細(xì)菌的遺傳變異

細(xì)菌的遺傳變異第1頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、幾個(gè)概念1、遺傳

生物的上一代將自己的遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能，具有極其穩(wěn)定的特性。

2、遺傳型某一生物所含有的遺傳信息即DNA中正確的核苷酸序列。生物體通過這個(gè)核苷酸序列控制蛋白質(zhì)或RNA的合成，一旦功能性蛋白合成，可調(diào)控基因表達(dá)。第2頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、表型某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和，是遺傳型在合適環(huán)境條件下的具體體現(xiàn)。是一種現(xiàn)實(shí)性。4、變異是生物體在某種外因或內(nèi)因作用下引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，亦即遺傳型的改變。特點(diǎn)：幾率極低(一般為10-5～10-6)；性狀變化幅度大；變化后的新性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。第3頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)微生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一、基因組和質(zhì)粒（一）基因組細(xì)菌的基因組位于核體，是遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。核體又稱染色體，是由雙條環(huán)狀雙螺旋DNA長(zhǎng)鏈組成的，含有的遺傳基因，控制著細(xì)菌的遺傳與變異。第4頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）質(zhì)粒質(zhì)粒是細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，多為環(huán)狀雙螺旋DNA分子。質(zhì)?？梢宰陨韽?fù)制，隨宿主菌分裂傳到子代菌體。在一定條件下，質(zhì)粒可以轉(zhuǎn)移，也可丟失。質(zhì)粒是自行復(fù)制單位，有的需與核質(zhì)染色體的復(fù)制同步，稱為嚴(yán)緊型復(fù)制。第5頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒示意圖第6頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)菌的質(zhì)粒第7頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、轉(zhuǎn)座因子和毒力島（一）轉(zhuǎn)座因子近年來發(fā)現(xiàn)微生物的某些DNA片段作為一個(gè)獨(dú)立單位可以在染色體上移動(dòng)，此種移動(dòng)甚至發(fā)生在不同種細(xì)菌之間。這種可移動(dòng)的DNA片段稱之為轉(zhuǎn)座因子。細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子有三種類型：插入序列、轉(zhuǎn)座子以及某些特殊的噬菌體。第8頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）毒力島毒力島是20世紀(jì)90年代提出的一個(gè)新概念。毒力島是指病原菌的某個(gè)或某些毒力基因群，分子結(jié)構(gòu)與功能有別于細(xì)菌染色體，但位于細(xì)菌染色體之內(nèi)，因此稱之為“島”。第9頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的主要變異

一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異（一）形態(tài)變異

自然形成或誘導(dǎo)產(chǎn)生的L型細(xì)菌，老齡培養(yǎng)物中出現(xiàn)的衰老型，都屬于形態(tài)變異。在特定組織器官中發(fā)生形態(tài)的改變，如炭疽在豬咽部不呈竹節(jié)狀而呈彎曲且粗細(xì)不均勻；豬丹毒在慢性病豬心臟內(nèi)不呈桿菌而為長(zhǎng)絲狀。第10頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月菌落變異R菌落S菌落第11頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）、莢膜變異：有莢膜細(xì)菌在特定條件下喪失形成莢膜的能力。炭疽桿菌在營(yíng)養(yǎng)豐富且CO2達(dá)10%~20%培養(yǎng)條件下，產(chǎn)生莢膜，在普通培養(yǎng)基中不產(chǎn)生莢膜。無毒炭疽芽胞菌的弱毒株失去成形莢膜能力。（三）、芽胞變異強(qiáng)毒疽炭桿菌——在42.5℃高溫下培養(yǎng)——毒力變?nèi)?，且失去形成芽孢能力?/p>

第12頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）、鞭毛變異：環(huán)境條件的改變而使細(xì)菌失去形成鞭毛的能力。也叫H→O變異。

在普通瓊脂上生長(zhǎng)——有鞭毛且呈彌漫性薄膜狀生稱H型細(xì)菌變形桿菌

在0.1%碳酸瓊脂中生長(zhǎng)——不形成鞭毛而生成局限性孤立菌落叫O型細(xì)菌第13頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、培養(yǎng)特性變異（一）光滑型→粗糙型變異

S型（smooth）菌落：光滑，濕潤(rùn)，邊緣整齊。

R型（rough）菌落：菌落表面粗糙，枯干，邊緣不整齊。一般來說，S→R毒力由強(qiáng)變?nèi)?，但炭疽桿菌，結(jié)核分支桿菌，正常菌落為R型→S型，毒力減弱（二）D菌落的變異當(dāng)細(xì)菌接觸某些化學(xué)物質(zhì)時(shí)如CuSO4,LiCl形成細(xì)小菌落叫D菌落。（dwarfclone,侏儒菌落）第14頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、毒力變異（一）增強(qiáng)毒力的方法1．連續(xù)通過易感動(dòng)物2．和其他微生物共生或被溫和噬菌體感染。例如魏氏梭菌與八疊球菌共生時(shí)毒力變強(qiáng)，無毒的白喉棒狀桿菌被溫和β-噬菌體感染后產(chǎn)生白喉毒素，成為有毒細(xì)菌。3．實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腹腔內(nèi)放置膠囊病原菌。

第15頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）減弱毒力的方法1．通過非易感動(dòng)物例如：馬爾他強(qiáng)毒布氏桿菌連續(xù)通過雞育成弱毒株；豬丹毒苗GC42系將強(qiáng)毒株通過豚鼠傳370代后又通過雞傳42代育成弱毒。2．在較高溫度下培養(yǎng)。強(qiáng)毒炭疽——42.5℃下培養(yǎng)——弱毒3．在含有某些特殊化學(xué)物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。法國(guó)學(xué)者卡-介二氏將有毒的牛型結(jié)核桿菌菌株——在含膽汁的甘油馬鈴薯培養(yǎng)基中培養(yǎng)——13年傳230代（每15天/代）——而獲得的一株毒性低而抗原性完整的變異菌株,可作成活疫苗給人接種以預(yù)防結(jié)核病。即著名的卡介苗BCG第16頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．在含有抗血清，噬菌體或抗生素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。5．長(zhǎng)期的人工培養(yǎng)。6．在特殊氣體條件下培養(yǎng)。如無莢膜炭疽芽胞苗是半強(qiáng)毒株在含50%血清的培養(yǎng)基上，在50%CO2的條件下選育的。7．通過基因工程的方法。去除毒力基因可獲得無毒力株。

第17頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、生化特性變異（一）營(yíng)養(yǎng)缺陷型變異由于細(xì)菌代謝過程缺陷所造成的必須加入某種物質(zhì)才能生長(zhǎng)，這種變異叫營(yíng)養(yǎng)缺陷型變異。例鼠傷寒沙門氏菌野生型→以銨鹽為氮源合成氨基酸和蛋白質(zhì)變異株→須供給色氨酸或組氨酸方能生長(zhǎng)。（二）誘導(dǎo)酶產(chǎn)生大腸桿菌本身不生半乳糖苷酶，但培養(yǎng)基中加入乳糖后，產(chǎn)生半乳糖苷酶，分解乳糖。第18頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）終末產(chǎn)物阻遏細(xì)菌合成氨基酸的酶類可被自身的合成產(chǎn)物所抑制而不能生成。例：大腸桿菌產(chǎn)生色AA合成酶→合成色aa→，但培養(yǎng)物中加入色aa時(shí)，色aa合成酶類被抑制。（四）耐藥性變異。原來對(duì)某種藥物敏感的細(xì)菌，可發(fā)生變異而形成能耐受該藥的耐藥性，有的甚至形成必須有該藥方能生長(zhǎng)的“依藥性”。含鏈霉素培基

痢疾桿菌依鏈株(耐藥菌株)

長(zhǎng)期培養(yǎng)

第19頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物變異的機(jī)理一、非遺傳性變異非遺傳性變異，即基因無變化，只因外界環(huán)境暫時(shí)的影響而表現(xiàn)出的變異。例如炭疽桿菌菌落正常表現(xiàn)為粗糙型，但有人證明在厭氧的條件下，在含有血清或血液的培養(yǎng)基中，菌落變?yōu)楣饣?。如果在有氧的條件下，普通瓊脂培養(yǎng)又可見到粗糙型菌落。目前對(duì)非遺傳變異的機(jī)理還不太清楚。第20頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、遺傳性變異由于微生物基因發(fā)生了改變，使其相應(yīng)的性狀也發(fā)生改變，并可以遺傳下去，這種變異稱為遺傳性變異。遺傳性變異的機(jī)理包括基因突變和基因重組兩方面。第21頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）基因突變又稱為突變。是基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，如DNA分子上排列的堿基對(duì)發(fā)生的變化?；蛲蛔兛煞譃閴A基置換和移碼兩種類型。第22頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在細(xì)菌突變中，以基因突變較為常見。按其發(fā)生的原因，可分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變兩類。自發(fā)突變是指沒有人為影響的外界條件下，自然發(fā)生的突變，突變率一般是10-6～10-9。誘發(fā)突變是指微生物受某些物理、化學(xué)因素的作用發(fā)生了突變，這種現(xiàn)象稱為誘變。第23頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）基因重組將一個(gè)不同性狀個(gè)體細(xì)胞內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到另一個(gè)個(gè)體細(xì)胞內(nèi)并使之發(fā)生遺傳變異的過程，稱為基因重組。細(xì)菌的基因重組有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和接合等四種方式。第24頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、轉(zhuǎn)化：受體菌直接由外界環(huán)境中攝取供體菌游離DNA，整合于自身的基因組中，因而獲得該供體菌的遺傳信息的過程。研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）S型菌株：有致病性，菌落表面光滑，有莢膜R型菌株：無致病性，菌落表面粗糙，無莢膜1928年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

對(duì)小鼠注射活R菌或死S菌————小鼠存活

對(duì)小鼠注射活S菌————————小鼠死亡

對(duì)小鼠注射活R菌和熱死S菌———小鼠死亡抽取心血分離活的S菌第25頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

熱死S菌—————不生長(zhǎng)

活R菌—————長(zhǎng)出R菌

熱死S菌+活R菌—————長(zhǎng)出大量R菌和10-6S菌（3）S型菌的無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)

活R菌+S菌無細(xì)胞抽提液————長(zhǎng)出大量R菌和少量S菌以上實(shí)驗(yàn)說明：加熱殺死的S型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞并使R型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀第26頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長(zhǎng)出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：只有S型細(xì)菌的DNA才能將S.Pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。第27頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．轉(zhuǎn)導(dǎo)：以溫和噬菌體為媒介，將供體菌的部分遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移給受體細(xì)菌的過程叫轉(zhuǎn)導(dǎo)。Pr只含S不含PDNA只含P不含S原理步驟1：用含同位素Ｓ35,

P32的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌吸附10分鐘后攪動(dòng)離心上清液沉淀結(jié)果：上清液中含15%放射擊性；沉淀中含85%放射性2：讓T2感染上述大腸桿菌使其具有S35P32標(biāo)記3：第28頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．接合：細(xì)菌之間通過性柔毛的直接接觸，由供體細(xì)菌將質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移給受體細(xì)胞的過程。質(zhì)粒有F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、CoL質(zhì)粒（細(xì)菌素的合成基因）。（1）F+菌：F因子也叫致育因子或性因子，此因子含有使細(xì)菌產(chǎn)生性柔毛的基因，具有F因子的細(xì)菌體即具有性柔毛，被稱為雄性菌或F+菌。（2）F－菌：沒有F因子的菌體不具有性柔毛叫雌性菌或F－菌。F+菌與F－菌通過性柔毛接觸時(shí)，F(xiàn)+菌中的F因子環(huán)狀雙股DNA的一條鏈裂開，由游離端進(jìn)入F－菌，再?gòu)?fù)制成雙股環(huán)狀DNA，使原來F－菌變成F+菌。第29頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）Hfr菌（高頻重組菌）：少數(shù)F+菌的F因子還可整合到受體菌的染色體上，與染色體一起復(fù)制，整合后的細(xì)菌能以高效率轉(zhuǎn)移染色體上的基因，叫Hfr菌。（4）F′菌：高頻重組菌中的F質(zhì)粒有時(shí)會(huì)從染色體上脫離下來，終止其Hfr狀態(tài)，脫離下的F質(zhì)粒有時(shí)可帶有染色體上幾處鄰近的基因，這種質(zhì)粒叫F′質(zhì)粒。具有F′質(zhì)粒細(xì)菌叫F′菌。第30頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月接合第31頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)人工獲得變異品系的方法一、篩選：采用一定的方法篩選出天然的強(qiáng)毒或弱毒株二、人工誘變1．物理因素：溫度，紫外線，激光，α射線2．化學(xué)因素：5-溴（氟）尿嘧啶，2-氨基嘌呤，可滲入到DNA中，從而使DNA的堿基對(duì)發(fā)生置換。3．生物因素：噬菌體、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。三、基因工程的方法1．目的基因的分離；2．目的基因與載體DNA的體外重組；3．重組載體導(dǎo)入受體細(xì)胞；4．外源基因的復(fù)制與表達(dá)；5．表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)。第32頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、基因工程（一）基因工程的概念基因工程，也稱遺傳工程?；蚬こ碳夹g(shù)是用人工方法將所需某一供體生物的遺傳物質(zhì)-DNA分子提出，在離體條件下進(jìn)行切割后，與作為載體的DNA分子連接，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，使外來的遺傳物質(zhì)在受體細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)，從而產(chǎn)生一種新物種。第33頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）基因工程的應(yīng)用1．醫(yī)學(xué)方面：人類的遺傳性疾病已發(fā)現(xiàn)多達(dá)2000多種。根據(jù)推理，可利用基因移植的方法，使健康基因代替遺傳病人的缺失基因，實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想尚需20-25年。

第34頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．農(nóng)業(yè)方面

可以通過基因工程手段將固氮菌的固氮基因移植到玉米、小麥等作物根際土壤細(xì)菌中去，或直接轉(zhuǎn)移到小麥、玉米等細(xì)胞內(nèi)，使之具有固氮能力，這樣可以大大減少氮肥供應(yīng)。第35頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．環(huán)境保護(hù)方面

美國(guó)Chakrabartz等經(jīng)過多年研究，在1978年獲得能降解多種烴類的新菌株。4．其他

利用基因工程的方法生產(chǎn)基因工程苗、合成肽苗等。第36頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、理論上的意義（一）奠定了分子生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)①細(xì)菌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為單倍體的單細(xì)胞生物，一旦基因突變，即能表達(dá)出來。第五節(jié)微生物變異在理論和實(shí)踐上的意義第37頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖迅速。細(xì)菌在液體培養(yǎng)基中，周圍環(huán)境對(duì)其作用直接而均勻。在固體培養(yǎng)上能形成肉眼可見的具有一定特征的菌落。③細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單，有利于作營(yíng)養(yǎng)需要分析和代謝途徑的研究，容易獲得營(yíng)養(yǎng)缺陷。④細(xì)菌種類較多，其生物性狀又很豐富，便于選擇。第38頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）定向培育優(yōu)良菌種（毒種）掌握微生物變異的規(guī)律，是育種工作的基礎(chǔ)。定向培育是指用某一特定環(huán)境長(zhǎng)期處理某一微生物群體，同時(shí)不斷對(duì)它們進(jìn)行移種、傳代，以達(dá)到積累和選擇理想的新菌株（毒種）的目的。近年來已開始用基因重組的方法，人工創(chuàng)造一些新菌種。第39頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、實(shí)際應(yīng)用（一）診斷、防治傳染病1．在診斷方面細(xì)菌發(fā)生變異后，其形態(tài)、生理各種特性都與原來的菌種不同，往往出現(xiàn)一些非典型菌株，診斷