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第一节 细菌和病毒遗传研究的意义

第二节 噬菌体的遗传分析

第三节 细菌的遗传分析

第十四章 细菌和病毒的遗传

第一节 细菌和病毒遗传研究的意义

一、细菌的研究方法

1、细菌的特点：

① 细菌是单细胞原核生物；

② 细菌的遗传物质非常简单，一般每个细胞中含有1－

2条染色体；

③ 细菌的染色体大都是双链DNA分子所组成的一个封

闭的环，其染色体长度从250－35 000 μm不等。

大肠杆菌结构的模式图

2、细菌的研究方法

固体平板培养

细菌细胞计数实验示意图

（1）细胞计数（培养

物细胞浓度）

将待测菌液按10倍递

减作一系列稀释，然

后进行平板涂抹培养

，由于每个细胞形成

一个菌落，计数菌落

数，根据稀释倍数计

算原培养物中的细胞

浓度。

2、细菌的研究方法

液体培养基接种法

（2）细菌的液体培养

用灭菌接种环挑取菌落

或标本，在试管内壁与

液面交界处轻轻研磨，

使细菌均匀得散落在液

体培养基中，然后置于

合适的温度下进行振荡

培养。

2、细菌的研究方法

细菌的平板培养

（3）细菌的平板培养

用移液管吸取细菌液体培养基

中的少量培养物，滴到添加琼

脂的固体培养基表面上，用无

菌涂布玻璃棒涂布均匀，每个

细菌细胞即分裂繁殖。由于细

胞在琼脂凝胶上不能移动，所

以每个细胞的子细胞即聚集成

群，可达到107个细胞，成为肉

眼可见的菌落。

2、细菌的研究方法

细菌的影印培养

（4）细菌的影印培养

先在一个母板（master plate

）上使细菌长成菌落，然后用

一个比培养皿略小的木板包上

一层消毒过的丝绒，印在母板

上，把细菌吸附在丝绒上，再

把这块丝绒印到含有各种不同

成分的选择性培养基平板上，

待培养后，对各皿相同位置上

的菌落作对比后，就可选出适

当的突变型 。

二、病毒的研究方法

1、病毒的特点：

① 病毒没有完整细胞结构，既不属于原核生物，也不属

于真核生物。

② 病毒及其微小，只有借助于电子显微镜才能观察到。

③ 病毒的结构十分简单，所有病毒都有一个由一种核酸

（DNA或RNA）组成的内芯和一个由蛋白质组成的

外壳。蛋白质外壳保护遗传物质，并参与感染宿主细

胞的过程。

④ 病毒无独立的代谢系统，只能依靠特定宿主活细胞的

酶系统和原料合成核酸和蛋白质，并组装成新的病毒

粒子。

2、病毒的研究方法

电子显微镜始终是研究病毒的不可或缺的工具；

生物化学和分子生物学的发展对病毒学的研究提供了有力

的武器。例如X射线晶体衍射、原二色性和核磁共振技术

用于研究病毒的三维结构，聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）

用于病毒核酸及多肽成分的分析。

应用生化技术，鉴定了病毒的核酸聚合酶，特别是反转录

酶，它不但在理论上而且在实用上都有重大意义。

核酸杂交技术为病毒鉴定和诊断提供了敏感而可靠的手段。

免疫荧光技术是研究病毒侵染过程、定位及其病毒基因功

能的重要手段。

三、细菌和病毒遗传研究的优越性

① 世代周期短 ；

② 易于管理和进行化学分析 ；

③ 便于研究基因的突变 ；

④ 便于研究基因的作用 ；

⑤ 便于基因重组的研究 ；

⑥ 便于用作研究基因结构、功能及调控机制

的材料 ；

⑦ 便于进行遗传操作 。

第二节 噬菌体的遗传分析

一、噬菌体的结构和繁殖:

噬菌体（bacteriophage, phage）是病毒的一类，

结构很简单，基本上由一个蛋白质外壳包裹着一

些核酸组成的。

噬菌体的多样性来自于组成其外壳的蛋白质的种

类，以及其染色体的类型和结构的不同。

在电子显微镜下观察噬菌体有3种基本形态：蝌

蚪形、微球形和丝状；从结构来看又可分为6种

不同的类型。

噬菌体的基本形态和大小

T偶列噬菌体的结构模式图及电子显微镜照片

1、烈性噬菌体

烈性噬菌体（virulent phage）是噬菌体侵染宿主

细胞后，进入裂解途径，破坏宿主细胞原有遗传

物质，合成大量的自身遗传物质和蛋白质并组装

成子噬菌体，最后使宿主裂解，释放出数百个子

噬菌体的一类噬菌体。

烈性噬菌体在短时间内能连续完成吸附、侵入、

复制、装配和裂解这五个阶段而实现其繁殖的噬

菌体。

T4噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期

2、温和性噬菌体

温和性噬菌体（temperate phage）又称溶源性

噬菌体，使寄主细胞溶源化的噬菌体。

温和性噬菌体进入寄主细胞后，有两条不同的生

长途径：一是相当于烈性噬菌体的生长途径，噬

菌体感染细胞后，进入营养期繁殖而使细胞裂解，

即裂解反应；另一条途径是将其DNA整合到寄主

的DNA上，在寄主细胞中以潜伏形式存在，即溶

源性反应。

噬菌体P1和λ的溶原性生活周期

二、噬菌体的遗传重组分析

1、T2噬菌体的基因重组与作图

由h-r+×h+r-产生的噬菌斑类型

基因型 表现型 类型

h+r- 半透明、大，边缘清楚 亲本型

h-r+ 透明、小，边缘模糊 亲本型

h+r+ 半透明、小，边缘模糊 重组型

h-r- 透明、大，边缘清楚 重组型

h-r+和h+r-杂交产生的4种噬菌斑

%100rhrhrhrh

rhrh%100

总噬菌斑数

重组噬菌斑数重组值

h

rc

ra

rb

T2噬菌体的环状连锁图

2、λ噬菌体的基因重组与作图

凯泽（A. D. Kaiser，1955）用紫外线对λ噬菌体进行照射

处理，得到5个突变系，每一个突变系产生一种变异的噬菌

斑表型。

s系产生小噬菌斑，mi系产生微小噬菌斑，c系产生完全清

亮的噬菌斑，co1系产生除了中央一个环之外其余部分都清

亮的噬菌斑，co2系产生比co1系更浓密的中央环噬菌斑。

c、co1和co2 3个突变系的溶原性反应受到干扰，仅能进入

裂解周期，所以形成清亮的噬菌斑。野生型噬菌体的溶原性

反应正常，因而有部分溶原化的细菌不被裂解，仍旧留在噬

菌斑里，所以形成的噬菌斑是浑浊的。

类 型 数目 占总数% 重组频率（%）

亲本类型+ + + 975

1899 90.82s co1 mi 924

单交换型Ⅰs + + 30

62 2.97 √ √+ co1 mi 32

单交换型Ⅱs co1 + 61

112 5.36 √ √+ + mi 51

双交换型s + mi 5

18 0.86 √ √+ co1 + 13

合计 2091 3.76 6.16 8.2

λ噬菌体sco1mi×+++的杂交结果及分析

第三节 细菌的遗传分析

一、转化:

转化（transformation）：是指某些细菌（或其他生物

）能通过其细胞膜摄取周围供体（donor）的染色体片

段，并将此外源DNA片段通过重组整合到自己染色体组

的过程。

受体（receptor）：转化中接受供体遗传物质的一方称

为受体。

感受态（competence）：是指细胞处于能够吸收DNA

的状态。处于感受态的细胞称作感受态细胞（

competent cell）。

1、转化过程

（1）供体DNA与受体细胞间的接触与互作；

（2）转化DNA的摄取和整合：

① 结合

② 穿入

③ 联会

④ 整合

肺炎双球菌转化的主要步骤图解

2、转化和基因重组作图

外源DNA片段进入受体细胞之后，可以和受体细胞染色

体发生重组。由于DNA是以小片段的形式进入受体的，

所以当两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会同时

被转化即共转化（co-transformation），并同时整合到

受体细胞染色体上。因此，紧密连锁的基因可以通过转

化进行作图。

二、接合

细菌接合（bacterial conjugation）是指细菌通过细胞

的暂时沟通和染色体转移而导致基因重组的过程。也

就是遗传物质从供体（雄性）转移到受体（雌性）的

过程。

细菌中导致基因重组的过程还有转化和转导。这两个

过程都不需要细菌细胞的直接接触，而且基因重组的

范围更小，只限于更小的一段染色体片段和少数几个

紧密连锁的基因。

黎德伯格和塔特姆的接合（杂交）试验

戴维斯的U型管试验

1、F 因子

F因子（F factor）：为大肠杆

菌的性别决定因子。又称性因

子（sex factor），致育因子（

fertility factor）。

F因子是由DNA组成的，可以

看做是染色体外的遗传物质。

它由3个不同的区域组成，即

原点（origin）、配对区域（

pairing region）和致育基因（

fertility gene）。 环形F因子染色体的3个区域

大肠杆菌F因子的3种状态

①没有F因子，即F–；

②包含一个游离状态的F因子，即F+；

③包含一个整合到自己染色体组内的F因子，即Hfr（high

frequency recombination，高频率重组）。

两个大肠杆菌细胞接合的电子显微镜照片

大肠杆菌F+向F-转移的示意图

大肠杆菌Hfr的形成及其染色体向F-细胞的转移图解

细菌部分二倍体及其交换

受体细胞常常只接受部分

的供体染色体，这些染色

体称为供体外基因子（

exogenote），而受体的完

整染色体则称为受体内基

因子（endogenote），这

样的细菌称为部分二倍体

（partial diploid）或部

分合子（merozygote）。

A．部分二倍体；B．单数次交换产生线性染色

体；C．双交换产生有活性的重组体和片段

2、中断杂交试验与染色体作图

2、中断杂交试验与染色体作图

根据雅各布和沃尔曼的中断杂交实验作出的大肠杆菌直线连锁图

Hfr的线性连锁群的形成

3、重组作图

ade+重组的两种形式

a．重组体的基因型是lac+ ade+；

b．重组体的基因型是lac- ade+。

Hfr（lac+ ade+）×F-（lac- ade-）

的杂交实验

三、性导

F因子整合到宿主细菌染色体的过程是可逆的，当发

生环出（looping out）时，F因子又重新离开宿主细

菌的染色体。F因子在环出时偶然不够准确，而携带

有细菌染色体的一些基因，称这种F因子为F′因子。

带有F′因子的细菌称为F′菌株。

性导（sexduction）是指细菌细胞在接合时，由F′因

子所携带的外源DNA转移到细菌染色体的过程。

F′因子的形成

a．在一个Hfr菌株中F因子插入到基因lac附近；

b．F因子向外游离时错误地将lac包进去；

c．环出了一个F′因子。O是染色体转移的起始点。

四、转导

转导（transduction）：是指以噬菌体为媒介所进行的细菌遗

传物质重组的过程，是细菌遗传物质传递和交换的方式之一。

在这一过程中，细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋

白质外壳内，并通过感染而转移到另一个受体细菌内。

普遍性转导（generalized ） ：由于噬菌体携带供体染色体片

段是完全随机的，可以转导细菌染色体组的任何不同部分，因

此称为普遍性转导。

并发转导（cotransduction）：是指两个基因在一起被转导的

现象，又叫合转导。

特殊性转导（specialized transduction）：是指由温和噬菌

体进行的转导，只能转移细菌染色体基因组的某些特定基因，

又叫局限性转导（restricted transduction）。

普遍性转导过程示意图

大肠杆菌的遗传图（引自 Hartl and Jones, 2002）

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