细菌的遗传与变异课程PPT
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细菌的遗传与变异ppt课件
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
第一节
细菌的遗传物质
1、细菌染色体
细菌作为原核型微生物，虽没有完整的核结构，但却有 核区（或核质）。在电镜下观察，核区有盘旋堆积的 DNA纤维。
细菌染色体DNA与其他生物相同，由互补的双链核苷酸 组成。
基因突变
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。
遗传型变异中常见的一种为突变，即细菌的基因结构 发生偶然的改变。一般突变会导致所编码蛋白质的改 变，从而使细菌出现新的特性或失去原有的某些特性。 由于细菌每20～30分钟分裂一代，故突变株相对较多。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
在一定的培养条件下这些性状在亲代与子代间表现相 同，为遗传性。然而也可出现亲代与子代间的变异。 如果细菌的变异是由于细菌所处外界环境条件的作用， 引起细菌的基因表达调控变化而出现的差异，则称为 表型变异。表型变异因为并未发生细菌基因型的改变， 不能遗传，所以是非遗传变异。遗传使细菌保持种属 的相对稳定性，而基因型变异则使细菌产生变种与新 种，有利于细菌的生存及进化。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
如，以β棒状杆菌噬菌体感染无毒的白喉杆菌后，可发生 溶原性转换，形成产生外毒素的白喉杆菌。此外，溶血性 链球菌产生红疹毒素的能力，以及沙门氏杆菌有特异性O 抗原等，均通过溶原性转换获得。当各菌失去相应噬菌体 后，则失去产生毒素或表达特异抗原特性。
细菌的遗传和变异PPT课件
细菌的遗传和变异
遗传使细菌的性 状保持相对稳定
细菌的形态、结构、 生理、抗原性、致病 性和耐药性等性状与 亲代之间存在不同程 度的差异，这种现象 称为变异
变异的种类
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
非遗传性变异 + + 群体
细菌性状的变异现象
毒力变异
增强
β棒状噬菌体
白喉棒状杆菌 减弱 牛分枝杆菌
13年(230代)
获得白喉毒素
胆汁、甘油、马铃薯培养基
卡介苗
牛分支杆菌 Mycobacterium bovis 在胆汁中适应性 生长，充分减毒 成为预防肺结核 的疫苗。
卡介苗 Bacillus Calmette-Guerin (BCG)
S菌落 R菌落
活 R菌 +
转化的机制
转化 过程
发生转化的因素
细菌性状的变异现象
耐药性变异
对药物从敏感到耐受称耐药。
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
细菌性状的变异现象
特点：
不仅形态改变，理化性状，毒力， 致病力，抗原性等性状也发生变化 一般性状变弱，例外：结核杆菌、 炭疽杆菌、鼠疫杆菌。
一、细菌性状的变异现象
形态的变异
变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H） 点状生长、单个菌 落（O）
可逆
细菌性状的变异现象
结构的变异
指细菌某些结构的丢失（包括基本 结构或特殊结构）。
青霉素、溶菌酶
遗传使细菌的性 状保持相对稳定
细菌的形态、结构、 生理、抗原性、致病 性和耐药性等性状与 亲代之间存在不同程 度的差异，这种现象 称为变异
变异的种类
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
非遗传性变异 + + 群体
细菌性状的变异现象
毒力变异
增强
β棒状噬菌体
白喉棒状杆菌 减弱 牛分枝杆菌
13年(230代)
获得白喉毒素
胆汁、甘油、马铃薯培养基
卡介苗
牛分支杆菌 Mycobacterium bovis 在胆汁中适应性 生长，充分减毒 成为预防肺结核 的疫苗。
卡介苗 Bacillus Calmette-Guerin (BCG)
S菌落 R菌落
活 R菌 +
转化的机制
转化 过程
发生转化的因素
细菌性状的变异现象
耐药性变异
对药物从敏感到耐受称耐药。
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
细菌性状的变异现象
特点：
不仅形态改变，理化性状，毒力， 致病力，抗原性等性状也发生变化 一般性状变弱，例外：结核杆菌、 炭疽杆菌、鼠疫杆菌。
一、细菌性状的变异现象
形态的变异
变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H） 点状生长、单个菌 落（O）
可逆
细菌性状的变异现象
结构的变异
指细菌某些结构的丢失（包括基本 结构或特殊结构）。
青霉素、溶菌酶
微生物学遗传与变异ppt课件
β- 棒状噬菌体
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
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
细菌的遗传和变异 ppt课件
18
毒性噬菌体复制周期
吸附 穿入 生物合成 成熟与释放
毒性噬菌体裂解细菌的过程示意图
19
20
21
22
23
噬菌现象
液体培养基 混浊
澄清
固体培养基中，出现噬斑（plaque）
一定体积内的噬斑形成单位数目（pfu）
24
温和噬菌体
前噬菌体（prophage） 溶原性细菌（lysogenic bacterium） 溶原性（lysogeny） 溶原状态 溶原性周期和溶菌性周期 溶原性转换
粗糙型菌落 R
原因：失去LPS的特异多糖
7
毒力变异
增强 白喉棒状杆菌
减弱
牛分枝杆菌
β棒状噬菌体 获得白喉毒素
胆汁、甘油、马铃薯培养基
卡介苗
13年(230代)
8
耐药性变异
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。
噬菌体
17
噬菌体与宿主的相互关系
噬菌体的种类
毒性噬菌体（virulent phage）
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，称为毒性噬菌 体
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
（一）染色体
12
（二）质粒（plasmid）
细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的 双 链 DNA。 带 有 遗 传 性 息 ， 能 自 行 复 制 ， 随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生 长所必需。
毒性噬菌体复制周期
吸附 穿入 生物合成 成熟与释放
毒性噬菌体裂解细菌的过程示意图
19
20
21
22
23
噬菌现象
液体培养基 混浊
澄清
固体培养基中，出现噬斑（plaque）
一定体积内的噬斑形成单位数目（pfu）
24
温和噬菌体
前噬菌体（prophage） 溶原性细菌（lysogenic bacterium） 溶原性（lysogeny） 溶原状态 溶原性周期和溶菌性周期 溶原性转换
粗糙型菌落 R
原因：失去LPS的特异多糖
7
毒力变异
增强 白喉棒状杆菌
减弱
牛分枝杆菌
β棒状噬菌体 获得白喉毒素
胆汁、甘油、马铃薯培养基
卡介苗
13年(230代)
8
耐药性变异
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。
噬菌体
17
噬菌体与宿主的相互关系
噬菌体的种类
毒性噬菌体（virulent phage）
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，称为毒性噬菌 体
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
（一）染色体
12
（二）质粒（plasmid）
细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的 双 链 DNA。 带 有 遗 传 性 息 ， 能 自 行 复 制 ， 随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生 长所必需。
细菌的遗传与变异 ppt课件
如： 淋球菌 （用第四代环丝氨酸）
结核
（耐异烟肼）
痢疾菌 （多重耐药菌株，药物依赖性菌株链霉素）
PPT课件 15
——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80%。
A、金葡菌 —青霉素 B、耐药金葡菌 —甲氧西林 耐药金葡菌 —万古霉素
PPT课件 16
耐万古 霉素肠 球菌以 接合方 式传递
细菌的遗传与变异
PPT课件
1
1、遗传 VS 变异
(1)遗传：生命体通过核酸的复制和分配使亲代的性
状传递给子代，致使子代与亲代的生物学性状基本相 同，且代代相传，遗传使细菌的性状保持相对稳定。
(2)变异：在一定条件下，子代与亲代、子代相互之间，
生物学性状发生不同程度的稳定性差异。
PPT课件
2
A、遗传性变异（基因型变异）
a金葡菌青霉素耐万古霉素肠球菌以接合方耐万古霉素肠球菌以接合方b耐药金葡菌甲氧西林耐药金葡菌万古霉素式传递常见致病菌的耐药原因细菌药物耐药原因金葡菌青霉素产生b内酰胺酶甲氧西林合成pbp2膜结合蛋白降低药物对膜的亲和力膜结合蛋白降低药物对膜的亲和力四环素药物泵出肠球菌青霉素酶四环素核糖体改变绿脓杆菌青霉素酶或pbp改变氨基糖苷类酶或核糖体改变抗菌药物的作用靶位耐药性细菌在世界各地的分布二细菌遗传变异的物质基础细菌的遗传物质是dna大多为单倍体基因组细菌的基因组是指染色体和染色体以外遗传物质所携带基因的总称
• 两端的保守末端 • 中间的可变区：基因盒（多为耐药基因）
5`保守末端含有功能元件
• 整合酶基因，产物催化基因盒的整合与切除 • 重组位点 • 启动子
PPT课件
35
三、细菌变异的机制
——基因的突变与损伤后修复 ——基因的转移与重组
结核
（耐异烟肼）
痢疾菌 （多重耐药菌株，药物依赖性菌株链霉素）
PPT课件 15
——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80%。
A、金葡菌 —青霉素 B、耐药金葡菌 —甲氧西林 耐药金葡菌 —万古霉素
PPT课件 16
耐万古 霉素肠 球菌以 接合方 式传递
细菌的遗传与变异
PPT课件
1
1、遗传 VS 变异
(1)遗传：生命体通过核酸的复制和分配使亲代的性
状传递给子代，致使子代与亲代的生物学性状基本相 同，且代代相传，遗传使细菌的性状保持相对稳定。
(2)变异：在一定条件下，子代与亲代、子代相互之间，
生物学性状发生不同程度的稳定性差异。
PPT课件
2
A、遗传性变异（基因型变异）
a金葡菌青霉素耐万古霉素肠球菌以接合方耐万古霉素肠球菌以接合方b耐药金葡菌甲氧西林耐药金葡菌万古霉素式传递常见致病菌的耐药原因细菌药物耐药原因金葡菌青霉素产生b内酰胺酶甲氧西林合成pbp2膜结合蛋白降低药物对膜的亲和力膜结合蛋白降低药物对膜的亲和力四环素药物泵出肠球菌青霉素酶四环素核糖体改变绿脓杆菌青霉素酶或pbp改变氨基糖苷类酶或核糖体改变抗菌药物的作用靶位耐药性细菌在世界各地的分布二细菌遗传变异的物质基础细菌的遗传物质是dna大多为单倍体基因组细菌的基因组是指染色体和染色体以外遗传物质所携带基因的总称
• 两端的保守末端 • 中间的可变区：基因盒（多为耐药基因）
5`保守末端含有功能元件
• 整合酶基因，产物催化基因盒的整合与切除 • 重组位点 • 启动子
PPT课件
35
三、细菌变异的机制
——基因的突变与损伤后修复 ——基因的转移与重组
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（一）噬菌体的生物学性状
形态与结构：
噬菌体有三
种形态：蝌蚪
形、微球形和
丝形，但多数
为蝌蚪形。
噬菌体 细菌细胞
噬菌体的特点
噬菌体具有严格的宿主特异性，即某一种噬菌体只难 感染某一种微生物，甚至只能感染某一种微生物中的某一 型。因此可用来鉴定和分型。
噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗力比一 般细菌的繁殖体强,75℃30min灭活。噬菌体能耐受低温 和冰冻，但对紫外线和X射线敏感。
三 转位因子
是存在细菌的染色体或质粒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 的基因组位置，从一个基因组转移到另一个基因组中。
转位因子
四 噬菌体
噬菌体(bacteriophage)：是能感染细菌、 真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。
噬菌体分布极广，凡是有细菌的场所，就可 能有相应的噬菌体的存在。
抗体或补体
(部分或完全失去胞壁)
葡萄球菌的L型变异
有荚膜的肺炎球菌
无荚膜的肺炎球菌
细菌形态结构变异
形态与结构变异
特殊结构的变异
炭疽杆菌
42-43℃ 10-20天
失去形成芽胞能力, 毒性降低
1%石碳酸
变形杆菌（H）
失去鞭毛（O）
毒力变异
胆汁、甘油、马铃薯培养基
牛型结核分枝杆菌
13年(230代)
（二）噬菌体与宿主菌的相互关系
毒性噬菌体(virulent phage)：能在宿主细胞内复 制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌
温和噬菌体(temperate 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。
吸附 成熟、释放
通过溶原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：①白喉棒 状杆菌——白喉毒素；②链球菌——致热外毒素；③肉毒梭 菌——肉毒毒素；④产气荚膜梭菌——α毒素。
光滑型菌落（Ｓ）
粗糙型菌落（Ｒ）
光滑型菌落
粗糙型菌落
S型菌落
R型菌落
细菌菌落形态变异
结核杆菌的干燥型菌落
第二节 细菌遗传变异的物质基础
细菌染色体 质粒 转位因子 噬菌体
一 细菌的染色体(chromosome)
细菌的染色体是环状双螺旋DNA长链，上有许多编码细
菌生物学性状的基因，是细菌的主要遗传物质。
穿入 生物合成
毒性噬菌体的溶菌性周期
前噬菌体
温和噬菌体的溶源性周期
温和噬菌体的溶菌性周期
第三节 细菌变异的发生机制
一、基因突变
1. 种类
突变（mutation）是指生物体的遗传物质核酸的结构 发生了突然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状 发生遗传性变异。
2. 基因突变的共同特性
（1）稀少性 ：自发突变率10-9～10-6 。 （2）突变的回复和抑制：未发生突变的原始菌株称为 野生株，经突变后性状改变了的菌株称为突变株。 （3）突变与选择
F+
F-
F+
F-
F+
F+
F+
F+
细 菌
F+
F_
的
遗
传
与
变
异
Sex pili
细 F+
菌 的 遗 传 与 变 异
F_
F+
R质粒的接合
A-Antibiotics
溶原性转换（lysogenic conversion） ：溶原性
噬菌体的基因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发 生改变，这种现象称为溶原性转换。
卡介苗 （毒力减弱）
β棒状噬菌体
白喉棒状杆菌
获得白喉毒素 （毒力增强）
耐药性变异
耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的 变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重 耐药性。
含链霉素培养基长期培养
痢疾杆菌
依链株(耐药菌株)
抗原性变异
O抗原和H抗原的变异
菌落变异
在陈旧培养基中长期培养
基因转移与重组
基因转移（gene transfer）：外源性的遗传物质由供体菌 进入某受体菌的过程。
基因重组（recombination）：转移的基因与受体菌DNA 整合在一起，使受体菌获得供体菌的某些特性。
细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶源 性转换。
F+：即含F质粒，编码性菌毛，该菌称雄性菌。 F + × F -的接合：
第四章 细菌的遗传与变异
遗传(heredity)：子代与亲代之间生物学特征
（形态、结构等）的相似性。遗传使细菌的性状保 持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存。
变异(variation)：子代与亲代之间生物学特征的
差异。变异使细菌产生新的变种，变种的新特性靠 遗传得以巩固，并使物种得以发展和进化。
细菌的变异分为遗传性变异和非遗传性变异
遗传性变异（基因型变异）：是细菌的基因结构发生了改
变，如基因突变或基因转移和重组。常发生于个别的细菌，不受 环境因素的影响，不可逆，可遗传。
非遗传性变异（表型变异）：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。易受到环境因素的影响，可 逆，不能遗传。
二 质粒(plasmid)
是细菌染色体之外的遗传物质，存在于细胞质中，为 环状闭合的双链DNA。
大质粒：含几百个基因 小质粒：含20-30个基因
（一）质粒的基本特征
1、有自我复制能力 2、编码细菌的一些特殊的性状 3、非生命活动所必需，可自行丢失与消除 4、可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移 5、分相容性与不相容性两种
（二）医学上重要的质粒
质粒基因可编码很多重要的生物学性状： 1、致育质粒（fertility plasmid,F质粒） 2、耐药质粒（resistance plasmid,R质粒） 3、毒力质粒（virulence plasmid,Vi质粒） 4、细菌素质粒： 如Col质粒（Col plasmid）编码大肠菌 素的质粒
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
非遗传性变异
+ + 群体
第一节 细菌的变异现象
形态与结构变异 毒力变异 耐药性变异 抗原性变异 菌落变异
形态结构变异
3-6%食盐
鼠疫耶尔森菌
多形态性
陈旧培基物
形态与结构变异
青霉素、溶菌酶
正常形态细菌──────→ L型变异