微生物的遗传变异
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微生物的遗传变异
第一节 遗传的物质基础
一. 遗传的物质---DNA(或RNA)
微生物的遗传变异
证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
（一）经典转化实验（transformation）： F.Griffith，
研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺 炎双球菌）
SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性 RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性
噬菌体的感染实验 1953年美国人Hershey和Chase用放射性同位
素方法，提供了DNA是噬菌体遗传物质的直接证据。 他们用含32P和35S的培养基培养大肠杆菌H，再用 被标记的大肠杆菌Ｈ培养Ｔ2噬菌体，直至完全标 记上32P和35S的T2噬菌体为止。用标记的T2噬菌 体侵染没有标记的大肠杆菌Ｈ，结果表明，Ｔ2噬 菌体外壳蛋白中有35S放射性并与细菌的细胞壁连 接，而DNA部分则有32P放射性并进入细菌的细胞 质中。这一事实说明，在噬菌体侵染细菌过程中蛋 白质外壳留在细菌细胞外，只有DNA进入了细胞， 又一次证明遗传物质是DNA，而不是蛋白质。
表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。
微生物的遗传变异
微生物是遗传学研究中的明星：
微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。 很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。 对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
微生物的遗传变异
微生物的独特生物学特性：
（1）个体的体制极其简单； （2）营养体一般都是单倍体； （3）易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁 殖； （4）繁殖速度快； （5）易于积累不同的中间代谢产物或终产物； （6）菌落形态特征的可见性和多样性； （7）环境条件对微生物群体中各个个体作用的直 接性和均一性； （8）易于形成营养缺陷型； （9）各种微生物一般都有相应的病毒； （10)存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；
用两种杂合病毒感染寄主：
（1）表现TMV的典型症状并分离 到正常TMV粒子
微生物的遗传变异
1928年，Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验
对小鼠注射活RII菌或死SIII菌 —小鼠存活
对小鼠注射活SIII菌-----小鼠死亡
对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌 —小鼠死亡
抽取心血 分离活的SIII菌
微生物的遗传变异
Griffith
转化试验示
RII型活菌
②加S菌DNA及DNA酶以外
长出S菌
的酶
活R菌 ③加S菌的DNA和DNA酶 ④加S菌的RNA
只有R菌
⑤加S菌的蛋白质
⑥加S菌的荚膜多糖
只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S
型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转 移给R型菌株的，是遗传微因生子物的。遗传变异
（二）噬菌体感染实验
微生物的遗传变异
（二）噬菌体感染实验
A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
吸附
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
上清液中含 15%放射性
沉淀中含 85%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中
微生物的遗传变异
能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型
细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII
型细胞。
微生物的遗传变异
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①条加件S下菌进D行N了A转化试验：
健康
健康
意
SIII型活菌
健康
病死
SIII型热死菌
健康 健康
健康 病死
RII型活菌
健康
病死
混合培养 微生S物III的型遗活传菌变异
微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
转化实验
转化实验 1944年美国洛克非勒医学研究所的
Avery等人证实了1928年英国人Griffith的发 现，并将肺炎链球菌SⅢ型的DNA成功的转 化无毒性的肺炎球菌RⅡ型为有毒的肺炎球 菌SⅢ型，第一次证明了载有肺炎链球菌SⅢ 型荚膜遗传信息的物质是DNA。
微生物的遗传变异
（2）细菌培养
实验热死SIII菌——平皿—培养——不生长
活 RII 菌—————长出RII菌 热死SIII菌——+活—RII—菌 —长出大量RII菌和10-6SIII菌
（3）S型菌的无细胞抽提液试验
活R菌+S菌无细胞抽提液——长出大量R菌和 少量S菌
以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可
为了证明核酸是遗传物质，H. FraenkelConrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒 （TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。
将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能 将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后 的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感 染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还 能分离出正常病毒粒子。
微生物的遗传变异
选 用 TMV 和 霍 氏 车 前 花 叶 病 毒
MTV
（ HRV ） ， 分 别 拆 分 取 得 各
自 的 RNA 和 蛋 白 质 ， 将 两 种
RNA 分 别 与 对 方 的 蛋 白 质 外
壳重建形成两种杂合病毒：
（1）RNA（TMV） 蛋白质
（HRV）
（2）RNA（HRV） 蛋白质 （TMV）
第七章 微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
遗传： 变异：
亲代与子代相似 亲代与子代、子代间不同个体不完全相同
遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一 遗传型： 生物的全部遗传因子及基因
表型（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。
以35S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验
吸附
wk.baidu.com
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
上清液中含 75%放射性
沉淀中含 25%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在
上清液中
微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
（三）植物病毒的重建实验
第一节 遗传的物质基础
一. 遗传的物质---DNA(或RNA)
微生物的遗传变异
证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
（一）经典转化实验（transformation）： F.Griffith，
研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺 炎双球菌）
SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性 RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性
噬菌体的感染实验 1953年美国人Hershey和Chase用放射性同位
素方法，提供了DNA是噬菌体遗传物质的直接证据。 他们用含32P和35S的培养基培养大肠杆菌H，再用 被标记的大肠杆菌Ｈ培养Ｔ2噬菌体，直至完全标 记上32P和35S的T2噬菌体为止。用标记的T2噬菌 体侵染没有标记的大肠杆菌Ｈ，结果表明，Ｔ2噬 菌体外壳蛋白中有35S放射性并与细菌的细胞壁连 接，而DNA部分则有32P放射性并进入细菌的细胞 质中。这一事实说明，在噬菌体侵染细菌过程中蛋 白质外壳留在细菌细胞外，只有DNA进入了细胞， 又一次证明遗传物质是DNA，而不是蛋白质。
表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。
微生物的遗传变异
微生物是遗传学研究中的明星：
微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。 很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。 对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
微生物的遗传变异
微生物的独特生物学特性：
（1）个体的体制极其简单； （2）营养体一般都是单倍体； （3）易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁 殖； （4）繁殖速度快； （5）易于积累不同的中间代谢产物或终产物； （6）菌落形态特征的可见性和多样性； （7）环境条件对微生物群体中各个个体作用的直 接性和均一性； （8）易于形成营养缺陷型； （9）各种微生物一般都有相应的病毒； （10)存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；
用两种杂合病毒感染寄主：
（1）表现TMV的典型症状并分离 到正常TMV粒子
微生物的遗传变异
1928年，Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验
对小鼠注射活RII菌或死SIII菌 —小鼠存活
对小鼠注射活SIII菌-----小鼠死亡
对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌 —小鼠死亡
抽取心血 分离活的SIII菌
微生物的遗传变异
Griffith
转化试验示
RII型活菌
②加S菌DNA及DNA酶以外
长出S菌
的酶
活R菌 ③加S菌的DNA和DNA酶 ④加S菌的RNA
只有R菌
⑤加S菌的蛋白质
⑥加S菌的荚膜多糖
只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S
型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转 移给R型菌株的，是遗传微因生子物的。遗传变异
（二）噬菌体感染实验
微生物的遗传变异
（二）噬菌体感染实验
A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
吸附
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
上清液中含 15%放射性
沉淀中含 85%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中
微生物的遗传变异
能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型
细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII
型细胞。
微生物的遗传变异
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①条加件S下菌进D行N了A转化试验：
健康
健康
意
SIII型活菌
健康
病死
SIII型热死菌
健康 健康
健康 病死
RII型活菌
健康
病死
混合培养 微生S物III的型遗活传菌变异
微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
转化实验
转化实验 1944年美国洛克非勒医学研究所的
Avery等人证实了1928年英国人Griffith的发 现，并将肺炎链球菌SⅢ型的DNA成功的转 化无毒性的肺炎球菌RⅡ型为有毒的肺炎球 菌SⅢ型，第一次证明了载有肺炎链球菌SⅢ 型荚膜遗传信息的物质是DNA。
微生物的遗传变异
（2）细菌培养
实验热死SIII菌——平皿—培养——不生长
活 RII 菌—————长出RII菌 热死SIII菌——+活—RII—菌 —长出大量RII菌和10-6SIII菌
（3）S型菌的无细胞抽提液试验
活R菌+S菌无细胞抽提液——长出大量R菌和 少量S菌
以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可
为了证明核酸是遗传物质，H. FraenkelConrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒 （TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。
将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能 将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后 的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感 染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还 能分离出正常病毒粒子。
微生物的遗传变异
选 用 TMV 和 霍 氏 车 前 花 叶 病 毒
MTV
（ HRV ） ， 分 别 拆 分 取 得 各
自 的 RNA 和 蛋 白 质 ， 将 两 种
RNA 分 别 与 对 方 的 蛋 白 质 外
壳重建形成两种杂合病毒：
（1）RNA（TMV） 蛋白质
（HRV）
（2）RNA（HRV） 蛋白质 （TMV）
第七章 微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
遗传： 变异：
亲代与子代相似 亲代与子代、子代间不同个体不完全相同
遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一 遗传型： 生物的全部遗传因子及基因
表型（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。
以35S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验
吸附
wk.baidu.com
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
上清液中含 75%放射性
沉淀中含 25%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在
上清液中
微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
微生物的遗传变异
（三）植物病毒的重建实验