微生物学：C4 细菌的遗传与变异
细菌的遗传与变异知识分享
（二）化学方法
常用的化学诱变剂有5溴脱氧尿苷（ UBr ）、 5-氟脱氧尿苷、2-氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤、亚硝 酸、羟胺、烷化剂（B丙酸内酯和芥子气等）、 亚硝基胍、丫啶橙染料 (丫啶黄、丫啶橙、原黄 素等)、一系列烷化剂和丫啶类结合的化合物、 溴化乙锭等。它们的作用机制复杂而各有差异， 总的说来主要有以下几方面。
（4）在特殊气体条件下培养 如无荚膜炭疽芽 孢苗是半强毒菌株在含50%动物血清的培养基 上，在50%CO2的条件下选育的。
（5）通过非易感动物 如猪丹毒弱毒苗 (GC42 ) 系将强致病菌和株通过豚鼠370代后，又通过 鸡42代选育而成。
（6）通过基因工程的方法 去除毒力基因或用 点突变的方法使毒力基因失活，可获得无毒力 菌株或弱毒菌株。但对多基因调控的毒力因子 较难奏效。
利用各种生物学的方法可诱使微生物发生 变异，使细菌发生毒力等性状的改变，获得性 能良好的菌株。
1、增强毒力 连续通过易感动物，可使病原 菌毒力增强。有的细菌与其他微生物共生，或 被温和噬菌体感染，也可增强毒力。例如产气 荚膜梭菌与八叠球菌共生时毒力增强;肉毒梭 菌当被温和噬菌体感染时，方产生毒素。
2、减弱毒力 病原菌毒力自发减弱的现象， 常见于传染病流行末期所分得的病原菌株。人 工减弱病原微生物的毒力通常使用病原菌通过 非易感动物、鸡胚等方法。如将禽霍乱强毒菌 株通过琢鼠190代后，再经鸡胚传40代，育成 禽霍乱弱毒菌株。无论自然变异弱毒株或人工 培育的变异弱毒株，均由于DNA上核甘酸碱基 顺序的改变的结果。
3.插入DNA相邻的碱基之间，引起移码突变。 在邻近的两个嘌呤碱基之间插入丫啶染料分子， 可引起DNA复制时碱基增添或缺失的错误，造 成密码子的移码，出现基因突变。
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
遗传性：指世代间子代和亲代相似的现象；变异性：是子代与子代之间及子代与亲代之间的差异。
遗传性保证了种的存在和延续；而变异性则推动了种的进化和发展。
遗传型（基因型）：某一生物个体所含有全部遗传因子即基因的总和。
它是一种内在潜力，只有在适当的环境条件下，通过自身的发代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。
表型：指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现。
变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变。
饰变：指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。
如粘质沙雷氏菌，在25℃培养时，可产生深红色的灵杆菌素，这是一种饰变，但当在37℃培养时，则不产生色素，再在25℃下培养时，又恢复产生色素的能力。
微生物在遗传学中的地位：✧个体微小，结构简单；✧营养体一般都是单倍体；✧易培养；✧繁殖快；✧易于累积不同的中间代谢物；✧菌落形态可见性与多样性；✧环境条件对微生物群体中每个个体的直接性与一致性；✧易于形成营养缺陷型；✧存在多种处于进化过程中的原始有性生殖过程。
对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物学和生物工程学的发展，而且还为育种工作提提供了丰富的理论基础，促使育种工作向着不自觉到自觉，从低效到高效，从随机到定向，从近缘杂交到远缘杂交等方向发展。
第一节遗传变异的物质基础遗传变异有无物质基础以及何种物质可承担遗传变异功能的问题，是生物学中的一个重大理论问题。
对此有着不同的猜测。
直到1944年后，利用微生物这一实验对象进行了三个著名的实验，才以确凿的事实证实了核酸尤其是DNA才是遗传变异的真正物质基础。
一、证明核酸是遗传物质的三个经典实验（一）转化实验✧发现者：英国人Griffith于1928年首次发现这一现象。
✧研究对象：肺炎链球菌S型和R型✧过程：1944年Avery等证明遗传物质是DNA。
细菌的遗传与变异-医学微生物学
细菌进化速度快，适应能力强，可在各种环境中生存和繁殖。
进化意义
细菌进化对人类医学、农业和工业等领域产生重要影响，如抗生素 耐药性的产生和病原体变异等。
05 细菌遗传与变异的医学意 义
抗生素抗性的遗传与变异
01
02
03
04
抗生素抗性
指细菌在抗生素存在下能够生 长和繁殖的能力。
抗性基因
细菌通过基因突变获得抗性基 因，使其对特定抗生素产生抗
细菌的遗传与变异-医学微生物学
目 录
• 细菌的遗传物质 • 细菌的基因转移与重组 • 细菌的基因表达调控 • 细菌的变异与进化 • 细菌遗传与变异的医学意义
01 细菌的遗传物质
细菌DNA的结构
01
02
03
环状双螺旋结构
细菌DNA呈环状双螺旋结 构，与真核生物的线性 DNA不同。
超螺旋结构
细菌DNA具有超螺旋结构， 影响其复制和转录过程。
的细菌种类的源泉。
细菌的基因重组
基因重组
指两个或多个基因的遗传信息在细菌体内重新组 合，形成新的基因组合方式。
重组方式
转化、转导、接合和原生质体融合等。
重组意义
基因重组是细菌适应环境变化的重要方式，也是 细菌进化的重要途径。
细菌的进化
进化机制
细菌通过基因突变和基因重组等机制，不断适应环境变化，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化 成为新的种类。
性。
抗性传播
抗性基因可通过质粒、转座子 等可移动遗传元件在不同细菌
间传播。
抗性机制
细菌通过多种机制产生抗性， 如产生钝化酶、改变药物靶点
、增加药物外排等。
病原菌毒力的遗传与变异
毒力因子
细菌的遗传与变异
第四节
细菌遗传变异在医学上的实际意义
medical significance of bacterial heredity and variation
医学微生物学（第9版）
一、细菌形态结构的变异与细菌学诊断
Hfr将其部分染色体转入F-菌，产生重组的F-菌 备注：图片源自人卫社《医学微生物学》第8版，主编李凡、 徐志凯。（P55， 图4-5,b、c）
医学微生物学（第9版）
（二）R质粒（resistant plasmid）
1. 耐药传递因子（resistance transfer factor，RTF）编 码性菌毛
F质粒从F+菌转移到F-菌，使F-菌变为F+菌 备注：图片源自人卫社《医学微生物学》第8版，主编李凡、 徐志凯。（P55， 图4-5, a）
医学微生物学（第9版）
高频重组菌株（high-frequency recombination strain，Hfr） 1. F质粒与染色体整合 2. 具有接合和转移功能 3. 细菌染色体转移频率高，F质粒低 4. 受体菌获得供体菌遗传性状 5. 用于绘制基因图
1. 基因型回复突变 （genotypic reversion），机率很低 2. 表型回复突变（phenotypic reversion）
抑制突变（suppressor mutation）：包括基因内抑制（intragenic suppression）和基因间抑制（extragenic suppression）
2. 噬菌体（phage）
（1）侵袭细菌或真菌的病毒 （2）蝌蚪型：头部由核心（DNA 或 RNA）与蛋白质衣壳组成；尾部为蛋白质，与吸附宿主有关 （3）感染细菌的结果
溶菌性周期：毒性噬菌体、温和噬菌体 溶原性周期：温和噬菌体、前噬菌体（pro（第9版）
细菌的遗传变异
细菌的遗传变异在微生物学领域，遗传变异是一个非常重要的概念。
细菌作为一类微生物，也存在着遗传变异现象。
这种变异可以是有益的、中性的或者有害的，对细菌的存活和适应环境起到了至关重要的作用。
本文将介绍细菌的遗传变异过程以及其对细菌种群的影响。
一、遗传变异的基本概念细菌的遗传变异是指细菌在繁殖过程中，由于基因突变或者基因重组等原因，导致后代细菌的遗传信息发生了改变。
这种变异可以在个体层面或者种群层面上出现。
二、基因突变引发的遗传变异基因突变是细菌遗传变异最常见的途径之一。
基因突变可以是点突变、插入突变、缺失突变或者倒位突变等。
这些突变可能会导致突变细菌获得某种新功能，或者丧失某种原有功能。
例如，某些细菌可能由于基因突变而获得对抗抗生素的能力。
这种突变有助于细菌在抗生素环境中生存下来，并传递给后代细菌。
然而，基因突变也可能导致细菌失去对抗生素的敏感性，从而对抗生素产生抗药性。
三、水平基因转移引发的遗传变异水平基因转移是细菌种群中广泛存在的一种遗传变异方式。
它指的是细菌之间通过共享基因片段或质粒传递遗传信息的过程。
水平基因转移能够增加细菌种群的遗传多样性，并使细菌更好地适应不同的环境压力。
质粒是一种环状DNA片段，可以携带多个基因。
当细菌接受某质粒并将其整合到自己的染色体中时，该细菌就可以获得质粒携带的基因信息。
这种水平基因转移过程可以在不同细菌种间或同一种细菌的不同个体之间发生。
四、遗传变异对细菌种群的影响遗传变异对细菌种群的影响很大。
首先，遗传变异增加了细菌种群的适应性。
由于细菌种群中存在着大量的遗传变异，一些突变可能使细菌对环境中的压力产生更好的应对能力，从而提高了其生存率。
其次，遗传变异也是细菌抗药性形成的基础。
细菌通过基因突变或水平基因转移获得抗生素抵抗基因，从而对抗生素产生了抗药性。
这种抗药性的获得导致了新的抗生素治疗策略的需求。
另外，遗传变异也有可能导致细菌种群中出现有害突变。
对于细菌来说，有益的变异只是少数，而大部分突变可能对细菌的生长和存活产生负面影响。
细菌的遗传和变异
温和噬菌体可有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性 噬菌体只有一个溶菌性周期
噬菌体与宿主的相互关系
四 转座因子
转座因子(transposzble element)又称跳跃基因 (jumping gene)：
是指存在于细菌染色体或质粒DNA分子上一段特异 的具有转移特性的核苷酸序列它在基因组不必借助 同源序列就可以移动，可以直接从基因组的一个位 点转移到另一个位点的（供体和受体）。
第十二章 微生物的遗传和变异
遗传(heredity)：使微生物的性状保持相对稳 定，且代代相传，使其物种得以保存。 变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代 之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的 差异。
江苏大学 医学院 申红星
基因:是一个相对独立的可遗传生物学功能 单位. 基因组:是指某一生物种类的遗传信息总和. 基因型:一种生物遗传物质的总和构成该生 物的基因型. 表性:由基因表达产物决定,生物所表现的生 物学性状。
是最小的转位因子，＜2kb，除了和转座功能相关的基因外，
不携带任何已知与插入功能无关的基因区域。IS两端有反向重 复序列。
2.转座子（transposon,Tn）
＞2kb，除携带与转座有关的基因外，还携带耐药性基
因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。
可能与细菌的多重耐药性有关。
IS
Resistance Gene(s)
噬菌体的抗原性
噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性抗体。 该抗体能抑制相应噬菌体侵袭敏感细菌， 但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用， 噬菌体仍能复制增殖。
噬菌体的抵抗力
噬菌体对理化因素与多数化学消毒剂的抵抗 力比一般细菌的繁殖体强； 能抵抗乙醚、氯仿和乙醇，一般经75℃ 30min或更久才能被灭活。噬菌体能耐受低 温和冰冻， 对紫外线和X射线敏感，一般经紫外线照射 10～15min即失去活性。
医学微生物学- 细菌的遗传与变异
2. 突变与选择
Lederberg影印试验（replica plating）
突 变 在 前 ， 选 择 在 后 。
(二) 基因转移与重组
➢ 基因转移和重组(gene transfer& recombination)： 外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内，
并与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某 些特性的过程。
第四章 细菌的遗传与变异
遗传性变异（基因型变异） 非遗传性变异（表型变异）
一、细菌变异的现象
（一）形态结构的变异
1. L型变异 3. 芽胞的变异
2. 荚膜的变异 4. （H—O变异）
（二）菌落变异（S-R变异）
（三）毒力变异
（四）耐药性变异
二、细菌的遗传物质（基因组） （一）染色体 （二）质粒（plasmid） 含义：是细菌染色体以外的遗传物质，为
普遍性转导
局限性转导
——所转导的DNA片段 是供体菌染色体上特定 基因。
4. 溶原性转换(lysogenic conversion)
当温和噬菌体感染细 菌时，噬菌体基因整 合到宿主菌染色体上， 使其成为溶原性细菌， 而使细菌获得由噬菌 体基因编码的性状。
无毒白喉杆菌——感 染了β棒状杆菌噬菌 体后——有毒白喉杆 菌——可以产生白喉 外毒素而致病。
四. 细菌遗传变异的实际意义
❖ 在疾病的诊断、治疗与预防中的作用； ❖ 在测定致癌物质中的应用； ❖ 在流行病学分析方面的应用； ❖ 在基因工程中的应用。
思考题：
质粒？特征？ 基因转移重组的方式？特点？
闭合环状的双链DNA，存在于胞质中。
特性：1. 具有自我复制的能力 2. 可编码细菌某些性状特征 3. 可自行丢失与消除 4. 具有可转移性 5. 分为相容性和不相容性两种
微生物学第二版参考答案
微生物学第二版参考答案微生物学第二版参考答案微生物学是研究微生物的科学，涉及到生物学、医学、环境科学等多个学科领域。
对于学习微生物学的学生来说，掌握正确的参考答案是提高学习效果的关键。
本文将为大家提供微生物学第二版参考答案，帮助大家更好地理解和掌握微生物学的知识。
第一章：微生物的概述1. 微生物的定义：微生物是一类不能用肉眼观察到的生物，包括细菌、真菌、病毒和原生动物等。
2. 微生物的分类：微生物可以根据其细胞结构、生活方式和遗传物质等特征进行分类。
3. 微生物的重要性：微生物在生态系统中起着重要的角色，如参与物质循环、维持生态平衡等。
第二章：微生物的结构和功能1. 细菌的结构：细菌包括细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体和核酸等结构。
2. 细菌的功能：细菌具有多样的功能，如合成蛋白质、分解有机物、产生抗生素等。
3. 真菌的结构：真菌包括菌丝、孢子、菌核和菌盖等结构。
4. 真菌的功能：真菌可以分解有机物、产生酶、参与土壤生态系统等。
第三章：微生物的生长和繁殖1. 微生物的生长：微生物的生长包括营养摄取、代谢、生长分裂等过程。
2. 微生物的繁殖：微生物可以通过二分裂、芽生、孢子形成等方式进行繁殖。
3. 微生物的生长曲线：微生物的生长曲线包括潜伏期、指数期、平台期和死亡期等阶段。
第四章：微生物的遗传与变异1. 微生物的遗传物质：微生物的遗传物质包括DNA和RNA，其中DNA是主要的遗传物质。
2. 微生物的遗传变异：微生物可以通过基因突变、基因重组等方式发生遗传变异。
3. 微生物的遗传传递：微生物的遗传信息可以通过垂直传递和水平传递进行传递。
第五章：微生物的代谢与生态1. 微生物的代谢类型：微生物的代谢包括光合作用、呼吸作用、发酵作用等多种类型。
2. 微生物的生态功能：微生物在生态系统中参与物质循环、能量转化等功能。
3. 微生物的微生态系统：微生物可以形成微生态系统，如肠道微生态系统、土壤微生态系统等。
第六章：微生物与人类1. 微生物与人类的关系：微生物与人类有着密切的关系，如参与人体免疫、引起疾病等。
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2.质粒(plasmid)
细菌染色体外的遗传物质(外源性) 细菌胞质中的环状闭合的双股DNA 能自我复制,一个质粒为一个复制子 可自行丢失或消除(人工处理) 质粒有转移性,宿主菌范围广
质粒
染色体
8
医学上重要的质粒
①致育(F)质粒:编码性菌毛的功能
②耐药(R)质粒:决定细菌耐药性的产生 ③Col质粒:编码大肠埃希菌产生细菌素 ④毒力(Vi)质粒:编码细菌的毒力因子 ⑤代谢质粒:编码与代谢相关的酶；
表型变异(phenotypic variation)因外 界因素所致,同一环境中的大多数菌 体的性状发生可逆性、非遗传性的 改变。
第一节 细菌基因组
一、细菌基因组的主要组成 细菌染色体(核质) 质粒 噬菌体基因组
染色体
质粒
5
1.细菌的染色体(chromosome)
＞90%为一条环状双螺旋DNA,大小范围 在580～5220kb之间;
基因、糖发酵基因、毒力基因等) Tn携带的基因可随其转移而发生重组； Tn可分为复合型Tn、Tn3系和接合性Tn
P49 表4－1
复 合 型 Tn
编码与转座 作用有关的
抗生素抗 性基因
编码β-内 酰胺酶
3.整合子(integron In)
一种可移动的DNA分子 定位于染色体和质粒或转座子上 可捕获和整合外源性基因,使其转变成
一、形态结构的变异与细菌学诊断
环境条件改变,药物,补体等作用下可导 致细菌形态结构的变异,影响细菌鉴定;
了解细菌的变异现象和规律,才能正确诊 断细菌性疾病;
利用分子生物学技术进行细菌快速鉴定
鼠疫杆菌
多形态性
3-6%食盐 陈旧培基物
S型菌落
R型菌落
2.细菌的耐药变异与控制
细菌的耐药性变异和播散给临床治疗 带来困难;
F质粒的接合
R质粒的接合：R质粒由耐药传递因子(RTF) 和耐药决定子(r)两部分组成。
A-Antibiotics
三、转导(transduction) 是以噬菌体为载体,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。
有宿主特异性,故转导只发生在同种菌间
1. 普遍性转导: 毒性与温和噬菌体均 可介导,转导的DNA 可是供菌染色体上 的任何部分。
15
一、转化(transformation)
是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌
直接摄取,受体菌获得新的性状。
游离DNA
不同源则降解供Fra bibliotek受体
体
菌 两种DNA同源重组
菌
传代
R型肺链可从S型死菌获得编码荚膜的 遗传物质，转化为S型
二、接合(conjugation) 是细菌通过性菌毛沟通,将遗传物质(主要 是质粒DNA)从供体菌转移给受体菌。
信息,包括染色体、质粒、噬菌体等。
基因型(genotype)细菌的全部基因组构 成了细菌的基因型。
表型(phenotype)在特定外界环境下,细 菌特定基因所表现的形态和生理特性。
变异(variation)细菌子代与亲代间或 子代之间生物学性状出现差异。
遗传变异(genetic variation)细菌的 基因型发生不可逆性、可遗传的变 异,导致新种的产生。
附着在横隔中介体或细胞膜上 有操纵子结构
6
无内含子,转录后的 RNA无须剪接加工;
非编码DNA少, 基因数与基因组大小成正相关 分析亲 不同细菌染色体G+C含量不同 源关系
细菌种内种间存在广泛的遗传物质的交 换(致病岛、耐药基因等)
有各种功能的识别区域(启动区AUG、终 止区UAA等)
第四章 细菌遗传与变异
1
学习目标
1.概念:遗传、变异、基因型、表型 2.细菌的遗传物质有哪些? 3.细菌基因转移与重组方式的种类? 4.细菌的变异类型和现象有?
2
遗传(heredity)指细菌的特性可通过遗 传物质由亲代传递给子代。
基因(gene)是遗传的基本单位。 基因组(genome)包含细菌的全部遗传
耐链霉素
R质粒
耐青霉素 耐磺胺药
二、细菌基因组中主要的特殊结构
转位因子:是细菌的基因组中一段特异 的,具有转位特性的独立的DNA序列。
不依赖于同源重组,可在染色体、质粒 和噬菌体基因组间转位。
主要有插入序列、转座子和整合子等
转位因子
10
1.插入序列(IS)：
是最小、最简单的转位因子; 长度为数百～2000个碱基对(1～2个基因
通过药物敏感试验选择敏感抗生素,指 导临床用药;
通过耐药监测,注意耐药谱的变化和耐 药机制的研究;
3.细菌毒力变异与疾病控制
毒力减弱：
牛型分枝杆菌
13年 230代培养
卡介苗
毒力增强：
白喉棒 β棒状噬菌体 状杆菌
获得白 喉毒素
4.流行病学分析方面的应用
功能性基因的表达单位。 In通过转座子或接合性质粒,使多重耐
药基因在细菌中进行水平传播
14
第二节 细菌基因突变 (自学)
第三节 基因的转移与重组
基因转移:外源性的遗传物质由供体 菌进入某受体菌细胞内的过程。。
基因重组:转移的基因与受体菌DNA 整合在一起,使受体菌获得供体菌某 些特性。
细菌的基因转移和重组方式有转化、 接合、转导、溶原性转换 。
编码量),不携带与转位无关的已知基因; IS两侧末端有反向重复序列,为重组酶
的识别位点; 细菌染色体和质粒 中含有多种IS,每种 IS还可有多个拷贝
2.转座子(transposon Tn）
较长(2000～25000bp),结构较复杂 Tn两端的IS携带与转位有关的基因 还携带其他基因(耐药基因抗重金属
供体菌
受体菌
2.局限性转导: 温和噬菌体介导, 转导的 DNA只限供菌染色体上的特定基因。
前噬
普
菌体
局
遍
限
性
性
转
转
导
导
四、溶原性转换(lysogenic conversion)
前噬菌体 白喉棒 β棒状噬菌体 状杆菌
溶原性细菌 获得新性状
获得白 喉毒素
原生质体融合(protoplast fusion)
两种不同的细菌经溶菌酶或细胞壁合成 抑制剂处理,形成原生质体;
在聚乙二醇作用下可以使两个细菌细胞 发生融合。
转化：
供体菌 受体菌
转导：
甲菌 噬菌体 乙菌
溶原性转换：
接合：
噬菌体 溶原性细菌
F+菌 F质粒 F-菌
原生质体融合：
去细胞壁
变异菌 变异乙菌 变异菌
F+菌 变异菌
第四节 细菌遗传变异的实际意义