病毒形態結構病毒是一類超顯微、含有一種核酸、專性活細胞內寄生的非細胞型微生物。電子顯微鏡下的SARS病毒艾滋病病毒一、病毒形態1.病毒形態多種多樣，基本形態為球狀、桿狀、蝌蚪狀和線狀。球狀桿狀蝌蚪狀一、病毒形態1.病毒形態多種多樣，基本形態為球狀、桿狀、蝌蚪狀和線狀。線狀埃博拉病毒一、病毒形態2.病毒個體極其微小，多在20~30nm，只有借助電子顯微鏡才能觀察。二、病毒結構（一）病毒基本結構病毒粒子主要由衣殼和核心兩部分組成。（二）病毒殼體的對稱性病毒粒子主要由衣殼和核心兩部分組成。衣殼粒排列有高度對稱性。1.螺旋對稱型一般呈桿狀或線狀，如M13、煙草花葉病毒等。煙草花葉病毒（二）病毒殼體的對稱性病毒粒子主要由衣殼和核心兩部分組成。衣殼粒排列有高度對稱性。2.二十面體對稱型衣殼粒有規律的排列成對稱的正二十面體，如腺病毒等。（二）病毒殼體的對稱性病毒粒子主要由衣殼和核心兩部分組成。衣殼粒排列有高度對稱性。3.復合對稱型既有螺旋對稱，又有二十面體對稱。如T4噬菌體等。（三）病毒的化學組成病毒的主要化學組成為核酸和蛋白質。1.核酸病毒遺傳信息的載體是核酸，一種病毒只含一種核酸，即DNA或RNA。2.蛋白質有的病毒只含一種蛋白質，如煙草花葉病毒；有的有多種蛋白質，如MS2噬菌體含4中蛋白質，流感病毒含10中蛋白質。《遺傳學》格里菲斯的肺炎鏈球菌轉化實驗肺炎鏈球菌是一種病原菌，分光滑型（S型）和粗糙型（R型）。S型的菌株產生莢膜，有毒，在人體內易導致肺炎，在小鼠體內導致敗血癥，使小鼠死亡；R型菌株不產生莢膜，無毒，在人或動物體內不會導致病害。肺炎鏈球菌顯微圖試驗一：將R型肺炎鏈球菌注入小鼠體內R型無毒注射培養一段時間后小鼠存活試驗二：將S型肺炎鏈球菌注入小鼠體內S型有毒注射培養一段時間后小鼠死亡試驗三：將S型肺炎鏈球菌滅活注入小鼠體內S型有毒注射培養一段時間后小鼠存活滅活試驗四：將S型肺炎鏈球菌滅活后和R型一起注入小鼠體內R型無毒S型有毒注射培養一段時間后小鼠死亡試驗結果：1.試驗一和試驗二說明了S型菌能使小鼠患病死亡。2.試驗三說明了只有S型活菌才能使小鼠患病死亡。3.試驗四說明小鼠體內有S型活菌出現。問題：試驗四中小鼠體內的S型活菌是如何產生的？推斷：活的R型菌轉化成了S型活菌。格里菲斯的結論：S型死菌體內有一種物質，能引起R型活菌轉化成S型菌，并稱這一現象為轉化作用。（不過格里菲斯并未說明這種轉化的物質是什么。）《遺傳學》接合細菌接合在原核生物中，接合是指遺傳物質從供體——“雄性”轉移到受體——“雌性”的過程。一、接合現象的發現和證實黎德伯格和塔特姆大腸桿菌雜交試驗：（一）材料：大腸桿菌K12菌株的兩個營養缺陷型品系A——甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-；B——蘇氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-。（二）方法將A、B混合，在基本培養基（固體）上涂布培養。（三）結果平板上長出原養型菌株（++++）。1、對試驗結果原養型菌落可能產生于：親本細菌A或B發生了回復突變；兩品系細胞通過培養基交換養料——互養作用；兩品系間發生了轉化作用；發生細胞融合，形成了異核體或雜合二倍體。2、為了驗證這些原養型菌落產生的可能而進行的研究,最終表明：這些解釋均不成立。3、回復突變可能的排除:黎德伯格和塔特姆利用的雙營養缺陷型菌株進行試驗，已基本排除A或B品系發生回復突變產生原養型細菌的可能。單基因恢復突變的頻率約為10-6；雙基因回復突變的頻率則為10-12。但試驗中產生原養型菌落產生的頻率非常高，因此基本可以排除回復突變的可能。4、互養作用及其排除:試驗材料：A品系：A-B+T1s（met-bio-thr+leu+T1s）。B品系：A-B+T1R（met-bio-thr-leu-T1R）。試驗方法：將A、B品系混合接種在基本培養基表面。短時間后噴T1殺死A品系，使其不能持續產生thr與leu供B品系持續生長。結果與結論：仍然出現原養型菌落。從而表明互養并非原養型菌落出現的原因，而可能發生了遺傳重組。5、轉化作用及其排除:把品系A的培養液經加熱滅菌，加入到B品系的培養物中，未得到原養型菌落；表明原養型菌落可能不是由轉化作用產生。戴維斯的U型管試驗（結果沒有得到原養型細菌）；試驗結論：細胞直接接觸是原養型細菌產生的必要條件。6.結合現象的發現與證實:經分析認為：在黎德伯格和塔特姆的試驗中，發生了一種不同于轉化的遺傳重組方式，稱之為接合。Hayes（1952）研究表明：大腸桿菌兩種不同菌株（品系）接合過程中遺傳物質的轉移是單向的；從而認為大腸桿菌存在兩種類型品系：雌性與雄性分別作為接合過程中遺傳物質的供體與受體。接合：遺傳物質從供體轉移到受體的重組過程。（一）F因子1、Hayes等進一步研究發現，大腸桿菌在接合中作供體的能力受細胞內一種致育因子（fertilityfactor，F因子；sexfactor，性因子）控制。2、F因子的化學本質是DNA，可以自主狀態存在于細胞質中或整合到細菌的染色體上。3、F因子可以在細菌細胞間進行轉移并傳遞遺傳物質。二、F因子及其在雜交中的行為（二）F因子存在狀態1、具有F因子的菌株可作為供體，因為F因子中有控制F性傘毛形成的基因。2、F性傘毛是由供體細胞表面伸出的一種長附屬物，當供體與受體細胞相互接合，F性傘毛就成了兩個細胞之間原生質的通道，或叫接合管。3、F+細胞的F因子由接合管向F-傳遞，使F-受體變成F+。（三）結合現象兩個E.Coli細胞雜交的電子顯微鏡照片細菌結合過程《遺傳學》細菌和病毒在遺傳研究中的優越性一、優越性1、繁殖迅速，時代周期短大腸桿菌每12.5~20min分裂1次，平均按20min分裂1次，24h后，1個細菌理論上可變成4.7X1022個，總重約4722t。一、優越性2、遺傳物質簡單細菌和病毒的遺傳物質僅僅是一個裸露的DNA或RNA分。一、優越性3、體積小，功能全細菌和病毒體積雖小，但能合成全部氨基酸和維生素，可以獲得和鑒定各種營養缺陷型，并易于管理和進行化學分析。一、優越性4、存在擬有性過程細菌可以通過轉化、接合、性導和轉導來獲得外源DNA，并通過交換而形成重組體；兩個不同的噬菌體品系同時感染一個細菌細胞時，可以在宿主細胞內發生遺傳物質的交換和重組。二、遺傳研究方向利用細菌和病毒作為實驗材料為以下研究提供了極大的方便。1、基因突變的研究研究基因突變需要觀察大量個體，細菌不僅在數量上滿足要求，而且可以用選擇培養的方法，在若干億個細菌中找出少數突變。利用選擇培養基可很容易把不同的營養缺陷型突變體篩選出來。二、遺傳研究方向2、基因互作的研究在研究基因作用時，常常需要對野生型和突變型的代謝產物進行化學分析。細菌繁殖快，代謝旺盛，對培養條件又能嚴格控制，因此極為有利。二、遺傳研究方向3、基因微細結構研究通過對大量不同座位的突變型進行重組分析，求出重組率，再根據重組率確定某一基因內的各個突變座位和相對距離。二、遺傳研究方向4、對高等生物的遺傳研究細菌和病毒結構簡單，其染色體只有一條裸露的核酸分子，易于著手研究基因作用的調控等一類復雜的遺傳問題，微生物研究對高等生物的遺傳研究有極大的啟發和推動作用。《遺傳學》細菌形態結構主要內容一二細菌形態細菌結構三細菌繁殖細菌是一類結構簡單、種類繁多、主要以二分裂繁殖、水生性較強的單細胞微生物。一、細菌形態1.細菌有桿狀、球狀和螺旋狀3種基本形態。其中以桿狀最為常見。芽孢桿菌球狀細菌幽門螺桿菌一、細菌形態2.細菌個體很小，只有在顯微鏡下才能觀察到。大多數球菌直徑0.5~2.0μm，桿菌0.5~1.0X1.0~5.0μm，不同時期的細菌大小也有差異。大腸桿菌大腸桿菌平均長度2μm，寬約0.5μm。1500個大腸桿菌頭尾相連等于1粒芝麻長。二、細菌結構1.細菌基本結構包括細胞壁、細胞膜、細胞質、原核，有的還有糖被、鞭毛、菌毛、質粒等。細菌細胞模式圖二、細菌結構2.細菌只有比較原始形態的核，稱為原核。染色體是連續環狀雙鏈DNA分子。有的細菌還存在小的環狀DNA分子，稱為質粒。質粒也是遺傳信息儲存、表達及傳遞的物質基礎。細菌染色體形狀和數目質粒類型和數目根癌土壤桿菌枯草芽孢桿菌蘇云金芽孢桿菌馬爾他布魯菌大腸桿菌苜蓿根瘤菌1個線狀（2.1Mb）和1個環狀(3.0Mb)1個環狀（4.2Mb）1個環狀（5.7Mb）2個環狀（2.1Mb+1.2Mb）1個環狀（4.6Mb）2個環狀（3.4Mb+1.7Mb）2個環狀(450kb+200kb)6個（每個＞50kb）1個環狀巨大質粒(1400kb)二、細菌結構3.質粒基因組含細菌生命非必需的基因，不同的質粒含有使細菌具有某些特殊性狀基因，能自我復制，隨宿主分裂傳遞給子代，也可以獨立于染色體而轉移，有時質粒還能攜帶一定DNA片段在細胞之間轉移。因此，質粒已經成為基因載體。三、細菌繁殖1.細菌進行無性繁殖，主要是分裂生殖，簡稱裂殖。最主要的是同等二分裂。三、細菌繁殖2.單個細菌肉眼看不到，但條件合適時，細菌會以幾何級數增長，形成大量細菌群落，稱為菌落。《遺傳學》性導性導是細菌之間的一種特殊的接合，指接合時由F′質粒所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。F′因子的整合過程是可逆的，在一定條件下，整合的DNA環出，離開染色體，形成F′因子。F因子在環出是，偶爾會攜帶染色體上的一些基因，稱為F′因子。F′因子攜帶染色體大小不定，從一個標準基因到半個染色體都有可能。（a）F因子整合在宿主染色體上。（b）F因子環出錯誤帶有宿主基因。（c）帶有宿主基因的F′因子形成。（d）F′因子與新宿主形成部分二倍體F因子突出特點：1.F′因子轉移基因的頻率極高。2.F′因子自然整合率極高。（a）F因子整合在宿主染色體上。（b）F因子環出錯誤帶有宿主基因。（c）帶有宿主基因的F′因子形成。（d）F′因子與新宿主形成部分二倍體例：將供體的lac+基因轉移到lac-受體中，形成lac+/lac-的部分二倍體，能在EMB乳糖瓊脂培養基上形成紅、白相間的菌落，這就表明這種菌落能夠利用乳糖，從而證明lac+基因對lac-基因為顯性。1.分離出大量F因子，利用不同基因通過性導進行重組分析，可以繪制大腸桿菌環狀遺傳圖。性導在大腸桿菌遺傳研究中的作用2.通過性導產生部分二倍體，確定等位基因位置間的顯隱性關系。性導在大腸桿菌遺傳研究中的作用3.性導形成的部分二倍體可用作互補測驗，確定兩個突變類型是否屬于同一個基因。性導在大腸桿菌遺傳研究中的作用《遺傳學》轉導轉導是指以噬菌體為媒介，將供體菌的部分DNA轉移到受體菌內的過程，并使受體菌得到新的性狀。轉導是細菌遺傳物質傳遞和交換的一種重要方式。其特點：以噬菌體為媒體。轉導分為普遍性轉導和局限性轉導。普遍性轉導是任何供體的染色體都可以轉移到受體細胞。局限性轉導是被轉導的DNA片段僅僅是靠近染色體上溶源化位點的基因。一、轉導現象的發現細菌雜交是在大腸桿菌中發現的，為了知道鼠傷寒沙門氏菌是否也有同樣的現象，1952年黎德伯格和他的學生津德（N.Zinder）用鼠傷寒沙門氏菌的2個突變菌株進行試驗。大腸桿菌鼠傷寒沙門氏菌鼠傷寒沙門氏菌轉導試驗用這2個菌株進行戴維斯U型管試驗時，結果意外地在U型管的一臂出現原養型。這說明原養型可以不經過細胞接觸而得到。推斷在U型管兩臂之間交流而導致原養型產生的是一種過濾性因子，后被證實是噬菌體。二、普遍性轉導普遍性轉導噬菌體包括許多溫和噬菌體和烈性噬菌體。在噬菌體感染的末期，細菌染色體被斷裂成許多小片段，在形成噬菌體顆粒時，極少數噬菌體將細菌的DNA誤認為是它們自己的DNA而包被在蛋白質外殼內，在這一過程中，無法區分這段細菌DNA的基因組成，所以細菌DNA的任何部分都可被包被，這就形成了普遍性轉導噬菌體。普遍性轉導（程羅根.2013.遺傳學）《遺傳學》轉化一、轉化概念轉化是指某些細菌（或其他生物）能通過其細胞膜攝取周圍供體的染色體片段，并將此外源DNA片段通過重組整合到自己染色體組的過程。只有當整合的DNA片段產生新的表現型時，才能測知轉化的發生。轉化中接受供體遺傳物質的稱為受體。大部分的轉化工作是用肺炎雙球菌、枯草桿菌和流感嗜血桿菌進行的。二、細菌轉化實驗1.野生型肺炎雙球菌的菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成。莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；不同抗原型是遺傳的、不穩定的，一般情況下不發生互變。莢膜菌落毒性類型光滑型S發達光滑有Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ粗糙型R無粗糙無Ⅰ，Ⅱ2、Griffith轉化研究Griffith認為：有毒死細菌中的某種物質轉移到無毒活細菌中，并使之具有毒性，導致小家鼠死亡。他將這種細菌遺傳類型的轉變稱為轉化，并將引起轉化的物質稱為轉化因子。將加熱殺死的SⅢ細菌與無毒RⅡ細菌混合培養，然后注入小家鼠體內，同樣導致家鼠死亡。表明：細菌在培養條件下也能夠實現遺傳物質的定向轉化。2、Griffith轉化研究3、Avery等的轉化試驗試驗結果表明：來源于加熱殺死的SⅢ細菌，并使RⅡ細菌轉化成為SⅢ型細菌的轉化因子是DNA。Avery等人的試驗也表明：決定細菌遺傳類型的物質是DNA，即證明了DNA就是遺傳物質。3、Avery等的轉化試驗三、轉化過程（一）自然轉化自然轉化一般分為3個階