第三节 细菌的遗传和变异PPT课件
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➢ 外源性遗传物质：供体菌染色体DNA，质粒DNA及噬菌体 基因等。
➢ 细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶原性 转换、细胞融合。
1. 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。
转化试验
2. 接合(conjugation)
✓ 转位因子有三类：插入序列(IS)；转座子(Tn)；转座噬菌 体或前噬菌体。
噬菌体
噬菌体
噬菌体(bacteriophage,phage)：是感染细菌、真菌、
放线菌或螺旋体等微生物的病毒。
噬菌体具有病毒的一些特性：个体微小，可以通过滤
菌器；没有完整的细胞结构，主要由蛋白质构成的衣壳和 包含于其中的核酸组成；只能在活的微生物细胞内复制增 值，是一种专性细胞内寄生的微生物。 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。
▪ 非遗传性变异：是细菌在环境因素等影响下出
现的变化，这种变化不是因基因结构的变化而产 生的。
（一）、基因的突变与损伤后修复
➢ 突变(mutation)：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。
➢ 基因突变规律：突变率 突变常自然发生，但突变率极低。 突变与选择 突变是随机的，不定向的。回复突变 细菌由 野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突 变可恢复野生型的性状。
质粒DNA的特征
➢ 质粒具有自我复制的能力。 ➢ 质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某
些性状特征。 ➢ 质粒可自行丢失与消除。 ➢ 质粒的转移性。 ➢ 质粒可分为相容性与不相容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 改变它们在基因组中的位置，能从一个基因组转移到另一 基因组中。
第三节细菌的遗传与变异
一、细菌遗传变异的物质基础 二、细菌变异的机制 三、细菌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。
▪ 细菌的变异分为遗传性变异和非遗传性变异。
✓ 前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下 脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导 致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解 宿主菌的潜在能力，称为溶原性(lysogeny)。
二、细菌变异的机制
▪ 遗传性变异：是由基因结构发生改变所致，主
要通过基因突变、基因损伤后的修复、基因的转 移与重组来实现。
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。能通过结合方式转移的质 粒称为接合性质粒，不能通过性 菌毛在细菌间转移的质粒为非接 合性质粒。
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。
3. 转导(transduction)
➢ DNA的损伤修复：当细菌DNA受到损伤时，细胞会用有效 的DNA修复系统进行细致的修复，使损伤降为最小。
二、基因的转移与重组
➢ 基因转移(gene transfer)：外源性的遗传物质由供体菌进入 某受体菌细胞内的过程。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某 些特性。
➢ 转导：是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段 DNA转移到受体菌内，是受体菌获得新的性状。
➢ 根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类： 普遍性转导（generalized transduction） （转 导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限 性转导（restricted transduction） （转导的 DNA只限供菌染色体上的特定基因）。
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。
✓ 温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分 裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细 菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体(prophage)，带 有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌(lysogenic bacterium).
毒性噬菌体与温和噬菌体的增殖
形态与结构
噬菌体很小，在光镜下看不见，需用 电镜观察。不同的噬菌体在电镜下有 三种形态：蝌蚪形、微球形和丝形。 大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾 部两部分组成。
❖ 根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类——
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)：噬菌体基因与宿主染色体整合，
细菌的变异现象
➢ 形态结构的变异 ➢ 毒力变异 ➢ 耐药性变异 ➢ 菌落变异 ➢ 抗原变异
一、细菌遗传变异的物质基础
➢ 染色体 ➢ 质粒 ➢ 转位因子 ➢ 噬菌体
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。
➢ 携带大部分遗传信息，决定细菌基因型。
染色体的形态
真核生物的染色体
原核生物的染色体
真 核 四级
结构
生 物 的 染 色 体
中期染色体 浓缩的染色质 核小体
DNA双螺旋结构
原核生物的染色体
质粒
❖ 质粒(plasmid)：是细菌染色体以外的遗传物质，
是环状闭合的双链DNA。
❖ 质粒基因可编码多种重要的生物学性状：1)致育质粒 （F质粒）与有性生殖功能关联；2)耐药性质粒 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； 3)毒力质粒（Vi质粒） 编码与该菌致病性有关 的毒力因子；4)细菌素质粒 编码细菌产生细菌素；5) 代谢质粒 编码产生相关的代谢酶。
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。
➢ 细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶原性 转换、细胞融合。
1. 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。
转化试验
2. 接合(conjugation)
✓ 转位因子有三类：插入序列(IS)；转座子(Tn)；转座噬菌 体或前噬菌体。
噬菌体
噬菌体
噬菌体(bacteriophage,phage)：是感染细菌、真菌、
放线菌或螺旋体等微生物的病毒。
噬菌体具有病毒的一些特性：个体微小，可以通过滤
菌器；没有完整的细胞结构，主要由蛋白质构成的衣壳和 包含于其中的核酸组成；只能在活的微生物细胞内复制增 值，是一种专性细胞内寄生的微生物。 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。
▪ 非遗传性变异：是细菌在环境因素等影响下出
现的变化，这种变化不是因基因结构的变化而产 生的。
（一）、基因的突变与损伤后修复
➢ 突变(mutation)：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。
➢ 基因突变规律：突变率 突变常自然发生，但突变率极低。 突变与选择 突变是随机的，不定向的。回复突变 细菌由 野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突 变可恢复野生型的性状。
质粒DNA的特征
➢ 质粒具有自我复制的能力。 ➢ 质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某
些性状特征。 ➢ 质粒可自行丢失与消除。 ➢ 质粒的转移性。 ➢ 质粒可分为相容性与不相容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 改变它们在基因组中的位置，能从一个基因组转移到另一 基因组中。
第三节细菌的遗传与变异
一、细菌遗传变异的物质基础 二、细菌变异的机制 三、细菌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。
▪ 细菌的变异分为遗传性变异和非遗传性变异。
✓ 前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下 脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导 致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解 宿主菌的潜在能力，称为溶原性(lysogeny)。
二、细菌变异的机制
▪ 遗传性变异：是由基因结构发生改变所致，主
要通过基因突变、基因损伤后的修复、基因的转 移与重组来实现。
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。能通过结合方式转移的质 粒称为接合性质粒，不能通过性 菌毛在细菌间转移的质粒为非接 合性质粒。
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。
3. 转导(transduction)
➢ DNA的损伤修复：当细菌DNA受到损伤时，细胞会用有效 的DNA修复系统进行细致的修复，使损伤降为最小。
二、基因的转移与重组
➢ 基因转移(gene transfer)：外源性的遗传物质由供体菌进入 某受体菌细胞内的过程。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某 些特性。
➢ 转导：是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段 DNA转移到受体菌内，是受体菌获得新的性状。
➢ 根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类： 普遍性转导（generalized transduction） （转 导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限 性转导（restricted transduction） （转导的 DNA只限供菌染色体上的特定基因）。
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。
✓ 温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分 裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细 菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体(prophage)，带 有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌(lysogenic bacterium).
毒性噬菌体与温和噬菌体的增殖
形态与结构
噬菌体很小，在光镜下看不见，需用 电镜观察。不同的噬菌体在电镜下有 三种形态：蝌蚪形、微球形和丝形。 大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾 部两部分组成。
❖ 根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类——
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)：噬菌体基因与宿主染色体整合，
细菌的变异现象
➢ 形态结构的变异 ➢ 毒力变异 ➢ 耐药性变异 ➢ 菌落变异 ➢ 抗原变异
一、细菌遗传变异的物质基础
➢ 染色体 ➢ 质粒 ➢ 转位因子 ➢ 噬菌体
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。
➢ 携带大部分遗传信息，决定细菌基因型。
染色体的形态
真核生物的染色体
原核生物的染色体
真 核 四级
结构
生 物 的 染 色 体
中期染色体 浓缩的染色质 核小体
DNA双螺旋结构
原核生物的染色体
质粒
❖ 质粒(plasmid)：是细菌染色体以外的遗传物质，
是环状闭合的双链DNA。
❖ 质粒基因可编码多种重要的生物学性状：1)致育质粒 （F质粒）与有性生殖功能关联；2)耐药性质粒 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； 3)毒力质粒（Vi质粒） 编码与该菌致病性有关 的毒力因子；4)细菌素质粒 编码细菌产生细菌素；5) 代谢质粒 编码产生相关的代谢酶。
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。