第四章 细菌的遗传与变异
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细菌的遗传与变异
❖ The antisense strand (Template strand) of DNA is complementary to the sense strand, and is the one that acts as the template for synthesis of mRNA.
Department of Microbiology, Hebei North University
群体
第一节 细菌的遗传物质
一.染色体（chromosome）
由两条环状双螺旋DNA长链组成， 是遗传的主要物质基础。含细菌的遗 传基因，控制细菌的遗传与变异。
二.质粒（plasmid）
细菌染色体外的遗传物质，编码细 菌多种重要的生物学性状。
Department of Microbiology, Hebei North University
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
Department of Microbiology, Hebei North University
细菌DNA复制
Department of Microbiology, Hebei North University
质粒基因可编码多种重要的生物学性状：
致育质粒（fertility plasmid、F质粒）编码性菌毛，介导细菌之 间的接合传递；
耐药性质粒（resistance plasmid、R质粒） 编码细菌对抗菌药 物或重金属盐类的耐药性。分两类，一是接合性耐药质粒（R质 粒），另一是非接合耐药性质粒（r质粒)；
形态结构变异
青霉素、溶菌酶
正常形态细菌──────→ L型变异
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群体
第一节 细菌的遗传物质
一.染色体（chromosome）
由两条环状双螺旋DNA长链组成， 是遗传的主要物质基础。含细菌的遗 传基因，控制细菌的遗传与变异。
二.质粒（plasmid）
细菌染色体外的遗传物质，编码细 菌多种重要的生物学性状。
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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
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细菌DNA复制
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质粒基因可编码多种重要的生物学性状：
致育质粒（fertility plasmid、F质粒）编码性菌毛，介导细菌之 间的接合传递；
耐药性质粒（resistance plasmid、R质粒） 编码细菌对抗菌药 物或重金属盐类的耐药性。分两类，一是接合性耐药质粒（R质 粒），另一是非接合耐药性质粒（r质粒)；
形态结构变异
青霉素、溶菌酶
正常形态细菌──────→ L型变异
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
细菌的遗传和变异
5、质粒的转移
细菌质粒可在同种、同属或不同属细菌间转移
方式： 接合性耐药性质粒，通过性菌毛接合转移 非接合性耐药性质粒，通过噬菌体为媒介 将DNA中信息转移；
结果：耐药菌可以将耐药基因转移至敏感菌，
使敏感菌也携带了耐药性，成为耐药菌；
（三）细菌转位子
1 、定义： 为存在于细菌的染色体或质粒上一段
表达调控：
（1）调控部位：起动子、终止子
（2）调节蛋白：阻遏蛋白
（3）效应物分子
乳糖操纵子模型
Francois Jacob和Jacques Monod提出，
E.coli 利用乳糖需两种酶：
LacZ基因编码的半乳糖苷酶→乳糖来自解为葡萄糖、半乳糖LacY基因编码的半乳糖穿透酶→将乳糖运输入细胞内
LacA基因编码转酰基酶→与前两酶一起受调控
减弱：BCG（卡介苗） Calmette 和Guerin 230次历时13年之久 传代培养，毒力减弱，抗原性不变的菌株。预 防接种，不致病，但可获得免疫力。 增强： 无荚膜肺炎链球菌→小白鼠腹腔接种， 毒力增强→产生荚膜；
（五）耐药性变异
对某种药物敏感的细菌变成对该药耐受的
变异称为耐药性变异；
染色体耐药基因的突变 耐药性质粒的转移 转座子的插入 →细菌产生特定的酶类或多肽 类物质→阻挡药物向靶细胞穿 透、发生新的代谢途径；
染色体（核质）
质粒
（一）细菌的染色体
1、特点：
（ 1 ）一条环状双螺旋长链，反复扭曲折叠，
呈负超螺旋结构； （2）长度约菌体1000倍，分子量109dal左右
2、细菌染色体的复制；
E.coli约需要20分钟，平均每分钟105bp
复制叉（replicating fork）
细菌的遗传与变异
三、转 导（Transduction）
以噬菌体为载体，将供体菌的一 段DNA片段转移给受体菌，使其获得 新的性状。
根据转导基因片段的范围，可分为两种：
普遍性转导：
可转移供体菌DNA的任何片段。
局限性转导：
只转移前噬菌体插入部位邻近的供体菌DNA片段
1）普 遍 性 转 导
噬菌体的溶菌周期发生装配错误，误将 供体菌DNA装入噬菌体内成为一个转导噬菌 体，再以正常方式感染另一宿主菌。
F′质粒：
Hfr菌中的F质粒可以从细菌染色体上 切离下来，终止其Hfr状态，切离时可能 带有染色体上临近的基因，这种质粒称为 F′质粒。
2）R质粒的接合
R质粒由耐药传递因子（RTF）和耐药（r） 决定子两部分组成，这两部分可单独，也可结 合在一起，只有结合在一起才能发生质粒的接 合性传递。
RTF的功能与F质粒相似，因此可介导类似 F质粒的接合过程；r决定子能编码对抗菌药物 的耐药性。
2、温 和 噬 菌 体
1）概 念：
前噬菌体： 整合在宿主菌染色体上的噬菌体基因组。
溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌 。 溶原状态：
噬菌体基因随溶原性细菌的分裂而传给子代 的状态。
2）溶原性周期和溶菌性周期
温和噬菌体感染宿主菌后所建立的溶原 状态可中断，前噬菌体可自发或在一定理化 因素诱导下从宿主菌染色体切离下来，重新 复制新的子代噬菌体，最终裂解细菌。
（5）质粒的相容性与不相容性
3、几种常见质粒：
F质粒 R质粒 Col质粒
fertility factor
性菌毛有关
resistance plasmid 与耐药性有关
Col plasmid
编码大肠菌素
Vi质粒 virulence plasmid 与细菌毒力有关
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
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。
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
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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
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。
THANKS FOR WATCHING
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
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
细菌的遗传与变异
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
（二）质粒(plasmid) 细菌中除主染色体之外，能进 行自主复制的遗传单位。可随细胞 分裂分配到子细胞中。
一、细菌的遗传物质
质粒的性质
1、自我复制； 2、能编码某些特性； 3、可自行丢失或消除； 4、质粒移动性，可转移的质粒具有与转移 有关的基因； 5、质粒的不相容性；
成熟与释放
一、细菌的遗传物质
噬菌现象： 液体培养基：混浊 澄清 固体培养基：出现噬斑（plaque） 一定体积内的噬斑形成单位数目（pfu）
一、细菌的遗传物质 三、噬菌体的类型
(2) 噬菌体感染细菌后，其基 因组整合到细菌染色体中，与细菌 DNA一起复制，随细菌的分裂而传 至子代细菌，细菌并不裂解。 该类噬菌体称为温和噬菌体 (temperate phage)。
（1）二个分离的反向末端重复序列 (inverted terminal repeats, ITR) （2）一个转座酶（transposase)编码基因
IR Transposase Gene IR
一、细菌的遗传物质
2、复合转座子—— Ⅰ类转座子 ——由IS类转座组件构成的复合体。 组成：两端为IS 中间编码抗生素物质
各种生物细胞都可进行原生质体融合
70年代后发展的一种育种新技术
二、细菌的基因转移与重组
原生质体融合的优点：
1、可以提高重组率； 2、双亲可以少带标记或不带标记； 3、可进行多亲本融合； 4、有利于不同种间、属间微生物的 杂交； 5、通过原生质体融合提高产量；
细菌的遗传与变异
一、细菌的遗传物质 二、细菌的基因转移与重组☺ 三、细菌的基因突变
细菌的遗传与变异
35
• 细菌耐药性形成的主要方式是（ E ） A．转换 B．转化 C．转导 D．溶原性状态 E．接合
36
• 编码不细菌致病性有关的质粒是（ D ） A．F质粒 B．R质粒 C．Col质粒
D．Vi质粒E．F′质粒
下列哪种丌是细菌基因转移不重组的方式： （ Ａ ） A．整合B．接合C．溶原性转换D．转化E．转导
10
转座子Tn （transposon）
– ＞2kb，除携带不转位有关的基因外，还携带
耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结
构基因。 – 可能不细菌的多重耐药性有关。
11
4.整合子
位于染色体和质粒戒转座子上，自身丌
能移动，但能捕获和整合外源性基因。 基本结构：两端的保守末端和中间的 可变区，可变区含有基因盒。
12
第二节 基因的转移和重组
基因转移： 外源性的遗传物质由供体菌转入受体
菌细胞内的过程。
基因重组： 转移的外源性遗传物质不受体菌DNA 整合在一起，产生新的核苷酸排列顺 序的过程。
13
转化 接合 转导
溶原性转换
原生质体融合
14
一、转化（transformation）
小鼠体内肺炎链球菌转化试验
33
• BCG是有毒牛型分枝杆菌经何种变异而来的（ A） A．失去毒力的变异 B．失去荚膜的变异 C．失去鞭毛的变异 D．失去芽胞的变异 E．失去细胞壁的变异
34
• 细菌遗传的物质基础是（
E ）
A．染色体、核糖体、质粒、整合子 B．染色体、质粒、转座因子、转座子 C．染色体、中介体、转座子、整合子 D．染色体、核糖体、中介体、转座子 E．染色体、质粒、整合子、转座因子
筛选作用。
细菌的遗传与变异
细菌的遗传与变异细菌是微生物界中最简单、最原始的有生命之物。
它们可以通过不同的方式进行繁殖和传播，其中最常见的方式就是分裂繁殖。
在这种过程中，细菌体内的遗传物质会被复制并分配到新生细胞中，从而保证了后代基因的一致性。
但是，细菌的遗传物质并不总是保持不变的，它们也会发生变异，不同的遗传变异会对细菌的生长、繁殖和适应能力产生重要影响。
细菌的遗传基础细菌的遗传信息主要储存在细胞核外的染色体和质粒中。
与动物和植物的遗传物质DNA相似，细菌的DNA也是由基本的碱基单元构成的，包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。
这些碱基组成了一个双螺旋的结构，形成了著名的DNA分子。
然而，与动物和植物的DNA不同的是，细菌的染色体和质粒并没有被包裹在细胞核内，它们可以自由地在细胞质中游动。
此外，一些细菌也具有病毒样的遗传物质，如噬菌体（bacteriophage）和质粒所编码的转座酶等。
细菌的遗传变异在细菌进展的漫长历史中，数以亿计的遗传变异发生了。
这些遗传变异可能来自于突变、水平基因转移、DNA重组等多种机制。
不同的遗传变异会导致细菌表现出不同的特点，如细菌的抗药性、营养代谢能力和环境适应性等。
突变突变是细菌发生遗传变异的最基本机制之一。
突变指的是DNA序列的改变，包括插入、缺失和替代等。
这些变异可能导致突变体表现出与野生型不同的性状，从而具有更高或更低的适应能力。
水平基因转移除了突变之外，细菌还可以通过水平基因转移的方式获得新的基因信息。
这种机制主要包括转化、转导和菌体接触等方式。
在水平基因转移过程中，来自其他种类细菌的遗传信息被导入到目标菌体中，从而产生新的融合基因或者替代基因等。
DNA重组DNA重组是指DNA分子的重组组合，其主要涉及到DNA的切割、重组和连接等过程。
这种机制可以产生新的基因片段、基因组重排和基因组切除等遗传变异模式。
细菌的遗传变异对生态环境的影响细菌的遗传变异对于生态环境的维持和稳定具有重要影响。
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转座子 Tn1 Tn2 Tn3
Tn4 Tn5 Tn6 Tn7 Tn9 Tn10 tn551 Tn971 Tn1681
常见转座子 携带耐药或毒素基因 AP（氨苄青霉素） AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） Km（卡那霉素） Km TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SM Cm（氯霉素） Tc（四环素） Em（红霉素） Em 大肠埃希菌（肠毒素基因）
毒力变异
增强
白喉棒状杆菌 杆菌
（不产白喉毒素）
β棒状噬菌体
溶原性白喉棒状
（产白喉毒素）
减弱
牛分枝杆菌 卡介苗
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
胆汁、甘油、马铃薯培养基 13年(230代)
耐药性变异
概念：细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的 变异
常见细菌：金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等
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。
(部分或 失去
L型变异
L型细菌（L formed bacteria）的特征： 可通过细菌滤器
革兰染色多为阴性
常呈现高度多形态改变 可生长性——在含血清的高渗低琼脂培养基中 能缓慢生长，形成中央厚而四周薄的“油煎蛋” 样小菌落、颗粒型菌落或丝状型菌落等
可致病性——与某些慢性和反复感染有关 ，易 耐药、易误诊、漏诊或久治不愈
普遍性转导
前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖装配 时，误将（1/105～107）细菌的DNA片段装入噬 菌体的头部，成为一个转导噬菌体。当它感染受 体菌时，则将供体菌DNA转移给受体菌。因被包 装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，故 称为普遍性转导。
普遍性转导
完全转导
外源性DNA片段与受体菌的染色体整合，并 随染色体而传代，称完全转导
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，不断改变它们在基因 组的位置，能从一个基因组转移到另一 个基因组中。
转位因子
插入序列（insertion sequence,IS）：
是最小的转位因子，长度不超过2kb， 不携带任何已知与插入功能无关的基因区域， 往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用， 可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。
2.细菌变异的表现形式有哪些？举例说明。
3.什么是质粒？与医学关系如何？医学上重要 质粒有哪些？
4.简述细菌可通过哪些方式获得新的性状?
5.简述耐药性质粒及其在细菌间传递耐药性的 方式。
END！ Bye-bye！
噬菌体
转座噬菌体或前噬菌体：
是一些具有转座功能的溶原性噬菌体， 当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的 某些生物学性状，如白喉棒状杆菌、肉毒梭菌 等的外毒素就是由转座噬菌体的有关基因所编 码的。另外，转座噬菌体从细菌染色体分离脱 落时，可能连带有细菌的DNA片段，故它还可 能在遗传物质转移过程中起载体作用。
转化因子吸附在受体菌表面受体上，然后再被摄入
解链，一链进入受体菌，另一链为进入提供能量
进入的单股DNA与受体菌DNA进行重组
受体菌DNA复制，子代菌一个与原型菌的DNA序列 链相同仍保持原来的性状，另一个比原型菌多一段 外来的DNA序列而获得新的性状称为转化菌的突变 株
接合（conjugation）
耐药菌株日益增多，因此以药敏实验为指导 减毒菌株和无毒株可制备成疫苗
在测定致癌物质中的应用
凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能 是致癌物质。 Ames实验
伤寒沙门菌（his-）——（his+）
在流行病学中的应用
分子生物学分析方法已被用于流行病学 调查
质粒指纹图（PEP） 对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性
接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通， 将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体 菌转移给受体菌。
接合性质粒：能通过接合方式转移的质 粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col 质粒和毒力质粒。
接
合
F质粒的接合
F+×F－ 高频重组菌（high frequency recombination,Hfr）
F′ F+ 、 Hfr、 F′都为雄菌
细菌遗传变异的实际意义
在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 在测定致癌物质中的应用 在流行病学中的应用 在基因工程中的应用
在疾病的诊断、治疗与预防中的应用
形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及 毒力等方面的变异，使得诊断复杂化
如金黄色葡萄球菌的耐药性菌株增加，绝大由 金黄色变成灰白色，血浆凝固酶阴性的葡萄球 菌也成为致病菌，给诊断带来困难；伤寒沙门 菌有10%不产生鞭毛，检查无动力，无H抗体， 影响正确判断。
耐药性质粒
编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐 药性。
可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药 质粒，又称R质粒 不能通过接合传递的非接合性耐药质粒，但 可通过噬菌体传递。
毒力质粒（Vi质粒）
编码与该菌致病性有关的毒力因子。
如致病性的大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素 是由ST质粒编码的。 细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K质粒决定 的。
基因的转移和重组
基因转移：
外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过 程称为基因转移（gene transfer） 。
重组：
转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组 （ recombination），使受体菌获得供体菌的某些性状。
细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、 溶原性转换和细胞融合等方式进行。
在基因工程中的应用
基因工程是根据遗传变异中细菌可因基 因转移和重组而获得新性状的原理设计 的
切取目的基因——连接到载体上——转移到 工程菌内，大量表达目的基因产物
目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长 激素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制 品
复习思考题
1.名词解释： 质粒；R质粒；F质粒；噬菌体； 毒性噬菌体；温和噬菌体；前噬菌体；溶原 性细菌；转座子；转化；转导；接合；溶源 性转换；原生质体融合。
接合
R质粒的接合
R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关 耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）
与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移
耐药（r）决定子
r-dir能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接 相邻排列，如Tn9带有氯霉素耐药基因，Tn4带有氨苄青 霉素、磺胺、链霉素的耐药基因，Tn5带有卡那霉素的耐 药基因。
遗传性变异与非遗传性变异的比较：
基因改变 遗传 可逆性 外界环境 变异幅度
遗传性变异 非遗传性变异
+
-
+
-
-
+
-
+
个别细胞
群体
细菌的变异现象
形态与结构的变异
L型变异 荚膜变异 芽胞变异 鞭毛变异
毒力变异 耐药性变异 菌落变异
L型变异
正常形态细菌 异
完全 细胞壁)
青霉素、溶菌酶 L型变
抗体或补体 等
细菌的遗传和变异
遗传——细菌在一定的环境条件下生长繁殖， 通过DNA复制，将其各种性状相对稳定地传给 子代，从而保持其种属原有特性的现象。
变异——细菌繁殖过程中，外界环境条件发生 变化或细菌遗传物质发生改变，细菌的某些性 状也随之发生改变的现象。
细菌的变异可分为遗传性变异（基因型变异） 和非遗传性变异（表型变异）。
溶原性转换是当噬菌体感染细菌时，宿主菌 染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成 为溶原状态时而致细菌获得新的性状。
白喉棒状杆菌
原生质体融合（protopast fusion)
原生质体融合是将两种不同的细菌经溶 菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为 原生质体后进行彼此融合的过程。 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， 本质上与基因转移无关或关系很小。
痢疾杆菌
含链霉素培基 长期培养
依链株
细菌遗传变异的物质基础
细菌染色体 质粒 噬菌体 转座因子
遗传物质DNA的结构
遗传物质DNA的复制 （半保留复制）
染色体的形态
真核生物的染色体
原核生物的染色体
细菌染色体
细菌属于原核细胞型微生物, 细菌染色体是环 状双螺旋DNA，不含组蛋白, 无核膜包围。
基因, 是具有一定生物学功能的核苷酸序列， 如编码结构蛋白、酶等功能。细菌基因的结构 是连续的, 无内含子。
转化（transformation）
转化是供体菌裂解游离的DNA片段被受体 菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。
转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感 嗜血杆菌等中被证实。
转化试验
转
化
转化因子（transforming principle ）：转化的DNA 片段，分子量小于107，最多不超过10-20个基因
细菌素质粒
编码各种细菌产生的细菌素。
Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素
代谢质粒
编码产生相关的代谢酶。
沙门菌发酵乳糖的能力通常是由质粒决定的
质粒的特征
自我复制能力，为复制子，单拷贝或多拷贝
紧密型质粒和松弛型质粒
编码产物赋予细菌某些性状特征 可自行丢失与消除 有转移性 可分为相容性和不相容性
转位因子
流产转导
外源性DNA片段游离在胞质中,既不能与受体 菌染色体整合，也不能自身复制，称为流产 转导
局限性转导
前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时发生 偏差，将前噬菌体两侧的宿主染色体基 因转移到受体菌，使受体菌的遗传性状 发生改变的过程
所转导的只限于供体菌染色体上特定的 基因
普遍性转导与局限性转导的区别
接
合
R质粒决定耐药的机制： 使细菌产生灭活抗生素的酶类 R质粒控制细菌改变药物作用的靶部位 R质粒可控制细菌细胞对药物的通透性