细菌的遗传和变异

遗传性变异（基因型变异） 非遗传性变异（表型变异） 遗传性变异 非遗传性变异 基因改变 + - 遗传 可逆性 外界环境 变异幅度 个别细胞 群体

一、细菌的变异现象 形态、结构变异 菌落变异 毒力变异 耐药性变异

1.形态结构变异 3-6%食盐 鼠疫耶氏菌 多形态性          陈旧培养物

青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 细菌L型 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)

42-43℃ 炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天 特殊结构的变异   42-43℃ 炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天          变形杆菌 0.1%石炭酸 弥散生长，菌落似薄膜（H） 点状生长、单个菌落（O） H-O变异：细菌失去鞭毛的变异

2.菌落变异 在陈旧培养基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落     S               R 原因：失去LPS的特异多糖 S-R变异：细菌菌落由光滑型-粗糙型的变异

3.毒力变异 增强 β棒状杆菌噬菌体 无毒的白喉棒状杆菌 有毒的白喉棒状杆菌 减弱 β棒状杆菌噬菌体 无毒的白喉棒状杆菌 有毒的白喉棒状杆菌 减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核分枝杆菌 卡介苗                     13年(230代)

4.耐药性变异 细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异 金黄色葡萄球菌耐青霉素 有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。 含链霉素培基 痢疾杆菌 依链株             长期培养

二、细菌遗传变异的物质基础 染色体 和染色体外遗传物质（质粒、转位因子、噬菌体）

1.细菌染色体 单一环状双螺旋DNA，高度盘旋缠绕成丝团状。 细菌DNA片段可互换--变异

2.质粒（plasmid） 细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。 特征： 自我复制能力 可自行丢失与消除，并非细菌生长所必需 转移性 相容性和不相容性 编码产物赋予细菌某些特定性状

几种重要的质粒 致育质粒（F质粒） 耐药质粒（R质粒） 毒力质粒（Vi质粒） 细菌素质粒 代谢质粒

3.转位因子 是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置。

三类： Tn 1）插入序列（insertion sequence,IS） 是最小的转位因子，＜2kb，不携带表达性状的基因 2）转座子（transposon,Tn） ＞2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带表达某些性状的基因，如耐药性基因、毒素基因。 IS Resistance Gene(s) Tn

转座子的特征 转座子 携带耐药或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3 AP（氨苄青霉素） Tn4 AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） Tn5 Km（卡那霉素） Tn6 Km Tn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SM Tn9 Cm（氯霉素） Tn10 Tc（四环素） tn551 Em（红霉素） Tn971 Em Tn1681 大肠埃希菌（肠毒素基因）

3）转座噬菌体 是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当以前噬菌体形式整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。

4.噬菌体 是能感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 分布广泛 形态与结构：蝌蚪形、微球形和丝形 化学组成：蛋白质与核酸 有严格的宿主特异性 抵抗力：比一般细菌繁殖体强

噬菌体的种类 ①毒性噬菌体（virulent phage） 概念：能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌的噬菌体 毒性噬菌体复制周期（溶菌周期）： 吸附、穿入、生物合成、成熟与释放

②温和噬菌体（temperate phage）/ 溶原性噬菌体（lysogenic phage） 噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代至子代细菌，这样的噬菌体称温和噬菌体，此过程称溶原周期 前噬菌体：整合在细菌染色体中的噬菌体基因 溶原性细菌：带有前噬菌体的细菌

三、细菌的变异机制 （一）基因突变和染色体畸变 （二）基因的转移和重组 基因转移（gene transfer） 遗传物质由供体菌转入受体菌的过程 重组（ recombination） 转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。 基因转移和重组方式：转化、接合、转导、转换。

1.转化（transformation） 受体菌直接摄取供体菌裂解后游离的DNA片段，与自身基因重组，使受体菌获得新的性状。 转化试验

转化因子（transforming principle ） 在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子 ，最多不超过10~20个基因。

2.接合（conjugation） 细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。 1）F质粒接合

F质粒的接合 F+ F+ F- F+ F- Donor Recipient F+ F+ F+ F+

R质粒 2） R质粒接合 耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF） 编码性菌毛 耐药（r）决定因子 编码耐药物 R质粒可通过性菌毛转给其他细菌--细菌耐药性扩散

3.转导（transduction） 以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。 普遍性转导（generalized transduction） 局限性转导（restricted transduction）

普遍性转导 generalized transduction 噬菌体DNA大量复制，装配时可能会发生错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。 被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。

供体菌 受体菌 转导噬菌体 细菌DNA 噬菌体DNA

结果 完全转导 流产转导 整合 未整合

局限性转导restricted transduction 或称特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。

4.溶原性转换（ lysogenic conversion） 当噬菌体感染细菌时，其基因整合于宿主菌染色体中，溶原性细菌获得了噬菌体的DNA片段，从而获得噬菌体基因编码的性状。 如无毒白喉棒状杆菌-产毒白喉棒状杆菌，在β棒状杆菌噬菌体作用下

基因转移重组方式的区别 基因来源 转移方式 转化 供体菌 直接摄取 接合 性菌毛 转导 噬菌体为载体 转换 噬菌体 整合

四、细菌遗传变异的实际意义 1.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 形态、结构等的变异，使诊断复杂化 耐药菌株日益增多，预防耐药性 药敏实验 早期足量 要有一定疗程,联合用药 不要滥用 减毒菌株和无毒株可制备成疫苗

2.在测定致癌物质中的应用 凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。 化学物质（致癌物） 伤寒沙门菌（his-） （his+） 组氨酸营养缺陷型细菌 （不能在缺乏组氨酸培养基上生长）（能生长）

3.在基因工程中的应用 基因工程根据细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的 切取目的基因→连接到载体上→转移到工程菌内，大量表达目的基因产物 目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、IL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品