五章節(jié)細菌遺傳與變異

1、第五章第五章 細菌的遺傳與變異細菌的遺傳與變異1. 遺傳遺傳(heredity)：使細菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使其菌種得以保存。2. 變異變異(variation)：在一定條件下，子代與親代之間以及子代與子代之間的生物學性狀出現(xiàn)的差異。3. 細菌的變異分為遺傳性變異遺傳性變異和非遺傳性變異非遺傳性變異。 遺傳性變異：遺傳性變異：是細菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，故又稱 基因型基因型變異變異。常發(fā)生于個別的細菌，不受環(huán)境因素的影響，變異發(fā)生后是不可逆的，產(chǎn)生的新性狀可穩(wěn)定地遺傳給后代。 非遺傳性變異：非遺傳性變異：細菌在一定的環(huán)境條件影響下產(chǎn)生的變異，其基因結(jié)構(gòu)未改變，稱為表型變異表型變異。

2、易受到環(huán)境因素的影響，凡在此環(huán)境因素作用下的所有細菌都出現(xiàn)變異，而且當環(huán)境中的影響因素去除后，變異的性狀又可復原，表型變異不能遺傳。 第一節(jié)第一節(jié) 細菌的變異現(xiàn)象細菌的變異現(xiàn)象形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異毒力變異耐藥性變異菌落變異v細菌的大小和形態(tài)在不同的生長時期可不同，生長過程中受外界環(huán)境的影響也可發(fā)生變異。如：鼠疫耶氏菌在陳舊培養(yǎng)物上細菌的多形態(tài)性、細菌l型。v細菌的特殊結(jié)構(gòu)如：莢膜（肺炎鏈球菌）、芽胞（炭疽芽孢桿菌）、鞭毛（變形桿菌h-o變異）也可發(fā)生變異。一一. 形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異毒力增強：毒力增強：無毒力的白喉棒狀桿菌常寄居在咽喉部，不致??；當感染了-棒狀噬菌體后變成溶原性細菌，則獲得產(chǎn)

3、生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力減弱：毒力減弱：有毒菌株長期在人工培養(yǎng)基上傳代培養(yǎng)，可是細菌的毒力減弱或消失?？ń槊?bcg)是有毒的牛分枝桿菌在含有膽汁的甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基上，經(jīng)過13年，連續(xù)穿230代，獲得的一株毒力減弱但仍保持免疫原性的變異株。二二. 毒力變異毒力變異v耐藥性變異：細菌對某種抗菌藥物由敏感變?yōu)槟退幍淖儺?。有些細菌還表現(xiàn)為同時耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性。v從抗生素廣泛應用以來，細菌對抗生素耐藥的不斷增長是世界范圍內(nèi)的普遍趨勢，給臨床治療帶來很大的困難，并成為當今醫(yī)學上的重要問題。三三. 耐藥性變異耐藥性變異 細菌的菌落主要有光滑光滑(smooth,s)型型和粗糙粗糙(r

4、ough,r)型型兩種。s型菌落表面光滑、濕潤、邊緣整齊。經(jīng)人工培養(yǎng)多次傳代后菌落表面邊為粗糙、干燥、邊緣不整齊，稱sr變異。 sr變異常見于腸道桿菌，是由于失去lps的特異性寡糖重復單位而引起的。 變異時不僅菌落的特征發(fā)生改變，且細菌的其它性狀也發(fā)生了變化。 s型菌的致病性強，但有少數(shù)r型菌的致病性強，如結(jié)核分枝桿菌。四四. 菌落變異菌落變異s型菌落型菌落r型菌落型菌落第二節(jié)第二節(jié) 細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)染色體質(zhì)粒轉(zhuǎn)位因子v質(zhì)粒質(zhì)粒(plasmid)：是細菌染色體以外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈dna。v 質(zhì)粒基因可編碼多種重要的生物學性狀：1)致育質(zhì)粒致育質(zhì)粒（f質(zhì)粒

5、）質(zhì)粒）與有性生殖功能關(guān)聯(lián)；2)耐藥性質(zhì)粒耐藥性質(zhì)粒 編碼細菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性。分兩類，一是接合性耐藥質(zhì)粒（r質(zhì)粒），另一是非接合耐藥性質(zhì)粒； 3)毒力質(zhì)粒（毒力質(zhì)粒（vi質(zhì)粒）質(zhì)粒） 編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子；4)細菌素質(zhì)粒細菌素質(zhì)粒 編碼細菌產(chǎn)生細菌素；5)代代謝質(zhì)粒謝質(zhì)粒 編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶。 質(zhì)粒質(zhì)粒質(zhì)粒具有自我復制的能力。質(zhì)粒dna所編碼的基因產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征。質(zhì)粒可自行丟失與消除。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性。質(zhì)?？煞譃橄嗳菪耘c不相容性兩種。質(zhì)粒質(zhì)粒dna的特征的特征轉(zhuǎn)位因子：轉(zhuǎn)位因子：是存在于細菌染色體或質(zhì)粒dna分子上的一段特異性核苷酸序列片段，它能在dna分子中

6、移動，不斷改變它們在基因組中的位置，能從一個基因組轉(zhuǎn)移到另一基因組中。 轉(zhuǎn)位因子有三類：插入序列(is)；轉(zhuǎn)座子(tn)；轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體。轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)位因子遺傳性變異：遺傳性變異：是由基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變所致，主要通過基因突變、基因損傷后的修復、基因的轉(zhuǎn)移與重組來實現(xiàn)。非遺傳性變異：非遺傳性變異：是細菌在環(huán)境因素等影響下出現(xiàn)的變化，這種變化不是因基因結(jié)構(gòu)的變化而產(chǎn)生的。第三節(jié)第三節(jié) 細菌變異的機制細菌變異的機制 突變突變(mutation)：是細菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導致細菌性狀的遺傳性變異。 基因突變規(guī)律：突變率 突變常自然發(fā)生，但突變率極低。突變與選擇 突變是隨機的，不定向

7、的?；貜屯蛔?細菌由野生型變?yōu)橥蛔冃褪钦蛲蛔儯袝r突變株經(jīng)過又一次突變可恢復野生型的性狀。 dna的損傷修復：當細菌dna受到損傷時，細胞會用有效的dna修復系統(tǒng)進行細致的修復，使損傷降為最小。一一. 基因的突變與損傷后修復基因的突變與損傷后修復彷徨試驗彷徨試驗(fluctuation test)影印試驗影印試驗(replica plating) 基因轉(zhuǎn)移基因轉(zhuǎn)移(gene transfer)：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌進入某受體菌細胞內(nèi)的過程?；蛑亟M基因重組(recombination)：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌dna整合在一起，使受體菌獲得供體菌某些特性。 外源性遺傳物質(zhì)：供體菌染色體dna，

8、質(zhì)粒dna及噬菌體基因等。 細菌的基因轉(zhuǎn)移和重組方式：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導、溶原性轉(zhuǎn)換、細胞融合。二二. 基因的轉(zhuǎn)移與重組基因的轉(zhuǎn)移與重組1. 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化(transformation):供體菌裂解游離的dna片段轉(zhuǎn)入某受體菌細胞內(nèi)的過程。2. 接合接合(conjugation)接合：接合：是細菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒dna）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。能通過結(jié)合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，不能通過性菌毛在細菌間轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒為非接合性質(zhì)粒。細菌的耐藥性與耐藥性的基因突變及r質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移等有關(guān)。r質(zhì)粒有耐藥傳遞因子(rtf)和耐藥決定子(r)兩部分組成。rtf的功能與f質(zhì)粒相似，可

9、編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過接合轉(zhuǎn)移；r決定子能編碼對抗菌藥物的耐藥性。r質(zhì)粒的接合質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)導：轉(zhuǎn)導：是以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段dna轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，是受體菌獲得新的性狀。根據(jù)轉(zhuǎn)導基因片段的范圍，可將轉(zhuǎn)導分為兩類：普遍性轉(zhuǎn)導普遍性轉(zhuǎn)導（轉(zhuǎn)導的dna可是供菌染色體上的任何部分）、局限性轉(zhuǎn)導局限性轉(zhuǎn)導（轉(zhuǎn)導的dna只限供菌染色體上的特定基因）。3. 轉(zhuǎn)導轉(zhuǎn)導(transduction)普遍性轉(zhuǎn)導普遍性轉(zhuǎn)導( generalized transduction)局限性轉(zhuǎn)導局限性轉(zhuǎn)導( restricted transduction)4. 溶原性轉(zhuǎn)換溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenic conversion)當噬菌體感染細菌時，宿主菌染色體中獲得了噬菌體