2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 1
第七章 微生物的遗传与变异
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 2
一、几个概念
1、遗传
生物的上一代将自己的遗传因子传递给下
一代的行为或功能，具有极其稳定的特性。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 3
2、遗传型
某一生物所含有的遗传信息即 DNA中正确的
核苷酸序列。生物体通过这个核苷酸序列控制
蛋白质或 RNA的合成，一旦功能性蛋白合成，可
调控基因表达。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 4
遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质
是遗传物质上所负载的特定遗传信息。具有某
遗传型的生物只有在适当的环境条件下通过自
身的代谢和发育，才能将它具体化，即产生表
型。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 5
3、表型
某一生物体所具有的一切外表特征及内在
特性的总和，是遗传型在合适环境条件下的具
体体现。是一种现实性。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 6
4、变异
是生物体在某种外因或内因作用下引起的遗
传物质结构改变，亦即遗传型的改变。
特点：几率极低 (一般为 10-5～ 10-6)；性状变
化幅度大；变化后的新性状是稳定的、可遗传的。
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第一节 微生物遗传的物质基础
一、基因组和质粒
（一）基因组
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，是由双条环状双螺旋
DNA长链组成的，含有的遗传基因，控制着细菌
的遗传与变异。
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（二）质 粒
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。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 9
质粒示意图
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 10
细菌的质粒
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 11
二、转座因子和毒力岛
（一）转座因子
近年来发现微生物的某些 DNA片段作为一个
独立单位可以在染色体上移动，此种移动甚至发
生在不同种细菌之间。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、转座子以及某些特殊的噬菌体。
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（二）毒力岛
毒力岛是 20世纪 90年代提出的一个新概念。
毒力岛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, 。
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第二节 微生物的主要变异
一、形态与结构的变
（一）形态的变异
（二）结构与抗原性变异
（三）菌落的变异
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菌落变异
R菌落 S菌落
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二、生化变异
（一）营养缺陷型变异
（二）抗药性变异
（三）抗噬菌体变异
（四）毒力的变异
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第三节 微生物变异的机理
一、非遗传性变异
非遗传性变异，即基因无变化，只因外界环
境暂时的影响而表现出的变异。例如炭疽杆菌菌
落正常表现为粗糙型，但有人证明在厌氧的条件
下，在含有血清或血液的培养基中，菌落变为光
滑型。如果在有氧的条件下，普通琼脂培养又可
见到粗糙型菌落。目前对非遗传变异的机理还不
太清楚。
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二、遗传性变异
由于微生物基因发生了改变，使其相应的性
状也发生改变，并可以遗传下去，这种变异称为
遗传性变异。遗传性变异的机理包括基因突变和
基因重组两方面。
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（一）基因突变
又称为突变。是基因内部结构的细微变
化，如 DNA分子上排列的碱基对发生的变化。
基因突变可分为碱基置换和移码两种类型。
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在细菌突变中，以基因突变较为常见。按其
发生的原因，可分为自发突变和诱发突变两类。
自发突变是指没有人为影响的外界条件下，
自然发生的突变，突变率一般是 10-6～ 10-9。
诱发突变是指微生物受某些物理、化学因素
的作用发生了突变，这种现象称为诱变。
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（二）基因重组
将一个不同性状个体细胞内的遗传基因转移到
另一个个体细胞内并使之发生遗传变异的过程，称
为基因重组。细菌的基因重组有转化、转导、溶原
性转换和接合等四种方式。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 21
1、转化 一细菌吸收另一细菌游离的 DNA片段,导致基
因重组而发生的遗传形状改变,
肺炎双球菌荚膜转化
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2、转导 由于噬菌体的介导,使受体菌遗传性状改变,
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 23
3、溶原性转换 因噬菌体的基因整合在寄主菌基因
组上而发生的遗传性状改变,
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4、接合 供体菌通过性纤毛把基因传给受体菌而发
生的遗传性状改变,
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细菌转化、转导及接合示意图
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三、基因工程
（一）基因工程的概念
基因工程，也称遗传工程。基因工程技术是用
人工方法将所需某一供体生物的遗传物质 -DNA分子
提出，在离体条件下进行切割后，与作为载体的
DNA分子连接，然后导入某一受体细胞中，使外来
的遗传物质在受体细胞中进行复制和表达，从而产
生一种新物种。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 27
（二）基因工程的应用
1．医学方面：
人类的遗传性疾病已发现多达 2000多种。根
据推理，可利用基因移植的方法，使健康基因代
替遗传病人的缺失基因，实现这个理想尚需 20-25
年。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 28
2．农业方面
可以通过基因工程手段将固氮菌的固氮基因
移植到玉米、小麦等作物根际土壤细菌中去，或
直接转移到小麦、玉米等细胞内，使之具有固氮
能力，这样可以大大减少氮肥供应。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 29
3．环境保护方面
美国 Chakrabartz等经过多年研究，在 1978年
获得能降解多种烃类的新菌株。
4．其他
利用基因工程的方法生产基因工程苗、合成
肽苗等。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 30
一、理论上的意义
（一）奠定了分子生物学发展的基础
①细菌结构简单，为单倍体的单细胞生物，一
旦基因突变，即能表达出来。
第 四 节
微生物变异在理论和实践上的意义
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 31
② 细菌生长繁殖迅速。细菌在液体培养基中，
周围环境对其作用直接而均匀。在固体培养上能
形成肉眼可见的具有一定特征的菌落。
③细菌营养要求简单，有利于作营养需要分
析和代谢途径的研究，容易获得营养缺陷。
④细菌种类较多，其生物性状又很丰富，便
于选择。
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（二）定向培育优良菌种（毒种）
掌握微生物变异的规律，是育种工作的基
础。定向培育是指用某一特定环境长期处理某
一微生物群体，同时不断对它们进行移种、传
代，以达到积累和选择理想的新菌株（毒种）
的目的。
近年来已开始用基因重组的方法，人工创
造一些新菌种。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 33
二、实际应用
（一）诊断、防治传染病
1．在诊断方面
细菌发生变异后，其形态、生理各种特性
都与原来的菌种不同，往往出现一些非典型菌
株，诊断传染病时应予注意。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 34
2．在预防方面
无毒或弱毒菌株除可在自然界寻找到外，亦
可用人工方法改变有毒菌株进行定向培育。
3．在治疗方面
由于耐药株的不断出现与增加，故选用抗菌
药物时，针对性要强，必要时先作药敏试验，并
正确掌握用药时机和剂量，以达到将体内病原菌
全部消灭掉。
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（二） 菌种的衰退复壮和保藏
1.衰退的防止
不论在实验室还是在生产中，必须严格控制
菌种的移种代数，即尽量避免不必要的移种和传
代，以降低突变几率。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 36
2.菌种的复壮
通过纯种分离，可把退化菌种中的一部分仍
保持原来有典型性状的单细胞分离出来，经过扩
大培养，就可恢复原菌株的典型性状。对于退化
的病原微生物菌株，可通过接种敏感的动物以提
高菌株的毒性。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 37
3.菌种的保藏
通过菌种选育获得的较为理想的生产菌株后,
如何在生产过程中能比较长时间地保持它的优良性
状不衰退, 不死亡, 不被杂菌污染, 这就是菌种保
藏工作的目的 。
菌种保存的基本原理：
菌种保存就是人工地创造条件，使微生物的代
谢处于不活动状态，以保持遗传性的稳定，减少其
变异性。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 38
■ 常见的菌种保藏方法有以下几种, 可根据
微生物本身的特点和研究, 教学, 生产工作的
需要选择保藏方法：
（ 1） 斜面低温保藏法
（ 2） 液体石蜡封存法
（ 3） 砂土保藏法
（ 4） 冷冻真空干燥保藏法
第七章 微生物的遗传与变异
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一、几个概念
1、遗传
生物的上一代将自己的遗传因子传递给下
一代的行为或功能，具有极其稳定的特性。
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2、遗传型
某一生物所含有的遗传信息即 DNA中正确的
核苷酸序列。生物体通过这个核苷酸序列控制
蛋白质或 RNA的合成，一旦功能性蛋白合成，可
调控基因表达。
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遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质
是遗传物质上所负载的特定遗传信息。具有某
遗传型的生物只有在适当的环境条件下通过自
身的代谢和发育，才能将它具体化，即产生表
型。
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3、表型
某一生物体所具有的一切外表特征及内在
特性的总和，是遗传型在合适环境条件下的具
体体现。是一种现实性。
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4、变异
是生物体在某种外因或内因作用下引起的遗
传物质结构改变，亦即遗传型的改变。
特点：几率极低 (一般为 10-5～ 10-6)；性状变
化幅度大；变化后的新性状是稳定的、可遗传的。
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第一节 微生物遗传的物质基础
一、基因组和质粒
（一）基因组
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，是由双条环状双螺旋
DNA长链组成的，含有的遗传基因，控制着细菌
的遗传与变异。
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（二）质 粒
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。
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质粒示意图
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细菌的质粒
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二、转座因子和毒力岛
（一）转座因子
近年来发现微生物的某些 DNA片段作为一个
独立单位可以在染色体上移动，此种移动甚至发
生在不同种细菌之间。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、转座子以及某些特殊的噬菌体。
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（二）毒力岛
毒力岛是 20世纪 90年代提出的一个新概念。
毒力岛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, 。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 13
第二节 微生物的主要变异
一、形态与结构的变
（一）形态的变异
（二）结构与抗原性变异
（三）菌落的变异
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菌落变异
R菌落 S菌落
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二、生化变异
（一）营养缺陷型变异
（二）抗药性变异
（三）抗噬菌体变异
（四）毒力的变异
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第三节 微生物变异的机理
一、非遗传性变异
非遗传性变异，即基因无变化，只因外界环
境暂时的影响而表现出的变异。例如炭疽杆菌菌
落正常表现为粗糙型，但有人证明在厌氧的条件
下，在含有血清或血液的培养基中，菌落变为光
滑型。如果在有氧的条件下，普通琼脂培养又可
见到粗糙型菌落。目前对非遗传变异的机理还不
太清楚。
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二、遗传性变异
由于微生物基因发生了改变，使其相应的性
状也发生改变，并可以遗传下去，这种变异称为
遗传性变异。遗传性变异的机理包括基因突变和
基因重组两方面。
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（一）基因突变
又称为突变。是基因内部结构的细微变
化，如 DNA分子上排列的碱基对发生的变化。
基因突变可分为碱基置换和移码两种类型。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 19
在细菌突变中，以基因突变较为常见。按其
发生的原因，可分为自发突变和诱发突变两类。
自发突变是指没有人为影响的外界条件下，
自然发生的突变，突变率一般是 10-6～ 10-9。
诱发突变是指微生物受某些物理、化学因素
的作用发生了突变，这种现象称为诱变。
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（二）基因重组
将一个不同性状个体细胞内的遗传基因转移到
另一个个体细胞内并使之发生遗传变异的过程，称
为基因重组。细菌的基因重组有转化、转导、溶原
性转换和接合等四种方式。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 21
1、转化 一细菌吸收另一细菌游离的 DNA片段,导致基
因重组而发生的遗传形状改变,
肺炎双球菌荚膜转化
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2、转导 由于噬菌体的介导,使受体菌遗传性状改变,
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 23
3、溶原性转换 因噬菌体的基因整合在寄主菌基因
组上而发生的遗传性状改变,
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 24
4、接合 供体菌通过性纤毛把基因传给受体菌而发
生的遗传性状改变,
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细菌转化、转导及接合示意图
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三、基因工程
（一）基因工程的概念
基因工程，也称遗传工程。基因工程技术是用
人工方法将所需某一供体生物的遗传物质 -DNA分子
提出，在离体条件下进行切割后，与作为载体的
DNA分子连接，然后导入某一受体细胞中，使外来
的遗传物质在受体细胞中进行复制和表达，从而产
生一种新物种。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 27
（二）基因工程的应用
1．医学方面：
人类的遗传性疾病已发现多达 2000多种。根
据推理，可利用基因移植的方法，使健康基因代
替遗传病人的缺失基因，实现这个理想尚需 20-25
年。
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2．农业方面
可以通过基因工程手段将固氮菌的固氮基因
移植到玉米、小麦等作物根际土壤细菌中去，或
直接转移到小麦、玉米等细胞内，使之具有固氮
能力，这样可以大大减少氮肥供应。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 29
3．环境保护方面
美国 Chakrabartz等经过多年研究，在 1978年
获得能降解多种烃类的新菌株。
4．其他
利用基因工程的方法生产基因工程苗、合成
肽苗等。
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一、理论上的意义
（一）奠定了分子生物学发展的基础
①细菌结构简单，为单倍体的单细胞生物，一
旦基因突变，即能表达出来。
第 四 节
微生物变异在理论和实践上的意义
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 31
② 细菌生长繁殖迅速。细菌在液体培养基中，
周围环境对其作用直接而均匀。在固体培养上能
形成肉眼可见的具有一定特征的菌落。
③细菌营养要求简单，有利于作营养需要分
析和代谢途径的研究，容易获得营养缺陷。
④细菌种类较多，其生物性状又很丰富，便
于选择。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 32
（二）定向培育优良菌种（毒种）
掌握微生物变异的规律，是育种工作的基
础。定向培育是指用某一特定环境长期处理某
一微生物群体，同时不断对它们进行移种、传
代，以达到积累和选择理想的新菌株（毒种）
的目的。
近年来已开始用基因重组的方法，人工创
造一些新菌种。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 33
二、实际应用
（一）诊断、防治传染病
1．在诊断方面
细菌发生变异后，其形态、生理各种特性
都与原来的菌种不同，往往出现一些非典型菌
株，诊断传染病时应予注意。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 34
2．在预防方面
无毒或弱毒菌株除可在自然界寻找到外，亦
可用人工方法改变有毒菌株进行定向培育。
3．在治疗方面
由于耐药株的不断出现与增加，故选用抗菌
药物时，针对性要强，必要时先作药敏试验，并
正确掌握用药时机和剂量，以达到将体内病原菌
全部消灭掉。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 35
（二） 菌种的衰退复壮和保藏
1.衰退的防止
不论在实验室还是在生产中，必须严格控制
菌种的移种代数，即尽量避免不必要的移种和传
代，以降低突变几率。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 36
2.菌种的复壮
通过纯种分离，可把退化菌种中的一部分仍
保持原来有典型性状的单细胞分离出来，经过扩
大培养，就可恢复原菌株的典型性状。对于退化
的病原微生物菌株，可通过接种敏感的动物以提
高菌株的毒性。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 37
3.菌种的保藏
通过菌种选育获得的较为理想的生产菌株后,
如何在生产过程中能比较长时间地保持它的优良性
状不衰退, 不死亡, 不被杂菌污染, 这就是菌种保
藏工作的目的 。
菌种保存的基本原理：
菌种保存就是人工地创造条件，使微生物的代
谢处于不活动状态，以保持遗传性的稳定，减少其
变异性。
2010-5-16 兽医微生物学及免疫学课程组 38
■ 常见的菌种保藏方法有以下几种, 可根据
微生物本身的特点和研究, 教学, 生产工作的
需要选择保藏方法：
（ 1） 斜面低温保藏法
（ 2） 液体石蜡封存法
（ 3） 砂土保藏法
（ 4） 冷冻真空干燥保藏法
