一、微生物的遺傳與變異
（一）微生物的遺傳與變異概述
遺傳與變異是生物的最基本特征之一。遺傳性是指親代傳遞給子代的一套實現與其相同性狀的遺傳信息，當子代個體生活在合適的環境中時，這種信息(可能性)轉化為具體的性狀(現實性)，實現生物的遺傳，遺傳性是相對穩定的。
在各種因素的作用下，任何生物總有少數個體其遺傳物質會發生某些改變(即遺傳性發生改變)而引起某些性狀發生改變，這種現象稱為變異。生物的這種特性稱為變異性。遺傳和變異是相互關聯的，沒有遺傳就無所謂變異，沒有變異就無所謂遺傳，假如任何生物的上一代與下一代之間在形態、生理上沒有一定的關係，就是說沒有遺傳，也就是說生物沒有連續性，那當然就說不上變異。反之，若生物沒有變異，生物都是完全一樣的，那也就不存在什麼遺傳了。正是由於遺傳和變異相互滲透，才使生物不斷進化，產生了不同形態和生理狀態的形形色色的生物。一些短期內看來是遺傳的性狀，從長遠看，也會發生變異，相反因發生了變異而產生的新的形態或生理性狀也會在一定時間內以相對穩定的狀態遺傳下去。因此，可以說遺傳是變異基礎上的遺傳，變異是遺傳基礎上的變異。
在遺傳、變異的本質方麵，微生物與其他生物是一樣的，但由於微生物的繁殖速度快，且其個體多為單細胞或簡單多細胞，所以易發生變異。
這裏需要指出的是變異不同於表型的改變。我們知道遺傳型完全相同的個體在不同環境條件下會導致不同的表型，這種不同的表型不屬於變異，是不能遺傳的，而變異是可遺傳的。如黏質賽氏杆菌在較低的溫度(25℃)下培養時會產生深紅色的靈杆菌素，可是在37℃培養時，它們的產色素的特性被抑製，如果重新降低溫度培養，其產色素特性恢複，這就是表型的改變；相反，黏質賽氏杆菌的產色素特性有時也會因發生遺傳性變異而失去，並且會遺傳給後代。
（二）遺傳變異的物質基礎
核酸是一切生物遺傳變異的物質基礎。核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，絕大多數生物的遺傳物質是DNA，隻有少數病毒的遺傳物質是RNA。
DNA是大分子化合物，相對分子質量在106～1012，一般是由兩條成對的多核苷酸鏈組成，有些噬菌體的DNA分子是單鏈的，每條鏈都由許多脫氧核苷酸殘基連接而成。脫氧核苷酸由堿基、脫氧核糖和磷酸組成，其中堿基有四種：腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶（T）。
DNA的兩條鏈呈方向相反、互相配對的雙螺旋結構。其中一條鏈的堿基與另一條鏈的堿基配對，配對嚴格按照A與T、G與C相配的原則，因此DNA的兩條鏈是互補的，不同DNA分子中，四種堿基的排列組合及堿基對的多少不同。生物的遺傳信息反映在DNA分子的堿基排列順序中。具體來說，DNA分子中含有許多基因，包括結構基因(決定某種蛋白質分子結構的一段相應的DNA片段)和調節基因(也是DNA的一小段，控製結構基因的活動)，一般細菌DNA分子含5000～10000個基因。
（三）微生物的變異
特定的微生物菌種其DNA的堿基順序是一定的，或者說同種的不同個體的相應基因的堿基順序是一樣的，並將穩定地遺傳下去。如果在DNA複製或其他情況下，DNA(或基因)的某個部位的堿基被另一種堿基所取代，或者缺失或者增加，從而改變了整個DNA分子(或基因)的堿基順序和(或)其長短，那麼相應的基因就可能缺失或改變，其決定的性狀就改變了，即發生了變異，有的可能不能生存。通過基因重組也會產生新的變異菌種。
1.變異的類型
(1)形態結構變異型即個體形態結構或菌落形態改變的變異類型，如細菌的鞭毛、芽孢或莢膜的有無，放線菌或真菌產孢子情況及孢子顏色的變異，菌落的光滑或粗糙、顏色等變異。
(2)致死變異由於變異而造成個體死亡的變異類型。
(3)條件致死變異型在一些條件下致死，而在另一些條件下不致死的變異型。如溫度敏感變異型，它們在親代能生長的溫度範圍內不能生長，必須在較低的溫度下才能生長，其原因往往是它們體內某些酶蛋白的肽鏈中更換了幾個氨基酸而降低了它們的抗熱性。
(4)營養缺陷型某種微生物經變異後，由於代謝過程中某種酶喪失而成為必需添加某種營養成分才能正常生長的變異類型。
(5)抗藥性變異型這種變異型很容易分離，一般隻需在培養基平板上塗上大量的菌體，經培養後，即可獲得抗性菌落了。
(6)抗原性變異型如傷寒杆菌在人工培養基上多次移種之後其表麵抗原(Vi抗原)即可消失。
(7)毒力的變異活疫苗即是由毒力降低或失去但仍保持抗原性的病原體變異型製成的，這類疫苗有炭疽、牛痘、脊髓灰質炎、麻疹等，如炭疽杆菌於43～44℃溫度下培養15d後即獲得毒性減弱的炭疽杆菌。
(8)其他變異型如糖發酵能力的變異、代謝產物的變異等。
2.變異的原因
（1）自發突變某些微生物在沒有人工參與下所發生的那些變異稱為自發突變。實際上這種類型的突變並不是沒有原因，而是人們還沒有很好的認識。
（2）誘發突變有些外界的物理因素或化學因素可顯著提高變異的頻率，這種有明顯外界因素作用的變異稱為誘發突變(誘變)，具誘變作用的那些因素稱為誘變劑。
常見的物理誘變因素有：紫外線、X射線、γ射線、α射線、β射線等。
常見的化學誘變劑有：①堿基類似物，如5-溴尿嘧啶(與胸腺嘧啶相似)，DNA複製時，若缺少胸腺嘧啶，5-溴尿嘧啶就能滲入到DNA中。②烷化劑，可使堿基特別是G發生烷化，從而使G-C堿基對變為A-T堿基對，或相反。③亞硝酸，可使A-T與G-C互換。④吖啶，通過插入可引起移碼突變。⑤其他誘變劑：如抗生素、殺菌劑等。
3．基因重組
通過雜交、轉導、轉化等手段也可引起微生物遺傳性狀發生變異，這些手段統稱為基因重組。下麵介紹有關的幾個概念。
（1）基因重組是把一個個體細胞的遺傳基因轉移到另一個遺傳性狀不同的個體細胞中，並使之發生遺傳性變異的過程。通過基因重組可產生新的遺傳型個體。
（2）雜交即兩個不同遺傳性狀的細胞融合在一起，這樣產生的新的細胞具有新的遺傳組成。少數微生物如黴菌、酵母能進行有性繁殖的雜交，細菌中也發現有有性雜交，如大腸杆菌。
（3）轉化即受體細胞直接吸收來自供體細胞的DNA片段，並把它整合到自己的基因組中，從而獲得供體細胞部分遺傳性狀的現象。如S型肺炎雙球菌其外表有一層黏性莢膜，能形成光滑型的菌落，具有致病能力。R型肺炎雙球菌是肺炎雙球菌的變異株，其外表沒有莢膜，形成的菌落表麵粗糙，無致病能力。把加熱殺死的S型菌加入到沒有莢膜的R型菌的培養基中，結果使原來無莢膜的R型菌轉化成有莢膜的S型菌，而且具有莢膜這種性狀可以繼續遺傳下去。