第四章细菌的遗传与变异课程

遗传遗传(heredity)：子代与亲代之间生物学特征子代与亲代之间生物学特征（形态、结构等）的相似性。（形态、结构等）的相似性。遗传使细菌的性状保遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存。持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存。变异变异(variation)：子代与亲代之间生物学特征的子代与亲代之间生物学特征的差异。变异使细菌产生新的变种，变种的新特性靠差异。变异使细菌产生新的变种，变种的新特性靠遗传得以巩固，并使物种得以发展和进化。遗传得以巩固，并使物种得以发展和进化。第四章第四章 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异细菌的变异分为遗传性变异和非遗传性变异细菌的变异分为遗传性变异和非遗传性变异n遗传性变异（遗传性变异（基因型变异基因型变异）：是细菌的基因结构发生了改是细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或基因转移和重组。常发生于个别的细菌，不受变，如基因突变或基因转移和重组。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，不可逆，可遗传。环境因素的影响，不可逆，可遗传。n非遗传性变异（非遗传性变异（表型变异）表型变异）：细菌在一定的环境条件影响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。易受到环境因素的影响，可下产生的变异，其基因结构未改变。易受到环境因素的影响，可逆，不能遗传。逆，不能遗传。基因改变遗传可逆性外界环境变异幅度遗传性变异+-个别细胞非遗传性变异-+群体第一节第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象n形态与结构变异形态与结构变异n毒力变异毒力变异n耐药性变异耐药性变异n抗原性变异抗原性变异n菌落变异菌落变异 形态结构变异鼠疫耶尔森菌鼠疫耶尔森菌3-6%食盐食盐多形态性多形态性陈旧培基物陈旧培基物形态与结构变异形态与结构变异 青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)葡萄球菌的葡萄球菌的L型变异型变异有荚膜的肺炎球菌有荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌细菌形态结构变异细菌形态结构变异 形态与结构变异形态与结构变异n特殊结构的变异炭疽杆菌炭疽杆菌42-4310-20天天失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力,毒性降低毒性降低变形杆菌（变形杆菌（H）失去鞭毛（失去鞭毛（O）1%石碳酸石碳酸毒力变异毒力变异牛型结核分枝杆菌牛型结核分枝杆菌胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基13年年(230代代)卡介苗卡介苗（毒力减弱）（毒力减弱）白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌棒状噬菌体棒状噬菌体获得白喉毒素获得白喉毒素（毒力增强）（毒力增强）耐药性变异耐药性变异 耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。痢疾杆菌痢疾杆菌含链霉素培养基长期培养含链霉素培养基长期培养依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)抗原性变异抗原性变异nO抗原和抗原和H抗原的变异抗原的变异 菌落变异菌落变异在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落光滑型菌落粗糙型菌落粗糙型菌落光滑型菌落（）光滑型菌落（）粗糙型菌落（）粗糙型菌落（）S S型菌落型菌落R R型菌落型菌落细菌菌落形态变异细菌菌落形态变异 结核杆菌的干燥型菌落结核杆菌的干燥型菌落第二节第二节 细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础n细菌染色体细菌染色体n质粒质粒n转位因子转位因子n噬菌体噬菌体一一 细菌的染色体细菌的染色体(chromosome)细菌的染色体是环状双螺旋细菌的染色体是环状双螺旋DNA长链，上有许多编码细长链，上有许多编码细菌生物学性状的基因，是细菌的主要遗传物质菌生物学性状的基因，是细菌的主要遗传物质。二二 质粒质粒(plasmid)是细菌染色体之外的遗传物质，存在于细胞质中，为是细菌染色体之外的遗传物质，存在于细胞质中，为环状闭合的双链环状闭合的双链DNA。大质粒：含几百个基因大质粒：含几百个基因小质粒：含小质粒：含20-30个基因个基因（一）质粒的基本特征（一）质粒的基本特征 1、有自我复制能力、有自我复制能力 2、编码细菌的一些特殊的性状、编码细菌的一些特殊的性状 3、非生命活动所必需，可自行丢失与消除、非生命活动所必需，可自行丢失与消除 4、可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移、可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移 5、分相容性与不相容性两种、分相容性与不相容性两种（二）医学上重要的质粒（二）医学上重要的质粒质粒基因可编码很多重要的生物学性状：质粒基因可编码很多重要的生物学性状：1、致育质粒（、致育质粒（fertility plasmid,F质粒）质粒）2、耐药质粒（、耐药质粒（resistance plasmid,R质粒）质粒）3、毒力质粒（、毒力质粒（virulence plasmid,Vi质粒）质粒）4、细菌素质粒：、细菌素质粒：如如Col质粒（质粒（Col plasmid）编码大肠菌）编码大肠菌素的质粒素的质粒三三 转位因子转位因子 是存在细菌的染色体或质粒是存在细菌的染色体或质粒DNA分子上的一段特异性分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们分子中移动，不断改变它们的基因组位置，从一个基因组转移到另一个基因组中。的基因组位置，从一个基因组转移到另一个基因组中。转位因子转位因子 四四 噬菌体噬菌体 噬菌体噬菌体(bacteriophage)：是能感染细菌、：是能感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。噬菌体分布极广，凡是有细菌的场所，就可噬菌体分布极广，凡是有细菌的场所，就可能有相应的噬菌体的存在。能有相应的噬菌体的存在。（一）噬菌体的生物学性状（一）噬菌体的生物学性状n形态与结构：形态与结构：n 噬菌体有三噬菌体有三种形态：蝌蚪种形态：蝌蚪形、微球形和形、微球形和丝形，但丝形，但多数多数为蝌蚪形为蝌蚪形。噬菌体噬菌体细菌细胞细菌细胞噬菌体的特点噬菌体的特点 噬菌体具有严格的宿主特异性，即某一种噬菌体只难噬菌体具有严格的宿主特异性，即某一种噬菌体只难感染某一种微生物，甚至只能感染某一种微生物中的某一感染某一种微生物，甚至只能感染某一种微生物中的某一型。因此可用来鉴定和分型。型。因此可用来鉴定和分型。噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗力比一噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗力比一般细菌的繁殖体强般细菌的繁殖体强,7530min灭活。噬菌体能耐受低温灭活。噬菌体能耐受低温和冰冻，但对紫外线和和冰冻，但对紫外线和X射线敏感。射线敏感。（二）噬菌体与宿主菌的相互关系（二）噬菌体与宿主菌的相互关系 毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)：能在宿主细胞内复：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌 温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)：噬菌体基因与宿：噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能能随细菌随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。复制，并随细菌的分裂而传代。吸附吸附穿入穿入生物合成生物合成成熟、释放成熟、释放毒性噬菌体的溶菌性周期毒性噬菌体的溶菌性周期 温和噬菌体的溶源性周期温和噬菌体的溶源性周期 前噬菌体前噬菌体 温和噬菌体的溶菌性周期温和噬菌体的溶菌性周期 吸附吸附穿入穿入生物合成生物合成成熟、释放成熟、释放毒性噬菌体毒性噬菌体的溶菌周期（一）毒性噬菌体（一）毒性噬菌体（二）（二）温和噬菌体温和噬菌体 噬菌体噬菌体 核酸核酸前噬菌体前噬菌体溶原性细菌溶原性细菌 传代 噬菌体噬菌体 核酸核酸前噬菌体前噬菌体生物合成生物合成成熟、释放成熟、释放 前噬菌体可偶尔自发地或在某些理化和生物因素的诱导下，脱离宿主菌染色前噬菌体可偶尔自发地或在某些理化和生物因素的诱导下，脱离宿主菌染色体进入溶菌周期，导致细菌裂解。体进入溶菌周期，导致细菌裂解。第三节第三节 细菌变异的发生机制细菌变异的发生机制一、基因突变一、基因突变1.种类种类 突变（突变（mutation）是指生物体的遗传物质核酸的结构是指生物体的遗传物质核酸的结构发生了突然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状发生了突然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状发生遗传性变异。发生遗传性变异。2.基因突变的共同特性基因突变的共同特性（1）稀少性）稀少性：自发突变率：自发突变率10-910-6。（2）突变的回复和抑制：未发生突变的原始菌株称为）突变的回复和抑制：未发生突变的原始菌株称为野生株，经突变后性状改变了的菌株称为突变株。野生株，经突变后性状改变了的菌株称为突变株。（3）突变与选择）突变与选择基因转移与重组基因转移与重组 基因转移（基因转移（gene transfer）：外源性的遗传物质由供体菌）：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌的过程。进入某受体菌的过程。基因重组（基因重组（recombination）：转移的基因与受体菌）：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌的某些特性。整合在一起，使受体菌获得供体菌的某些特性。细菌的基因转移和重组方式：细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶源转化、接合、转导、溶源性转换性转换。F+：即含：即含F质粒，编码性菌毛，该菌称雄性菌。质粒，编码性菌毛，该菌称雄性菌。F+F-的接合：的接合：F+F-F+F-F+F+F+F+F+F_Sex pili细细 菌菌 的的 遗遗 传传 与与 变变 异异F+F+F_细细 菌菌 的的 遗遗 传传 与与 变变 异异R R质粒的接合质粒的接合A-Antibiotics 溶原性转换（溶原性转换（lysogenic conversionlysogenic conversion）：溶原性：溶原性噬菌体的基因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发噬菌体的基因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发生改变，这种现象称为溶原性转换。生改变，这种现象称为溶原性转换。通过溶原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：通过溶原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：白喉棒白喉棒状杆菌状杆菌白喉毒素；白喉毒素；链球菌链球菌致热外毒素；致热外毒素；肉毒梭肉毒梭菌菌肉毒毒素；肉毒毒素；产气荚膜梭菌产气荚膜梭菌毒素。毒素。