病原微生物第5章细菌的遗传与变异习题及答案

病原微生物第5章细菌的遗传与变异习题及答案一、名词解释1.质粒2.转化3.转导4.接合5.溶原性转换6.原生质体融合7.转座因子8.S-R变异9.高频重组株（Hfr）10.耐药质粒名词解释参考答案1.质粒：是细菌染色体外的遗传物质，为闭合环状双链DNA结构，存在于细胞质中，具有自主复制能力，可携带宿主菌部分非生存必需的生物学性状基因，可通过接合、转化、转导等方式在细菌间转移，并非细菌生命活动不可缺少的遗传物质。2.转化：是指供体菌裂解后游离的外源DNA片段直接被受体菌摄取，整合到受体菌的基因组中，使受体菌获得供体菌部分特定遗传性状的过程。3.转导：是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新遗传性状的基因转移与重组方式，根据转导基因的范围可分为普遍性转导和局限性转导两类。4.接合：是指细菌通过性菌毛的直接接触沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌，使受体菌获得新遗传性状的方式，是革兰阳性菌与革兰阴性菌间耐药性快速传播的核心机制之一。5.溶原性转换：是指整合在宿主菌基因组中的前噬菌体（温和噬菌体基因组）编码的基因表达，使溶原性细菌获得了原有菌株不具备的新遗传性状，该过程没有供体菌游离DNA的参与，完全由前噬菌体基因介导。6.原生质体融合：是指将两种不同遗传性状的细菌经人工处理去除细胞壁后，在高渗环境下借助融合剂（如聚乙二醇）作用使两个原生质体相互接触融合，形成包含两个亲本遗传物质的重组体细胞，最终可获得兼具两种亲本优势性状的新菌株的技术手段。7.转座因子：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，能在DNA分子中自行移动位置，不断改变其在基因组中的位点，又被称为跳跃基因，根据结构和功能可分为插入序列和转座子两类。8.S-R变异：即细菌的菌落变异，指细菌从光滑型（S型）菌落转变为粗糙型（R型）菌落的变异现象，本质是细菌细胞壁脂多糖的特异性多糖侧链合成相关基因发生突变，导致菌体O抗原丢失，该变异常伴随细菌毒力、耐药性、生化反应特性的同步改变。9.高频重组株（Hfr）：指F质粒整合到宿主菌染色体基因组中形成的特殊菌株，该菌株发生接合时可高效向受体菌传递宿主菌的大部分染色体基因，基因转移效率比游离F质粒介导的转移高出上千倍，因此被称为高频重组株。10.耐药质粒：又称R质粒，是可通过接合等方式在细菌间广泛传播的质粒类型，由耐药传递因子（RTF）和耐药决定子（r-determinant）两部分组成，可同时介导细菌对多种抗菌药物的耐药性，是临床耐药菌暴发流行的核心物质基础。二、填空题1.细菌的遗传物质包括______和______两大类，其中______是细菌生命活动必需的核心遗传物质。2.构成细菌遗传变异基础的基因转移与重组的四种经典方式是______、______、______、______。3.质粒的核心结构是______双链DNA，其分子量通常仅为细菌染色体分子量的______，可独立于染色体进行自主复制。4.转座因子按照结构复杂度可分为两类，其中最简单的仅携带自身转座所需酶类基因的是______，同时携带转座酶基因和其他特定功能基因（如耐药基因、毒力基因）的是______。5.温和噬菌体感染宿主菌后可形成两种结局，分别是产生大量子代噬菌体裂解宿主的______周期，和噬菌体基因组整合到宿主菌染色体中形成前噬菌体的______周期。6.受体菌能够主动摄取外源游离DNA片段的生理状态被称为______，该状态通常出现在细菌生长的______期，其细胞膜表面可表达特异性结合外源DNA的受体蛋白。7.普遍性转导的发生机制是温和噬菌体装配子代时发生罕见失误，误将______的DNA片段包入噬菌体衣壳蛋白内部，其转导频率通常在______区间。8.局限性转导的发生机制是前噬菌体从宿主菌基因组上脱离时发生______切离失误，仅能转移前噬菌体在宿主染色体整合位点______的特定基因，以λ噬菌体为例，其通常只能转导大肠埃希菌的______基因和______基因。9.R质粒的两个功能结构域中，______负责编码性菌毛，介导质粒在细菌间的接合转移，______负责编码针对不同抗菌药物的耐药蛋白，赋予宿主菌耐药表型。10.卡介苗（BCG）的制备原理是将______菌株在含有______的特殊培养基上连续传代______次，历时13年获得的毒力减弱但抗原性完整的减毒活疫苗菌株。11.细菌的基因突变具有五大基本特性，分别是______、______、______、______、______。12.临床上常见的细菌表型变异类型除S-R变异外，还包括______变异、______变异、______变异三类，分别对应细菌形态结构、抗原性、毒力的表型改变。13.携带前噬菌体的溶原性细菌可获得的典型新性状包括______、______、______，白喉棒状杆菌产生白喉毒素、A群溶血性链球菌产生红疹毒素均属于______变异现象。14.当F质粒游离于细菌染色体外时，该菌株被称为______，当F质粒完全整合到宿主染色体上时，该菌株被称为______，Hfr菌株发生接合转移时，最终进入F-受体菌的完整F质粒的概率______。15.细菌的转座子长度通常为______kb，其两端存在长度为十几到上千个核苷酸的______序列，是转座酶识别和结合的核心位点。填空题参考答案1.染色体DNA；质粒DNA；细菌染色体2.转化；转导；接合；溶原性转换3.闭合环状；0.5%~3%4.插入序列；转座子5.裂解；溶原6.感受态；对数生长后7.宿主菌染色体/质粒上任意位置；10^-6~10^-88.偏差；两侧邻近；半乳糖代谢（gal）；生物素合成（bio）9.耐药传递因子（RTF）；耐药决定子10.牛型结核分枝杆菌；甘油、胆汁、马铃薯；23011.自发性；稀有性；不定向性；可遗传性；可逆性12.L型（形态结构）；H-O（抗原）；毒力13.免疫耐受性；溶原性转换获得新性状；对同源噬菌体的感染抵抗性；溶原性转换14.F+菌株；高频重组株（Hfr）；<10^-415.1~20；反向重复三、A型选择题（单项选择题）1.下列不属于细菌可自主携带的非染色体遗传物质的是A.质粒B.插入序列C.前噬菌体D.线粒体DNAE.转座子2.下列关于质粒的描述中错误的是A.可在细菌间通过接合方式转移B.不是细菌生长繁殖必需的遗传物质C.可自行丢失或经人工处理消除D.所有质粒的复制与染色体复制完全同步E.一种细菌可同时携带多种不同类型的质粒3.转化过程中，受体菌所处的感受态状态不具备的特征是A.仅出现在细菌生长的特定阶段B.细胞表面可表达DNA特异性结合受体C.可允许任意分子量大小的外源DNA进入细胞D.不同细菌的感受态出现时间和持续时长存在差异E.经人工钙离子处理可将非感受态细菌诱导为感受态状态4.白喉棒状杆菌获得产毒素能力的核心机制是A.携带了编码外毒素的R质粒B.温和噬菌体感染发生溶原性转换C.通过接合转移获得了毒力岛基因D.发生了染色体基因的自发突变E.通过转导获得了链球菌的毒素基因5.普遍性转导与局限性转导的核心差异是A.前者由温和噬菌体介导，后者由毒性噬菌体介导B.前者可转移供体菌染色体上任意位置的基因，后者仅能转移特定位置的邻近基因C.前者不需要噬菌体衣壳包裹DNA，后者需要噬菌体衣壳包裹D.前者发生在溶原周期，后者发生在裂解周期E.前者转移的是噬菌体基因，后者转移的是宿主菌基因6.细菌介导接合过程必需的结构是A.普通菌毛B.性菌毛C.鞭毛D.荚膜E.中介体7.下列关于R质粒的描述正确的是A.R质粒仅存在于革兰阴性菌中B.R质粒的耐药决定子可独立通过性菌毛转移C.R质粒可介导细菌对多种抗菌药物的同时耐药D.R质粒的遗传稳定度极高，无法自行丢失E.R质粒的耐药基因均来自于细菌染色体的自发突变8.Hfr菌株与F-菌株发生接合后，F-菌株通常的结局是A.转变为F+菌株B.转变为Hfr菌株C.获得供体菌部分染色体基因，仍为F-菌株D.发生染色体基因完全重组，获得供体菌全部遗传物质E.发生质粒丢失，最终死亡9.转座子在细菌基因组中移动位置的直接后果不包括A.导致插入位点的宿主基因发生失活突变B.介导不同DNA分子之间发生基因重组C.促进耐药基因在质粒与染色体之间扩散D.修复宿主基因组的损伤位点E.可从单个细菌快速扩散到整个细菌种群10.下列变异现象中不属于表型变异的是A.细菌在青霉素诱导下形成L型B.有鞭毛的变形杆菌在0.1%苯酚培养基上失去鞭毛C.结核分枝杆菌在人工培养基上传代后毒力下降D.细菌在含铁量不足的培养基中停止表达铁载体E.细菌在42℃培养时停止合成某些代谢酶类A型选择题参考答案：1.D2.D3.C4.B5.B6.B7.C8.C9.D10.CA型选择题核心解析：细菌属于原核生物，不存在线粒体等分化的细胞器，因此无线粒体DNA结构；质粒分为严紧型和松弛型两类，严紧型质粒复制与染色体同步，松弛型质粒独立于染色体复制，不受染色体复制系统调控。四、B型选择题（配伍选择题）（1~5题备选答案）A.转化B.接合C.转导D.溶原性转换E.原生质体融合1.供体菌游离DNA片段直接进入受体菌使受体菌获得新性状2.以性菌毛为介质介导遗传物质转移3.以温和噬菌体为载体转移宿主菌任意基因4.前噬菌体基因表达使宿主菌获得毒素合成能力5.人工去壁后两种细菌细胞融合获得重组菌株（6~10题备选答案）A.S-R变异B.H-O变异C.L型变异D.毒力变异E.耐药变异6.革兰阴性菌菌体O抗原丢失的菌落变异7.细菌鞭毛抗原丢失的动力变异8.细菌细胞壁合成受阻产生的细胞壁缺陷变异9.减毒活疫苗制备利用的核心变异类型10.临床感染治疗失败最常见的细菌变异类型B型选择题参考答案：1.A2.B3.C4.D5.E6.A7.B8.C9.D10.E五、X型选择题（多项选择题）1.质粒具备的特性包括A.自主复制性B.可转移性C.不相容性D.可自行丢失消除E.必须整合到染色体才能表达性状2.细菌可通过下列哪些方式获得对抗菌药物的耐药性A.染色体耐药基因自发突变B.获得R质粒C.转导获得耐药基因片段D.转化整合外源耐药DNAE.溶原性转换获得耐药表达框3.溶原性细菌具备的典型特征包括A.对同源噬菌体的重复感染具有免疫抵抗性B.可随细胞分裂将前噬菌体传递给子代细菌C.一定条件下可自发启动溶原周期裂解宿主菌D.必然获得前噬菌体编码的特定新遗传性状E.永远不会发生噬菌体的裂解装配过程4.下列关于S-R变异的描述正确的有A.细菌从粗糙型菌落转变为光滑型菌落的过程B.细菌O抗原合成缺陷是核心机制C.变异后细菌的毒力通常会下降D.变异后细菌的生化反应特性会发生改变E.临床标本分离细菌时如果使用R型菌落进行血清学分型易出现漏检5.原生质体融合技术相比于传统基因转移方式的优势包括A.可打破不同物种细菌之间的基因转移屏障B.可获得包含双亲全套遗传物质的重组细胞C.不需要病毒载体介导，生物安全性更高D.操作流程简单，不需要人工干预E.可定向获得完全符合预期目的性状的工程菌株X型选择题参考答案：1.ABCD2.ABCDE3.ABCD4.BCDE5.ABCE六、简答题1.简述质粒的主要生物学特性答：质粒共有6项核心特性：①自主复制性：不同类型质粒可独立于染色体进行自主复制，根据复制调控模式分为严紧型和松弛型两类，每个细胞内的拷贝数从1~2个到数十个不等；②编码非生存必需性状：质粒携带的基因通常与细菌的特殊适应性性状相关，如耐药性、毒力、代谢能力等，不携带细菌生长繁殖必需的管家基因，质粒丢失不会导致细菌死亡；③可转移性：大部分质粒可通过接合、转化、转导等方式在不同细菌个体之间转移，实现性状的跨个体传播；④不相容性：属于同一复制调控群的两种质粒不能稳定共存于同一个宿主细胞内，该特性是质粒分型和检测的重要依据；⑤可消除性：质粒可在人工诱导因素（如紫外线、高温、吖啶橙染料等）作用下发生丢失，也可随细菌分裂自发发生质粒丢失；⑥表型多样性：根据质粒功能可分为致育质粒、耐药质粒、毒力质粒、细菌素质粒、代谢质粒五大类，分别介导不同的宿主性状。2.比较细菌四种经典基因转移与重组方式的核心差异答：①转化不需要任何载体介导，仅依靠受体菌处于感受态摄取游离的供体DNA片段，无细胞直接接触，也无噬菌体参与；②接合需要性菌毛作为介质，供体菌和受体菌直接接触，可将大分子量的质粒DNA甚至部分染色体DNA高效转移给受体菌，是耐药性传播的最主要方式；③转导必须以温和噬菌体作为载体，通过噬菌体衣壳包装供体菌的DNA片段实现基因转移，不需要细菌直接接触，也不需要游离外源DNA参与；④溶原性转换完全依靠整合在宿主基因组内的前噬菌体基因表达获得新性状，无外源供体DNA的摄取过程，也无主动的基因重组操作，前噬菌体自身基因直接改变宿主表型。3.简述细菌遗传变异在医学领域的实际应用价值答：①疾病诊断领域：明确细菌的变异规律可避免因细菌表型变异导致的鉴定错误，如S-R变异后细菌生化反应、抗原性改变，可通过培养恢复表型后进行准确血清学分型；②疾病治疗领域：追踪耐药性变异的流行规律，合理指导抗菌药物的选择，避免滥用抗生素筛选多重耐药菌株；③疾病预防领域：利用细菌毒力变异特性制备减毒活疫苗，如卡介苗、炭疽减毒活疫苗等，可实现针对烈性传染病的长期有效预防；④流行病学领域：通过质粒图谱分析、全基因组测序分型等技术追踪传染源，明确耐药菌暴发的传播链；⑤基因工程领域：利用质粒作为载体，将目的基因导入工程菌中，大规模制备重组蛋白质药物如胰岛素、干扰素、重组疫苗等。七、论述题试述R质粒的结构组成及其介导细菌耐药性在种群间快速传播的分子机制答：R质粒是临床多重耐药菌株出现和暴发流行的核心遗传物质，其结构由两个功能相互独立又相互关联的结构域共同组成：第一部分是耐药传递因子（RTF），核心功能是编码性菌毛的所有结构蛋白和调控蛋白，介导R质粒在供体菌和受体菌之间的接