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第十三章
细菌的遗传与变异
遗传性：在一定的培养条件下这些性状在亲代与子代间表现为相同。
变异性：亲代与子代间出现的差异。
如果细菌的变异是由于细菌所处外界环境条件的作用，引起细菌的基因表达调控变化而出现的差异，则称为表型变异。表型变异因为并未发生细菌基因型的改变，不能遗传，所以是是非遗传变异。
第一节 细菌的变异现象
在细菌的生长繁殖过程中观察到为数众多的变异现象。
形态变异：细菌的大小可发生变异；有时细菌可失去荚膜，芽胞或鞭毛；有的细菌出现了细胞壁缺陷的L型细菌。
细菌的毒力变异：表现为毒力增强或减弱。卡介二氏将有毒力的结核杆菌在含有胆汗的甘油马铃薯培养基上连续传代，经13年230代获得了减毒但保持疫原性的菌株，目前称为卡介苗，用于人工接种以预防结核病。
耐药性变异：细菌对抗生素3敏感变为耐药。
菌落的变异：S（光滑型）与R（粗糙型）变异。S-R变异多见于肠道杆菌，
第二节
细菌的遗传与变异的物质基础
一、细菌染色体：
细菌作为原核型微生物，虽没有完整的核结构，但却有核区（或核质）。在电镜下观察，核区有盘旋堆积的DNA纤维。
二、质粒
细菌的DNA除大部分集中于核质（染色体）内，尚有少部分（约1～2%）存在于染色体外，称为质粒。
1．质粒并非细菌生存所必不可少的遗传物质。
2．质粒的传递（转移）是细菌遗传物质转移的一个重要方式。
3．质粒可自行失去或经人工处理而消失。
4．质粒可以独立复制。
5．可有几种质粒同时共存在于一个细菌内。
比较重要质粒：决定性菌毛的F因子，决定耐药性的R因子以及决定产大肠杆菌素的Col因子等。
三、转位因子：能从一个细菌基因组转到另一个细菌基因组中的一段特异性核苷酸序列。
四、噬菌体
1.噬菌体：能感染细菌、放线菌、真菌、螺旋体的病毒。
噬菌体分布广泛，凡是有细菌存在的场所，就可能有相应噬菌体的存在。噬菌体有严格的宿主特异性，只寄居于易感宿主菌体内。
2.形态：电镜下噬菌体有蝌蚪形、微球形和线形，大多数噬菌体呈蜊蚪形。
3.噬菌体和宿主菌细胞的关系：
毒性噬菌体：噬菌体进入细菌细胞后，能在敏感宿主菌内复制增殖并使之裂解的噬菌体。
溶源性噬菌体或温和噬菌体：噬菌体不在敏感细菌内增殖，其基因整合于细菌基因组中，成为细菌DNA的一部分，当细菌分裂时，噬菌体的基因亦随着分布至两个子代细菌的基因中。
前噬菌体：整合在细菌DNA上的噬菌体基因
溶源性细菌：带有前噬菌体的细菌。
第三节
细菌的变异的机制
一、基因突变：
遗传型变异中常见的一种为突变，即细菌的基因结构发生偶然的改变。一般突变会导致所编码蛋白质的改变，从而使细菌出现新的特性或失去原有的某些特性。
二、基因转移重组
两个不同性质细菌之间发生遗传物质的转移和重组，
转移和重组的方式：
1.转化：转化是受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段，通过与染色体重组，获得了供体菌的部分遗传特性。转化的DNA可以是细菌溶解后释放的，也可用人工方法抽提而获得。
2.转导：以噬菌体为媒介，把供细菌的基因转移到受体菌内，导致后者基因改变的过程称为转导。
普遍性转导：当噬菌体在细菌中增殖并裂解细菌时，某些DNA噬菌体（称为普遍性转导噬菌体）可在罕见的情况下（约105～107次包装中发生一次），将细菌的DNA误作为噬菌体本身的DNA包入头部蛋白衣壳内。当裂解细菌后，释放出来的噬菌体通过感染易感细菌则可将供体菌的DNA携带进入受体菌内。如发生重组则受体菌获得了噬菌体媒介转移的供体菌DNA片段的过程。
局限性转导：指仅为特殊局限的一部分细菌DNA能被转导。只有温和噬菌体可进行局限性转导。当温和噬菌体进入溶原期时，则以前噬菌体形式整合于细菌染色体的一个部位。当其受激活或自发进入裂解期时，如果该噬菌体DNA在脱离细菌染色体时发生偏离，则仅为与前噬菌体邻近的细菌染色体DNA有可能被包装入噬菌体蛋白质衣壳内。因此局限性转导噬菌体所携带的细菌基因只限于插入部位附近的基因。
3.接合：两个细菌通过性菌毛的直接沟通，将供体菌的遗传物质转移到受体菌中，受体菌获得新的生物学性状。只有那些具有F因子或类似F因子传递装置的细菌才能接合。
4.溶源性转换：噬菌体感染敏感细菌，噬菌体基因整合于细菌基因组中，成为细菌DNA的一部分，噬菌体的基因亦随着分布至两个子代细菌的基因中，使细菌获得新的生物学性状。
第四节
变异在医学中的实际应用
一、在细菌分类上的应用
过去依靠细菌的形态、生化反应、抗原特异性、以及噬菌体分型等进行了细菌的分类。这些方法至今仍有实用价值。此外，还开展了细菌DNA分子中的G+C分类：即不同种的细菌基因型的差别程度可用细菌DNA分子中所含的鸟嘌呤和胞嘧啶在四种碱基意量中所占的成分比所反映。根据细菌基因组的相对稳定性，可鉴定出细菌间的相互关系。
二、在诊断中的应用
在实验诊断工作中，常遇到一些变异菌株、其形态、毒力、生化反应或抗原性都不典型，给细菌鉴定带来困难。
三、在预防中的应用
减毒活疫苗有较好的预防效果。减毒活菌苗可以从自然界分离获得，也可用人工方法选择改变毒力的变异株。
四、在治疗中的应用
抗生素的生产中常用紫外线照射以促突变，从而获得产生抗生素量高的菌种。
五、检查致癌物质的作用
正常细胞发生遗传信息的改变可致肿瘤。因此导致突变的条件因素均被认为是可疑的致癌因素。
六、在遗传工程方面的应用
遗传工程的目的是人工对所需的目的基因进行分离剪裁，然后将目的基因与载体结合后，导入宿主细胞或细菌进行扩增获得大量的目的基因，或通过宿主表达获得所需的基因产物。质粒与噬菌体都是较理想的基因载体。通过将重组的基因（指目的基因通过限制性内切酶切割成互相能连接的末端与载体基因连接成重组基因）转化细菌（宿主），可以转入受体菌，通过筛选而获得克隆。
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