第六章-细菌的遗传变异ppt课件
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间接作用是使染色体以外的细胞物质发生 变化，再由这些物质作用于染色体引起突变; 它包括碱基类似物的形成及其突变诱发作用， 和电离辐射引起过氧化氢和游离基的产生以及 它们诱发突变。
（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。
（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。
遗传物质的基础PPT课件
11
（二）DNA分子的复制
1.概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分 子的过程
2.时间：有丝分裂新间期和减数第一次分裂间期 （基因突变就发生在该期）
3.特点：边解旋边复制，半保留复制
4.条件：模板、原料、酶(解旋酶、聚合酶等)、能量
5.意义：保持前后代遗传信息的连续性（DNA分子 独特的双螺旋结构，为复制提供了精确 的模板，通过碱基互补配对，保证复制 能够准确进行。）
④ (A+G)/(A+T+G+C)= 1 / 2
⑤ (A+T)/(A+T+G+C)=a
则 (A1+T1)/(A1+T1+G1+C1)= a
14
2、与复制有关的碱基计算
一个DNA连续复制n次后，共有多少个DNA？多
少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？
DNA分子数 = 2n 脱氧核苷酸链数 = 2n+1 母链数 = 2 子链数 = 2n+1﹣2
DNA双链 C
A
A链
TG
B链
信使RNA 转运RNA
AU
G
A
C链 G D链
氨基酸
丙氨酸
1、丙氨酸的密码子是 GCA，决定合成该氨基
酸的DNA上的碱基是 CGT 。
2、第二个氨基酸是 UGC半胱氨酸，（查密码表）
3、 A 链为转录的模板链，遗传密码子存
12
第一代 第二代 第三代 第四代
13
有关DNA中的碱基计算
1、与结构有关的碱基计算
① (A+G)/(T+C)= 1
(A+C)/(T+G)= 1
② (A1+T1)/(A2+T2)= 1
（二）DNA分子的复制
1.概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分 子的过程
2.时间：有丝分裂新间期和减数第一次分裂间期 （基因突变就发生在该期）
3.特点：边解旋边复制，半保留复制
4.条件：模板、原料、酶(解旋酶、聚合酶等)、能量
5.意义：保持前后代遗传信息的连续性（DNA分子 独特的双螺旋结构，为复制提供了精确 的模板，通过碱基互补配对，保证复制 能够准确进行。）
④ (A+G)/(A+T+G+C)= 1 / 2
⑤ (A+T)/(A+T+G+C)=a
则 (A1+T1)/(A1+T1+G1+C1)= a
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2、与复制有关的碱基计算
一个DNA连续复制n次后，共有多少个DNA？多
少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？
DNA分子数 = 2n 脱氧核苷酸链数 = 2n+1 母链数 = 2 子链数 = 2n+1﹣2
DNA双链 C
A
A链
TG
B链
信使RNA 转运RNA
AU
G
A
C链 G D链
氨基酸
丙氨酸
1、丙氨酸的密码子是 GCA，决定合成该氨基
酸的DNA上的碱基是 CGT 。
2、第二个氨基酸是 UGC半胱氨酸，（查密码表）
3、 A 链为转录的模板链，遗传密码子存
12
第一代 第二代 第三代 第四代
13
有关DNA中的碱基计算
1、与结构有关的碱基计算
① (A+G)/(T+C)= 1
(A+C)/(T+G)= 1
② (A1+T1)/(A2+T2)= 1
细菌ppt课件
实验原理
通过观察细菌的形态、大小、颜色和运动性等特征，了解其生物学特性；通过分离纯化、培养鉴定， 掌握细菌的分类方法和鉴定技术，为后续的细菌学研究打下基础。
实验材料与设备
实验材料
细菌菌株、培养基、显微镜、无菌操作 台、接种环、酒精灯、玻璃器皿等。
VS
实验设备
高压蒸汽灭菌锅、烘箱、电子天平、pH 计、分光光度计等。
转导
通过病毒介导的基因转移和重组，实现细菌间基 因的交换和变异。
接合
通过细菌间的直接接触，实现基因物质的转移和 重组，导致细菌遗传特性的改变。
细菌的分类与鉴定
传统分类方法
根据细菌的表型特征、生理生化特性 等进行分类和鉴定。
现代分类方法
基于细菌基因组序列相似性和系统发 育分析等进行分类和鉴定。
05
细菌的代谢与产物
代谢类型
根据对氧的需求不同，分为需氧菌、厌氧菌和兼性厌 氧菌；根据代谢产物的不同，分为自养菌和异养菌。
代谢产物
包括初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产 物是细菌通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所 必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生 素等；次级代谢产物是细菌在一定的生长时期，以初 级代谢产物为原料，合成一些对细菌的生命活动无明 确功能的物质，如抗生素、激素、生物碱、毒素等。 这些物质对人类具有重要的实际意义。
。
细菌的生命活动
01
营养方式
细菌的营养方式多样，包括光合自养、化能自养和异养等。不同种类的
细菌利用不同的物质和能量来源进行生长繁殖。
02
繁殖方式
细菌的繁殖方式主要为二分裂，即一个细菌细胞分裂成两个子细胞。在
适宜的环境条件下，细菌可以迅速繁殖，形成庞大的菌落。
通过观察细菌的形态、大小、颜色和运动性等特征，了解其生物学特性；通过分离纯化、培养鉴定， 掌握细菌的分类方法和鉴定技术，为后续的细菌学研究打下基础。
实验材料与设备
实验材料
细菌菌株、培养基、显微镜、无菌操作 台、接种环、酒精灯、玻璃器皿等。
VS
实验设备
高压蒸汽灭菌锅、烘箱、电子天平、pH 计、分光光度计等。
转导
通过病毒介导的基因转移和重组，实现细菌间基 因的交换和变异。
接合
通过细菌间的直接接触，实现基因物质的转移和 重组，导致细菌遗传特性的改变。
细菌的分类与鉴定
传统分类方法
根据细菌的表型特征、生理生化特性 等进行分类和鉴定。
现代分类方法
基于细菌基因组序列相似性和系统发 育分析等进行分类和鉴定。
05
细菌的代谢与产物
代谢类型
根据对氧的需求不同，分为需氧菌、厌氧菌和兼性厌 氧菌；根据代谢产物的不同，分为自养菌和异养菌。
代谢产物
包括初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产 物是细菌通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所 必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生 素等；次级代谢产物是细菌在一定的生长时期，以初 级代谢产物为原料，合成一些对细菌的生命活动无明 确功能的物质，如抗生素、激素、生物碱、毒素等。 这些物质对人类具有重要的实际意义。
。
细菌的生命活动
01
营养方式
细菌的营养方式多样，包括光合自养、化能自养和异养等。不同种类的
细菌利用不同的物质和能量来源进行生长繁殖。
02
繁殖方式
细菌的繁殖方式主要为二分裂，即一个细菌细胞分裂成两个子细胞。在
适宜的环境条件下，细菌可以迅速繁殖，形成庞大的菌落。
细菌的遗传与变异
第4章细菌的遗传与变异遗传与变异是所有生物的共同生命特征，细菌也不例外。
细菌在一定的环境中生长繁殖，通过DNA的复制，将亲代的各种性状稳定地传给子代，使种属保持原有的性状，这就是细菌的遗传（heredity）。
而变异（variation）是指在细菌繁殖过程中，由于外界环境条件发生变化或细菌的遗传物质本身发生改变，导致细菌的生物学性状发生相应的变化。
变异可使细菌产生新变种，变种的新特性靠遗传得以巩固，并使物种得以发展与进化。
细菌细胞在某一特定时间表现出来的生物学性状称为表型（phenotype），这些性状不仅取决于细菌的基因组（基因型，genotype），还与环境密切相关。
针对环境的变化，细菌某些基因的表达在转录、翻译水平会发生明显的改变，从而使细菌的生物学形状发生了变化，这称为表型变异（phenotypic variation）。
例如鼠疫耶氏菌有毒株含有一个大质粒pYV，是该细菌产生毒力的重要因素，但其表达在环境温度为25℃时被抑制，而37℃低钙条件则诱导其表达。
又如，将有鞭毛的普通变形杆菌点种在普通营养琼脂平板上，细菌呈迁徙生长，若将此菌点种在含0.1％石碳酸的培养基上，细菌产生鞭毛的能力被抑制，只能在点种处形成不向外扩展的单个菌落，此变异是可逆的。
这种变异与基因型突变（genotypic mutation）不同：基因型突变是可以遗传的，不受环境条件改变的影响，而表型变异是可逆的，并随着环境的改变而发生变化。
表型变异不属于突变的范畴。
第一节细菌遗传变异的物质基础－细菌基因组细菌的遗传物质是DNA，遗传信息由DNA构成的特定基因来传递。
细菌的基因组是指由细菌染色体和染色体以外的遗传物质所携带基因的总称。
染色体外的遗传物质包括质粒、转座子和前噬菌体。
（一）细菌染色体细菌的染色体大都为双链DNA分子组成的封闭的环，缺乏组蛋白，外无核膜包围，长度从250µm到35000µm不等，包含580kb至超过4600kb的DNA。
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
细菌的遗传与变异
二、细菌的基因突变
2. 基因突变的规律
1、随机发生 2、稳定 3、突变频率为10-10～10-6 4、可发生回复突变
二二、、细菌菌的的基基因因突突变变
3. 细菌常见的突变
● 耐药性突变 ● 毒力突变 ● 营养缺陷体突变 ● 形态结构突变 ● 抗原性突变 ● 菌落突变
细菌的遗传与变异
一、细菌的遗传物质 二、细菌的基因突变 三、细菌的基因转移与重组☺
4）质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间 转移。根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传 递，将其分为接合性质粒（如F质粒和多数R质粒） 和非接合性质粒。
5）质粒的相容性和不相容性。结构相似并密切相 关的质粒能稳定共存于一个宿主菌的现象称为不 相容性。
一、细菌的遗传物质
质粒作为一种独立的复制子，容易从细 胞中分离出来、在体外进行遗传操作和转入 到合适的受体细胞中，已成为现代分子生物 学研究和遗传工程的重要工具。
三、五细、菌温的和基噬因菌转体移与重组
局限性转导
三、五细、菌温的和基噬因菌转体移与重组
普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点 转导发生的时期
普遍性转导 裂解期
局限性转导 溶原期
转导的遗传物质 供体菌染色体DNA 噬菌体DNA及供体菌
任何部位或质粒
DNA的特定部位
转导的后果 转导频率
完全转导或流产转 导
基因的多拷贝；
一、细菌的遗传物质
乳糖操纵子
一、细菌的遗传物质
细菌基因组转录的主要特征：
（1）转录形成mRNA分子不需要加工； （2）tRNA和rRNA转录后需加工；
一、细菌的遗传物质
细 菌 的 r R N A 加 工 过 程
一、细菌的遗传物质
细菌的遗传与变异
F质粒的接合 质粒的接合
Donor
F+
F+
F-
F+
F-
Recipient
F+
F+
F+
F+
高频重组株Hfr 高频重组株
F+
F+
Hfr
Hfr
F-
Hfr
F-
Hfr
F-
Hfr
Байду номын сангаас
F-
F‘质粒的转移 质粒的转移
F’
F-
F’
F-
F’
F’
F’
F’
R质粒的接合 质粒的接合
– 耐药（r）决定子与耐药传递因子 耐药（ ） – 耐药传递因子 – 与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移 质粒相似， 质粒相似
肺炎球菌转化试验
• 转化因子（transforming principle）： 转化因子（ ）： 在转化过程中，转化的 在转化过程中，转化的DNA片段称为 片段称为 分子量小于10 转化因子 ，分子量小于 7，最多不超 个基因。 过10~20个基因。 个基因 • 受体菌必须处于感受态才能转化 • 感受态 ：细胞生活周期中的一种特殊 的生理状态。 的生理状态。
• 将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失 将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理， 去细胞壁成为原生质体以后进行相互融合的过程。 去细胞壁成为原生质体以后进行相互融合的过程。 • 聚乙二醇可促使二种原生质体的融合。 聚乙二醇可促使二种原生质体的融合。 • 原生质体融合是一种人工基因转移系统，本质上 原生质体融合是一种人工基因转移系统， 与基因转移无关或关系很小
转导频率
溶原性转换lysogenic conversion 溶原性转换
细菌的遗传与变异
外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌 细胞内的过程。 细胞内的过程。
基因重组(recombination)： 基因重组(recombination)： (recombination)
转移的基因与受体菌DNA整合在一起， 转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受 DNA整合在一起 体菌获得供体菌某些特性。 体菌获得供体菌某些特性。
溶菌周期 溶原状态 前噬菌体 溶原性细菌
细菌变异的机制
基因突变 基因的转移与重组
基因突变(gene mutation) 基因突变(gene
是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定 的改变，导致细菌性状的遗传性变异。 的改变，导致细菌性状的遗传性变异。 点突变（小突变） 点突变（小突变） 染色体畸变（大突变） 染色体畸变（大突变）
接合(conjugation) 接合(conjugation)
供体菌通过性菌毛将遗 供体菌通过性菌毛将遗 性菌毛 传物质（主要是质粒DNA DNA） 传物质（主要是质粒DNA） 转移给受体菌。 转移给受体菌。
F质粒的接合
F质粒---致育质粒，编码性菌毛 质粒---致育质粒， ---致育质粒 雄性菌-----F 雄性菌---F+
细菌的遗传与变异
Bacterial Heredity and variation
细菌的遗传与变异
基本概念 细菌的变异现象 细菌的遗传物质 基因的转移与重组 基因突变
基本概念
微生物的性状保持相对稳定， 遗传：微生物的性状保持相对稳定，子代与 亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。 亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。 在一定条件下， 变异：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差异。 子代与子代之间的生物学性状出现差异。
基因重组(recombination)： 基因重组(recombination)： (recombination)
转移的基因与受体菌DNA整合在一起， 转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受 DNA整合在一起 体菌获得供体菌某些特性。 体菌获得供体菌某些特性。
溶菌周期 溶原状态 前噬菌体 溶原性细菌
细菌变异的机制
基因突变 基因的转移与重组
基因突变(gene mutation) 基因突变(gene
是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定 的改变，导致细菌性状的遗传性变异。 的改变，导致细菌性状的遗传性变异。 点突变（小突变） 点突变（小突变） 染色体畸变（大突变） 染色体畸变（大突变）
接合(conjugation) 接合(conjugation)
供体菌通过性菌毛将遗 供体菌通过性菌毛将遗 性菌毛 传物质（主要是质粒DNA DNA） 传物质（主要是质粒DNA） 转移给受体菌。 转移给受体菌。
F质粒的接合
F质粒---致育质粒，编码性菌毛 质粒---致育质粒， ---致育质粒 雄性菌-----F 雄性菌---F+
细菌的遗传与变异
Bacterial Heredity and variation
细菌的遗传与变异
基本概念 细菌的变异现象 细菌的遗传物质 基因的转移与重组 基因突变
基本概念
微生物的性状保持相对稳定， 遗传：微生物的性状保持相对稳定，子代与 亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。 亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。 在一定条件下， 变异：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差异。 子代与子代之间的生物学性状出现差异。
细菌的遗传变异
致育性和抗药性导致它们成为传染性抗药 因子
3.转座因子
概念:是细菌基因组中能改变自身位置的 一段DNA序列，这种转座作用可以发生 在同一染色体上，也可在染色体之间或 质粒之间，甚至在染色体和质粒之间
种类
⑴ 插入序列（insertion sequence，IS）：
为最简单的或序列较短的Tn，只含与转
F+ 菌 F+ 菌
F- 菌 F+ 菌
F质粒留在供体细胞的一 条链进行复制并形成互 补链
❖F质粒的接合
F＋
F-
F＋
F＋
高频重组菌（high frequency recombinant，Hfr菌）：整合后的细 菌能高效地转移染色体上的基因。
（四）毒力变异
减低
13年230代
牛型结核杆菌
BCG
预防结核
增强
β棒状杆菌噬菌体
白喉杆菌
产白喉毒素
白喉
（五）耐药性变异
耐药性：细菌对某种抗菌药物从敏感变 得不敏感。
如：金葡、肺炎球菌、淋球菌、
肠道杆菌、结核杆菌
第一节 细菌的遗传物质
细菌染色体：一条环状双螺旋DNA长链， 按一定构型反复回旋成松散网状结构， 附着在横隔中介体或细胞膜上。
转化因子：在转化过程中转化的DNA片 段。分子量＜1×107 , ≯10-20个基因。
②实验依据：
肺炎链球菌 荚膜 S型菌落
Ⅲ S型菌
＋
＋
ⅡR型菌
－
R型菌落 ＋
毒力 ＋ －
小鼠体内肺炎球菌转化试验
③机制：感受态受体菌摄取同源DNA 后发生重组
DNA受体
重组
吸附
摄入
+
突变株
3.转座因子
概念:是细菌基因组中能改变自身位置的 一段DNA序列，这种转座作用可以发生 在同一染色体上，也可在染色体之间或 质粒之间，甚至在染色体和质粒之间
种类
⑴ 插入序列（insertion sequence，IS）：
为最简单的或序列较短的Tn，只含与转
F+ 菌 F+ 菌
F- 菌 F+ 菌
F质粒留在供体细胞的一 条链进行复制并形成互 补链
❖F质粒的接合
F＋
F-
F＋
F＋
高频重组菌（high frequency recombinant，Hfr菌）：整合后的细 菌能高效地转移染色体上的基因。
（四）毒力变异
减低
13年230代
牛型结核杆菌
BCG
预防结核
增强
β棒状杆菌噬菌体
白喉杆菌
产白喉毒素
白喉
（五）耐药性变异
耐药性：细菌对某种抗菌药物从敏感变 得不敏感。
如：金葡、肺炎球菌、淋球菌、
肠道杆菌、结核杆菌
第一节 细菌的遗传物质
细菌染色体：一条环状双螺旋DNA长链， 按一定构型反复回旋成松散网状结构， 附着在横隔中介体或细胞膜上。
转化因子：在转化过程中转化的DNA片 段。分子量＜1×107 , ≯10-20个基因。
②实验依据：
肺炎链球菌 荚膜 S型菌落
Ⅲ S型菌
＋
＋
ⅡR型菌
－
R型菌落 ＋
毒力 ＋ －
小鼠体内肺炎球菌转化试验
③机制：感受态受体菌摄取同源DNA 后发生重组
DNA受体
重组
吸附
摄入
+
突变株
经典：环境微生物学第六章
双螺旋结构有A、B、Z三种类型。
A型螺旋比B型螺旋拧得紧一些。 Z型螺旋是左手螺旋。
但目前公认B型螺旋是最接近天然状 态的DNA结构，也是细胞内DNA的主要存 在形式。
19
特定的种或菌株的DNA分子，其碱基顺 序固定不变，保证了遗传的稳定性。
一旦DNA的个别部位发生了碱基排列顺序 的变化, 都会导致死亡或发生遗传性状的改 变。例如:
变异（variation）
生物亲代与子代之间，子代个体之间有差异的现象， 主要体现在形态和生理性状。从分子水平讲，是遗传 信息发生了变化。
3
遗传型——生物体所携带的全部遗传因子或基因的总称。 表型——具有一定遗传性的个体在特定的外界环境中通 过生长发育所表现出来的种种形态和生理特征的总和。
有些基因结构未发生变化仅表型改变不是变异，只能 称适应或饰变（modification）。变异是基因结构发生 变化，而且往往是不可逆的变化，此变化可以遗传给子代 形成新的品种。遗传是相对的，变异是绝对的；遗传中有 变异，变异中有遗传。
基本单位－脱氧核苷酸
磷酸
脱氧
碱GACT基
核糖
15
脱氧核苷酸的种类
A
腺嘌呤脱氧核苷酸
C
胞嘧啶脱氧核苷酸
G
鸟嘌呤脱氧核苷酸
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
16
DNA的化学结构示意图
连
A
T
T
A
接
G
C
C
G
17
要点
(1) DNA由2条反平行的脱氧多核苷酸链构成，两条
链绕同一中心轴盘旋而形成右手双螺旋。
(2) 每条主链由磷酸和脱氧核糖相间连接而成，位于
巨大质粒
降解性质粒 12
细菌遗传变异
毒力↓ ：BCG（卡介苗）
胆汁、甘油、马铃薯培养基
牛分枝杆菌
卡介苗
13年(230代)
毒力↑ ：白喉杆菌溶原化
3.耐药性变异: (Drug-resistance)
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的菌株已从1946年的 14%上升至目前的90%。
• 有些细菌还表现为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。
普遍性转导（generalized transduction)
毒性噬菌体，温和噬菌体 包装错误：
任何部位细菌DNA片段 转导性噬菌体：
供体菌DNA误装入噬菌体
受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA 受菌获得供菌性状
普遍性转导中外源DNA的结果
1.完全转导： 供体菌的DNA与受体菌染色体重组，
随染色体复制而随之传代
2.流产转导(abortive transduction): 供体菌的DNA与受体菌染色体不能
进行重组,转导的片断不能自身复制，也 不能传代
局限性转导(restricted transduction)
温和性噬菌体介导
--- 前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发 生偏差,将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转 移到受体菌,使受体菌遗传发生改变的过程.
可变区，含一个或多个基因盒 整合子含有3个功能元件：重组位点；
整合酶基因；启动子 通过转座子或接合性质粒，使多种耐
药基因在细菌中进行水平传播
五、噬菌体（bacteriophage）
形态结构: 蝌蚪形 衣壳：蛋白质 核酸：dsDNA
分布广: 有菌就有噬菌体 宿主特异性：流行病调查；分型 参与细菌变异：转导, 溶原性转换
F
细菌的遗传与变异
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。
•遗传性变异（基因型变异）
•非遗传性变异（表型变异）
基因改变 遗传 可逆性 外界环境 变异幅度
遗传性变异 + + -
个别细胞
质
Start site
Promoter
ORF1
ORF2 ORF3
ORF4 Terminator
The primary RNA transcript
mRNA, tRNA, rRNA
❖ A terminator is a sequence of DNA that causes RNA polymerase to terminate transcription.
细菌的遗传与变异
教学目的：
掌握细菌变异的物质基础及机理，熟悉细 菌的各种变异现象，熟悉细菌基因转移和重组 的过程，了解遗传变异的实际意义。
▪ 遗传(heredity)：使细菌的性状保持相对稳定，
且代代相传，使其菌种得以保存。
▪ 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。
➢ 转录是不连续的、分区段进行的（不对称转录）。每一 转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子。操纵子包 括若干个结构基因及其上游的调控序列。
❖ The coding strand (Sense strand) of DNA has the same sequence as the mRNA and is related by the genetic code to the protein sequence that it represents.
•遗传性变异（基因型变异）
•非遗传性变异（表型变异）
基因改变 遗传 可逆性 外界环境 变异幅度
遗传性变异 + + -
个别细胞
质
Start site
Promoter
ORF1
ORF2 ORF3
ORF4 Terminator
The primary RNA transcript
mRNA, tRNA, rRNA
❖ A terminator is a sequence of DNA that causes RNA polymerase to terminate transcription.
细菌的遗传与变异
教学目的：
掌握细菌变异的物质基础及机理，熟悉细 菌的各种变异现象，熟悉细菌基因转移和重组 的过程，了解遗传变异的实际意义。
▪ 遗传(heredity)：使细菌的性状保持相对稳定，
且代代相传，使其菌种得以保存。
▪ 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。
➢ 转录是不连续的、分区段进行的（不对称转录）。每一 转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子。操纵子包 括若干个结构基因及其上游的调控序列。
❖ The coding strand (Sense strand) of DNA has the same sequence as the mRNA and is related by the genetic code to the protein sequence that it represents.
〖医学〗细菌的遗传变异
1.普遍性转导：被装入的DNA片段可以是供体
菌染色体上的任何部分。
2.局限性转导
局限性转导 ：为 噬菌体所介导的 供体菌染色体上 个别特定基因的 转导 。
溶源转换
溶源转换 ：指 温和噬菌体感染其 寄主后，噬菌体基 因整合于寄主基因 组中，寄主的性状 发生变异。
局限性转导与溶源转换的区别
1.溶源转换中噬菌体离开宿主细胞时，不携带宿 主任何基因，而局限性转导的噬菌体转导时，则 与宿主可能发生特定的基因交换。
细菌的遗传变异
细菌的遗传：指亲代细菌与子代细菌的相似性，它
使细菌的性状保持相对稳定，是各种细菌存在的根据。
细菌的变异：指亲代与子代以及子代细菌之间的不
相似性，细菌得以发展进化。
第一节 细菌常见的变异现象
1.形态和结构变异 2.菌落形态变异 S→R变异 3.抗原变异
编码细菌的抗原结构包括菌体抗原、鞭毛抗原、荚膜 抗原等的基因发生突变时，引起细菌抗原性变异 4.抗性变异 是对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异
分子结构与功能有别于细菌染色体，但位于细 菌染色体之内 。
第三节 细菌变异的机制
一、基因突变：指生物细胞遗传物质DNA分子结构突
然发生了稳定的可遗传的变化。它是 生物进化的－个重要因素。
类型
1.染色体畸变 ：染色体的一大段发生了变化。 2.点突变 ：相应基因上的DNA链中一个或少数
几个核苷酸对的改变 。
2.溶源转换中的噬菌体均为正常温和噬菌体，而 局限性转导的噬菌体为缺陷性转导。
（三）接合（conjugation）
接合：是两个完整的细菌细胞通过性菌毛直接接触，由 供体细菌将质粒DNA转移给受体细菌的过程。
接合过程: 以F质粒接合为例
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DNA是遗传变异的物质基础的证明：利用微 生物为实验对象进行的三个著名实验的论证 （肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病 毒的拆开与重建试验），才使人们普遍接受核 酸才是真正的遗传物质。
经典试验1. 肺炎链球菌的转化试验
第 六 章
1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty从热死S
分离后的S型细胞物质对R型细胞的转化
第 六 章
第 六 章
第 六 章
结论
第 六 细胞生物的遗传物质是双链DNA 章
病毒的乙醇物质可以是单链的或双链 的DNA或RNA， 即：ssDNA， dsDNA，ssRNA或dsRNA。
三、 DNA和RNA的分子结构和复制
第 六 章
第 六 章
遗传物质的复制----双链DNA的复制
色体的复制同步，称为严紧型复制。
质粒编码细菌各种重要的生物学性状.
编码性菌毛的质粒称致育质粒或F质粒;
第
六
编码细菌各种毒力因子的质粒称毒力
章 质粒或Vi质粒;而细菌对抗菌药物或重
金属盐类的抗性则有R质粒所决定.一
种质粒可同时具有几种编码功能.
第 六 章
质粒示意图
细菌的质粒
第 六 章
质粒图谱范例
二、遗传变异的物质基础
种质连续理论：1883-1889年间Weissmann
第
提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构 的化合物。
六
基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt
章
Morgan）发现了染色体，并证明基因在染色 体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传
物质基础的范围缩小到染色体上。
第六章 微生物的遗传变异 与育种 理想的工业发酵菌种应符合以下要求
第
①遗传性状稳定；
六
②生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；
章
③目标产物的产量尽可能接近理论转化率；
④目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利
于分离；
⑤尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产 量并利于分离；
⑥培养基成分简单、来源广、价格低廉；
DNA与遗传密码
第 六 章
核外DNA的种类
线粒体
细胞质基因 叶绿体
（质体） 中心体
第
真核生物
动体
六
的“ 质粒”共生生物： 卡巴颗粒
章
酵母菌的2m质粒
核外染色体
F因子
R因子
原 核 生 物 Col质粒
的质粒
Ti质粒
巨大质粒
降解性质粒
第 六 章
真
核 生 中期染色体
第 六 章
物 浓缩的染色质 的
核小体
章
有的全部基因的总和；------是一种内在可能性或潜 力。
遗传型 + 环境条件
代谢 发育
表型
表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内 在特性的总和;------是一种现实存在，是具一定遗 传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。
遗传与变异的概念
变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物
（半保留复制）
第 六 章
遗传密码 指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序
第
六
密码子（coden）：由3个核苷酸顺序决定，负载 遗传信息的基本单位
章
不对称转录：只有DNA双链的一股才作为有意义链
被转录，这种现象又称不对称转录。
起始密码子：AUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸
终止密码子：UAA、UGA、UAG
六
加工过程中内含子被切除
章成熟的mRNA
外显子1 外显子2
真
核
mRNA
转运到细胞质外
外显子1 外显子2
生
翻译
物
蛋白质
蛋白质X
细胞质
四、质 粒
质粒是细菌染色体外的遗传物质，多
第 为环状双螺旋DNA分子。质粒可以自身
六 章
复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。在
一定条件下，质粒可以转移，也可丢失。
ห้องสมุดไป่ตู้质粒是自行复制单位，有的需与核质染
型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，
第
并在离体条件下进行了转化试验：
六
①加S菌DNA
章
活R菌
②加S菌DNA及DNA酶以外的酶 ③加S菌的DNA和DNA酶
长出S菌
④加S菌的RNA ⑤加S菌的蛋白质
只有R菌
⑥加S菌的荚膜多糖
只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S型。 且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型 菌株的，是遗传因子。
种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从
随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向
发展。
概述 一、遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生
第
物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。 特点：具稳定性。
六
遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含
第 六 章
几种代表性质粒：
第 六
➢ 1. F–因子（fertility factor）：又称致 育因子或性因子，62×106Dalton，
章
94.5kb，相当于核染色体DNA2%的环
状双链DNA，足以编码94个中等大小
多肽，其中1/3基因（tra区）与接合作
用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌
属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌
染
色
体 DNA双螺旋结构
原核生物的染色体
第 六 章
原核生物的染色体与细胞质没有核膜分开， 因此三个过程紧密联系
第 DNA 六 章 mRNA
基因A 基因A
基因B 转录
基因B 翻译
蛋白质
蛋白质A
蛋白质B
细胞核
DNA
基因 X 外显子1 内含子1 外显子2 内含子2
转录
第初始RNA转录物 外显子1 内含子1 外显子2 内含子2
第
质的结构或数量发生改变。变异的特点：a.在群体中以极 低的几率出现，（一般为10-6～10-10）；b.形状变化的幅
六
度大； c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。
章
例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵
杆菌素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度
降到25℃，又恢复产色素的能力。
⑦对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感；
⑧对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。
研究微生物遗传学的意义
第
❖ 微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的 生物学基本理论问题中最热衷的研究对象。
六
❖ 对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了
章
现代分子生物学和生物工程学的发展，而且 为育种工作提供了丰富的理论基础，促使育
等细菌中，决定性别。
2. R因子（resistence factor）
最初发现于痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriae），
第
后来发现还存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、 Pseudomonas和Staphylococcus中。