细菌的突变

  遗传型变异中常见的一种为突变（Mutation)，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。细菌的自然突变率与其生物的自然突变相同，每106～108次细胞分裂发生一次。由于细菌每20～30分钟分裂一代，故突变株相对较多。当突变发生在DNA一对或少数几对碱基引起改变时，称为点突变。这类突变涉及碱基对的置换、增加或缺失。另一种类型的突变涉及大段DNA的改变如插入或缺失几百个碱基对，称为染色体畸变。在细菌中点突变较多见，但在大肠杆菌的染色体中曾发现有800～1400碱基对的插入，称为插入顺序(Insertion sequences)。

　　一、突变与选择

　　由于细菌的突变所发生的表型变异必须在一定外界环境下才表现出来，因此对外界环境在突变中的作用曾发生过争议。曾有学者认为细菌与其他生物一样，需经过突变与外界环境条件选择而出现突变株；然而也有学者认为细菌生长繁殖迅速，外界环境可直接作用诱导出变异株。这一争论直到1943年Luria与Delbruck进行了有名的变异试验(Fluctuation test)后才初步获得解决。变异试验是根据统计学原理设计的（图5-1)。将一瓶对大肠杆菌噬菌体T1敏感的细菌培养后，稀释至1，000细菌/ml,分别分至两套试管系列。一套仅将细菌接种至一支大管培养基中，经一段时间培养后，分别接种于数个平板。在平板中加入噬菌体，（如果出现耐噬菌体裂解的突变细菌株则在该平板上应出现菌落)以筛选耐噬菌体的突变株菌落。另一套试验为将细菌分别接种于数支小试管的培养基，经过一段时间后自每支试管吸取菌液各涂布接种一个加入噬菌体的平板，然后计数发生的突变耐噬菌体菌株菌落数。如果出现耐噬菌体菌株是因接触噬体而诱导产生的，两套平权上出现的耐噬菌体菌株菌落数。如果出耐噬菌体菌株是接触噬体而诱导产生的，两套平权上出现的噬菌体菌落数应大体相等。如果系细菌自发突变则两套平板上的耐噬菌体菌落数应有显著不同，因为在后一情况下，细菌分别在各支试管中各自在生长繁殖周期或早或迟可发生突变。突变发生早的突变株繁殖后出现的子代数必然多于突变株发生晚者，因此各平板上的菌落有的很多，有的则缺如。实验结果证明两套平板上耐噬菌体菌落数差异很大，从万里证实细菌已自身发生为，而外界是条件仅起选择作用。

图5-1 细菌的变异试验

　　然而，仍有学者对上述实验的统计学意义特异议。1952年Lederberg设计了影印培养(Replica plating)（见图5-2)，这一试验证明细菌耐药突变不是由抗菌药物诱导师产生，而在未接触抗菌药物前已产生耐药突变。其方法为将对链霉素敏感的大肠杆菌大量接种于营养琼脂平板上，培养后细菌在培养基上均匀的长出菌苔层，然后用灭菌的丝绒复盖在一块与平皿同样大小的木块上轻轻影印，使细菌菌落全部转移到丝绒面上。另取含有链霉素的琼脂培养平板，将丝绒面再印在其上，从而获得与原始平板完全相同的复制平板。将此平板培养，耐药的菌落出现后，通过比较，可从原始平板的相应部位刮取菌苔转种至液体培养基中，增菌后，重复制备原始平板与影印平板。经过数次重复后，则可获得一株完全没有接触过链霉素的高度耐链毒素的突变株，表现为原始平板上全部菌落与含链霉素平板上的菌落吻合。这一实验雄辩地证明了链霉素仅起选择作用。