转入受体菌 Specialized transductionD.D.溶原性转换（溶原性转换（lysogenic conversionlysogenic conversion）当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNADNA片段，使其成为溶原状态时而使细菌获得新的性状。片段，使其成为溶原状态时而使细菌获得新的性状。例：例：带有带有-棒状杆菌噬菌体的白喉棒状杆
14、菌棒状杆菌噬菌体的白喉棒状杆菌 产生产生 白喉外毒素白喉外毒素 基因转移与重组四种形式的区别基因转移与重组四种形式的区别类型 基因来源 转移方式转化 供体菌 直接摄取接合 供体菌 性菌毛沟通转导 供体菌 噬菌体为载体 转换 噬菌体 溶原性基 因整合E.E.原生质体融合（原生质体融合（protopast fusionprotopast fusion）是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞 壁成为原生质体后进行相互融合的过程。壁成为原生质体后进行相互融合的过程。细菌遗传变异在医学上的应用细菌遗传变异在医学上的应用 在疾病的诊断、防治中的应用在疾病的诊断、防治中的应用 诊断：注意细菌因变异而出现的非典型菌株，防诊断：注意细菌因变异而出现的非典型菌株，防 止误诊。止误诊。治疗：防止耐药菌株的扩散。治疗：防止耐药菌株的扩散。预防：疫苗的制备。预防：疫苗的制备。在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用 AmesAmes试验：凡能诱导细菌基因突变的物质都有可能试验：凡能诱导细菌基因突变的物质都有可能 致癌。致癌。His-His+诱变剂诱变剂菌落增加菌落增加 致癌性增加致癌性增加组氨酸缺乏培养基组氨酸缺乏培养基思考题n质粒n基因转移与重组的四种方式（转化、接合、转导、溶源性转换）