第六章微生物的遗传与育种(食)

第六章

微生物的遗传变异与育种遗传(inheritance)和变异(variation)是生物体的最本质的属性之一遗传：讲的是亲子间的关系,指生物的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,它具有及其稳定的特性。变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同。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的总合。表型指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总合，是遗传型在合适环境下的具体表现。遗传型+环境条件表型代谢发育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，即遗传型的改变。变异的特点：在群体中以极低的几率（一般为10-5~10-10）出现；性状变化的幅度大；变化后的新性状是稳定的、可遗传的；饰变指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。饰变的特点：整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；因遗传物质不变，故饰变是不遗传的；由于微生物有一系列非常独特的生物学特性，因而在研究现代遗传学和其他许多重要的生物学基本理论问题中，微生物是最热衷的的研究对象。这些生物特性包括：个体的体制极其简单；营养体一般是单倍体；易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；繁殖速度快；易于积累不同的中间代谢物或终代谢物；菌落形态特征的可见性与多样性；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型；各种微生物一般都有相应的病毒；存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式等；第一节遗传变异的物质基础围绕遗传变异有无物质基础以及何种物质可承担遗传变异功能的问题，曾有过种种推测和争论。1883~1889年间，Weissmann提出种质连续理论，认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。本世纪初，发现了染色体并提出了基因学说，使遗传物质基础的范围缩小到染色体上，并证明染色体是由核酸和蛋白质组成的。1944年后，连续利用微生物这一有利的实验对象进行了3个著名的实验，并证实核酸尤其是DNA才是遗传变异的真正物质基础。一、三个经典实验（一）经典转化实验分别用降解DNA、RNA、蛋白质的酶作用于有毒的S型菌细胞抽提物Avery在四十年代以更精密的实验设计重复了以上实验只有DNA被酶降解破坏的抽提物无转化活性DNA是转化所必需的转化因子（一）经典转化实验（二）噬菌体感染实验1952年，A.D.Hershey和M.Chase发表了证明DNA是噬菌体的遗传物质基础的著名实验——噬菌体感染实验。首先，他们将E.coli培养在以放射性32PO43-或35SO42-作为磷源或硫源的组合培养基中。结果，可以获得含32P-DNA（噬菌体核心）的噬菌体或含35S-蛋白质（噬菌体外壳）的两种实验用噬菌体。接着，他们作了以下两组实验：实验有力证明，在其DNA中，含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。（二）噬菌体感染实验（三）植物病毒的重建实验为了证明核酸是遗传物质，H.Fraenkel-Conrat（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。

生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病毒蛋白质外壳（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清处理，证明杂种病毒的蛋白质外壳来自病毒1，而非病毒2杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为病毒2，而非病毒1遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质（三）植物病毒的重建实验至此，一个共同的结论已确信无疑了：只有核酸才是负荷遗传信息的真正物质基础。二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式这里从七个水平来讨论遗传物质在细胞中存在的部位和方式。（一）七个水平（1）细胞水平从细胞水平看，不论是真核微生物还是原核微生物，它们的大部分或几乎全部DNA都集中在细胞核或核质体中。（2）细胞核水平真核生物的细胞核有核膜包裹，形成有固定形态的真核，核内的DNA与组蛋白结合在一起，形成在光学显微镜下可见的染色体即基因组；而原核生物的细胞核没有核膜包裹，呈松散无定形的核质体状态存在，这种核基因的DNA不与任何蛋白质相结合。遗传物质类型核染色体（核基因组）原核生物的真核生物的核外染色体（广义质粒）真核生物的“质粒”原核生物的质粒细胞质基因（质体）共生生物：卡巴颗粒酵母菌的2

m质粒线粒体叶绿体中心体动体F因子R因子Col质粒Ti质粒巨大质粒降解性质粒现将微生物核外染色体的种类归纳如下：（3）染色体水平在不同的生物体的每个细胞核内，往往有不同数目的染色体。真核微生物常有较多的染色体，而在原核生物中，每一个核质体只是由一个裸露的、光学显微镜下无法看到的环状染色体所组成。如果在一个细胞中只有一套相同功能的染色体，它就是单倍体。反之，包含有两套相同功能染色体的细胞，就称为双倍体。（4）核酸水平绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有部分病毒的遗传物质才是RNA。在真核生物中，DNA总是缠绕着组蛋白，而原核生物的DNA却都是单独存在的。在核酸的结构上，绝大多数微生物的DNA是双链的，只有少数病毒的核酸为单链结构。此外，同是双链DNA，其存在状态也有不同：在原核生物中都呈环状；在病毒粒子中有呈环状或线状的；在细菌质粒中，DNA是呈超螺旋状的。（5）基因水平在生物体内，一切具有自主复制能力的遗传功能单位，都可称为基因。基因的物质基础是一个有特定核苷酸顺序的核酸片段。原核生物的基因是通过组成以下的调空系统而发挥作用的：

启动基因操纵子操纵基因基因调控系统结构基因调节基因（6）密码子水平遗传密码就是指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序。每个密码子是由三个核苷酸顺序所决定的，它是负载遗传信息的基本单位。把DNA上的遗传信息转移到mRNA分子上去，形成一条与DNA碱基顺序互补的mRNA，这个过程叫做转录。（7）核苷酸水平核苷酸水平是一个最低突变单位或交换单位。在绝大多数生物的DNA组分中，都只含腺苷酸（AMP）、胸苷酸（TMP）、鸟苷酸（GMP）和胞苷酸（CMP）4种脱氧核苷酸。但也有少数例外，它们含有一些稀有碱基。（二）原核生物的质粒质粒游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子。质粒具有超螺旋状的结构，而且携带着某些染色体上所没有的基因，使细菌等原核生物被赋予了某些对其生存并非必不可少的特殊功能，例如接合、产毒、抗药、固氮、产特殊酶或降解毒物等功能。质粒的分离大致包括：细胞的破裂蛋白质和RNA的去除设法使染色体DNA与质粒DNA相分离其中尤以质粒DNA与染色体DNA相分离的步骤为最重要（二）原核生物的质粒经分离后的质粒，可用电子显微镜、琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳来鉴定。同一种质粒由于其构象的不同，其电泳速度也不同，因而可进行分离。最有代表性的几种质粒：（1）F因子（fertilityfactor）又称致育因子或性因子，是E.coli细菌中决定性别的质粒。F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(episome)。（2）R因子（resistancefactor）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。多数R因子是由相连的两个DNA片段组成。其一称RTF质粒，它含有调节DNA复制和拷贝数的基因及转移基因。其二为抗性决定质粒，其上含有其他抗生素的抗性基因。R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（mercuricion，mer）四环素（tetracycline，tet）链霉素(Streptomycin,Str)、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidicacid，fus）并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。（2）R因子（resistancefactor）（3）Col因子（colicinogenicfactor）即产大肠杆菌素因子，是一种由大肠杆菌的某些菌株所分泌的细菌素，具有通过抑制复制、转录、转议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（tumorinducingplasmid）即诱癌质粒，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。（5）巨大质粒（mega质粒）在根瘤菌属中发现的一种质粒，比一般质粒大几十倍甚至几百倍，其上有一系列固氮基因。（6）降解性质粒将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4dichlorophenoxyaceticacid)、辛烷和樟脑等的能力。第二节基因突变和诱变育种一、基因突变基因突变简称突变，是变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构突然发生的可遗传的变化。（一）突变的类型突变株的表型选择性突变株非选择性突变株营养缺陷型抗性突变型条件致死突变型形态突变型抗原突变型产量突变型（1）营养缺陷型（auxotroph）一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段。表型判断的标准在基本培养基上能否生长特点在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长。负选择标记突变株不能通过选择平板直接获得（1）营养缺陷型（auxotroph）影印平板（Replicaplating）法是Lederberg夫妇在1952年建立。（1）营养缺陷型（auxotroph）（2）抗性突变型（resistantmutant）由于基因突变而使原始菌株产生了对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异类性。它们可在加有相应药物或用相应物理因子处理的培养基平板上选出。抗性突变型普遍存在，例如对各种抗生素的抗药性菌株等。（3）条件致死突变型（conditionallethalmutant）某菌株或病毒经基因突变后，在某一条件下可正常地生长、繁殖并实现其表型，而在另一条件下却无法生长、繁殖的突变类型。常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（temperaturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42℃）是致死的，但可以在低温（如25-30℃）下得到这种突变。这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因负选择标记特点：（4）形态突变型（morphologicalmutant）指由于突变而产生的个体或菌落形态所发生的非选择性变异。特点：非选择性突变突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。举例：产蛋白酶缺陷突变株的筛选菌落颜色变化β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重组子菌落为白色而与兰色的非重组子分开。形成芽孢缺陷菌株细胞水平上的形态突变，突变株的检出更加困难。（4）形态突变型（morphologicalmutant）举例：（5）抗原突变型（antigenicmutant）指由于基因突变而引起的抗原结构发生的变异类型。具体类型很多，包括细胞壁缺陷变异、荚膜变异或鞭毛变异等。（6）产量突变型通过基因突变而获得的在有用代谢产物上高于原始菌株的突变株。这类突变在生产实践上异常重要。（二）突变率每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，称突变率。突变一般是独立发生的。某一基因发生突变不会影响其他基因的突变率。（三）突变的特点（4）独立性（5）可逆性（6）诱变性（1）不对应性（2）稀有性（3）自发性（7）稳定性（四）基因突变的自发性和不对应性的证明证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！

三个经典实验变量实验、涂布实验、影印实验如何证明基因突变的非对应性？变量实验（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）SalvadorLuriaMaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969Newcombe的涂布实验（1949）影印实验（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958（五）基因突变的机制基因突变的原因是多种多样的，它可以是自发的或诱发的，各种具体类型概括如下：突变1、诱变机制（1）碱基的置换它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。置换转换：DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换。颠换：一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。（2）移码突变指诱变剂使DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增添或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。1、诱变机制（3）染色体畸变某些理化因子，如X射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起染色体畸变，包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。1、诱变机制倒位：指断下来的一段染色体旋转180º后，重新插入到原来染色体的位置上，从而使其基因顺序与其他的基因顺序相反。易位：指断下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其他部位上。在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段DNA顺序称作转座因子。具体自学！1、诱变机制（3）染色体畸变2、自发突变机制指在没有人工参与下生物体自然发生的突变。（1）背景辐射和环境因素的诱变（2）微生物自身有害代谢产物的诱变效应（3）互变异构效应（4）环出效应（六）紫外线对DNA的损伤及其修复1、光复活作用把经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象。2、暗修复作用是活细胞内一种用于修复被紫外线等诱变剂损伤后的DNA的机制。二、突变与育种（一）自发突变与育种1、从生产中选育2、定向培育优良品种（二）诱变育种诱变育种是指利用物理或化学诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，促进其突变率显著提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的菌株，以供生产实践或科学实验之用。1、诱变育种的基本环节诱变出发菌株绝大多数个体死亡少数存活多数未变少数突变多数负变少数正变多数幅度小少数幅度大多数不宜投产少数适宜投产存活率突变率正变率“高产率”“投产率”可计算：2、诱变育种工作中应考虑的原则（1）选择简便有效的诱变剂（2）挑选优良的诱变菌种（3）处理单孢子悬液（4）选用最适剂量（5）充分利用复合处理的协同效应（6）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标（7）设计或采用高效筛选方案或方法3、营养缺陷型突变株的筛选（1）与筛选营养缺陷型突变株有关的三类培养基A、基本培养基仅能满足某微生物的野生型菌株生长需要的最低成分组合培养基，称基本培养基。B、完全培养基凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基，可称为完全培养基。C、补充培养基凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基，称为补充培养基。（2）与营养缺陷突变有关的三类遗传型个体A、野生型：从自然界分离到的任何微生物在其发生营养突变前的原始菌株，均称该微生物的野生型。野生型菌株能在其相应的基本培养基上生长。B、营养缺陷型：一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。它不能在基本培养基上生长，而只能生长在完全培养基或相应的补充培养基上。C、原养型：一般指营养缺陷型突变株回变或重组后产生的菌株。其营养要求在表型上与野生型相同。（3）营养缺陷型的筛选方法A、诱变剂处理B、淘汰野生型：a.抗生素法①青霉素主要适用于细菌。其原理是青霉素能抑制细菌细胞壁的生物合成，因而能杀死生长繁殖着的细菌。②制霉菌素法则适用于真菌。制霉菌素属于大环内酯类抗生素，可与真菌细胞膜上的甾醇作用，从而引起细胞膜的损伤。b.菌丝过滤法适用于丝状生长的真菌或放线菌。其原理是，在基本培养基中，野生型的孢子能发芽成菌丝，而营养缺陷型的孢子则不能。C、检出缺陷型：a.夹层培养法b.限量补充培养法D、鉴定缺陷型：可用生长谱法进行。（3）营养缺陷型的筛选方法c.逐个检出法d.影印接种法B、淘汰野生型：（4）营养缺陷型突变菌株的应用在科学实验中，它们既可作为研究代谢途径和杂交、转化、转导、原生质体融合、质粒和转座因子等遗传规律所必不可少的标记菌种，也可作为氨基酸、维生素或碱基等物质生物测定的实验菌种。在生产实践中，它们既可直接用作发酵生产核苷酸、氨基酸等代谢物的生产菌株，也可作为生产菌种杂交、重组育种和利用基因工程进行育种时所不可缺少的带有特定基因标记的亲本菌株。第三节基因重组凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移的一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传个体的方式，称为遗传重组。一、原核微生物的基因重组在原核微生物中，基因重组的方式主要有转化、转导、接合和原生质体融合几种形式。（一）转化（transformation）受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段，通过交换，把它整合到自己的基因组中，再经复制就使自己变成一个转化子。这种受体菌接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象，就称转化。能进行转化的受体细胞必须处于感受态，即受体细胞最易接受外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态。枯草芽孢杆菌的自然转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）具体转化过程如下：先从供体菌提取DNA片段，接着DNA片段与感受态受体菌的细胞表面特定位点结合，在结合位点上，DNA片段中的一条单链逐步降解为核苷酸和无机磷酸而解体，另一条链进入受体细胞，这是一个消耗能量的过程；（一）转化（transformation）进入受体细胞的DNA单链与受体菌染色体组上同源区段配对，而受体菌染色体组的相应单链片段被切除，并被进入受体细胞的单链DNA所取代，随后修复合成，连接成部分杂合双链；然后受体菌染色体进行复制，其中杂合区段被分离成2个，一个类似供体菌，另一个类似受体菌；当细胞分裂时，此染色体发生分离，形成一个转化子；具体转化过程如下：（一）转化（transformation）影响转化效率的因素：受体细胞的感受态，它决定转化因子能否被吸收进入受体细胞；受体细胞的限制酶系统和其他核酸酶，它们决定转化因子在整合前是否被分解；受体和供体染色体的同源性，它决定转化因子的整合；（一）转化（transformation）（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，通过交换和整合，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。细菌转导的二种类型普遍性转导局限性转导1、普遍性转导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，称为普遍性转导。转导噬菌体为什么“错”将宿主的DNA包裹进去?噬菌体的DNA包装酶酶也能识别染色体DNA上类似pac的位点并进行切割，以“headful”的包装机制包装进P22噬菌体外壳，形成只含宿主DNA的转导噬菌体颗粒（假噬菌体）。因为染色体上的pac与P22DNA的pac序列不完全相同，利用效率较低，这种“错装”机率一般仅约10-6-10-8。1、普遍性转导形成转导颗粒的噬菌体可以是温和的也可以是烈性的，但必须具有能偶尔识别宿主DNA的包装机制并在宿主基因组完全降解以前进行包装。普遍性转导的基本要求：1、普遍性转导普遍性转导的三种后果：进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子。流产转导（abortivetransduction）转导DNA不能进行重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。特点：在选择培养基平板上形成微小菌落外源DNA被降解，转导失败。DNA不能复制，因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物，形成微小菌落。普遍性转导的三种后果：（1）完全普遍转导通过重组，供体基因整合到受体细胞的染色体上，从而使受体细胞获得供体菌的遗传性状，产生变异，形成稳定的转导子，这种转导称为完全普遍转导。（2）流产普遍转导在普遍性转导中，有时转导来的供体DNA不一定都能整合到受体染色体上，产生稳定转导子，更多的则是转导来的供体染色体不能整合到受体染色体，也不能复制，但可以表达，这种转导称为流产转导。1、普遍性转导普遍性转导又可分为完全普遍转导和流产普遍转导。2、局限性转导（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。特点：只能转导供体菌的个别特定基因；该特定基因由部分缺陷的噬菌体携带；缺陷噬菌体是由于其在形成过程中所发生的低频率“误切”，或由于双重溶原菌的裂解而形成，而后一情况下可以形成50%缺陷噬菌体；温和噬菌体感染整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体DNA上。部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中2、局限性转导（specializedtransduction）缺陷噬菌体在宿主细胞内能够象正常的λDNA分子一样进行复制、包装，提供所需要的裂解功能，形成转导颗粒；但没有正常噬菌体的溶源性和增殖能力，感染受体细胞后，通过DNA整合进宿主染色体而形成稳定的转导子；2、局限性转导（specializedtransduction）温和噬菌体λ裂解时的不正常切割：包含gal或bio基因（几率一般仅有10-6）局限性转导与普遍性转导的主要区别：a）被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。2、局限性转导（specializedtransduction）溶源转变（lysogenicconversion）：一个与转导相似又不同的现象当温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶原化时，因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象。2、局限性转导（specializedtransduction）溶源转变与转导的不同？a）不携带任何供体菌的基因；b）这种噬菌体是完整的，而不是缺陷的；c）获得新性状的是溶原化的宿主细胞，而不是转导子；d）获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失；2、局限性转导（specializedtransduction）（三）接合(conjugation)供体菌通过其性菌毛与受体菌相接触，前者传递不同长度的单链DNA给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。通过接合而获得新性状的受体细胞，就是接合子。在细菌和放线菌中都存在着接合现象。（三）接合(conjugation)中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致！接合作用是由一种被称为F因子的质粒介导F因子的分子量通常为5×107，上面有编码细菌产生性菌毛（sexpili）及控制接合过程进行的20多个基因。在细菌中，接合现象研究得最清楚的是大肠杆菌的接合含有F因子的细胞：“雄性”菌株（F+），其细胞表面有性菌毛不含F因子的细胞：“雌性”菌株（F-），细胞表面没有性菌毛（三）接合(conjugation)F因子为附加体质粒既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上（三）接合(conjugation)F因子是有关细菌性别的决定者，凡有F因子的细胞，在其表面就有相应的性菌毛存在。根据细胞中是否存在F因子以及其存在方式的不同，可分为四种细胞形式：a）F-菌株，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收F因子而变成雄性菌株（F+）；b）F+菌株，F因子独立存在，细胞表面有性菌毛；（三）接合(conjugation)c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛；d）F′菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F′因子。细胞表面同样有性菌毛；根据细胞中是否存在F因子以及其存在方式的不同，可分为四种细胞形式：（三）接合(conjugation)（1）F+×F-杂交杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F+细胞理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。（2）Hfr×F-杂交Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，F因子的先导区(leadingregion)结合着染色体DNA向受体细胞转移，F因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞（或称接合子）大多数仍然是F-。（2）Hfr×F-杂交Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F′因子。F′×F-与F+×F-的不同：给体的部分染色体基因随F′一起转入受体细胞a）与染色体发生重组；b）继续存在于F′因子上，形成一种部分二倍体；细胞基因的这种转移过程又常称为性导（sexduction）、F因子转导（F-duction），或F因子媒介的转导（F-mediatedtransduction）。（3）F′×F-杂交（四）原生质体融合通过人为的方法，使遗传性状