細菌的突變

  遺傳型變異中常見的一種為突變（Mutation)，即細菌的基因結構發生偶然的改變。一般突變會導致所編碼蛋白質的改變，從而使細菌出現新的特性或失去原有的某些特性。細菌的自然突變率與其生物的自然突變相同，每106～108次細胞分裂發生一次。由于細菌每20～30分鐘分裂一代，故突變株相對較多。當突變發生在DNA一對或少數幾對堿基引起改變時，稱為點突變。這類突變涉及堿基對的置換、增加或缺失。另一種類型的突變涉及大段DNA的改變如插入或缺失幾百個堿基對，稱為染色體畸變。在細菌中點突變較多見，但在大腸桿菌的染色體中曾發現有800～1400堿基對的插入，稱為插入順序(Insertion sequences)。

　　一、突變與選擇

　　由于細菌的突變所發生的表型變異必須在一定外界環境下才表現出來，因此對外界環境在突變中的作用曾發生過爭議。曾有學者認為細菌與其他生物一樣，需經過突變與外界環境條件選擇而出現突變株；然而也有學者認為細菌生長繁殖迅速，外界環境可直接作用誘導出變異株。這一爭論直到1943年Luria與Delbruck進行了有名的變異試驗(Fluctuation test)后才初步獲得解決。變異試驗是根據統計學原理設計的（圖5-1)。將一瓶對大腸桿菌噬菌體T1敏感的細菌培養后，稀釋至1，000細菌/ml,分別分至兩套試管系列。一套僅將細菌接種至一支大管培養基中，經一段時間培養后，分別接種于數個平板。在平板中加入噬菌體，（如果出現耐噬菌體裂解的突變細菌株則在該平板上應出現菌落)以篩選耐噬菌體的突變株菌落。另一套試驗為將細菌分別接種于數支小試管的培養基，經過一段時間后自每支試管吸取菌液各涂布接種一個加入噬菌體的平板，然后計數發生的突變耐噬菌體菌株菌落數。如果出現耐噬菌體菌株是因接觸噬體而誘導產生的，兩套平權上出現的耐噬菌體菌株菌落數。如果出耐噬菌體菌株是接觸噬體而誘導產生的，兩套平權上出現的噬菌體菌落數應大體相等。如果系細菌自發突變則兩套平板上的耐噬菌體菌落數應有顯著不同，因為在后一情況下，細菌分別在各支試管中各自在生長繁殖周期或早或遲可發生突變。突變發生早的突變株繁殖后出現的子代數必然多于突變株發生晚者，因此各平板上的菌落有的很多，有的則缺如。實驗結果證明兩套平板上耐噬菌體菌落數差異很大，從萬里證實細菌已自身發生為，而外界是條件僅起選擇作用。

圖5-1 細菌的變異試驗

　　然而，仍有學者對上述實驗的統計學意義特異議。1952年Lederberg設計了影印培養(Replica plating)（見圖5-2)，這一試驗證明細菌耐藥突變不是由抗菌藥物誘導師產生，而在未接觸抗菌藥物前已產生耐藥突變。其方法為將對鏈霉素敏感的大腸桿菌大量接種于營養瓊脂平板上，培養后細菌在培養基上均勻的長出菌苔層，然后用滅菌的絲絨復蓋在一塊與平皿同樣大小的木塊上輕輕影印，使細菌菌落全部轉移到絲絨面上。另取含有鏈霉素的瓊脂培養平板，將絲絨面再印在其上，從而獲得與原始平板完全相同的復制平板。將此平板培養，耐藥的菌落出現后，通過比較，可從原始平板的相應部位刮取菌苔轉種至液體培養基中，增菌后，重復制備原始平板與影印平板。經過數次重復后，則可獲得一株完全沒有接觸過鏈霉素的高度耐鏈毒素的突變株，表現為原始平板上全部菌落與含鏈霉素平板上的菌落吻合。這一實驗雄辯地證明了鏈霉素僅起選擇作用。