细菌的遗传与变异ppt课件

1、染色体
二、细菌的变异物质基础
2、质粒
二、细菌的变异物质基础
3、转位因子
二、细菌的变异物质基础
4、噬菌体
侵袭细菌、放线菌、螺 旋体、真菌等微生物的 病毒。
二、细菌的变异物质基础
4、噬菌体
疾病的诊、预、治 致癌物质的检测 基因工程方面
1.识别变异细菌，才能做出正 确的诊断。 2.合理使用抗菌药物，避免耐 药菌株的形成 3.制备疫苗，预防传染病发生 。
一、细菌的遗传变异
04 毒力变异
含链霉素培基 痢疾杆菌──→依链株(耐药菌株)
长期培养
一、细菌的遗传变异
05 抗原性变异
人工培养基多次培养
伤寒沙门菌────────→ 伤寒沙门菌
具有Vi抗原
无Vi抗原
二、细菌的变异物质基础
染色体
噬菌体
细菌遗传变异 的物质基础
质粒
转位因子
二、细菌的变异物质基础
一、细菌的遗传变异
01
形态结构变异
青霉素、溶菌酶 正常形态细菌──────-─→细菌L型
抗体或补体(部分或完全失去胞壁)
一、细菌的遗传变异
02 菌落变异
在陈旧培养基中长期培养
光滑型菌落────────→粗糙型菌落。
S
或在有免疫力的人体内 R
一、细菌的遗传变异
03 毒力变异
少量化学药物、免疫血清 强毒株────────→弱毒株或无毒株。
疾病的诊、预、治 致癌物质的检测
利用变异细菌筛选可疑致癌物
基因工程方面
鼠伤寒沙门菌 His-株
缺乏组氨酸的培养基
─────Байду номын сангаас his+株
可疑致癌物质

遗传物质的本质：遗传物质的化学本质、所包含的遗传信息以及其结构、组织和变化等；遗传物质的传递：遗传物质的复制、染色体的行为、遗传规律和基因在群体中的数量变迁；遗传信息的实现：基因的原始功能、基因的相互作用、基因作用的调控以及个体发育中基因的作用机制等。
2. 没有遗传，就没有物种的相对稳定性；没有变异，不会产生新的性状，也就不可能有物种的进化和新品种的选育。
3.遗传和变异的表现都
与环境具有不可分割关系。
4.遗传和变异组成生物
多样性
简述遗传学的研究内容。
遗传与变异
- 我繁殖——遗传性复杂有序的物质结构
糖蛋白质(酶）核酸脂类(维生素)
构成生命的有机化合物
生命活动的物质基础
—— 生物大分子
遗传与变异的对立统一关系
1. 遗传是相对的、保守的；变异是绝对的，发展的。

第四节
细菌遗传变异在医学上的实际意义
medical significance of bacterial heredity and variation
医学微生物学（第9版）
一、细菌形态结构的变异与细菌学诊断
Hfr将其部分染色体转入F-菌，产生重组的F-菌 备注：图片源自人卫社《医学微生物学》第8版，主编李凡、 徐志凯。（P55， 图4-5,b、c）
医学微生物学（第9版）
（二）R质粒（resistant plasmid）
1. 耐药传递因子（resistance transfer factor，RTF）编 码性菌毛
F质粒从F+菌转移到F-菌，使F-菌变为F+菌 备注：图片源自人卫社《医学微生物学》第8版，主编李凡、 徐志凯。（P55， 图4-5, a）
医学微生物学（第9版）
高频重组菌株（high-frequency recombination strain，Hfr） 1. F质粒与染色体整合 2. 具有接合和转移功能 3. 细菌染色体转移频率高，F质粒低 4. 受体菌获得供体菌遗传性状 5. 用于绘制基因图
1. 基因型回复突变 （genotypic reversion），机率很低 2. 表型回复突变（phenotypic reversion）
抑制突变（suppressor mutation）：包括基因内抑制（intragenic suppression）和基因间抑制（extragenic suppression）
2. 噬菌体（phage）
（1）侵袭细菌或真菌的病毒 （2）蝌蚪型：头部由核心（DNA 或 RNA）与蛋白质衣壳组成；尾部为蛋白质，与吸附宿主有关 （3）感染细菌的结果
溶菌性周期：毒性噬菌体、温和噬菌体 溶原性周期：温和噬菌体、前噬菌体（pro（第9版）

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分类： （1） 插入序列（IS） 最简单的或序列较短的转座子（长度 <2kbp），仅携带自身转座所需酶及蛋白的 基因。 存在于多种细菌的染色体或质粒中。
13
14
（2）转座子或复合转座子
序列长度一般超过2kbp，除携带与转 座有关的基因外，还携带其他特殊功能 的基因（耐药性基因、重金属抗性基因、 肠毒素基因和其他结构基因等）。
聚乙二醇 原生质体融合
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小结： 细菌－细菌
转化：供－受（直接） 接合：供－受（性菌毛） 转导：供－受（噬菌体） 原生质体融合：原－原（PEG）
噬菌体－细菌 溶原性转换（前噬菌体）
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第四节 基因突变
概念 细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的
改变，是DNA序列的永久性变化。（不考虑 细菌表型是否有可察觉的改变）
整合后的细菌有可能提高转移染色体基因的频率，
故称高频重组株（Hfr）。
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Hfr接合F-菌→F- 菌→F-菌（很难获完整F质粒）
质粒
切开
Hfr与F-菌的接合
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从Hfr菌中染色体上脱离下来的F质粒有时会携 带相邻的染色体基因或DNA片段，称为F’质粒 （该菌被称为F’菌）。
F+菌、Hfr、F’菌都有性菌毛，均可通过接 合方式进行基因的转移。
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基因重组： 被转移的基因在受体菌胞质中能自行复制
与表达，或与受体菌DNA整合在一起 —— 基因重组
基因重组使受体菌获得供体菌的某些特性。
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重组：
同源重组：发生在紧密相关的DNA之间。 非同源重组：发生在无关的DNA之间。
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1.转化 供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌 直接摄取，使受体菌获得新的性状

三、转 导（Transduction）
以噬菌体为载体，将供体菌的一 段DNA片段转移给受体菌，使其获得 新的性状。
根据转导基因片段的范围，可分为两种：
普遍性转导：
可转移供体菌DNA的任何片段。
局限性转导：
只转移前噬菌体插入部位邻近的供体菌DNA片段
1）普 遍 性 转 导
噬菌体的溶菌周期发生装配错误，误将 供体菌DNA装入噬菌体内成为一个转导噬菌 体，再以正常方式感染另一宿主菌。
F′质粒：
Hfr菌中的F质粒可以从细菌染色体上 切离下来，终止其Hfr状态，切离时可能 带有染色体上临近的基因，这种质粒称为 F′质粒。
2）R质粒的接合
R质粒由耐药传递因子（RTF）和耐药（r） 决定子两部分组成，这两部分可单独，也可结 合在一起，只有结合在一起才能发生质粒的接 合性传递。
RTF的功能与F质粒相似，因此可介导类似 F质粒的接合过程；r决定子能编码对抗菌药物 的耐药性。
2、温 和 噬 菌 体
1）概 念：
前噬菌体： 整合在宿主菌染色体上的噬菌体基因组。
溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌 。 溶原状态：
噬菌体基因随溶原性细菌的分裂而传给子代 的状态。
2）溶原性周期和溶菌性周期
温和噬菌体感染宿主菌后所建立的溶原 状态可中断，前噬菌体可自发或在一定理化 因素诱导下从宿主菌染色体切离下来，重新 复制新的子代噬菌体，最终裂解细菌。
（5）质粒的相容性与不相容性
3、几种常见质粒：
F质粒 R质粒 Col质粒
fertility factor
性菌毛有关
resistance plasmid 与耐药性有关
Col plasmid
编码大肠菌素
Vi质粒 virulence plasmid 与细菌毒力有关

将二种经处理后失去细胞壁的 细菌（称为原生质体）进行 融合，获得的新的细菌个体
细菌遗传变异在医学上的实际意义
一、影响细菌学诊断 二、预防耐药菌株的扩散 三、制备疫苗 四、检测致癌物 五、基因工程方面的应用
复习要点
• 名词解释 转化、接合、转导、溶原性转换、毒性噬 菌体、温和噬菌体、前噬菌体、溶原性细 菌、普遍性转导、局限性转导
有荚膜肺炎链球菌 （活菌）IIIS
无荚膜肺炎链球菌 （活菌）IIR
分离出 ⅢS
有荚膜肺炎链球菌 （死菌）IIIS
IIR活菌+IIIS死菌 或
IIR活菌+提取的IIIS DNA
分离出 ⅢS型有 荚膜的活 菌
（二）接合 conjugation
• 供体菌通过性菌毛将遗传物质 （质粒）传递给受体菌
• 接合性质粒——能通过接合方式 转移的质粒（F质粒、R质粒等）
▪ 但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体 在临床上的广泛应用
第四章 细菌的遗传与变异
细菌变异的现象
• 形态结构变异 • 抗原性变异 • 菌落变异 • 毒力变异 • 耐药性变异
• 遗传性变异：
是微生物的基因结构发生了改变， 故又称基因型变异
常发生于个别的微生物，不受环 境因素的影响，变异发生后是不 可逆的，产生的新性状可稳定地 遗传给后代
• 毒性噬菌体的溶菌周期（复制周期）
吸附→释放子代噬菌体——噬菌体的复 制周期
• 增殖过程
吸附——穿入——生物合成——成熟与释放
毒性噬菌体溶菌现象
• 液体培养基：使浑浊菌液变为澄清
固体培养基：若用适量噬菌体和宿主菌 液混合后接种培养，培养基表面可有透 亮的溶菌空斑出现
一个空斑系由一个噬菌体复制增殖并 裂解细菌后形成的，称为噬斑

6.细菌耐药性形成的主要方式是 A.转换 B.转化 C.转导 D.溶原性状态 E.接合 7.细菌的遗传物质包括 A.核质和质粒 B.核质、质粒和附加体 C. 核质、质粒和前噬菌体 D.核质和前噬菌体 E.核质、附加体和前噬 菌体 8. 细菌H—O变异是指细菌从_____到 _____的突变。 9细菌S—R变异是指细菌从_____到_____ 的突变。
第三章 细菌遗传与变异
基因型变异、表型变异 第一节 与细菌遗传相关的物质
（一）染色体：双股环状DNA分子。 特点：绝大多数基因单拷贝形式，无内含子，转录后的RNA 分子不必加工剪切。 全基因组序列分析：细菌种内和种间存在着广泛的遗传交换。 耐药性基因和致病岛的获得 细菌致病岛（PAI）：病原菌染色体上编码许多毒力相关基因 的分子量较大的外源DNA片段，其两侧往往含有重复序列或 插入序列。 肠致病性大肠埃希菌：82min处有LEE致病岛，引起AE损伤。
（二）接合：细菌通过性菌毛相互沟通，将遗传 物质从供体菌转移给受体菌的过程。
1、F质粒：雄性菌（F+）、雌性菌（F-） 高频重组菌株（Hfr）：F质粒可以整合到细菌的染色体上， 有可能引发宿主染色体发生高频率转移。
2、R质粒：分接合性和非接合性R质粒 接合性R质粒：耐药性传递因子（编码性菌毛、接 合）和耐药性决定因子 非接合性R质粒：耐药性决定因子（转化、转导）
（二）质粒：是存在于细菌细胞浆中的DNA，又 称细菌染色体外基因。 分类： 根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递： •接合性质粒：含有与接合传递有关的基因 （tra），分子量较大（F质粒、R质粒） •非接合性质粒：分子量小 根据质粒的不相容性：相容性和不相容质粒 根据质粒基因编码的生物学性状：F质粒、R质 粒、Col质粒、Vi质粒。

二、细菌的基因突变
2. 基因突变的规律
1、随机发生 2、稳定 3、突变频率为10-10～10-6 4、可发生回复突变
二二、、细菌菌的的基基因因突突变变
3. 细菌常见的突变
● 耐药性突变 ● 毒力突变 ● 营养缺陷体突变 ● 形态结构突变 ● 抗原性突变 ● 菌落突变
细菌的遗传与变异
一、细菌的遗传物质 二、细菌的基因突变 三、细菌的基因转移与重组☺
4）质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间 转移。根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传 递，将其分为接合性质粒（如F质粒和多数R质粒） 和非接合性质粒。
5）质粒的相容性和不相容性。结构相似并密切相 关的质粒能稳定共存于一个宿主菌的现象称为不 相容性。
一、细菌的遗传物质
质粒作为一种独立的复制子，容易从细 胞中分离出来、在体外进行遗传操作和转入 到合适的受体细胞中，已成为现代分子生物 学研究和遗传工程的重要工具。
三、五细、菌温的和基噬因菌转体移与重组
局限性转导
三、五细、菌温的和基噬因菌转体移与重组
普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点 转导发生的时期
普遍性转导 裂解期
局限性转导 溶原期
转导的遗传物质 供体菌染色体DNA 噬菌体DNA及供体菌
任何部位或质粒
DNA的特定部位
转导的后果 转导频率
完全转导或流产转 导
基因的多拷贝；
一、细菌的遗传物质
乳糖操纵子
一、细菌的遗传物质
细菌基因组转录的主要特征：
（1）转录形成mRNA分子不需要加工； （2）tRNA和rRNA转录后需加工；
一、细菌的遗传物质
细 菌 的 r R N A 加 工 过 程
一、细菌的遗传物质

染色体变异
染色体变异是指染色体数 目或结构的异常变化，可 能导致遗传疾病的发生。
遗传和变异的关系
遗传是变异的基础
生物体的遗传信息在传递过程中可能会发生变异，但这种变异通常是在已有的遗传信息基 础上发生的。
变异是遗传的补充
虽然大多数变异不会影响生物体的生存和繁衍，但一些有利的变异可能会被自然选择所保 留，成为新的遗传特征。
克隆技术和干细胞研究
克隆技术
克隆技术是指通过无性繁殖产生遗传上相同的个体或细胞。在遗传和变异研究中 ，克隆技术被用于繁殖具有优良性状的动植物，以及用于研究人类发育和疾病机 制。
干细胞研究
干细胞是一类具有自我更新和多向分化能力的细胞，可以分化成不同类型的细胞 。干细胞研究在遗传和变异研究中具有重要意义，可以用于治疗许多疾病，如帕 金森病、糖尿病和某些癌症。
孟德尔的实验方法
孟德尔采用了科学实验的方法，通过 观察、实验和分析数据，发现了遗传 的规律。
基因的遗传规律
基因的概念
基因是遗传物质的基本单位，负 责编码蛋白质和决定生物体的性
状。
基因的遗传规律
基因通过遗传规律传递给下一代， 这些规律包括基因的分离、独立分 配等。
基因与性状的关系
基因通过控制蛋白质的合成来影响 生物体的性状，从而影响生物体的 表现。
产前诊断
通过羊水穿刺、脐血取样等方法检测胎儿染色体异常和先天性缺陷， 为是否继续妊娠提供依据。
基因检测
通过检测胎儿或父母的基因突变，预测遗传性疾病风险，为制定干预 措施提供依据。
胚胎植入前遗传学诊断
在胚胎植入母体前，通过显微操作技术取出部分细胞进行遗传学检测 ，筛选正常或少突变的胚胎植入母体，避免遗传性疾病的传递。

菌可获得F质粒而成为F+菌。
F+菌
F-菌
F+菌 F-菌
F+菌
F+菌
F质粒的接合
F＋
F-
F＋
F＋
高频重组菌（high frequency recombinant， Hfr菌）：整合后的细菌能高效地转移染色体上 的基因
Hfr
F-
Hfr
F-
Hfr
F-
Hfr
F-
F+ 菌 （性菌毛）
F’菌 F+ 菌
F 质粒 雄性菌： Hfr菌

（5）大多编码顺序则不重叠 （6）结构基因是单拷贝，rRNA是多拷贝 （7）具有各种功能的识别区域 功能（function)： – 细菌的主要遗传物质 – 决定细菌的基因型 – 为细菌生命活动所必需

毒力岛（pathogenicity island, PAI）
毒力岛：指病原菌的某个或菌体
前噬菌体
噬菌体的基本特性 噬菌体(bacteriophage, phage): 是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒. 噬菌体
细菌细胞
噬菌体的特点：
1、个体微小、可以通过滤器；
2、没有完整的细胞结构，主要由蛋 白质构成的衣壳和包含于其中的核酸组 成； 3、只能在活的微生物细胞内复制增
有荚膜的肺炎球菌
无荚膜的肺炎球菌
2、毒力变异
细菌的毒力变异包括其毒力的增强与减弱，如
白喉毒素的产生及卡介苗的获得均为细菌毒力变异 的结果。 3、耐药性变异 细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称耐 药性变异，这种变异给临床治疗带来很大的困难，并 成为当今医学上的重要问题。
4、菌落变异 细菌的菌落由S型变异为R型多见，且常伴随细菌理

致育性和抗药性导致它们成为传染性抗药 因子
3.转座因子
概念:是细菌基因组中能改变自身位置的 一段DNA序列，这种转座作用可以发生 在同一染色体上，也可在染色体之间或 质粒之间，甚至在染色体和质粒之间
种类
⑴ 插入序列（insertion sequence，IS）：
为最简单的或序列较短的Tn，只含与转
F+ 菌 F+ 菌
F- 菌 F+ 菌
F质粒留在供体细胞的一 条链进行复制并形成互 补链
❖F质粒的接合
F＋
F-
F＋
F＋
高频重组菌（high frequency recombinant，Hfr菌）：整合后的细 菌能高效地转移染色体上的基因。
（四）毒力变异
减低
13年230代
牛型结核杆菌
BCG
预防结核
增强
β棒状杆菌噬菌体
白喉杆菌
产白喉毒素
白喉
（五）耐药性变异
耐药性：细菌对某种抗菌药物从敏感变 得不敏感。
如：金葡、肺炎球菌、淋球菌、
肠道杆菌、结核杆菌
第一节 细菌的遗传物质
细菌染色体：一条环状双螺旋DNA长链， 按一定构型反复回旋成松散网状结构， 附着在横隔中介体或细胞膜上。
转化因子：在转化过程中转化的DNA片 段。分子量＜1×107 , ≯10-20个基因。
②实验依据：
肺炎链球菌 荚膜 S型菌落
Ⅲ S型菌
＋
＋
ⅡR型菌
－
R型菌落 ＋
毒力 ＋ －
小鼠体内肺炎球菌转化试验
③机制：感受态受体菌摄取同源DNA 后发生重组
DNA受体
重组
吸附
摄入
+
突变株

进化
在自然选择的作用下，物种的基因 频率会发生定向改变，从而导致物 种的进化。
遗传和变异的进化意义
遗传是物种保持稳定 的基础，使得物种能 够将自身的特性遗传 给下一代。
遗传和变异在生物进 化中相辅相成，共同 推动物种的适应和演 化。
变异则是物种进化的 源泉，为物种提供了 多样性和适应性。
生物多样性的来源和意义
生物多样性是地球生命的基础，包括 基因多样性、物种多样性和生态系统 多样性。
保护生物多样性对于人类生存和发展 具有重要意义，也是人类赖以生存的 基础。
生物多样性为地球上的生命提供了丰 富的资源和生态平衡，维持着地球上 的生命循环。
05
遗传和变异在人类生活中 的应用
遗传疾病和人类健康
遗传性疾病
遗传性疾病是指由于遗传物质改变而引起的疾病，如唐氏综 合征、血友病等。了解遗传性疾病的发病机制和预防方法对 于提高人类健康水平具有重要意义。
基因突变是指基因序列的 偶然变化，通常是由细胞 内某些异常代谢产物引起 的。
பைடு நூலகம்基因突变的类型
包括点突变、插入和缺失 突变等，其中点突变是最 常见的类型。
基因突变的特点
基因突变具有不定向性、 低频性和多害少利性等特 点，但也有助于生物适应 环境变化。
染色体变异
染色体变异的概念
染色体变异是指染色体结 构和数目的变化，包括染 色体片段的缺失、重复、 倒位和易位等。
《生物的遗传和变异》 ppt课件
目录 CONTENT
• 遗传和变异的基础概念 • 遗传的机制 • 生物的变异 • 遗传和变异在生物进化中的作用 • 遗传和变异在人类生活中的应用
01
遗传和变异的基础概念
遗传的概念
遗传是指生物体通过繁殖将自 身的遗传信息传递给下一代， 使得下一代表现出与亲代相似 的性状。

几种重要的质粒
– 致育质粒（F质粒） – 耐药质粒 – 毒力质粒（Vi质粒） – 细菌素质粒 – 代谢质粒
噬菌体 bacteriophage,phage
微生物病毒 具有病毒的基本特性 分布广泛，有严格的宿主特异性
生物学性状
形态与结构
– 蝌蚪形、微球形和丝形
化学组成
– 蛋白质与核酸
抗原性 抵抗力
细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异 称为耐药性变异。
金黄色葡萄球菌
有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重 耐药性，甚至产生药物依赖性。
含链霉素培基
痢疾杆菌
依链株
长期培养
菌落变异
在陈旧培养基中长期培养
光滑型菌落
粗糙型菌落
S
R
原因：失去LPS的特异多糖
与细菌遗传变异有关的物质基础
基因组：染色体和染色体外遗传物质
普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点 基因转导发生的时期 转导的遗传物质 转导的后果
转导频率
普遍性转导
局限性转导
裂解期
溶原期
供体菌染色体DNA 噬菌体DNA及供体 任何部位或质粒 菌DNA的特定部位
完全转导或流产转 受体菌获得供体菌
导
DNA特定部位的遗
传特性
受体菌的10-7
转导频率较普遍转 导增加1000倍(10-4)
功能无关的基因区域
转座子（transposon,Tn）
– ＞2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗 金属基因、毒素基因及其他结构基因。
– 可能与细菌的多重耐药性有关。
IS Resistance Gene(s) IS
Tn
转座子的特征
转座子 Tn1 Tn2 Tn3