第六章 细菌的遗传变异
主要内容：
一、细菌遗传的物质基础
二、基因突变
三、基因的转移与重组
四、研究细菌遗传变异的实际意义
岳 华
西南民族大学
第一节 细菌遗传的物质基础
1,基因组 (genome)
细菌的基因组位于核体, 是遗传的主要物质
基础 。 核体又称染色体 (chromosome)是由两条环
状双螺旋 DNA长链组成, 含细菌的遗传基因,
控制细菌的遗传与变异 。 细菌染色体 DNA以半
保留方式进行复制 。 故子代写亲代细菌的性状相
同 。 倘若在 DNA复制中, 子代 DNA发生改变,
便会出现变异 。
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2、质粒 (Plasmid)
质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状
双螺旋 DNA分子。质粒可以自身复制，随宿主
菌分裂传到子代菌体。在一定条件下，质粒可以
转移，也可丢失。质粒是自行复制单位，有的需
与核质染色体的复制同步，称为 严紧型复制 。编
码细菌各种重要的生物学性状。
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№1 F质粒,编码性菌毛的质粒称致育质粒或 F质
粒,具有 F质粒的细菌有性菌毛，为雄性细菌；
无 F质粒的细菌无性菌毛，为雌性细菌，该质粒
与细菌的有性结合有关。
№ 2 毒力质粒,编码细菌各种毒力因子的质粒统称
毒力质粒或 Vi质粒 。如致病性大肠杆菌在黏膜
上定居及产生毒素的能力可由不同质粒编码，其
中 K质粒编码对黏膜具有黏附活性的菌毛,ST质
粒与 LT质粒分别编码耐热肠毒素和不耐热肠毒素。
细菌对抗菌药物或重金属盐类的抗性则由 R质粒
所决定。一个质粒可同时具有几种编码功能。
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质粒可以在细菌间转移，当质粒从一个细
菌转移至另一个细菌时，携带的性状也随之转
移。质粒的转移不仅可以发生花同种、同属的
细菌之间，有的甚至还可以在不同种属的细菌
间进行。按其转移的特性时将质粒分为二类,
接合性质粒与非接合性质粒。
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2,穿梭载体 是一类特殊的质粒, 可在某种属
关系差异较大的微生物中转移, 例如在大肠杆
菌与酵母之间 。 利用它可携带质核或真核微生
物的外源序列 。
3,转座因子 (transposable element) 近年来发现
微生物的某些 DNA片段作为一个独立单位可
在染色体上移动, 此种移动甚至可发生在不同
种细胞之间 。 这种可移动的 DNA片段称之为
转座因子 。 细菌的转座因子有三种类型,插入
序列 （ IS）, 转座子 (Tn)以及某些特殊的噬菌
体, 例如 Mu是促变噬菌体的简称 。
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4、毒力岛 (pathogenicity island,PAI)
是 20世纪 90年代提出的一个新概念。 PAI是指
病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构与
功能有别于细菌染色体，但位于细菌染色体之
内，因此称之为“岛”。 PAI虽然是染色体的
DNA片段，但两端往往具有重复序列与插入元
件，其 G+Cmol%及密码使用与细菌染色体有明
显差异，分子量较大，多为 30～ 40kb，也有达
100kb者。
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遗传变异的物质基础
三个经典实验证明核
酸是微生物遗传物质
转化实验
噬菌体感染实验
植物病毒的重建实验
遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式
Ｓ Ⅲ 〖 杀死 〗 无菌落生长体外培养
Ｒ Ⅱ 〖 活菌 〗 体外培养 Ｒ Ⅱ 菌落
Ｒ Ⅱ 菌落 多
Ｓ Ⅲ 菌落 少
体外混合培养Ｓ Ⅲ 〖 杀死 〗
Ｒ Ⅱ 〖 活菌 〗
转化实验 （ 2） 细菌培养实验
大量 R菌落活 R菌 S菌无细胞抽提液+
活 R菌 + S菌 DNA S菌落
转化实验 （ 3） S型菌无细胞抽提液试验
S菌 Pr
S菌多糖 R菌落活 R菌 +
Cncnc-micro
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植物病毒蛋白质和 RNA可以人为地分开,
同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒,
植物病毒的重建实验
甲ＲＮＡ＋乙Ｐ r → 感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒
乙ＲＮＡ＋甲Ｐ r → 感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒
Cncnc-micro
TMV
HRV
（ TMV变种）
HRV
TMV
原始株 拆开 重建 感染 分离纯化
植物病毒的重建实验
遗传物
质类型
核染色体
核外染色体
真核生物细胞器
原核生物质粒
遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式
染色体
基因 Ⅱ
基因 Ⅰ
DNA
基因是一段 DNA
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第二节 基因突变
一、基因突变的概念及种类：
1、概念：
基因突变简称突变，是变异的一种,指生物细
胞遗传物质 DNA分子结构突然发生了稳定的可遗
传的变化。 它是生物进化的一个重要因素。
2,种类：
细菌与一般生物细胞一样可发生突变, 其突变
也可按发生改变的范围大小, 分为染色体畸变和
点突变 。
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二、细菌常见的变异现象
1、菌落形态变异
分为两种类型，即菌落表面光滑、湿润，边缘
整齐的光滑型（ S型）和菌落表面粗糙、枯干，边
缘不整齐的粗糙型 (R型 )。在一定条件下，光滑型
菌落可变为粗糙型，称为 S→R 变异。 S→R 变异，
经常伴随着 S型抗原的丧失和病原菌毒力由强变弱
等性状的改变 。
2、形态结构变异 常见的有细胞壁缺陷变
异 (细菌 L型等 )、荚膜变异或鞭毛变异等。
3-6%食盐
鼠疫杆菌 ────→ 多形态性 (衰残型 )。
琼脂培基
形态结构变异
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 )
正常霍乱弧菌 霍乱弧菌 L型
形态结构变异
特殊结构的变异
42-43℃
炭疽杆菌 ────→ 失去形成芽胞能力,毒性
10-20天 降低
变形杆菌（ H） 1%石炭酸 （ O）
迁徙生长 单个菌落鞭毛变异
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3、抗原变异
由于细菌基因突变而引起其抗原结构发生
改变的变异类型。
常见的抗原变异有：
菌体抗原变异
鞭毛抗原变异 （ H-O变异）
荚膜抗原变异
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4、抗性变异
是对某种化学药物或致死物理因子抗性的变
异。如耐药性的产生、对 多种物理因素的抗性增
强等。
5、营养型变异
主要引起营养缺陷型变异，即细菌丧失合成
一种或几种生长因子的能力，无法 在基本培养
基上正常生长繁殖的变异类型。这种突变对研究
细菌代谢产物的 生物合成途径很有用处。此外，
营养型变异菌株可作为杂交、转化、转导和原生
质体融合等研究中的标记菌种。
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6、毒力变异：毒力增强或减弱
毒力是病原菌特有的一种生物学性状。在自然
条件下，不仅不同菌株的毒力有所不同，就是同
一菌株在不同条件下也表现出不同的毒力。在某
种传染病的发病初期，从患病动物体内分离出来
的菌株毒力较强，然而在流行末期分离到的细菌
毒力大为减弱。毒力强的菌株在体外连续传代改
变培养条件后，毒力往往减弱，而通过易感动物
又能便毒力减弱的菌株恢复毒力。
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细菌毒力减弱的方法
（ 1）长时间在体外连续培养传代 病原菌在体
外人工培养基上连续多次传代后，毒力一般都
能逐渐减弱乃至失毒力。
（ 2）在高于最适生长温度条件下培养 例如炭
疽 I型和 Ⅱ 号疫苗，均是将炭疽杆菌强毒株在
42～ 43℃ 培养传代育成。
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（ 3） 在含有特殊化学物质的培养基中培养 如
广为采用的结核病卡介苗 (BCG),系将牛型结
核杆菌在含有胆汁的马铃薯培养基上每 15天传
1代, 持续传代 13年后育成 。
（ 4）在特殊气体条件下培养 如无荚膜炭疽芽
孢苗是半强毒菌株在含 50%动物血清的培养基
上，在 50%CO2的条件下选育的。
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（ 5） 通过非易感动物 如猪丹毒弱毒苗 (GC42 )
系将强致病菌和株通过豚鼠 370代后, 又通过
鸡 42代选育而成 。
（ 6）通过基因工程的方法 去除毒力基因或用
点突变的方法使毒力基因失活，可获得无毒力
菌株或弱毒菌株。但对多基因调控的毒力因子
较难奏效。
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细菌毒力增强的方法
在自然条件下，回归易感动物是增强细菌毒
力的最佳方法。易感动物既可是本动物，也可
是实验动物。特别是易感实验动物，已广泛用
于增强细菌的毒力，如多杀性巴氏杆菌通过小
鼠，猪丹毒杆菌通过鸽子等。
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三、诱发细菌变异的方法
诱发突变是应用人工方法使细菌增殖和复
制 DNA时出现,错误”,从而育成人类需要
的细菌变异品系。 如下介绍常用的诱变方法及
其致突变的机制。
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（ 一 ） 物理方法 包括温度及各种射线 。
1,温度,温度诱发基因突变的机制似乎是专一
对 GC碱基对的作用 。 包括使 C脱氨基转换为尿
嘧啶 (U),在复制中造成 GG → AT转换 ;以及引
起 G-脱氧核糖键的移动, 从而在 DNA复制过程
中出现包括两个 G的碱基对, 在再一次复制中
造成 GG →CG 颠换 。
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2,辐射,辐射的诱变作用一般认为有直接作
用和间接作用两个方面 。 前者是指辐射直接作
用于染色体, 包括引起 DNA骨架断裂所造成的
染色体畸变和引起复制差错 。
间接作用是使染色体以外的细胞物质发生
变化, 再由这些物质作用于染色体引起突变 ;
它包括碱基类似物的形成及其突变诱发作用,
和电离辐射引起过氧化氢和游离基的产生以及
它们诱发突变 。
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（二）化学方法
常用的化学诱变剂有 5溴脱氧尿苷（ UBr ）、
5-氟脱氧尿苷,2-氨基嘌呤,8-氮鸟嘌呤、亚硝
酸、羟胺、烷化剂（ B丙酸内酯和芥子气等）、
亚硝基胍、丫啶橙染料 (丫啶黄、丫啶橙、原黄
素等 )、一系列烷化剂和丫啶类结合的化合物、
溴化乙锭等。它们的作用机制复杂而各有差异，
总的说来主要有以下几方面。
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1.取代碱基参入 DNA,从而使 DNA的某些碱基对
发生置换 。 例如 UBr是 T的结构类似物, 它通常
以酮式出现, 能代替 T与 A形成氢键而配对 。
2,使碱基发生化学变构, 从而引起 DNA的某些
碱基对发生置换 。 例如亚硝酸对碱基有氧化脱
氨基作用, 可以便 C成为 U与 A配对, 或 A成为次
黄嘌呤 (H)与 C配对, 从而引起 DNA的某些碱基
对发生置换突变 。
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3.插入 DNA相邻的碱基之间, 引起移码突变 。
在邻近的两个嘌呤碱基之间插入丫啶染料分子,
可引起 DNA复制时碱基增添或缺失的错误, 造
成密码子的移码, 出现基因突变 。
4.引起 DNA分子断裂而诱发染色体畸变。 例如
许多烷化剂 (氮芥、硫芥、环氧乙烷等 )除能
诱发点突变以外，还能诱发染色体畸变。
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（三）生物学方法
利用各种生物学的方法可诱使微生物发生
变异, 使细菌发生毒力等性状的改变, 获得性
能良好的菌株 。
1、增强毒力 连续通过易感动物，可使病原
菌毒力增强。有的细菌与其他微生物共生，或
被温和噬菌体感染，也可增强毒力。例如产气
荚膜梭菌与八叠球菌共生时毒力增强 ;肉毒梭
菌当被温和噬菌体感染时，方产生毒素。
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2,减弱毒力 病原菌毒力自发减弱的现象,
常见于传染病流行末期所分得的病原菌株 。 人
工减弱病原微生物的毒力通常使用病原菌通过
非易感动物, 鸡胚等方法 。 如将禽霍乱强毒菌
株通过琢鼠 190代后, 再经鸡胚传 40代, 育成
禽霍乱弱毒菌株 。 无论自然变异弱毒株或人工
培育的变异弱毒株, 均由于 DNA上核甘酸碱基
顺序的改变的结果 。
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第三节 基因的转移与重组
细菌是单细胞生物，以二分裂方式进行无性
繁殖，子代只有从一个亲代获得遗传物质，在
某种情况下，两个不同性状细菌的基因可以转
移到一起，经过基因间的重组，形成新的遗传
型个体。细菌的基因转移和重组的主要形式有
转化、转导、接合、原生质体融合和转染。
转化
转化因子（ transforming principle ）
在转化过程中，转化的 DNA片段称为转化因
子,分子量小于 107，最多不超过 10~20个
基因。
感受态（ competence）
受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因
子。细菌处于感受态是因为其表面有一种
吸附 DNA的受体,
转化
转化因子吸附在受体菌表面受体上，然后
再被摄入 。
解链，一链进入受体菌，另一链为进入提
供能量。
重组。
DNA复制重组菌繁殖后，获得新的性状的
细菌称为转化菌的突变株。
转化
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接合（ conjugation）
接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将
遗传物质（主要是质粒 DNA）从供体菌转移
给受体菌。
接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒
称为接合性质粒,F质粒,R质粒,Col质粒和
毒力质粒。
E,coli strains undergoing conjugation (TEM
x27,700)
接合
F+ F- F+ F-
F+ F+F+ F+
Donor
Recipient
接合
R质粒的接合
日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺
菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变
解释。
健康人中大肠埃希菌 30%~50%有 R质粒，
而致病性大肠埃希菌 90%有 R质粒。
R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药
性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个
细菌中。
接合
R质粒
耐药传递因子（ resistance transfer factor,RTF）
与 F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合
转移
耐药（ r）决定子
r-dir能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转
座子连接相邻排列，如 Tn9带有氯霉素耐药基
因,Tn4带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐
药基因,Tn5带有卡那霉素的耐药基因。
转导（ transduction）
转导是以转导噬菌体为载体，将供
体菌的一段 DNA转移到受体菌内，
使受体菌获得新的性状。
普遍性转导（ generalized
transduction）
局限性转导（ restricted
transduction）
前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行
增殖，在裂解期的后期，噬菌体的 DNA已
大量复制，在噬菌体 DNA装入外壳蛋白组
成新的噬菌体时，在 105～ 107次装配中会发
生一次装配错误，误将细菌的 DNA片段装
入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转
导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并
将其头部的染色体注入受体菌内。因被包装
的 DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，
故称为 普遍性转导 。 部
普遍性转导
普遍性转导
普遍性转导
完全转导
外源性 DNA片段与受体菌的染色体
整合，并随染色体而传代，称完全
转导
流产转导
外源性 DNA片段游离在胞质中,既不
能与受体菌染色体整合，也不能自
身复制，称为流产转导
局限性转导或特异性转导,所转导
的只限于供体菌染色体上特定的基因。
如 λ 噬菌体进入大肠埃希菌。
局限性转导
局限性转导
gal
bio
gal bio
gal bio
gal
bio
bio
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第四节 细菌遗传变异研究的实际意义
1、理论意义,用细菌进行的一系列遗传学实
验，不仅揭示了细菌本身许多遗传变异的规律，
而且推动整个分子遗传学的迅速发展。在微生
物学领域内，细菌遗传变异的研究也有助于对
其他有关问题的了解和发展，例如帮助了解微
生物的起源和进化，微生物结构与功能的关系，
原核生物性状的调节控制，以及推动微生物分
类学的深入发展。
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2,实践意义,在实践方面, 细菌遗传变异的
研究在以下若干方面也具有重大的实用意义 。
№ 1 疾病诊断 在临床细菌学检查工作中，要作
出正确的诊断，不但要熟悉细菌的典型特性，
还要了解细菌的变异规律。
№ 2 疾病预防 菌苗接种是使机体建立特异性免
疫，预防传染性疾病的有效措施，弱毒菌苗株
都是病原菌的减毒变异株，有较好的免疫效果。
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№3 疾病治疗 在治疗细菌疾病用药时，应选择
敏感的抗菌药物，并应防止耐药菌株的扩散。
№ 4 疾病诊断
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№5 基因工程 基因工程是用人工方法将所需要的
某一供体生物的 DNA大分子提取出来，在离体
的条件下用适当的工具酶切割，把它与作为载
体的 DNA分子连接起来，然后与载体一起导入
某一易生长、繁殖的受体细胞中，让外源遗传
物质在其中“安家落户”，进行正常的复制
和表达，从而获得新的产物。
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它的主要 操作步骤 如下,
(1)目的基因分离 ;
(2)目的基因与载体 DNA的体外重组,形成一个完整
的有复制能力的嵌合体 ;
(3)重组载体导人受体细胞,通常用转化的方法，导
入能容纳外源载体的受体细菌。
(4)复制与表达 ;重组载体在受体细胞内必须自主复制
而获得扩增，以表达目的基因特有的遗传性状或
产物，使之成为,工程菌”。应用这一技术可使
细菌表达出需要的性状或产物。
主要内容：
一、细菌遗传的物质基础
二、基因突变
三、基因的转移与重组
四、研究细菌遗传变异的实际意义
岳 华
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第一节 细菌遗传的物质基础
1,基因组 (genome)
细菌的基因组位于核体, 是遗传的主要物质
基础 。 核体又称染色体 (chromosome)是由两条环
状双螺旋 DNA长链组成, 含细菌的遗传基因,
控制细菌的遗传与变异 。 细菌染色体 DNA以半
保留方式进行复制 。 故子代写亲代细菌的性状相
同 。 倘若在 DNA复制中, 子代 DNA发生改变,
便会出现变异 。
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2、质粒 (Plasmid)
质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状
双螺旋 DNA分子。质粒可以自身复制，随宿主
菌分裂传到子代菌体。在一定条件下，质粒可以
转移，也可丢失。质粒是自行复制单位，有的需
与核质染色体的复制同步，称为 严紧型复制 。编
码细菌各种重要的生物学性状。
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№1 F质粒,编码性菌毛的质粒称致育质粒或 F质
粒,具有 F质粒的细菌有性菌毛，为雄性细菌；
无 F质粒的细菌无性菌毛，为雌性细菌，该质粒
与细菌的有性结合有关。
№ 2 毒力质粒,编码细菌各种毒力因子的质粒统称
毒力质粒或 Vi质粒 。如致病性大肠杆菌在黏膜
上定居及产生毒素的能力可由不同质粒编码，其
中 K质粒编码对黏膜具有黏附活性的菌毛,ST质
粒与 LT质粒分别编码耐热肠毒素和不耐热肠毒素。
细菌对抗菌药物或重金属盐类的抗性则由 R质粒
所决定。一个质粒可同时具有几种编码功能。
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质粒可以在细菌间转移，当质粒从一个细
菌转移至另一个细菌时，携带的性状也随之转
移。质粒的转移不仅可以发生花同种、同属的
细菌之间，有的甚至还可以在不同种属的细菌
间进行。按其转移的特性时将质粒分为二类,
接合性质粒与非接合性质粒。
西南民族大学
2,穿梭载体 是一类特殊的质粒, 可在某种属
关系差异较大的微生物中转移, 例如在大肠杆
菌与酵母之间 。 利用它可携带质核或真核微生
物的外源序列 。
3,转座因子 (transposable element) 近年来发现
微生物的某些 DNA片段作为一个独立单位可
在染色体上移动, 此种移动甚至可发生在不同
种细胞之间 。 这种可移动的 DNA片段称之为
转座因子 。 细菌的转座因子有三种类型,插入
序列 （ IS）, 转座子 (Tn)以及某些特殊的噬菌
体, 例如 Mu是促变噬菌体的简称 。
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4、毒力岛 (pathogenicity island,PAI)
是 20世纪 90年代提出的一个新概念。 PAI是指
病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构与
功能有别于细菌染色体，但位于细菌染色体之
内，因此称之为“岛”。 PAI虽然是染色体的
DNA片段，但两端往往具有重复序列与插入元
件，其 G+Cmol%及密码使用与细菌染色体有明
显差异，分子量较大，多为 30～ 40kb，也有达
100kb者。
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遗传变异的物质基础
三个经典实验证明核
酸是微生物遗传物质
转化实验
噬菌体感染实验
植物病毒的重建实验
遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式
Ｓ Ⅲ 〖 杀死 〗 无菌落生长体外培养
Ｒ Ⅱ 〖 活菌 〗 体外培养 Ｒ Ⅱ 菌落
Ｒ Ⅱ 菌落 多
Ｓ Ⅲ 菌落 少
体外混合培养Ｓ Ⅲ 〖 杀死 〗
Ｒ Ⅱ 〖 活菌 〗
转化实验 （ 2） 细菌培养实验
大量 R菌落活 R菌 S菌无细胞抽提液+
活 R菌 + S菌 DNA S菌落
转化实验 （ 3） S型菌无细胞抽提液试验
S菌 Pr
S菌多糖 R菌落活 R菌 +
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植物病毒蛋白质和 RNA可以人为地分开,
同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒,
植物病毒的重建实验
甲ＲＮＡ＋乙Ｐ r → 感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒
乙ＲＮＡ＋甲Ｐ r → 感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒
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TMV
HRV
（ TMV变种）
HRV
TMV
原始株 拆开 重建 感染 分离纯化
植物病毒的重建实验
遗传物
质类型
核染色体
核外染色体
真核生物细胞器
原核生物质粒
遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式
染色体
基因 Ⅱ
基因 Ⅰ
DNA
基因是一段 DNA
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第二节 基因突变
一、基因突变的概念及种类：
1、概念：
基因突变简称突变，是变异的一种,指生物细
胞遗传物质 DNA分子结构突然发生了稳定的可遗
传的变化。 它是生物进化的一个重要因素。
2,种类：
细菌与一般生物细胞一样可发生突变, 其突变
也可按发生改变的范围大小, 分为染色体畸变和
点突变 。
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二、细菌常见的变异现象
1、菌落形态变异
分为两种类型，即菌落表面光滑、湿润，边缘
整齐的光滑型（ S型）和菌落表面粗糙、枯干，边
缘不整齐的粗糙型 (R型 )。在一定条件下，光滑型
菌落可变为粗糙型，称为 S→R 变异。 S→R 变异，
经常伴随着 S型抗原的丧失和病原菌毒力由强变弱
等性状的改变 。
2、形态结构变异 常见的有细胞壁缺陷变
异 (细菌 L型等 )、荚膜变异或鞭毛变异等。
3-6%食盐
鼠疫杆菌 ────→ 多形态性 (衰残型 )。
琼脂培基
形态结构变异
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 )
正常霍乱弧菌 霍乱弧菌 L型
形态结构变异
特殊结构的变异
42-43℃
炭疽杆菌 ────→ 失去形成芽胞能力,毒性
10-20天 降低
变形杆菌（ H） 1%石炭酸 （ O）
迁徙生长 单个菌落鞭毛变异
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3、抗原变异
由于细菌基因突变而引起其抗原结构发生
改变的变异类型。
常见的抗原变异有：
菌体抗原变异
鞭毛抗原变异 （ H-O变异）
荚膜抗原变异
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4、抗性变异
是对某种化学药物或致死物理因子抗性的变
异。如耐药性的产生、对 多种物理因素的抗性增
强等。
5、营养型变异
主要引起营养缺陷型变异，即细菌丧失合成
一种或几种生长因子的能力，无法 在基本培养
基上正常生长繁殖的变异类型。这种突变对研究
细菌代谢产物的 生物合成途径很有用处。此外，
营养型变异菌株可作为杂交、转化、转导和原生
质体融合等研究中的标记菌种。
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6、毒力变异：毒力增强或减弱
毒力是病原菌特有的一种生物学性状。在自然
条件下，不仅不同菌株的毒力有所不同，就是同
一菌株在不同条件下也表现出不同的毒力。在某
种传染病的发病初期，从患病动物体内分离出来
的菌株毒力较强，然而在流行末期分离到的细菌
毒力大为减弱。毒力强的菌株在体外连续传代改
变培养条件后，毒力往往减弱，而通过易感动物
又能便毒力减弱的菌株恢复毒力。
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细菌毒力减弱的方法
（ 1）长时间在体外连续培养传代 病原菌在体
外人工培养基上连续多次传代后，毒力一般都
能逐渐减弱乃至失毒力。
（ 2）在高于最适生长温度条件下培养 例如炭
疽 I型和 Ⅱ 号疫苗，均是将炭疽杆菌强毒株在
42～ 43℃ 培养传代育成。
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（ 3） 在含有特殊化学物质的培养基中培养 如
广为采用的结核病卡介苗 (BCG),系将牛型结
核杆菌在含有胆汁的马铃薯培养基上每 15天传
1代, 持续传代 13年后育成 。
（ 4）在特殊气体条件下培养 如无荚膜炭疽芽
孢苗是半强毒菌株在含 50%动物血清的培养基
上，在 50%CO2的条件下选育的。
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（ 5） 通过非易感动物 如猪丹毒弱毒苗 (GC42 )
系将强致病菌和株通过豚鼠 370代后, 又通过
鸡 42代选育而成 。
（ 6）通过基因工程的方法 去除毒力基因或用
点突变的方法使毒力基因失活，可获得无毒力
菌株或弱毒菌株。但对多基因调控的毒力因子
较难奏效。
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细菌毒力增强的方法
在自然条件下，回归易感动物是增强细菌毒
力的最佳方法。易感动物既可是本动物，也可
是实验动物。特别是易感实验动物，已广泛用
于增强细菌的毒力，如多杀性巴氏杆菌通过小
鼠，猪丹毒杆菌通过鸽子等。
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三、诱发细菌变异的方法
诱发突变是应用人工方法使细菌增殖和复
制 DNA时出现,错误”,从而育成人类需要
的细菌变异品系。 如下介绍常用的诱变方法及
其致突变的机制。
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（ 一 ） 物理方法 包括温度及各种射线 。
1,温度,温度诱发基因突变的机制似乎是专一
对 GC碱基对的作用 。 包括使 C脱氨基转换为尿
嘧啶 (U),在复制中造成 GG → AT转换 ;以及引
起 G-脱氧核糖键的移动, 从而在 DNA复制过程
中出现包括两个 G的碱基对, 在再一次复制中
造成 GG →CG 颠换 。
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2,辐射,辐射的诱变作用一般认为有直接作
用和间接作用两个方面 。 前者是指辐射直接作
用于染色体, 包括引起 DNA骨架断裂所造成的
染色体畸变和引起复制差错 。
间接作用是使染色体以外的细胞物质发生
变化, 再由这些物质作用于染色体引起突变 ;
它包括碱基类似物的形成及其突变诱发作用,
和电离辐射引起过氧化氢和游离基的产生以及
它们诱发突变 。
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（二）化学方法
常用的化学诱变剂有 5溴脱氧尿苷（ UBr ）、
5-氟脱氧尿苷,2-氨基嘌呤,8-氮鸟嘌呤、亚硝
酸、羟胺、烷化剂（ B丙酸内酯和芥子气等）、
亚硝基胍、丫啶橙染料 (丫啶黄、丫啶橙、原黄
素等 )、一系列烷化剂和丫啶类结合的化合物、
溴化乙锭等。它们的作用机制复杂而各有差异，
总的说来主要有以下几方面。
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1.取代碱基参入 DNA,从而使 DNA的某些碱基对
发生置换 。 例如 UBr是 T的结构类似物, 它通常
以酮式出现, 能代替 T与 A形成氢键而配对 。
2,使碱基发生化学变构, 从而引起 DNA的某些
碱基对发生置换 。 例如亚硝酸对碱基有氧化脱
氨基作用, 可以便 C成为 U与 A配对, 或 A成为次
黄嘌呤 (H)与 C配对, 从而引起 DNA的某些碱基
对发生置换突变 。
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3.插入 DNA相邻的碱基之间, 引起移码突变 。
在邻近的两个嘌呤碱基之间插入丫啶染料分子,
可引起 DNA复制时碱基增添或缺失的错误, 造
成密码子的移码, 出现基因突变 。
4.引起 DNA分子断裂而诱发染色体畸变。 例如
许多烷化剂 (氮芥、硫芥、环氧乙烷等 )除能
诱发点突变以外，还能诱发染色体畸变。
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（三）生物学方法
利用各种生物学的方法可诱使微生物发生
变异, 使细菌发生毒力等性状的改变, 获得性
能良好的菌株 。
1、增强毒力 连续通过易感动物，可使病原
菌毒力增强。有的细菌与其他微生物共生，或
被温和噬菌体感染，也可增强毒力。例如产气
荚膜梭菌与八叠球菌共生时毒力增强 ;肉毒梭
菌当被温和噬菌体感染时，方产生毒素。
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2,减弱毒力 病原菌毒力自发减弱的现象,
常见于传染病流行末期所分得的病原菌株 。 人
工减弱病原微生物的毒力通常使用病原菌通过
非易感动物, 鸡胚等方法 。 如将禽霍乱强毒菌
株通过琢鼠 190代后, 再经鸡胚传 40代, 育成
禽霍乱弱毒菌株 。 无论自然变异弱毒株或人工
培育的变异弱毒株, 均由于 DNA上核甘酸碱基
顺序的改变的结果 。
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第三节 基因的转移与重组
细菌是单细胞生物，以二分裂方式进行无性
繁殖，子代只有从一个亲代获得遗传物质，在
某种情况下，两个不同性状细菌的基因可以转
移到一起，经过基因间的重组，形成新的遗传
型个体。细菌的基因转移和重组的主要形式有
转化、转导、接合、原生质体融合和转染。
转化
转化因子（ transforming principle ）
在转化过程中，转化的 DNA片段称为转化因
子,分子量小于 107，最多不超过 10~20个
基因。
感受态（ competence）
受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因
子。细菌处于感受态是因为其表面有一种
吸附 DNA的受体,
转化
转化因子吸附在受体菌表面受体上，然后
再被摄入 。
解链，一链进入受体菌，另一链为进入提
供能量。
重组。
DNA复制重组菌繁殖后，获得新的性状的
细菌称为转化菌的突变株。
转化
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接合（ conjugation）
接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将
遗传物质（主要是质粒 DNA）从供体菌转移
给受体菌。
接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒
称为接合性质粒,F质粒,R质粒,Col质粒和
毒力质粒。
E,coli strains undergoing conjugation (TEM
x27,700)
接合
F+ F- F+ F-
F+ F+F+ F+
Donor
Recipient
接合
R质粒的接合
日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺
菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变
解释。
健康人中大肠埃希菌 30%~50%有 R质粒，
而致病性大肠埃希菌 90%有 R质粒。
R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药
性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个
细菌中。
接合
R质粒
耐药传递因子（ resistance transfer factor,RTF）
与 F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合
转移
耐药（ r）决定子
r-dir能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转
座子连接相邻排列，如 Tn9带有氯霉素耐药基
因,Tn4带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐
药基因,Tn5带有卡那霉素的耐药基因。
转导（ transduction）
转导是以转导噬菌体为载体，将供
体菌的一段 DNA转移到受体菌内，
使受体菌获得新的性状。
普遍性转导（ generalized
transduction）
局限性转导（ restricted
transduction）
前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行
增殖，在裂解期的后期，噬菌体的 DNA已
大量复制，在噬菌体 DNA装入外壳蛋白组
成新的噬菌体时，在 105～ 107次装配中会发
生一次装配错误，误将细菌的 DNA片段装
入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转
导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并
将其头部的染色体注入受体菌内。因被包装
的 DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，
故称为 普遍性转导 。 部
普遍性转导
普遍性转导
普遍性转导
完全转导
外源性 DNA片段与受体菌的染色体
整合，并随染色体而传代，称完全
转导
流产转导
外源性 DNA片段游离在胞质中,既不
能与受体菌染色体整合，也不能自
身复制，称为流产转导
局限性转导或特异性转导,所转导
的只限于供体菌染色体上特定的基因。
如 λ 噬菌体进入大肠埃希菌。
局限性转导
局限性转导
gal
bio
gal bio
gal bio
gal
bio
bio
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第四节 细菌遗传变异研究的实际意义
1、理论意义,用细菌进行的一系列遗传学实
验，不仅揭示了细菌本身许多遗传变异的规律，
而且推动整个分子遗传学的迅速发展。在微生
物学领域内，细菌遗传变异的研究也有助于对
其他有关问题的了解和发展，例如帮助了解微
生物的起源和进化，微生物结构与功能的关系，
原核生物性状的调节控制，以及推动微生物分
类学的深入发展。
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2,实践意义,在实践方面, 细菌遗传变异的
研究在以下若干方面也具有重大的实用意义 。
№ 1 疾病诊断 在临床细菌学检查工作中，要作
出正确的诊断，不但要熟悉细菌的典型特性，
还要了解细菌的变异规律。
№ 2 疾病预防 菌苗接种是使机体建立特异性免
疫，预防传染性疾病的有效措施，弱毒菌苗株
都是病原菌的减毒变异株，有较好的免疫效果。
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№3 疾病治疗 在治疗细菌疾病用药时，应选择
敏感的抗菌药物，并应防止耐药菌株的扩散。
№ 4 疾病诊断
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№5 基因工程 基因工程是用人工方法将所需要的
某一供体生物的 DNA大分子提取出来，在离体
的条件下用适当的工具酶切割，把它与作为载
体的 DNA分子连接起来，然后与载体一起导入
某一易生长、繁殖的受体细胞中，让外源遗传
物质在其中“安家落户”，进行正常的复制
和表达，从而获得新的产物。
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它的主要 操作步骤 如下,
(1)目的基因分离 ;
(2)目的基因与载体 DNA的体外重组,形成一个完整
的有复制能力的嵌合体 ;
(3)重组载体导人受体细胞,通常用转化的方法，导
入能容纳外源载体的受体细菌。
(4)复制与表达 ;重组载体在受体细胞内必须自主复制
而获得扩增，以表达目的基因特有的遗传性状或
产物，使之成为,工程菌”。应用这一技术可使
细菌表达出需要的性状或产物。
