微生物的遗传与变异
第七章微生物的遗传和变异
大肠埃希菌
乳糖
环境无乳糖，则不产生三种酶
含链霉素培基 痢疾杆菌 依赖链霉素株 ( 耐药菌株 )
耐药性改变：
二、微生物遗传和变异的物质基础 真核微生物的遗传物质： 原核微生物的遗传物质： 病毒的遗传物质：
一、微生物的遗传变异现象
形态与结构变异 菌落形态变异 毒力变异 酶活力变异 抗药性变异
形态改变1
3-6% NaCl 鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型) 琼脂培基
青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)
正常霍乱弧菌
霍乱弧菌L型
形态改变2
42-43℃ 炭疽杆菌────→失去形成芽胞能力, 毒性减弱 10-20天 0.1%石炭酸 变形杆菌（有鞭毛） （无鞭毛）
1923年： 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌 卡介苗 （有毒） 13年(230代) （弱毒，保持抗原性）
毒力改变2
β-半乳糖苷酶 半乳糖苷渗透酶 半乳糖苷转酰酶
中国科学院武汉病毒所菌种保藏中心
单位 缩写
单位名称
单位 缩写
单位名称
各国主要菌种保藏机构
（二） 菌种的复壮 使衰退的菌种恢复原来优良性状。是指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施。
纯种分离
生物学性状检测 生产性能检测
国内外菌种保藏机构
KIM
德国微生物研究所菌种收藏室
NCIB
英国国立工业细菌收藏所
MIG
德国发酵红叶研究所微生微生物收藏室
CMI
英联邦真菌研究所
RKI
德国科赫研究所
微生物的遗传与变异
•
3、染色体层面 1）不同生物的染色体数目相差很大。 2）单倍体，双倍体，三倍体，多倍体。 3）部分双倍体。
•
4、核酸层面 DNA或RNA; DNA单链或双链; RNA单链或双链; bp（碱基对）; kp（千碱基对）; mp（兆碱基对）。
•
5、基因层面 基因：生物体内一切具有自主复制能力的最
•定向培育一般是指用某一特定环境长期处理某一 微生物培养物(群体)，同时不断对它们进行移种传 代，以达到积累和选择合适的自发突变体的一种 古老的育种方法。由于自发突变的频率较低，变 异程度较轻微，所以培育新种的过程一般十分缓 慢。与诱变育种、杂交育种和基因工程技术相比 ，定向培育法带有守株待兔的被动状态。 •
•
•
•(1)用表面活性剂处理标准TMV，得到它的蛋白质； •(2)从TMV的变种HRV通过弱碱处理得到它的RNA； •(3)通过重建获得杂种病毒； •(4)证实杂种病毒的蛋白质外壳是来自TMV标准株。 •(5)杂种病毒感染烟草产生HR所特有的病斑，说明杂种病毒 的感染特性是由HRV的RNA所决定，而不是二者的融合特征 •(6)从病斑中一再分离得到的子病毒的蛋白质外壳是HR蛋白 质，而不是标准株的蛋白质外壳。以上实验结果说明杂种病 毒的感染特征和蛋白质的特性 是由它的RNA所决定，而不是 由蛋白质所决定，遗传物质是RNA。
无义突变：某碱基突变造成UAG，UAA和 UGA等终止码的出现，导致多肽链合成终 止，原功能丧失。
•
3、表型变化及其分离 1、营养缺陷型——是一种缺乏合成其生存所
必需的营养物，只有从周围环境或培养基中 获得这些营养或其前体物才能生长的突变型 。
2、抗药性突变型——指由于基因突变使菌株 对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生 抗性的一种突变。
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。
微生物遗传和变异
微生物的遗传变异和育种遗传 (inheritance) ：是发生在亲子之间即上下代间的关系，即指上一代生物如何将自身的一套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的保守特性。
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，亦即遗传型的改变。
注：遗传和变异是生命的最本质特性之一（1）遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。
是一种内在的可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。
（2）表现型：具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。
注：表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。
（3）表型饰变：即外表的修饰性改变，是发生在转录、转译水平上的变化，不涉及遗传物质的结构改变。
特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为（4）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变特点：遗传性、群体中极少数个体的行为微生物是遗传学研究中的明星：（1）微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。
（2）很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。
（3）对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
第一节遗传变异的物质基础一、核酸为遗传的物质基础生物分子：糖类、脂类、蛋白质、核酸1、肺炎双球菌实验证明了：DNA是转化所必需的转化因子；2、噬菌体感染实验证明了：遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质；3、植物病毒的重建实验证明了：在RNA病毒中，遗传物质基础也是核酸，只不过是RNA罢了。
通过上述三个实验证明了：只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式1、细胞水平：在细胞水平上，真核微生物和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。
分为原核微生物基因组、真核微生物基因组。
2、细胞核水平：真核生物的细胞核是有核膜包囊，形态固定的真核，核内的DNA与组蛋白结合在一起形成一种在光学显微镜下能见的核染色体；（1）基因组(genome)：一个物种的单倍体内的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。
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
微生物遗传变异和育种
★按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞 来分：
选择性突变株（selective mutant）：具有选择标 记（如营养缺陷型、抗性突变型、条件致死突变 型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、 pH值等，就比较容易检出和分离到。
非选择性突变株（non-selective mutant）：无选 择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变 型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌 落并找出差异。
免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不 受其伤害。
4.4 Ti质粒（tumor inducing plasmid）
• 即诱癌质粒。 • 存在于根癌土壤杆菌（Agrobacterium
tumefaciens）中,可引起许多双子叶植物的根癌。
• 当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细
菌的DNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基 因的Ti质粒的T-DNA小片段与植物细胞中的核染 色体发生整合，合成正常植株所没有的冠瘿碱类， 破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使它转变 成癌细胞。
子进行转化的生理状态。
，交换重组
感受态：促进 自溶素的表达， 使细胞表面的 DNA结合蛋白 和核酸酶裸露 出来，从而使 其能与外源 DNA结合并对 DNA进行切割， 只有一条链能 与特异蛋白结 合进入细胞。 另一条链被核 酸酶降解，产 生的能量用于 核酸链的进入。
鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶 切图谱等方法
3 质粒的种类：
1、大肠杆菌的F因子 2、细菌抗药质粒（R因子） 3、大肠杆菌素质粒（Col因子） 4、Ti质粒 5、降解质粒 6、毒性质粒
4.1 F–因子（fertility factor）：又称致
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微生物的遗传与变异
遗传和变异是一切生物最本质的属性。
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环境条件产 生的一定反应，或出现的一定性状(例如：生 态、生理生化特性等)传给后代，并相对稳定 地一代一代传下去。
这就是微生物的遗传。 遗传具有保守性，优点：保障优良性状稳定 遗传；缺点：环境变化，无法适应而死亡。
2、地球上的一切生物的遗传物质都是 ( A ) ：
A. 核酸
B. 脱氧核糖核酸或核糖核酸
C. 脱氧核糖核酸 D. 脱氧核糖核酸和核糖核酸
二、判断题
1、由于染色体位于细胞核内，所以生物 的遗传就是指细胞核遗传。
2、 噬菌体侵染细菌的时候，整个进入细 菌的体内，其蛋白质和DNA共同进行子代 噬菌体的复制。
遗 传 物 质
赫西和蔡斯实验——噬菌体侵染细菌的实验
（含P） （含S）
微生物的遗传与变异
用放射性同位素35S标记外壳蛋白质
细菌内无放射性
微生物的遗传与变异
D 用放射性同位素32P标记内部DNA N
A 是
真
正
的
遗
传
细菌内有放射性
物
质
微生物的遗传与变异
综上所述
DNA—主要的遗传物质
注：DNA不是唯一的遗传物质， 较少的微生物也靠RNA进行遗 传。
微生物的遗传与变异
1.DNA的存在形式 主要是染色体，另外还有质粒等。
2.基因
基因：生物体内贮存遗传信息、能进 行自我复制能力的遗传功能单位。是 DNA分子上的具有特定碱基排列顺序的 核苷酸片断。
每个细菌约有5000～10000个基因。
微生物的遗传与变异
3.遗传信息的传递
贮存在DNA上的遗传信息都会转录到RNA 上，通过RNA的翻译作用指导蛋白质的合 成，最终依靠蛋白质体现遗传性状。
课堂 小结
核酸是一切生物的遗传物质， 核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和 核糖核酸（RNA），绝大多数生物 都是以DNA作为遗传物质的，因此 DNA是主要的遗传物质。
——课堂练习——
一、选择题：
1、蛋白质不是遗传物质的原因之一是 ( B ) ：
A. 它的含量很少
B. 它不能自我复制
C. 它与新陈代谢无关 D.它的种类很多
埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充实验 从S型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、 DNA、RNA，分别与R型肺炎球菌混合 后注入到小白鼠体内，结果被注入DNA 的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。
微生物的遗传与变异
只 有
DNA 引 起
R 型 肺 炎 球 菌 转 化
多糖
DNA RNA
微生物的遗传与变异
DNA 蛋白质是
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异
请大家想一想，与遗传 变异有关的俗语或谚语 有哪些？
1.种瓜得瓜，种豆得豆； 2.龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞； 3.虎父无犬子； 4.一母生九子，母子十不同。
微生物的遗传与变异
第一节 微生物的遗传
一、遗传和变异的物质基础——DNA
生物的各项生命活动都有它的物质基础。 生物遗传的物质基础是什么呢？ 答案是DNA，科学告诉我们，亲代将各种 遗传性状通过DNA传递给了子代，子代获 得DNA后形成一定的蛋白质，将遗传特性 表现出来。
（粗糙、
（光滑、
无毒性）
有毒性）
微生物的遗传与变异
将R型活菌注入小鼠体内
一段时间后
微生物的遗传与变异
将S型活菌注入小鼠体内
一段时间后
微生物的遗传与变异
将杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
微物的遗传与变异
将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
细菌发生转化，性状的转化可以遗传。
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异
注意： 1.复制过程必须有酶的参与； 如：解旋酶、聚合酶等。 2.解旋过程中，并不是完全断开后才开 始复制，而是解开一段后，就进行复制。 复制好的就开始形成双螺旋。 3.每个子代细胞都获得了亲代细胞的一 个DNA单链。
微生物的遗传与变异
小资料——米歇尔的发现
1868年的某天瑞士的生物化学家米歇尔(Miescher) 研究一个病人的绷带，小心地将绷带上粘着的病人 伤口处的物质洗下来。洗脱物中含有许多脓细胞。 他向其中加入酒精，将细胞中的脂肪类物质除去， 之后又加入含有胃蛋白酶的提取液清除各种杂蛋白， 这样，他就可以拿到纯的浓细胞的细胞核了。于是 米歇尔开始研究这些核。结果他意外地发现核中有 一种从未认识到的新物质，并起名为“核素”。这就 是现在我们知道的DNA。
微生物的遗传与变异
磷酸
脱氧 核糖
碱碱GACT基基
微生物的遗传与变异
A
G
C
T
磷酸
脱氧 核糖 微生物的遗传与变异
碱基
A
T
T
A
G
C
C
G
微生物的遗传与变异
一个DNA分子可包含几十万到几百万个碱 基对，每个碱基之间间距为0.34nm。每10 个碱基组成一个螺旋，螺距3.4nm。 碱基之间一一对应，顺序固定，所以可以 保证遗传的稳定性，但是，如果收到干扰， 个别碱基排列顺序发生变化，都会导致微 生物死亡或变异。
微生物的遗传与变异
哪些人用什么方法最终证明了 遗传的物质基础是DNA呢？
1.格里菲斯经典转化实（1928）及埃弗 里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充 实验（1941）。 2.赫西和蔡斯大肠杆菌T2噬菌体感染大 肠杆菌实验。
微生物的遗传与变异
格里菲斯——肺炎双球菌转化实验
多 糖 类 荚 膜
R型菌
S型菌
转录
翻译
DNA
RNA
蛋白质
微生物的遗传与变异
（二）DNA的复制 微生物为了保证遗传的稳定性，DNA的复 制十分精确。 复制过程： 1.解旋：DNA双链氢键断裂，双链分开； 2.复制：以各自双链为模板，进行复制。 3.分配：新复制的核苷酸链与原来的一条 核苷酸链按照碱基配对原则形成新的双链 结构并分给子代。
微生物的遗传与变异
金丝猴的后代仍然是金丝猴
微生物的遗传与变异
当微生物从它适应的环境迁移到不适应的 环境后，微生物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(适应酶)，从而适应新环境并生 长良好，这是遗传的变异。
遗传变异性使微生物得到发展，为人类 改造微生物提供理论依据。微生物的变 异很普遍。
二、DAN的结构与复制 （一）.DNA结构 最经典的结构：双螺旋结构。 沃森、克里克1953年提出。
微生物的遗传与变异
沃森（左）和克里克与DNA分子双螺旋结 构模型
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异
DNA有两条核苷酸链彼此围绕同一根轴 互相盘绕形成，为双螺旋结构。
每个单链均由脱氧核糖－磷酸－脱氧核 糖－磷酸交替排列构成。每个核苷酸链 上都有四个碱基： T——胸腺嘧啶 A——腺嘌呤 G——鸟嘌呤 C——胞嘧啶 彼此与另一条核苷酸链上的碱基组成碱 基对：T—A A—T G—C C—G