第六章 微生物的遗传与变异
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。
周群英《环境工程微生物学》(第3版)课后习题(第六章 微生物的遗传和变异)【圣才出品】
第六章微生物的遗传和变异1．什么是微生物的遗传性和变异性？遗传和变异的物质基础是什么？如何得以证明？答：（1）微生物的遗传性微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界条件产生的一定反应，或出现的一定性状相对稳定的一代一代传给后代，称为微生物的遗传。
（2）微生物的变异性微生物从它使用的环境迁移到不适应的环境后，改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶，从而适应新环境并良好生长，称为微生物的变异。
（3）遗传和变异的物质基础遗传和变异的物质基础是DNA。
（4）证明方式可以用格里菲斯经典的转化实验和大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌的试验证明。
2．微生物的遗传基因是什么？微生物的遗传信息是如何传递的？答：（1）微生物的遗传基因微生物的遗传基因是微生物体内储存传递信息的、有自我复制功能的单位。
（2）微生物遗传信息的传递从分子遗传学的角度来看，微生物的遗传信息是通过DNA传递给子代的。
3．什么叫分子遗传学的中心法则？什么叫反向转录？答：（1）分子遗传学的中心法则指DNA的复制和遗传信息传递的基本规则。
（2）反向转录是指只含RNA的病毒将遗传信息储存在RNA上，通过反转录酶的作用由RNA转录为DNA的过程。
4．DNA是如何复制的？何谓DNA的变性和复性？答：（1）DNA的复制过程如下：①DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，彼此分开成两条单链。
②各自以原有的多核苷酸链为模板，根据碱基配对的原则吸收细胞中游离的核苷酸，按照原有链上的碱基排列顺序，各自合成出一条新的互补的多核苷酸链。
③新合成的一条多核苷酸链和原有的多核苷酸链又以氢键连接成新的双螺旋结构。
（2）DNA的变性DNA的变性是指天然双链DNA受热或在其他因素作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA的过程。
（3）DNA的复性DNA的复性是指变性的DNA溶液经过适当的处理后重新形成天然DNA的过程。
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异微生物是地球上最古老的居民之一，它们在地球的生态系统中发挥着重要的作用。
然而，微生物的遗传与变异特性使得它们能够适应不断变化的环境，并在这个过程中演化出新的物种。
一、微生物的遗传微生物的遗传是通过DNA或RNA等核酸分子来传递的。
这些分子中含有遗传信息，可以指导微生物的生长发育和代谢活动。
微生物的遗传具有以下特点：1、高度多样性：微生物的种类繁多，不同种类的微生物具有不同的遗传信息，因此具有高度的多样性。
2、快速进化：微生物的遗传信息可以很容易地发生突变，这使得它们能够快速适应不断变化的环境。
3、群体遗传：微生物通常以群体形式存在，它们之间的相互作用会影响群体的遗传特征。
二、微生物的变异微生物的变异是指它们的遗传特征发生变化的过程。
这些变化可能是由于环境因素（如温度、湿度、辐射等）的影响，也可能是由于DNA 复制过程中的随机错误。
微生物的变异具有以下特点：1、适应性变异：微生物在适应环境的过程中会发生适应性变异，这些变异有助于它们在特定环境中生存和繁殖。
2、突变：微生物的DNA分子在复制过程中会发生随机错误，这些错误可能导致微生物的遗传特征发生变化。
3、基因转移：微生物之间可以通过基因转移来实现遗传信息的交流，这有助于它们适应新的环境。
三、微生物遗传与变异的实际应用微生物的遗传与变异特性在许多领域都有实际应用。
例如，科学家可以利用微生物的遗传信息来开发新的药物和生物技术产品；通过研究微生物的变异机制，可以为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。
微生物的遗传与变异特性是它们适应不断变化的环境的重要机制之一。
通过深入研究这些特性，我们可以更好地了解微生物的生命活动和演化过程，为人类社会的发展提供更多的帮助和支持。
微生物的遗传与变异课件一、引言微生物，作为生命的基本单元，其遗传与变异的研究对于理解生命的本质和进化机制具有重要意义。
本篇文章将深入探讨微生物的遗传与变异，希望能为相关领域的学习和研究提供有益的参考。
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异在我们生活的这个世界中，微生物无处不在。
从土壤里的细菌到人体内的菌群，从发酵食品中的酵母菌到导致疾病的病毒，微生物的身影随处可见。
而微生物的遗传与变异，是其生命活动中极其重要的特性，对微生物的生存、繁衍以及与环境的相互作用都有着深远的影响。
首先，让我们来了解一下什么是微生物的遗传。
遗传，简单来说，就是微生物将自身的特性传递给子代的过程。
微生物通过遗传，能够把它们适应环境的特性、代谢途径、生理特征等稳定地传递下去，保证了物种的延续和稳定性。
微生物的遗传物质主要包括 DNA 和 RNA。
对于大多数微生物而言，DNA 是主要的遗传物质，其存在形式多种多样。
细菌的 DNA 通常位于一个环状的染色体上，同时还可能有一些小的环状 DNA 分子，称为质粒。
质粒可以携带一些特殊的基因，比如对抗生素的抗性基因。
病毒的遗传物质则更加多样，有的是 DNA，有的是 RNA，而且其结构也有单链和双链之分。
遗传信息的传递过程，也就是微生物的繁殖过程。
细菌主要通过二分裂的方式进行繁殖，一个细菌细胞分裂成两个子细胞，每个子细胞都获得了与亲代相同的遗传物质。
真菌可以通过出芽生殖、孢子生殖等方式繁衍后代。
病毒则需要侵入宿主细胞，利用宿主细胞的物质和能量来复制自己的遗传物质，并合成蛋白质外壳，最终组装成新的病毒粒子。
接下来，我们谈谈微生物的变异。
变异是指微生物子代与亲代之间，以及子代不同个体之间存在的差异。
这种差异可能是由于遗传物质的改变引起的，也可能是由于环境因素的影响导致的表型变化。
微生物变异的原因多种多样。
基因突变是最常见的一种变异形式，它可以是由于 DNA 复制过程中的错误，或者是外界因素如辐射、化学物质等引起的碱基对的替换、缺失或增加。
基因重组也是微生物变异的重要途径，比如细菌可以通过接合、转化和转导等方式，从其他细菌获得新的基因。
此外，微生物在长期的进化过程中，还可能会发生染色体变异，如染色体的缺失、重复、倒位和易位等。
微生物的遗传与变异
1944 年 O.T.Avery 、 C.M.MacLeod 和 M 。 McCarty 从 热 死 S 型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分， 并在离体条件下进行了转化试验：
2毒力代谢途径产物种类产物产突变株的表型成因检出方法营养缺陷型因突变而丧失合成一补充培养基auxotroph种或几种生长因子的抗性突变型因突变而产生了对某药物培养基resistantmutant种化学药物或致死条件致死突变型突变后在某种条件下培养条件改变conditional可正常生长繁殖并lethalmutant实现其表型而在另突变株的表型成因检出方法形态突变型因突变而产生的个体形态morphologycal或菌落形态的非选择常用颜色变化mutant性变异抗原突变型因突变而引起的抗原借助于抗原antigenic结构发生改变抗体反应产量突变型因突变而获得的在有测定产量或highproducing用代谢物产量上高于其它mutant原始菌株的突变株其它突变型
2.R（抗生素抗性和重金属抗性）因子 （resistence factor）
最初发现于痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriae）， 后来发现还存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、 Pseudomonas和Staphylococcus中。
R因子由相连的两个DNA片段组成，即抗性转移因子 （resistence transfor factor， RTF ）和抗性决定 因子（r-determinant），RTF控制质粒copy数及复 制，抗性决定因子带有抗生素或重金属的抗性基因。
周群英《环境工程微生物学》(第3版)章节题库(第六章 微生物的遗传和变异)【圣才出品】
第六章微生物的遗传和变异一、选择题1．遗传和变异的物质基础是（）。
A．蛋白质B．DNAC．RNAD．荚膜多糖【答案】B【解析】从分子遗传学角度看，亲代是通过脱氧核糖核酸（DNA）将决定各种遗传性状的遗传信息传给子代的。
变异的实质是基因突变，基因突变是指微生物的DNA被某种因素引起碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表现型的改变的现象。
因此，遗传和变异的物质基础是DNA。
2．通过供体菌和受体菌完整细胞间性菌毛的直接接触而传递大段DNA的过程称为（）。
A．转化B．转导C．接合D．突变【答案】C【解析】A项，转化是受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并把它整合到自己的基因组里的过程。
B项，转导是通过温和噬菌体的媒介作用，把供体细胞内特定的基因携带至受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的过程。
C项，性菌毛的直接接触而传递大段DNA的过程是接合过程。
3．（多选）下列证明DNA是遗传和变异的物质基础的实验有（）。
A．经典转化实验B．植物病毒重建实验C．大肠杆菌T2噬菌体的感染实验D．革兰染色实验【答案】AC【解析】A项，l928年格里菲斯的转化实验，加上1944年埃弗里等人的转化补充实验，确切地证明DNA是遗传的物质基础。
C项，大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌的实验进一步证实了DNA是遗传和变异的物质基础。
4．（多选）下列关于DNA存在形式的描述正确的有（）。
A．真核生物的DNA存在于细胞核中B．真核生物的DNA存在于拟核中C．原核生物的DNA存在于拟核中D．原核生物的DNA存在于细胞核中【答案】AC【解析】A项，真核生物细胞较大，有核膜、有核仁、有真正的细胞核，DNA存在于细胞核中；C项，原核生物细胞较小，无核膜、无核仁，没有成形的细胞核，DNA是散在细胞质中的，基因组DNA所在的位置形成一个区域，称为拟核区。
二、填空题1．DNA是遗传的物质基础，可通过格里菲斯经典的_____实验和_____实验得到证明。
生物必修二第六章遗传与变异难点解析
生物必修二第六章遗传与变异难点解析高中生物教材中的遗传与变异是难度最大的内容，下面是店铺给大家带来的生物必修二第六章遗传与变异难点解析，希望对你有帮助。
高中生物遗传与变异难点解析1、DNA是“主要”的遗传物质【解析】核酸是生物的遗传物质，而核酸又包括脱氧核酸(即DNA)和核糖核酸(即RNA)。
在整个生物界中绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的。
有DNA的生物(具有细胞结构的生物和DNA病毒——烟草花叶病毒、乙肝病毒等)，DNA就是遗传物质;只有少数病毒(如艾滋病病毒、SARS病毒、禽流感病毒等)没有DNA，只有RNA，RNA才是遗传物质。
因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
另外在证明DNA是遗传物质的实验过程中，其设计思想是：设法把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA的作用。
2、染色体是基因的“主要”载体【解析】基因是有遗传效应的DNA片段，基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体(叶绿体和线粒体中的DNA上也有基因存在)。
一般情况下，一条染色体上有一个DNA分子，在一个DNA 分子上有许多基因。
在真核细胞中，DNA是主要遗传物质，而DNA 又主要分布在染色体上，所以染色体是遗传物质的主要载体。
原核生物和病毒(DNA病毒)都没有染色体，但有DNA分子。
3、生物的性别决定方式“主要”有两种：一种是XY型，另一种是ZW型。
【解析】生物的性别决定方式：①XY型性别决定——很多种类的昆虫、某些鱼类和两栖类、所有的哺乳动物以及很多雌雄异株的植物(如菠菜、大麻等)。
雌性：N+XX;雄性：N+XY。
②ZW型性别决定——鸟类和蛾类等。
雌性：N+ZW;雄性：N+ZZ。
③基因对性别的决定——玉米是雌雄同株的植物，玉米细胞中有若干基因可以改变玉米植株的性别：如果正常植株基因型为A B ，则基因型为aaB 的植株因侧生的雌花序不能正常发育为成为雄株;基因型为A bb的植株因顶生雄花序转变为雌花序而成为雌株;基因型为aabb的植株顶生的花序也是雌花序而成为雌株。
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Microbial Variation (2)
D. Metabolic Variation
D1. D2. Drug resistance
D2.1 competition D2.2 alternation in metabolic pathway
E. Colonial Variation
Bacteria: smooth rough (S-R variation) Viruses: size of plaque
第三节 微生物遗传变异的机制
微生物变异的机制
一．非遗传性变异：
由于外界环境不同而引起，基因无改变
炭疽杆菌 R
S
普通琼脂 厌氧、富含血清或血液培养基
二．遗传性变异：由于基因发生了改变、引起了 相应的性状改变，从而发生可遗传性变异即突变。
A. Material Basis of Genetics
Gene---a length of DNA, which determines a specific peptide/protein, on the chromosome
B. Flow of Genetic Information
B1. Structure of Deoxyriboucleic Acid (DNA) (See next slide)
Mechanism of Microbial Heredity
B2. Replication of DNA
DNA polymerase ( DNA-pol)
Hemi-conservative replication
replication fork
B3. Gene & Genetic Expression
plasmids Resistance factor B2.4 Mistaken translation
第四节 人工定向变异的方法及应用(1)
一、基因图谱与遗传工程
把表示不同性状的各个基因在染色体上的位置 用图示的方法表示出来即~。
人为地改变染色体上基因位置的方法称基因工 程。
DNA
mRNA
protein
Transcription
Translation
DNA Replication
（三）基因与性状遗传 碱基顺序——基因（DNA的片断）碱基顺序 基因 氨基酸 性状 ①性状的遗传 ②遗传信息的转达 ③ 即亲代基因的子代表现 ④ 碱基顺序的转录过程（复制过程）
Figure . Reverse genetics. Top, gene structure of FASCIATA 1 with exons in blue and introns in yellow. Red denotes a bacterial T-DNA that has inserted into the gene. Bottom, mutants lacking the wildtype FAS1 gene have altered development.
（二）基因重组 可见于无性繁殖或有性繁殖。 1.转化：外来细菌DNA的插入。 2.转导：病毒（噬菌体）DNA的插入。
简单插入 全部插入 ——单交换 加缺失插入 部分插入 ——双交换 这种以噬菌体为媒介，使细菌的遗传物质从 一个细菌转移到另一个细菌的过程称为 转导， 该噬菌体称转导噬菌体。
Mechanism of Microbial Variation (2)
重组细菌、大肠杆菌） 除致育因子外还有一些DNA片断和受精因子
结合导致细菌的抗药性遗传。 （抗药性因子）
受精子因子、抗药性可致移因子 染色体外的DNA 质粒（游离基因） 4.误译：
Mechanism of Microbial Variation (3)
B2.3 Conjugation Sexual, hereditary Moulds: spore combination Bacteria: by means of F, R and Col
Capsule Outer-membrane Flagella Spore
C. Virulence Variation
第二节 微生物的变异现象
（四）代谢上的变异 1．营养缺陷型的变异： 能全面合成氨基酸——不能合成某一氨基酸 可作为研究遗传的一个良好机会 2．抗药性变异 ①竞争 ②改变代谢途径 （五）菌落变异： 细菌从S——R 病毒的蚀斑大小
B1. Gene Mutation
B1.1 Spontaneous mutation
B1.2 Induced mutation
Nongenetic Variation
caused by circumstan ces
Spontaneous mutation
Induced mutation
第三节 微生物遗传变异的机制（2）
A. Genomic Mapping & Genetic Engineering
Genomic Mapping－method of locating genes that decide different phenotypes on the chromosome by means of a diagram.
Base base-pair double helix
Structure of DNA
Structure of Gene
第一节 微生物遗传的机制
（二）DNA的复制 氢键断裂，两链分开各以核苷酸链
为模板，按碱基配对原则，在DNA聚 合酶作用下，由一个DNA分子复制成 两 个 结 构 相 同 的 DNA 分 子 。 复 制 的 DNA分子，各由一新旧链组成的双螺 旋结构。
这一过程称为翻译(translation)。
Translation
Mechanism of Microbial Heredity (3)
Retro-transcription of RNA viruses:
RNA
DNA
mRNA
Peptide
第二节 微生物的变异现象 （1）
一、常见的微生物变异现象
A. Non-genetic Variation
caused by circumstances
e.g. Bacillus anthracis: S-R variation
B. Genetic Variation
caused by changes in genes, so it is hereditary.
B2. Genetic Recombination
( Seen in sexual or asexual multiplication).
B2.1 Transformation
Insertion of foreign bacterial DNA.
B2.2 Transduction
Insertion of viral ( phage) DNA. General transduction, Restricted transduction
A six-legged green frog. Property Accessor/Mutator
2. Microbial Variation (1)
A. Morphological Variation
e.g. penicillin can induce this change
B. Structural Variation
（一）基因突变 1.自发突变 由于细菌个体基因内部结构发生 了细微变化。 自然界经常发生 10—4—10—9（十亿） 2.诱发变异 指在细菌的环境中加入理化因素 而诱导细菌发生突变。 突变的原因在于碱基的增加、缺失、变位、 重组。
3. Mechanism of Microbial Variation
人胰岛素制造基因+大肠杆菌DNA。
连接酶
内切酶
制造胰岛素的大肠杆菌。
二 、人工获得变异品系的方法
（一）筛选——从自然变异中挑选出所需 要的变异株。
黄绿色强荧光——强毒出败巴氏杆菌。 无色（伊红美兰培养基）不发酵大肠杆菌。 物理——紫外线、同位素、激素、高温。
4. Methods and Applications of Artificial Variation (1)
( special and common characteristics)
Transduction F factor
第一节 微生物遗传的机制
一、遗传的物质基础： 性状——基因——
染色体上能导致产生特 定 肽 链 的 一 段 DNA— DNA。 二、基因的传递：
基因位于染色体上 细菌—原核—DNA 真核—核蛋白（组蛋白）
Microbial Heredity & Variation
概述
❖性状——基因 遗传 变异 ❖遗传/变异 自身矛盾——生物性状 相
对稳定 发展进化 ❖微生物——生物 （特殊与一般） 转导致
育因子
Introduction
Genotype and Phenotype Heredity and Variation (Mutation) Microorganisms and Organisms
（一） DNA的结构： DNA 核苷酸单体—酸+ 碱基A（腺嘌呤） T（胸腺嘧啶） C （胞嘧啶）G（鸟嘌呤） 两条核苷酸链 聚核苷酸（多） 碱基在内——两链上碱基互补配对
A—T（U） G—C 脱氧核糖、磷酸向外 氢键相连
1. Mechanism of Microbial Heredity
第六章 微生物的遗传与变异
➢概述 ➢第一节 微生物遗传的机制 ➢第二节 微生物的变异 ➢第三节 微生物的遗传与变异理论及
实践意义
Chapter 6
Microbial Heredity & Variation