第三章遗传和变异

遗传（heredity）：生物上一代将自己的一整套遗传因子传递给下一代的行为或功能，它具有稳定的特性。变异（variation）：生物体在某种外因或内因作用下所引起遗传物质的结构或数量的改变，即遗传型的改变。本文档共49页；当前第1页；编辑于星期三\10点28分细菌的遗传与变异第一节细菌的变异现象第二节细菌遗传变异的物质基础第三节细菌变异的机制本文档共49页；当前第2页；编辑于星期三\10点28分第一节细菌的变异现象一、形态、结构变异二、毒力变异三、耐药性变异四、菌落变异本文档共49页；当前第3页；编辑于星期三\10点28分一、形态结构变异

3-6%食盐

鼠疫耶氏菌多形态性

陈旧培基物

细菌的大小可发生变异,有时细菌可失去荚膜，芽胞或鞭毛；有的细菌出现了细胞壁缺陷的L型细菌。本文档共49页；当前第4页；编辑于星期三\10点28分14世纪鼠疫在欧洲大流行画家笔下欧洲鼠疫图

本文档共49页；当前第5页；编辑于星期三\10点28分《鼠死行》师道南

“东死鼠，西死鼠，人见死鼠如见虎；鼠死不几日，人死如圻堵。昼死人，莫问数，日色渗淡愁云护。三人行未十步多，忽死两人横截路。夜死人，不敢哭，疫鬼吐气灯摇绿。须臾风起灯忽无，人鬼尸棺暗同屋。乌啼不断，犬泣时闻。人含鬼色，鬼夺人神。白日逢人多是鬼，黄昏遇鬼反疑人。人死满地人烟倒，人骨渐被风吹老。田禾无人收，官租向谁考。我欲骑天龙，上天府，呼天公，乞天母，洒天浆，散天乳，酥透九原千丈土，地下人人都活归，黄泉化作回春雨。本文档共49页；当前第6页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第7页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第8页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第9页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第10页；编辑于星期三\10点28分被感染鼠疫的患者尸体。本文档共49页；当前第11页；编辑于星期三\10点28分

青霉素、溶菌酶等

正常形态细菌细菌L型

葡萄球菌葡萄球菌L型本文档共49页；当前第12页；编辑于星期三\10点28分

特殊结构的变异

42-43℃

炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

变形杆菌0.1%石炭酸

迁徙生长（H）点状生长、单个菌落（O）鞭毛变异本文档共49页；当前第13页；编辑于星期三\10点28分变形杆菌迁徙生长本文档共49页；当前第14页；编辑于星期三\10点28分二、毒力变异

增强：

β棒状噬菌体

白喉棒状杆菌

产生白喉毒素减弱：

胆汁、甘油、马铃薯培养基

牛型结核杆菌卡介苗

13年(230代)

表现为毒力增强或减弱。本文档共49页；当前第15页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第16页；编辑于星期三\10点28分三、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称为耐药性变异1967年首次发现耐青霉素肺炎球菌1997年又发现多重耐药肺炎球菌流行。本文档共49页；当前第17页；编辑于星期三\10点28分四、菌落变异

在陈旧培养基中长期培养

光滑型菌落粗糙型菌落

S

R

原因：失去LPS的特异多糖，伴其他性状改变。如：毒力变异本文档共49页；当前第18页；编辑于星期三\10点28分第二节细菌遗传变异的物质基础细菌染色体\染色质(chromosome\nucleoid)质粒(plasmids)噬菌体(bacteriophages/phages)

本文档共49页；当前第19页；编辑于星期三\10点28分一细菌染色体\染色质(chromosome\nucleoid)

由裸露双股DNA盘绕组成，编码细菌生命必须的遗传性状。

二质粒(plasmids)指游离于原核生物核基因组外,具有独立复制能力的小型共价闭合环状dsDNA分子,即cccDNA(circularcovalentlyclosedDNA)为典型的质粒。本文档共49页；当前第20页；编辑于星期三\10点28分自我复制编码产物赋予细菌某些特殊性状可自行丢失与消除，不影响细菌生命具转移性具相容性和不相容性

质粒的特性本文档共49页；当前第21页；编辑于星期三\10点28分质粒种类：1、F质粒：又称F因子（致育因子）：大肠杆菌中发现，含质粒为F+（♂）；无质粒为F-（♀）；质粒DNA整合到染色体上为Hfr.2、R质粒：携带有分解某种抗生素或药物酶系的基因的质粒，可以赋予宿主细胞耐(抗)或分解(失活)某种抗生素或药物的性能。R因子对多种抗生素有抗性,因此可作为筛选时的理想标记,也可用作基因载体。本文档共49页；当前第22页；编辑于星期三\10点28分3、Col质粒：又称大肠杆菌素质粒或大肠杆菌素产生因子，大肠杆菌素(colicin)是一种E.coli的某些菌株所分泌的细菌毒素,具有通过抑制复制、转录、翻译或能量代谢等而专一地杀死其他肠道细菌的功能。4、Ti质粒（诱癌质粒）：诱癌质粒。根癌土壤杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)可引起许多双子叶植物的根癌,它是由该菌的Ti质粒所引起的。Ti质粒长200kb,是一大型质粒。Ti质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体。本文档共49页；当前第23页；编辑于星期三\10点28分5、Ri质粒发根农杆菌或发根土壤杆菌细胞中含有Ri质粒，可侵染双子叶植物的根部，并诱生大量的毛状的不定根，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。6mega质粒：又称巨大质粒，为近年来在根瘤菌属(Rhizobium)中发现的一种质粒,比一般质粒大几十倍至几百倍,故称巨大质粒,其上有一系列固氮基因。本文档共49页；当前第24页；编辑于星期三\10点28分7降解性质粒：只在假单胞菌属(Pseudomonas)中发现。它们的降解性质粒可编码一系列能降解复杂物质的酶,从而能利用一般细菌所难以分解的物质作碳源。从而使这类细菌在污水处理、环境保护等方面发挥特有的作用。本文档共49页；当前第25页；编辑于星期三\10点28分三噬菌体头部颈部颈环颈须尾部尾鞘尾管基板刺突尾丝E.coli的T4噬菌体模式图1形态结构T偶数噬菌体本文档共49页；当前第26页；编辑于星期三\10点28分2噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖一般可分五个阶段吸附→侵入→增殖→成熟（装配）→裂解（释放）。烈性噬菌体：凡在短时间内能连续完成这五个阶段而实现其繁殖的噬菌体，称为烈性噬菌体。本文档共49页；当前第27页；编辑于星期三\10点28分噬菌体的繁殖过程本文档共49页；当前第28页；编辑于星期三\10点28分温和噬菌体(temperatephage)噬菌体吸附并侵入宿主细胞后，噬菌体的基因组整合到宿主的基因组上，并随宿主基因组的复制而进行同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体，称温和噬菌体。如E.coli的、P1、P2.本文档共49页；当前第29页；编辑于星期三\10点28分★溶原性(lysogeny)------温和噬菌体侵染敏感细菌后不裂解它们，而与细菌共存的特性。溶原菌（lysogen或lysogenicbacteria）：指在核基因组上整合有前噬菌体并能正常生长繁殖而不被裂解的细菌（或其他微生物）。常见的E．coliK12（λ）就表示带有λ前噬菌体大肠杆菌K12菌株。前噬菌体(prophage)：处于整合态的噬菌体核酸。本文档共49页；当前第30页；编辑于星期三\10点28分裂解性循环与溶原性循环的相互关系吸附侵入增殖成熟裂解整合同步复制自发或诱导多次循环裂解性循环溶原性循环本文档共49页；当前第31页；编辑于星期三\10点28分第三节细菌变异的机制一基因突变突变类型

1营养缺陷型

2抗性突变型

3条件致死突变型

4形态突变型

5抗原突变型

6产量突变型本文档共49页；当前第32页；编辑于星期三\10点28分基因重组（generecombination）基因重组：两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程，称为基因重组或遗传重组。

细菌基因重组的方式转化转导接合原生质体融合本文档共49页；当前第33页；编辑于星期三\10点28分（一）转化（transformation）受体菌直接接受供体菌的DNA片段而获得供体菌部分新的遗传性状的现象，就称转化或转化作用。受体菌再经复制就使自己变成一个转化子（transformant）。本文档共49页；当前第34页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第35页；编辑于星期三\10点28分转化过程供体菌受体菌本文档共49页；当前第36页；编辑于星期三\10点28分（二）转导（transduction）通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，就称转导子（transductant）。本文档共49页；当前第37页；编辑于星期三\10点28分1．普遍转导（generalizedtransduction）通过完全缺陷噬菌体对供体菌任何DNA小片段的“误包”，而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象，称为普遍转导。2．局限转导（restricted或specializedtransduction）指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。本文档共49页；当前第38页；编辑于星期三\10点28分普遍性转导(generalizedtransduction)本文档共49页；当前第39页；编辑于星期三\10点28分普遍性转导本文档共49页；当前第40页；编辑于星期三\10点28分galbiogalbio宿主基因组整合不正常切离（10-4—10-6）正常切离λ正常λdgalλdbio低频转导（LFT）裂解物的形成局限性转导通过溶原菌释放的噬菌体所进行的转导，只能形成极少数的转导子（10-4~10-6）。

λλ本文档共49页；当前第41页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第42页；编辑于星期三\10点28分（三）接合（conjugation）供体菌（“雄”）通过其性菌毛与受体菌（“雌”）相接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，从而使后者获得供体菌的新遗传性状的现象，称为接合。通过接合而获得新性状的受体细胞，就是接合子（conju-gant）。大肠杆菌的接合本文档共49页；当前第43页；编辑于星期三\10点28分本文档共49页；当前第44页；编辑于星期三\10点28分E．coli的F+、F-、Hfr和F′菌株的异同，并图示四者间联系。E．coli分成四种相互有联系的接合型的菌株F+菌株：在细胞中存在着游离的F因子（1～4个），在细胞表面还有与F因子数目相当的性菌毛