细菌的遗传和变异
遗传,使微生物的性状保持其种属的稳定性；
变异,是微生物进化的基础；
基因 （ gene）
基因型 （ genotype）
表现型 （ phenotype）
第一节 细菌的变异现象
一, 遗传分类：
1,遗传型变异
2,非遗传型变异
二、变异现象
（ 一 ） 形态变异
对数期：典型形态； (适宜的条件 )
迟缓期：菌体增大, 稳定期, 衰退期
细菌呈多形性；
鼠疫耶尔
森氏菌
细胞壁缺损 → L型菌落
（ 3-6%NaCl） 球形、棒状、丝
状、哑铃形等 ；
（二）结构变异
肺炎链球菌荚膜消失 恢复
变形杆菌鞭毛 失去鞭毛 恢复鞭毛 （ 表型 )
细菌从有鞭毛变为无鞭毛统称为 H— O变异 。
（ 1g/L石碳酸） 一般培养基上
（三）菌落变异（ S-R变异 ）
光滑型 （ S.smooth）
粗糙型 （ Ｒ,rough）
（四）毒力变异
减弱,BCG（ 卡介苗 ）
Calmette 和 Guerin 230次历时 13年之久
传代培养, 毒力减弱, 抗原性不变的菌株 。 预
防接种, 不致病, 但可获得免疫力 。
增强：
无荚膜肺炎链球菌 → 小白鼠腹腔接种,
毒力增强 → 产生荚膜；
（五）耐药性变异
对某种药物敏感的细菌变成对该药耐受的
变异称为耐药性变异；
染色体耐药基因的突变
耐药性质粒的转移
转座子的插入
→ 细菌产生特定的酶类或多肽
类物质 → 阻挡药物向靶细胞穿
透、发生新的代谢途径；
抗生素结合蛋白发生改变 → 不能和抗生素结合或细
菌外膜通透性改变 → 抗生素不能到达结合位点 → 耐
药发生
MRSA,Methicillin Resistant Stapylococus Aureus
耐甲氧西林青霉素的金黄色葡萄球菌
产生低亲合力的青霉素结合蛋白 → 青霉素
不能干扰细胞壁的合成；
第二节 遗传和变异的物质基础
一, 细菌成为遗传学研究重要手段的原因：
1,细菌是原核细胞, 只有一套单倍数目的染色体, 只要
有一个基因发生突变, 就会有表现型的改变, 易于研究其
遗传和变异性；
2,细菌能在一定成分的培养基上生长, 可人为控制环境
条件, 利于研究；
3,繁殖周期短, 可在短时间内获得大量具有亲代基因型
的个体；
二、细菌的遗传物质,
染色体（核质）
质粒
（一）细菌的染色体
1,特点：
（ 1） 一条环状双螺旋长链, 反复扭曲折叠,
呈负超螺旋结构；
（ 2） 长度约菌体 1000倍, 分子量 109dal左右
2,细菌染色体的复制；
E.coli约需要 20分钟，平均每分钟 105bp
复制叉 （ replicating fork）
3、基因的表达,
DNA→RNA→ 多肽链的过程
表达调控：
（ 1） 调控部位：起动子, 终止子
（ 2） 调节蛋白：阻遏蛋白
（ 3） 效应物分子
乳糖操纵子模型
Francois Jacob和 Jacques Monod提出,
E.coli 利用乳糖需两种酶：
LacZ基因编码的 半乳糖苷酶 → 乳糖水解为葡萄糖, 半乳糖
LacY基因编码的 半乳糖穿透酶 → 将乳糖运输入细胞内
LacA基因编码转酰基酶 → 与前两酶一起受调控
（二）细菌的质粒 (plasmid)
1,定义, 是细菌菌体内染色体外的环状双螺旋
DNA,有时也可呈线状或超螺旋状
① 大小为 1-400kb
② 可完整的在细菌间传递，也能伴细菌的
分裂而分配到子代细菌中去
③并不是细菌生命活动中不可缺少的物质。
2、质粒可自主复制
方式,
一般与染色体相同, 但也可不依赖染
色体而独立复制, 或整合到染色体上与染
色体同步复制 。
大质粒
小质粒
3、质粒的消失（或消除）
质粒可自行丢失, 频率 10-8-10-2之间,
复制过程中对丫啶噔染料和紫外线照射敏感,
可人工处理而消失 。
4、质粒的分类
F质粒 致育性质粒
col质粒 细菌素质粒
E.coli K88 抗原性质粒
R质粒 耐药性质粒
E.coli Ent 产毒素质粒
Vi质粒 毒素, 粘附因子等质粒
（ 致病蛋白 ）
5、质粒的转移
细菌质粒可在同种, 同属或不同属细菌间转移
方式：
接合性耐药性质粒, 通过性菌毛接合转移
非接合性耐药性质粒, 通过噬菌体为媒介
将 DNA中信息转移；
结果,耐药菌可以将耐药基因转移至敏感菌,
使敏感菌也携带了耐药性, 成为耐药菌；
（三）细菌转位子
1,定义,为存在于细菌的染色体或质粒上一段
特异性的核苷酸片断, 可在 DNA分子中移动, 不
断改变他们在基因组内的位臵, 从一个基因组移
动到另一个基因组中, 通过改变或影响基因插入
位点附近的基因表达, 引起细胞的基因发生重组,
在微生物的变异中起重要作用 。
AGU AUU CGA UAC
AAG UAU UCG AUA C…A …
2、分类
插入顺序 （ insertion sequence,IS）
转座子 （ transposon,Tn）
转座噬菌体
（ 1） 插入顺序 IS
750-2000bp的 DNA序列, 由两未端反向重复
顺序和转座有关的基因组成, 不携带其它与插入
功能无关的基因区域, 是最小的转位因子, 插入
染色体或质粒后的效应, 取决于插入的位臵和插
入的方向, IS是原核生物正常代谢的调节开关 。
已知 IS有 10余种, 见表
（ 2）转座子
转座子 与 IS相似, 但携带部分与插
入功能无关的基因, 长度超过 2000bp。
功能见表
（ 3）转座噬菌体
某些具有转座功能的溶原性噬菌体；
E.coli Mu,D108,霍乱弧菌噬菌体,
假单胞菌噬菌体等
第三节 微生物的变异机制
变异：
可遗传型变异
不可遗传型变异
一, 突变 Mutation：
是一个核酸分子内一个或几个核苷
酸发生可遗传的稳定的改变 。 细菌的
突变自然发生率很低, 约 10-9-10-6；
（一）基因突变的规律
1,自发突变与诱导,
自发突变率低, 加入诱变剂可使
突变率提高 10-1000倍；
2、随机突变,
突变是随机的不定向的，不是外界因素决定的；
说明该菌落在接触药物之前早已形成，与抗生素的使用无关
3,突变与回复突变：
自然环境下所具有的表现型称为 野生型
突变后的菌株称为 突变株
突变株再次回到野生型的表型相同的过程为
回复突变, 但基因型不一定完全恢复
（二）突变的类型：
1,碱基对的置换, 插入, 缺失及转位
因子插入等
（ 1） 臵换,
转换：嘌呤对嘌呤, 嘧啶对嘧啶
颠换：嘌呤对嘧啶
影响的密码的组成 → 氨基酸组成发生改变 → 表
型改变
（ 2）插入和缺失
密码子由三个碱基依次排列而成, 核苷
酸序列插入和缺失一个碱基 → 插入或缺失位
点之后的序列发生移码突变, 导致密码子错
误 → 蛋白质改变 → 影响酶催化的反应的性质
→ 遗传性状的改变；
AGU AUU CGA UAC
AAG UAU UCG AUA C…A
单一核苷酸发生的突变为 点突变,
大片断的核苷酸也可发生插入, 缺失 →
细菌遗传性状更大的改变；
如 转位子 引起的突变同时涉及到许多基因
的改变, 不能返祖；
2、基因的转移与重组
（基因突变：一个细菌内部发生遗传物
质的改变）
（ 1） 转移与重组：
两个性状不同的细菌间发生转移与重组
供体
受体
（ 2）基因的转移方式：
接
合
转
化
图片见书 Page63
1928年由 Griffith用肺炎链球菌发现基因转移现象
1944年 Avery证实死菌体提供了决定荚膜型别的 DNA
3、发生转化的两个条件
（ 1） 受体菌处于感受态：
钙处理法, 电转染法
（ 2） 并非所有菌都能摄入外源 DNA
（三）转导 transduction
以噬菌体为媒介, 将供体菌的基因转移到受体
菌内, 导致受体菌的基因型改变的过程；
1,噬菌体：
DNA复制
蛋白前体合成
头部填充
→ 装配 → 有感染性噬菌体 → 裂解细菌释放
（ 1） 普遍性转导 （ generalize transduction）
（ 2） 局限性转导 (specialize transduction)
（四）接合 conjugation
受体菌和供体菌直接接触, 供体菌通过性菌毛将所带有的 F质
粒或类似的遗传物质转移至受体菌的过程为 接合, 主要见于革
兰氏阴性菌；
1,高频重组基因 （ Hfr,High frequency recombinant）
2、性导, (sexduction)
当 Hfr中的 F质粒从染色体上脱离下来时，
会带有一部分染色体上的邻近基因，该 F质粒
称 F’质粒，当 F’质粒进入 F-菌时,F-菌可获得
部分新的基因，通过 F’质粒转移基因称为性
导；
3、溶原性转换 ( Lysogenic conversion)
前噬菌体导致细菌的基因发生改变称 溶原性转换
无毒的白喉棒状杆菌受 β 棒状杆菌噬菌体感染后产生外毒素，故也
会引起抗原性变；
A群链球菌、肉毒芽胞梭菌因之产生红疹毒素和内毒素、外毒素
第四节 研究细菌遗传
和变异的意义
肺炎链球菌可丢失荚膜, 霍乱弧菌可变
成杆状, 有的细菌可变成 L型, 染色特性也改
变 。 无毒的白喉棒状杆菌经 β 棒状杆菌噬菌
体感染后会变成产毒白喉棒状杆菌；这些都
会给临床诊断带来困难 。
1,若不掌握细菌的变异规律易造成误诊与漏诊 。
2,可以更好地提高疗效, 防止耐药菌株的扩散
3,应用于制造人工疫苗, 如预防结核病的卡介
苗 （ BCG）
4,基因工程是根据遗传变异中细菌的基因可因
转移和重组而获得新性状的原理来设计的
遗传,使微生物的性状保持其种属的稳定性；
变异,是微生物进化的基础；
基因 （ gene）
基因型 （ genotype）
表现型 （ phenotype）
第一节 细菌的变异现象
一, 遗传分类：
1,遗传型变异
2,非遗传型变异
二、变异现象
（ 一 ） 形态变异
对数期：典型形态； (适宜的条件 )
迟缓期：菌体增大, 稳定期, 衰退期
细菌呈多形性；
鼠疫耶尔
森氏菌
细胞壁缺损 → L型菌落
（ 3-6%NaCl） 球形、棒状、丝
状、哑铃形等 ；
（二）结构变异
肺炎链球菌荚膜消失 恢复
变形杆菌鞭毛 失去鞭毛 恢复鞭毛 （ 表型 )
细菌从有鞭毛变为无鞭毛统称为 H— O变异 。
（ 1g/L石碳酸） 一般培养基上
（三）菌落变异（ S-R变异 ）
光滑型 （ S.smooth）
粗糙型 （ Ｒ,rough）
（四）毒力变异
减弱,BCG（ 卡介苗 ）
Calmette 和 Guerin 230次历时 13年之久
传代培养, 毒力减弱, 抗原性不变的菌株 。 预
防接种, 不致病, 但可获得免疫力 。
增强：
无荚膜肺炎链球菌 → 小白鼠腹腔接种,
毒力增强 → 产生荚膜；
（五）耐药性变异
对某种药物敏感的细菌变成对该药耐受的
变异称为耐药性变异；
染色体耐药基因的突变
耐药性质粒的转移
转座子的插入
→ 细菌产生特定的酶类或多肽
类物质 → 阻挡药物向靶细胞穿
透、发生新的代谢途径；
抗生素结合蛋白发生改变 → 不能和抗生素结合或细
菌外膜通透性改变 → 抗生素不能到达结合位点 → 耐
药发生
MRSA,Methicillin Resistant Stapylococus Aureus
耐甲氧西林青霉素的金黄色葡萄球菌
产生低亲合力的青霉素结合蛋白 → 青霉素
不能干扰细胞壁的合成；
第二节 遗传和变异的物质基础
一, 细菌成为遗传学研究重要手段的原因：
1,细菌是原核细胞, 只有一套单倍数目的染色体, 只要
有一个基因发生突变, 就会有表现型的改变, 易于研究其
遗传和变异性；
2,细菌能在一定成分的培养基上生长, 可人为控制环境
条件, 利于研究；
3,繁殖周期短, 可在短时间内获得大量具有亲代基因型
的个体；
二、细菌的遗传物质,
染色体（核质）
质粒
（一）细菌的染色体
1,特点：
（ 1） 一条环状双螺旋长链, 反复扭曲折叠,
呈负超螺旋结构；
（ 2） 长度约菌体 1000倍, 分子量 109dal左右
2,细菌染色体的复制；
E.coli约需要 20分钟，平均每分钟 105bp
复制叉 （ replicating fork）
3、基因的表达,
DNA→RNA→ 多肽链的过程
表达调控：
（ 1） 调控部位：起动子, 终止子
（ 2） 调节蛋白：阻遏蛋白
（ 3） 效应物分子
乳糖操纵子模型
Francois Jacob和 Jacques Monod提出,
E.coli 利用乳糖需两种酶：
LacZ基因编码的 半乳糖苷酶 → 乳糖水解为葡萄糖, 半乳糖
LacY基因编码的 半乳糖穿透酶 → 将乳糖运输入细胞内
LacA基因编码转酰基酶 → 与前两酶一起受调控
（二）细菌的质粒 (plasmid)
1,定义, 是细菌菌体内染色体外的环状双螺旋
DNA,有时也可呈线状或超螺旋状
① 大小为 1-400kb
② 可完整的在细菌间传递，也能伴细菌的
分裂而分配到子代细菌中去
③并不是细菌生命活动中不可缺少的物质。
2、质粒可自主复制
方式,
一般与染色体相同, 但也可不依赖染
色体而独立复制, 或整合到染色体上与染
色体同步复制 。
大质粒
小质粒
3、质粒的消失（或消除）
质粒可自行丢失, 频率 10-8-10-2之间,
复制过程中对丫啶噔染料和紫外线照射敏感,
可人工处理而消失 。
4、质粒的分类
F质粒 致育性质粒
col质粒 细菌素质粒
E.coli K88 抗原性质粒
R质粒 耐药性质粒
E.coli Ent 产毒素质粒
Vi质粒 毒素, 粘附因子等质粒
（ 致病蛋白 ）
5、质粒的转移
细菌质粒可在同种, 同属或不同属细菌间转移
方式：
接合性耐药性质粒, 通过性菌毛接合转移
非接合性耐药性质粒, 通过噬菌体为媒介
将 DNA中信息转移；
结果,耐药菌可以将耐药基因转移至敏感菌,
使敏感菌也携带了耐药性, 成为耐药菌；
（三）细菌转位子
1,定义,为存在于细菌的染色体或质粒上一段
特异性的核苷酸片断, 可在 DNA分子中移动, 不
断改变他们在基因组内的位臵, 从一个基因组移
动到另一个基因组中, 通过改变或影响基因插入
位点附近的基因表达, 引起细胞的基因发生重组,
在微生物的变异中起重要作用 。
AGU AUU CGA UAC
AAG UAU UCG AUA C…A …
2、分类
插入顺序 （ insertion sequence,IS）
转座子 （ transposon,Tn）
转座噬菌体
（ 1） 插入顺序 IS
750-2000bp的 DNA序列, 由两未端反向重复
顺序和转座有关的基因组成, 不携带其它与插入
功能无关的基因区域, 是最小的转位因子, 插入
染色体或质粒后的效应, 取决于插入的位臵和插
入的方向, IS是原核生物正常代谢的调节开关 。
已知 IS有 10余种, 见表
（ 2）转座子
转座子 与 IS相似, 但携带部分与插
入功能无关的基因, 长度超过 2000bp。
功能见表
（ 3）转座噬菌体
某些具有转座功能的溶原性噬菌体；
E.coli Mu,D108,霍乱弧菌噬菌体,
假单胞菌噬菌体等
第三节 微生物的变异机制
变异：
可遗传型变异
不可遗传型变异
一, 突变 Mutation：
是一个核酸分子内一个或几个核苷
酸发生可遗传的稳定的改变 。 细菌的
突变自然发生率很低, 约 10-9-10-6；
（一）基因突变的规律
1,自发突变与诱导,
自发突变率低, 加入诱变剂可使
突变率提高 10-1000倍；
2、随机突变,
突变是随机的不定向的，不是外界因素决定的；
说明该菌落在接触药物之前早已形成，与抗生素的使用无关
3,突变与回复突变：
自然环境下所具有的表现型称为 野生型
突变后的菌株称为 突变株
突变株再次回到野生型的表型相同的过程为
回复突变, 但基因型不一定完全恢复
（二）突变的类型：
1,碱基对的置换, 插入, 缺失及转位
因子插入等
（ 1） 臵换,
转换：嘌呤对嘌呤, 嘧啶对嘧啶
颠换：嘌呤对嘧啶
影响的密码的组成 → 氨基酸组成发生改变 → 表
型改变
（ 2）插入和缺失
密码子由三个碱基依次排列而成, 核苷
酸序列插入和缺失一个碱基 → 插入或缺失位
点之后的序列发生移码突变, 导致密码子错
误 → 蛋白质改变 → 影响酶催化的反应的性质
→ 遗传性状的改变；
AGU AUU CGA UAC
AAG UAU UCG AUA C…A
单一核苷酸发生的突变为 点突变,
大片断的核苷酸也可发生插入, 缺失 →
细菌遗传性状更大的改变；
如 转位子 引起的突变同时涉及到许多基因
的改变, 不能返祖；
2、基因的转移与重组
（基因突变：一个细菌内部发生遗传物
质的改变）
（ 1） 转移与重组：
两个性状不同的细菌间发生转移与重组
供体
受体
（ 2）基因的转移方式：
接
合
转
化
图片见书 Page63
1928年由 Griffith用肺炎链球菌发现基因转移现象
1944年 Avery证实死菌体提供了决定荚膜型别的 DNA
3、发生转化的两个条件
（ 1） 受体菌处于感受态：
钙处理法, 电转染法
（ 2） 并非所有菌都能摄入外源 DNA
（三）转导 transduction
以噬菌体为媒介, 将供体菌的基因转移到受体
菌内, 导致受体菌的基因型改变的过程；
1,噬菌体：
DNA复制
蛋白前体合成
头部填充
→ 装配 → 有感染性噬菌体 → 裂解细菌释放
（ 1） 普遍性转导 （ generalize transduction）
（ 2） 局限性转导 (specialize transduction)
（四）接合 conjugation
受体菌和供体菌直接接触, 供体菌通过性菌毛将所带有的 F质
粒或类似的遗传物质转移至受体菌的过程为 接合, 主要见于革
兰氏阴性菌；
1,高频重组基因 （ Hfr,High frequency recombinant）
2、性导, (sexduction)
当 Hfr中的 F质粒从染色体上脱离下来时，
会带有一部分染色体上的邻近基因，该 F质粒
称 F’质粒，当 F’质粒进入 F-菌时,F-菌可获得
部分新的基因，通过 F’质粒转移基因称为性
导；
3、溶原性转换 ( Lysogenic conversion)
前噬菌体导致细菌的基因发生改变称 溶原性转换
无毒的白喉棒状杆菌受 β 棒状杆菌噬菌体感染后产生外毒素，故也
会引起抗原性变；
A群链球菌、肉毒芽胞梭菌因之产生红疹毒素和内毒素、外毒素
第四节 研究细菌遗传
和变异的意义
肺炎链球菌可丢失荚膜, 霍乱弧菌可变
成杆状, 有的细菌可变成 L型, 染色特性也改
变 。 无毒的白喉棒状杆菌经 β 棒状杆菌噬菌
体感染后会变成产毒白喉棒状杆菌；这些都
会给临床诊断带来困难 。
1,若不掌握细菌的变异规律易造成误诊与漏诊 。
2,可以更好地提高疗效, 防止耐药菌株的扩散
3,应用于制造人工疫苗, 如预防结核病的卡介
苗 （ BCG）
4,基因工程是根据遗传变异中细菌的基因可因
转移和重组而获得新性状的原理来设计的
