第十三章細菌的遺傳與變異詳解演示文稿第一頁，共八十二頁。優選第十三章細菌的遺傳與變異第二頁，共八十二頁。遺傳：子代與親代間的生物學特征相似變異：子代與親代間的生物學特征差異變異類型：遺傳性變異（基因型變異）：基因結構改變特點：個別細菌，產生新性狀可遺傳，不可逆。非遺傳性變異(表型變異）：環境條件變化，無基因結構的改變。特點：菌群中所有細菌，不遺傳，可逆。第三頁，共八十二頁。第四頁，共八十二頁。第一節細菌的變異現象一、形態與結構的變異（一）形態變異受外界環境條件影響（橢圓形小桿菌—球形、桿狀、逗點狀等多種形態）第五頁，共八十二頁。

細菌L型變異：青霉素、溶菌酶

正常形態細菌──────→L型細菌

(部分或完全失去胞壁)

正常霍亂弧菌霍亂弧菌L型形態結構變異第六頁，共八十二頁。葡萄球菌L型變異細菌L型油煎蛋樣菌落第七頁，共八十二頁。（二）結構變異細菌的特殊結構可發生變異而失去。有鞭毛的變形桿菌在固體培養基上彌散生長，菌落似薄膜，稱H菌落。將此菌接種在含有1%苯酚的培養基上，細菌失去鞭毛，形成單個菌落，稱為O菌落。H-O變異：將細菌失去鞭毛的變異。第八頁，共八十二頁。莢膜變異第九頁，共八十二頁。芽胞變異

42-43℃

炭疽桿菌────→失去形成芽胞能力,毒性10-20天降低

鞭毛變異

鞭毛細菌無鞭毛菌

形態結構變異（單個菌落）

（遷徙生長）

（點種在含0.1%石碳酸的培養基）

第十頁，共八十二頁。細胞壁變異：有→無go莢膜變異：有→無如：肺炎鏈球菌芽胞變異：有→無如：炭疽桿菌鞭毛變異：有→無（H-O變異）第十一頁，共八十二頁。

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌────→

產生白喉毒素增強（二）毒力變異表現：減弱或增強第十二頁，共八十二頁。

膽汁、甘油、馬鈴薯培養基

牛型結核桿菌────────→卡介苗

13年(230代)（BCG）減弱1921年AlbertCalmetteCamilleGuerin第十三頁，共八十二頁。三、耐藥性變異

概念：細菌對某種抗菌藥物由敏感變成耐藥。多重耐藥：有些細菌還表現為同時耐受多種抗菌藥物，甚至產生藥物依賴性。

含鏈霉素培養基

痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)

長期培養

第十四頁，共八十二頁。減少耐藥菌株的產生:1）避免盲目使用抗菌藥物。2）用藥前應盡量做藥敏試驗，并根據結果選擇用藥。第十五頁，共八十二頁。四、抗原性變異腸道桿菌細胞壁表面的多糖重復單位，為該菌的Ｏ抗原，具有屬的特異性；鞭毛的主要成分為蛋白質，為該菌Ｈ抗原，具有種的特異性，在該菌的血清學鑒定方面很重要。由于Ｏ或Ｈ抗原的變異，如Ｈ抗原可由Ⅰ相變為Ⅱ相，或由Ⅱ相變為Ⅰ相，其種的特異性就發生相應改變。第十六頁，共八十二頁。五、菌落變異菌落有兩種：光滑型（S）：表面光滑、濕潤、邊緣整齊。粗糙型（R）：表面粗糙、干皺、邊緣不整。S-R變異：菌落從光滑型變為粗糙型的變異。多見于腸道桿菌。一般S型菌的致病性強，少數細菌如結核桿菌、炭疽桿菌R型菌的致病性強。第十七頁，共八十二頁。菌落變異（S-R變異）

在陳舊培養基中長期培養

光滑(S)型菌落─────→粗糙(R)型菌落

或在有免疫力的人體內

一般，S型菌落致病力強。第十八頁，共八十二頁。第十九頁，共八十二頁。第二節細菌遺傳變異的物質基礎細菌的遺傳物質包括：

染色體染色體外遺傳物質：質粒

轉位因子噬菌體等第二十頁，共八十二頁。一、細菌的染色體細菌染色體：環狀雙螺旋DNA，缺乏組蛋白,無核膜包圍。大腸埃希菌整個染色體約含5000多個基因。第二十一頁，共八十二頁。二、質粒（plasmid）概念：細菌染色體外的遺傳物質，是環狀閉合的雙鏈DNA，編碼生物學性狀，能自行復制，位于胞漿。質粒的特征自我復制能力，為復制子決定細菌某些性狀可自行丟失與消除（非細菌生命活動必需）可轉移性：通過結合、轉化、轉導可分為相容性和不相容性第二十二頁，共八十二頁。有兩種：大質粒：含幾百個基因。小質粒：含20-30個基因。質粒基因可編碼產生很多重要的生物學性狀。第二十三頁，共八十二頁。（二）醫學上重要的質粒

1、F質粒（致育質粒）編碼性菌毛，介導細菌間的結合能力2、耐藥性質粒：編碼細菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性。包括：結合性（R質粒）和非結合性耐藥質粒帶有R質粒的細菌有大腸埃希菌、沙門菌、志賀菌、銅綠假單胞菌等革蘭陰性菌。第二十四頁，共八十二頁。3、毒力質粒（Vi質粒）：編碼與致病有關的毒力因子，如：ST質粒如破傷風梭菌痙攣毒素、炭疽毒素等均由相應的毒力質粒編碼產生。4、細菌素質粒：編碼細菌素，如大腸菌素質粒Col質粒細菌素對同品系或近緣細菌具有抑制作用。第二十五頁，共八十二頁。三、轉位因子（transposableelement，Te）：概念：存在于細菌染色體或質粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段，能在DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組的位置。從基因組一個位置轉移到另一個位置---即轉位。轉位因子第二十六頁，共八十二頁。轉位因子分為3類⑴插入序列（IS）：最小的Te，僅含與轉位相關的基因，兩端為反向重復序列。⑵轉座子（Tn）：

含轉位相關基因及耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因等其他結構基因。--Tn可引起插入失活，也可帶入耐藥基因，導致耐藥性的播散。（3）轉座噬菌體：IS

IS

ResistanceGene(s)

IS

IS

ResistanceGene(s)

第二十七頁，共八十二頁。1、插入序列：不攜帶任何已知信息，往往在插入后與插入點附近的序列共同起作用。2、轉座子：除攜帶與轉位有關的基因外，還攜帶耐藥性基因、毒力基因及其他結構基因等。轉座子攜帶的耐藥性基因在細菌的染色體和質粒之間或質粒和質粒之間轉移，導致耐藥性基因的播散是自然界中細菌耐藥性產生的重要原因之一。3、轉座噬菌體：是具有轉座功能的溶原性噬菌體。當前噬菌體整合到細菌染色體上，便能改變溶原性細菌的某些生物學性狀。當前噬菌體從細菌染色體上脫離時，可帶走鄰近的細菌DNA片段，因而在細菌遺傳物質轉移過程中還可起載體作用。第二十八頁，共八十二頁。四、噬菌體概念：能感染細菌、真菌、放線菌、螺旋體等微生物的病毒。（一）生物學性狀分布：廣泛，個體微小，需用電子顯微鏡觀察，基本形態：蝌蚪形、微球形、線形。蝌蚪形多。化學組成：核酸和蛋白質。特性：具有嚴格的宿主特異性。依此可對細菌鑒定與分型。抵抗力：比一般細菌繁殖體強。一般在70℃30分鐘仍不失去活性。在低溫下能長期存活。第二十九頁，共八十二頁。第三十頁，共八十二頁。第三十一頁，共八十二頁。第三十二頁，共八十二頁。第三十三頁，共八十二頁。（二）噬菌體與宿主菌的相互關系

噬菌體感染細菌有兩種結果裂解細菌，完成溶菌周期－－毒性噬菌體細菌不裂解，建立一種溶原狀態－－溫和噬菌體第三十四頁，共八十二頁。1、毒性噬菌體：能在敏感細菌中增殖并引起細菌裂解的噬菌體。溶菌周期（復制周期）：吸附、穿入、生物合成、裝配、成熟釋放。約需15-25分鐘第三十五頁，共八十二頁。第三十六頁，共八十二頁。第三十七頁，共八十二頁。第三十八頁，共八十二頁。第三十九頁，共八十二頁。第四十頁，共八十二頁。第四十一頁，共八十二頁。2、溫和噬菌體：感染敏感細菌后不增殖，不引起宿主菌裂解，而是噬菌體的基因整合于細菌染色體中的噬菌體。此過程稱為溶原周期。前噬菌體：整合在細菌染色體中的噬菌體的基因。溶原性細菌：帶有前噬菌體的細菌。第四十二頁，共八十二頁。溶原性細菌的特征：①能正常分裂，并將前噬菌體傳給子代；②前噬菌體可編碼阻遏蛋白抑制后進入的毒性噬菌體進行生物合成；③整合的前噬菌體給細菌帶來新的性狀；④前噬菌體可偶爾自發地或某些理化和生物因素的誘導下，脫離宿主菌染色體進入溶菌周期，導致細菌裂解。第四十三頁，共八十二頁。第四十四頁，共八十二頁。第四十五頁，共八十二頁。第四十六頁，共八十二頁。第四十七頁，共八十二頁。第四十八頁，共八十二頁。第四十九頁，共八十二頁。第三節細菌變異的發生機制主要通過基因突變、基因轉移與重組第五十頁，共八十二頁。一、基因突變突變：概念：指細菌的遺傳基因發生突然而穩定的改變→性狀的遺傳性變異。類型：基因突變（點突變、小突變）：基因中一個或幾個堿基對改變，極少數細菌發生少數性狀變異。染色體畸變（大突變）：指大段DNA發生改變，常導致細菌死亡。細菌基因突變包括堿基轉換、插入、缺失及轉位因子的轉位等。第五十一頁，共八十二頁。突變率：自然突變率（10-6-10-9）極低，如果用高溫、紫外線、X射線等理化因素誘導細菌突變，可使突變率提高10-1000倍。第五十二頁，共八十二頁。二、細菌的基因轉移和重組基因轉移外源性的遺傳物質由供體菌轉入某受體菌細胞內的過程稱為基因轉移。重組轉移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。外源性遺傳物質包括細菌染色體DNA片段、質粒DNA及噬菌體基因等。基因轉移和重組的方式：

轉化、接合、轉導、溶原性轉換、原生質融合第五十三頁，共八十二頁。（一）轉化概念：受體菌直接從周圍環境中攝取供體菌裂解游離的DNA片段，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的過程。證實：轉化現象在肺炎鏈球菌、葡萄球菌和流感嗜血桿菌等中被證實。第五十四頁，共八十二頁。Ⅱ-無莢膜第五十五頁，共八十二頁。（二）接合概念：是細菌通過性菌毛相互連接溝通，供體菌將遺傳物質（主要是質粒DNA）轉移給受體菌，使受體菌獲得供體菌的遺傳性狀。接合性質粒：能通過接合方式轉移的質粒包括：F質粒

R質粒Col質粒和毒力質粒。第五十六頁，共八十二頁。1、F質粒接合：第五十七頁，共八十二頁。第五十八頁，共八十二頁。2、R質粒接合R質粒包括兩部分耐藥傳遞因子（,RTF）功能：與F質粒相似，編碼性菌毛和接合轉移耐藥決定子（r-dir）功能：編碼對抗菌藥物的耐藥性第五十九頁，共八十二頁。RTFr決定子ISTn9Tn4Tn5R質粒結構圖第六十頁，共八十二頁。這兩部分可以單獨存在，也可以結合在一起成為復合物，但必須兩部分結合在一起時，才能將耐藥性轉移給其他細菌。細菌攜帶的多重耐藥性質粒也可通過性菌毛轉移給其他細菌，從而導致細菌耐藥性的擴散，這也是近年來耐藥菌株日益增多的一個重要原因。第六十一頁，共八十二頁。（三）、轉導概念：

以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉移入受體菌，使受體菌獲得新的性狀。

根據轉導基因片斷范圍，分為：普遍性轉導（generalizedtransduction）局限性轉導（restrictedtransduction）第六十二頁，共八十二頁。1、普遍性轉導

（generalizedtransduction）概念：通過噬菌體將供體菌任意DNA片段轉移至受體菌的轉導現象。第六十三頁，共八十二頁。普遍性轉導的過程前噬菌體從溶原菌染色體上脫離進行增殖，噬菌體大量復制其子代DNA，合成子代噬菌體結構蛋白，同時編碼產生核酸酶。核酸酶對宿主菌染色體進行切割，產生許多大小不一的DNA片段。噬菌體組裝時，發生錯誤（105～107），誤將細菌的DNA片段裝入噬菌體的外殼蛋白，感染受體菌將供體菌DNA帶入。因為錯誤是隨機的，被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分，故稱為普遍性轉導。第六十四頁，共八十二頁。第六十五頁，共八十二頁。第六十六頁，共八十二頁。普遍性轉導的結果：攜帶供體菌基因的噬菌體感染受體菌時，將供體菌基因注入受體菌，結果分為：完全轉導（completetransduction）進入的DNA片段與受體菌的染色體整合重組，并隨染色體而傳代，稱完全轉導流產轉導（abortivetransduction）進入的DNA片段游離在胞質中,既不能與受體菌染色體整合，也不能自身復制，稱為流產轉導第六十七頁，共八十二頁。第六十八頁，共八十二頁。2、局限性轉導概念：前噬菌體從宿主菌染色體上脫落時發生偏差，將前噬菌體兩側的宿主染色體基因轉移給受體菌，使受體菌的遺傳性狀發生改變的過程。能進行局限性轉導的多是溫和噬菌體：如λ噬菌體進入大腸埃希菌K12。第六十九頁，共八十二頁。局限性轉導：溫和噬菌體在終止溶原狀態脫離宿主菌時，發生偏差脫離，連同相鄰的一段細菌染色體基因包進噬菌體衣殼內，再感染其他菌時，將原宿主菌的基因轉移給新宿主菌，使受體菌獲得供體菌的某種遺傳性狀。由于這種轉導只限于供體菌DNA上個別的特定基因，故稱為局限性轉導。第七十頁，共八十二頁。第七十一頁，共八十二頁。第七十二頁，共八十二頁。第七十三頁，共八十二頁。（四）、溶原性轉換(lysogenicconversion)概念：當噬菌體感染細菌時，噬菌體作為供體，宿主菌染色體中整合了噬菌體的DNA片段，并獲得新的遺傳性狀稱為溶原性轉換。第七十四頁，共八十二頁。溶原性轉換：某些溫和噬菌體感染敏感菌后，其基因可整合于宿主菌染色體中，此狀態下的細菌稱為溶原性細菌。溶原性轉換：溶原性細菌因DNA結構改變而獲得噬菌體賦予的新性狀。白喉棒狀桿菌、A群鏈球菌、肉毒梭菌、產氣莢膜梭菌、霍亂弧菌第七十五頁，共八十二頁。第七十六頁，共八十二頁。第四節細菌的遺傳變異在醫學中的應用