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。
医学微生物学笔记 - 细菌的遗传与变异
细菌的遗传与变异●遗传（heredity）：使微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代生物学的性状基本相同，且代代相传。
●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，有利于物种的进化。
●基因型（genotype）：细菌的遗传物质。
●表型（phenotype）：基因表现出的各种性状。
●遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称基因型变异。
常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。
●非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。
易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。
第一节细菌的遗传物质●DNA的结构与功能：结构——两条互相平行而方向相反的多核苷酸链功能——储存、复制和传递遗传信息复制——半保留复制特点——复制中易发生错误—基因突变蛋白合成——分子生物学中心法则（DNA-RNA-蛋白质）●基因与基因的转录结构基因——编码结构蛋白质基因结构非结构基因——编码功能蛋白质基因转录●遗传信息的翻译第二节细菌的遗传与变异一、染色体（chromosome）①一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构；②缺乏组蛋白，无核膜包裹；③约含有5000个基因；二、质粒——是细菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状的双链DNA。
1、质粒的特征：①质粒具有自我复制的能力。
②质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。
③质粒可自行丢失与消除。
④质粒的转移性。
⑤质粒可分为相容性与不相容性两种。
2、质粒的分类（1）根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递①接合性质粒②非接合性质粒（2）根据质粒在细菌内拷贝数多少①严紧型质粒②松弛型质粒（3）根据相容性①相容性——几种质粒同时共存于同一菌体内②不相容性——不能同时共存*可借此对质粒进行分组、分群。
细菌的遗传与变异
2.质粒的分类 质粒的分类
1）能否通过细菌的接合作用进行转移 ） 接合性质粒 非接合性质粒 2）质粒在宿主菌内拷贝数的多少 ） 严紧型质粒 松弛型质粒 3）质粒的相容与不相容性 两种结构相似、密切相关的质粒不能稳定共存于一个 两种结构相似、 宿主菌； 结构相差较大、 宿主菌 ； 结构相差较大 、 互不相干的质粒可以共存于 同一个菌体。 同一个菌体。 4）质粒的来源不同 ） 天然质粒 人工构建质粒
第六章 细菌的遗传变异
主要内容
一、细菌的遗传物质 （一）细菌的染色体 （二）染色体以外的遗传物质 二、基因突变 （一）细菌变异的类型 （二）细菌变异的机制 三、细菌遗传变异的实际应用
细菌的遗传 细菌的遗传 细菌的变异 细菌的变异 细菌变异的分类 细菌变异的分类
第一节
一、基因组
细菌遗传的物质基础
氨基酸数目的 增加或减少
AAA C
ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 甲硫 组 亮 亮 亮 亮 异亮 赖 赖 组 苏 赖 谷 天冬 精 异亮
移码突变
异常蛋白质
ATG CAC CTC CTT AAA CAT AAA AAC CGA ATA A
3）碱基的互变异构 ） 四种碱基均可发生互变异构，引起互补碱基的改变。 四种碱基均可发生互变异构，引起互补碱基的改变。 T(酮基型）——A 酮基型） 酮基型 T(烯醇型）——G 烯醇型） 烯醇型
一、细菌变异类型
1.形态变异 形态变异 （1）自然形成或诱导产生的细菌 型。 ）自然形成或诱导产生的细菌L型 （2）病原菌在特定的动物组织器官中，可发生形态结 ）病原菌在特定的动物组织器官中， 构变异 2.结构和抗原性变异。 结构和抗原性变异。 结构和抗原性变异 鞭毛变异。 （1）荚膜变异。（2）芽孢变异。（3)鞭毛变异。 ）荚膜变异。 ）芽孢变异。 鞭毛变异 H-O变异 ： 有鞭毛能运动的细菌丧失鞭毛形成能力的 变异： 变异 变异称 3.培养性状的变异 S-R变异；R-S 变异 变异； 培养性状的变异 变异 4.毒力变异 毒力变异 5.生化性状变异 生化性状变异 （1）营养缺陷型变异（2）诱导酶产生。（3）终末产 ）营养缺陷型变异（ ）诱导酶产生。 ） 物阻遏。6.耐药性变异 物阻遏。 耐药性变异
医学微生物学练习题：细菌的遗传和变异
医学微生物学练习题：细菌的遗传和变异转载/[与专家互动]1.细菌的遗传物质包括______.A.核质和质粒B.核质、质粒和附加体C.核质、质粒和前医学噬菌体D.核质和前噬菌体E.核质、附加体和前噬菌体2.与细菌致育性有关的因子是______.A.R决定因子B.F因子C.V因子D.X因子E.Col因子3.有关质粒的叙述不正确的是______.A.质粒是细菌核质以外的遗传物质B.质粒是细菌必备结构C.质粒能在胞浆中自行复制D.与某些细菌的耐药性有关E.质粒可独立存在于细菌体内4.有关耐药性质粒的描述错误的一项是______.A.由耐药传递因子（RTF）和耐药决定因子组成B.RTF和F质粒的功能相似，编码细菌性菌毛C.R质粒的转移是造成细菌间耐药性传播的主要原因D.细菌耐药性的产生是由于R质粒基因突变所致E.耐药决定因子可编码细菌多重耐药性5.转化过程中受体菌摄取供体菌遗传物质的方式是______.A.胞饮B.通过性菌毛C.通过噬菌体D.细胞融合E.直接摄取6.关于耐药性突变，下列叙述错误的是：______.A.可以自然发生B.可以诱导发生C.具有相对稳定性D.可由噬菌体介导发生E.是在接触抗生素之前已经发生7.溶原性转换：______.A.由R质粒参与B.由性菌毛介导C.由毒性噬苗体参与D.由温和噬菌体参与E.是受体菌直接摄取供体菌的DNA片段8.能产生外毒索的白喉杆菌，是因为其有______.A.R质粒B.F质粒C.Vi质粒D.Col质粒E.前噬菌体9.细菌转导和溶源性转换的共同特点是______.A.需质粒参与B.需性菌毛参与C.需毒性噬菌体介导D.需温和噬菌体介导E.共体菌和受体菌直接接触10.关于R质粒，叙述错误的是______.A.R质粒是编码细菌耐药的基因B.一种R质粒只含有针对一种抗生素的耐药基因医学http:C.R质粒可分为结合性R质粒和非结合性R质粒D.结合性R质粒是由耐药传递因子和耐药决定因子组成E.非结合性R质粒可经转化或转导方式进入受体菌11.编码细菌毒力的质粒是______.A.F质粒B.结合性质粒C.Vi质粒D.R质粒E.Col质粒12.BCG是结核杆菌的变异株，这种变异属于______.A.形态结构的变异B.菌落的变异C.毒力的变异D.耐药性的变异E.对理化因素抵抗力的变异13.下列哪项是预防耐药菌株产生和扩散的主要措施______.A.大剂量使用抗生素B.少量多次使用抗生素C.使用广谱抗生素D.多种抗生素长期联合使用E.根据药敏实验合理使用抗生素14.局限性转导与噬菌体生活周期的哪个时期有关______.A.溶原期早期B.溶原期晚期C.溶菌期早期D.溶菌期晚期E.裂解期15.普遍性转导与噬菌体生活周期哪个时期有关______.A.溶原期早期B.溶原期晚期C.溶菌期晚期D.溶菌期早期E.裂解期16.因长期使用广谱性抗生素引起假膜性肠炎，细菌多是______.A.空肠弯曲菌B.霍乱弧菌C.金黄色葡萄球菌D.甲型溶血性链球菌E.致病性大肠杆菌17.条件致病性微生物是______.A.白假丝酵母菌B.乙型溶血性链球菌C.白喉棒状杆菌D.钩端螺旋体E.沙眼衣原体18.R因子最常见的转移途径是______.A.转化B.转导C.接合D.原生质体融合E.溶原性转换19.下列那种因子不是质粒______.A.Col因子B.R因子C.性因子D.Vi因子E.转移因子参考答案：1.A2.B3.B4.D5.E6.D7.D8.E9.D10.B11.C12.C13.E14.B15.C16.C17.A18.C19.E。
微生物学遗传与变异ppt课件
含毒素基因
编码毒素蛋白
• 毒力减弱—— 有毒菌株变异为弱毒或无毒菌株
卡介苗 Bacillus of Calmette- Guerin,BCG : 卡介二氏用有毒的牛 结核分枝杆菌在含甘油、马铃薯的培养基上，经13年连续230次传 代所获得的一毒力减弱但保留有抗原性的变异株。是 用于人工免疫 以预防结核病的活疫苗。
• 染色体DNA chromosome • 质粒 plasmid • 转位因子 transposable element • 噬菌体 phage
• 染色体DNA
chromosome
• 无内含子 • 重复序列少 • 功能相关基因组
成操纵子
• 病原菌中存在
毒力島（pathogenecity Island)
1．形态结构： EM 下 有 三 种 基 本 形 态 ：
蝌蚪型 微球形 丝形
2．化学组成：
• 噬菌体由核酸和蛋白质组成。 • 核酸是噬菌体的遗传物质，根据其组成可为DNA噬
菌体和RNA噬菌体。
• 蛋白质是噬菌体头部衣壳及尾部的主要组成成份，
能保护噬菌体核酸，决定其外形和表面特征。
噬菌体与细菌的关系
4、耐药性变异variation of virulence
细菌对某种抗生素或药物由敏感变为不敏感即为细菌
的耐药现象。
多重耐药株:同时耐受多种抗生素的菌株。 抗生素依赖菌株：如痢疾志贺菌的赖链霉素菌株。
抗生素
抗生素
敏感
耐药
细菌遗传变异的物质基础
material basis of bacterial heredity and variation
转导频率
普遍性转导
局限性转导
裂解期
医学微生物学(第9版)第一篇 细菌学 第四章 细菌的遗传与变异
医学微生物学（第9版）
二、接合（conjugation）
接合（conjugation） 通过性菌毛将供体菌DNA转给受体菌，使受体菌获得供体菌的生物学性状
（一）F质粒（fertility plasmid, fertility factor，致育因子） 接触：细胞质沟通 转移：F质粒进入F－菌 复制：F－菌转为F＋菌
医学微生物学（第9版）
3. 质粒（plasmid）
（1）双股闭合环状DNA分子 （2）自主复制 （3）编码某些生物学表型 （4）可丢失和转移，与细菌生命无关 （5）分类
A. 是否可通过细菌的接合作用传递 接合性质粒（conjugative plasmid）；非接合性质粒（non-conjugative plasmid）
（一）野生型（wild type）: 从自然界分离的未发生突变的菌株 （二）突变型（mutant type）: 相对于野生型菌株发生某一性状的改变 （三）正向突变（forward mutation）: 细菌由野生型变为突变型 （四）回复突变（reverse mutation）: 突变株经过第二次突变可恢复野生型的性状
DNA片段通过毒性噬菌体/或温和噬菌体传递
任何DNA片段
DNA片段通过温和噬菌体传递
前噬菌体整合位点两侧DNA片段
DNA片段通过温和噬菌体传递
噬菌体携带的特定基因
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医学微生物学（第9版）
一、转化（transformation）
物理诱变剂：X线、紫外线、电离辐射 等 化学诱变剂：亚硝酸盐、烷化剂及吖啶橙染料
细菌的遗传与变异医学微生物学
05 未来展望
深入理解细菌遗传与变异机制
深入研究细菌基因组结构和功能
随着基因组学技术的发展，未来将更深入地了解细菌基因组的组成、结构和功 能，揭示细菌遗传与变异的内在机制。
探索细菌基因表达调控机制
研究细菌基因表达的调控机制，包括转录、翻译和蛋白质修饰等过程，有助于 发现新的抗菌药物靶点。
开发新型抗菌药物和疫苗
人卫生习惯的改善。
加强抗菌药物管理和监管
02
制定更严格的抗菌药物使用政策和管理制度，遏制抗菌药物的
滥用，降低细菌抗药性的产生。
促进国际合作与交流
03
加强国际合作与交流，共同应对细菌抗药性的全球挑战，分享
最佳实践和成功经验。
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感谢您的观看
04 细菌的遗传与变异在医学 中的意义
细菌抗药性的产生和传播
细菌抗药性
指细菌对抗生素等药物产生耐药 性的现象。
产生机制
细菌通过基因突变或获得外源基因 的方式，产生抗药性酶或改变药物 作用靶点，从而对药物产生抵抗力。
传播方式
抗药性细菌可通过直接接触、共同 生活等方式在人群中传播，也可通 过食物、水等媒介传播。
细菌的遗传与变异医学微生物学
目 录
• 细菌的遗传物质 • 细菌的变异 • 细菌的进化 • 细菌的遗传与变异在医学中的意义 • 未来展望
01 细菌的遗传物质
DNA的结构与功能
DNA双螺旋结构
由两条反向平行的脱氧核糖核酸链组 成，碱基通过氢键配对，形成稳定的 双螺旋结构。
DNA的功能
储存遗传信息，指导蛋白质合成，影 响细胞功能和形态。
病原菌的进化与变异
进化机制
病原菌在长期适应环境的过程中， 通过基因突变和基因重组等方式， 不断进化出新的毒力基因和致病
细菌学第五章
指受体菌从噬菌体、获取ＤＮＡ的过程。
单克隆抗体的制备过程
第四节 研究细菌遗传变异的意义
疾病诊断 疾病防治 基因工程
一、疾病诊断
在临床细菌学检验中，要做出正确的诊断，不仅要熟悉细菌的 典型特性，还要了解细菌的变异规律：
1.细菌的个体变化：
炭疽杆菌对猪为局部感染，在其咽喉部多呈不典型的竹节状， 菌体弯曲，且粗细不均。
毒力岛是结构和功能有别于细菌的染色体，但又位于染色体之内 的细菌的某个或某些毒力基因群。其主要作用是编码细菌的毒力 因子。
细菌常见的基因转移是细菌发生大的变异的一种变异机制，其包 括多个类型。
细菌细菌常见的变异类型，在疾病诊断、疾病的防治及基因工程 方面均具有重要意义。
本章参考复习题
1．概述细菌遗传变异的物质基础。 2. 质粒有哪些主要特点及类型? 3．试述毒力岛的概念及特点。 4. 细菌常见的变异类型有哪些？ 5. 在自然条件下细菌的基因转移重组主要方式有哪几种? 6．什么叫转化?试述转化的一般过程。
目前的研究是使用基因工程的方法，选择毒力基因， 改变它，缩短了弱毒疫苗培育的时间 。
三、基因工程
基因水平的遗传工程，是用人工的方法将所需要的某一 供体生物的DNA分子提取出来，在离体的条件下进行切割后， 与载体DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一受体细 胞，让外源DNA在受体细胞中安家落户，通过正常的复制和 表达，从而获得新物种的一种新育种技术。
由于单个碱基的插入或缺失造成移码突变。
半胱 丝氨 谷氨 缬氨 改变 半胱 精氨 赖氨 亮氨
DNA TGC TCG CAA GTT GA
TGC CGC AAG
TTG
↓ 读码框 × × ×
插入或缺失会造成其下游三联体密码子错读， 生成完全不同的肽链。
03.细菌的遗传与变异
有的有多重耐药药性，如结核分枝杆菌。
有的甚 至变成对抗生依赖株，如痢疾志贺菌链霉素 依赖株，离开链霉素不能生长。
(四)
抗原变异
肠道杆菌细胞壁多糖重复单位，为O抗原，具有属的特异性 鞭毛的主要抗原为蛋白质，为H抗原，具有种的特异性 由于O或H抗原的改变，其种属的特异性也就相应发生改变
(五)
菌落变异
小鼠体内肺炎链球菌的转化试验
（ 2 ）接合：是供体菌通过性菌毛相互沟通，将供体菌
的遗传物质（质粒）转移给受体菌
质粒有接合性质粒和非接合性质粒两种，接合性质粒 有F质粒、R质粒、Col质粒、毒力质粒等
* F质粒的接合：
有F质粒的细菌为雄性菌（F+ 菌），无F质粒为雌性菌 （F-菌）。接合时F+菌的性菌毛末端与F-菌表面受体结合， F+菌的F质粒中的一条DNA进入F-菌体内，两菌内的单股DNA 链进行复制合成互补股，各自形成完整的F质粒，于是原来
如大肠埃希菌质粒编码的耐热性肠毒素(ST)和不耐热
性肠毒素(LT) 细菌素质粒 编码各种细菌素,如大肠埃希菌Col质粒
编码的大肠菌素 代谢质粒 编码产生各种相关的代谢酶,如沙门菌发酵
乳糖的能力是质粒编码
（三）转位因子
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，是细
菌体内可移动的遗传物质
转位因子主要有插入序列、转座子和转座噬菌体
⑴ 插入序列 (IS) 是最小的转位因子，<2000kb,不带有使细菌表现任 何性状的基因，只编码转移位置时所需要的转座酶，往 往与插入点基因共同起作用，可能是原细胞代谢的调节 开关之一
⑵ 转座子 (Tn) 2000-25000kb,不仅携带转位基因还携带耐药基因、 毒素基因、抗金属基因等其他结构基因，当其插入到某 一基因时，可引起两种结果，一方面可引起插入基因灭 活产生基因突变，另一方面因带入耐药基因而使细菌获 得耐药性。转座子可与细菌多重耐药有关
细菌的遗传和变异
几种重要的质粒
– 致育质粒（F质粒） – 耐药质粒 – 毒力质粒（Vi质粒） – 细菌素质粒 – 代谢质粒
噬菌体 bacteriophage,phage
微生物病毒 具有病毒的基本特性 分布广泛，有严格的宿主特异性
生物学性状
形态与结构
– 蝌蚪形、微球形和丝形
化学组成
– 蛋白质与核酸
抗原性 抵抗力
细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异 称为耐药性变异。
金黄色葡萄球菌
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
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
与细菌遗传变异有关的物质基础
基因组：染色体和染色体外遗传物质
普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点 基因转导发生的时期 转导的遗传物质 转导的后果
转导频率
普遍性转导
局限性转导
裂解期
溶原期
供体菌染色体DNA 噬菌体DNA及供体 任何部位或质粒 菌DNA的特定部位
完全转导或流产转 受体菌获得供体菌
导
DNA特定部位的遗
传特性
受体菌的10-7
转导频率较普遍转 导增加1000倍(10-4)
功能无关的基因区域
转座子（transposon,Tn）
– ＞2kb，除携带与转位有关的基因外，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) IS
Tn
转座子的特征
转座子 Tn1 Tn2 Tn3
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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