（一）細(xì)菌結(jié)合（bacterial conjugation）

通過(guò)供體菌和受體菌完整細(xì)胞間性菌毛的直接接觸而傳遞大段DNA的過(guò)程稱為接合（bacterial conjugation）。在細(xì)菌中，接合現(xiàn)象研究得最清楚的是大腸桿菌。大腸桿菌有性別分化，決定它們性別的因子稱為F因子（致育因子），這是一種在染色體外的質(zhì)粒。它具有自主地與染色體進(jìn)行同步復(fù)制和轉(zhuǎn)移到其他細(xì)胞中去的能力，此外還帶有一些對(duì)其生命活動(dòng)關(guān)系較小的基因。每一個(gè)細(xì)胞含有1～4個(gè)F因子。F因子轉(zhuǎn)移和在受體細(xì)胞中的復(fù)制見(jiàn)圖6-12所示。

圖6-12 細(xì)菌性菌毛接觸（a）、供體菌DNA向受體菌轉(zhuǎn)移（b）和進(jìn)入受體菌的方式與復(fù)制（c）

（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）

通過(guò)缺陷型噬菌體的媒介，把供體細(xì)胞的DNA片斷攜帶到受體細(xì)胞中，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)又分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)兩類。

1.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction）

噬菌體可誤包供體菌中的任何基因，并使受體菌實(shí)現(xiàn)各種性狀的轉(zhuǎn)導(dǎo)，稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)又可分為以下兩種：

（1）完全轉(zhuǎn)導(dǎo)（complete transduction） 在鼠傷寒沙門氏菌的完全轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中，曾以其野生型菌株作供體菌，營(yíng)養(yǎng)缺陷型為受體菌，P22噬菌體作為轉(zhuǎn)導(dǎo)媒介。當(dāng)P22噬菌體在供體菌內(nèi)發(fā)育時(shí)，宿主的染色體組斷裂，待噬菌體成熟之際，極少數(shù)（10－6～10－8）噬菌體將與噬菌體頭部DNA芯子相仿的供體菌DNA片段誤包入其中，因而形成了完全不含噬菌體本身DNA的假噬菌體。當(dāng)供體菌裂解時(shí)，如把少量裂解物與大量的受體菌群相混，這種誤包著供體菌基因的特殊噬菌體就將這一外來(lái)DNA片段導(dǎo)入受體菌內(nèi)。由于一個(gè)細(xì)胞只感染一個(gè)完全缺陷的噬菌體（轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體），故受體細(xì)胞不會(huì)發(fā)生溶原化，更不會(huì)裂解。又由于導(dǎo)入的供體DNA片段可與受體染色體上的同源區(qū)段配對(duì)，再通過(guò)雙交換而重組到受體菌染色體上，所以就形成了遺傳性穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）。

（2）流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortive transduction） 但實(shí)際上往往由于轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體所引入的野生型基因并沒(méi)有整合到受體細(xì)菌的染色體上，因而它不能復(fù)制，當(dāng)受體細(xì)菌分裂成為兩個(gè)時(shí)，只有一個(gè)細(xì)菌獲得了這一基因，而另一個(gè)細(xì)菌則并沒(méi)有獲得這一基因，這個(gè)仍然是一個(gè)營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)菌。但由于它仍含有供體細(xì)胞的酶，故還能分裂幾次，最后產(chǎn)生若干個(gè)不能在基本培養(yǎng)基上繼續(xù)分裂的細(xì)菌，可形成微小菌落。在研究通過(guò)P22噬菌體的沙門氏菌轉(zhuǎn)導(dǎo)中曾發(fā)現(xiàn)到這種流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。即在營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的轉(zhuǎn)導(dǎo)中，發(fā)現(xiàn)在基本培養(yǎng)基上除了正常大小的菌落以外，還有數(shù)目大約10倍于正常菌落的微小菌落。

2.局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted transduction）

通過(guò)某些部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，稱為局限轉(zhuǎn)導(dǎo)。當(dāng)溫和噬菌體感染受體后，其染色體會(huì)整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上，從而使宿主細(xì)胞發(fā)生溶原化。如果該溶原菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在前噬菌體插入位點(diǎn)兩側(cè)的少數(shù)宿主基因，如大腸桿菌的λ原噬菌體兩側(cè)為gal基因（半乳糖基因）和bio基因（生物素基因），會(huì)因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上（圖6-13）。這樣就產(chǎn)生一種缺陷噬菌體，它們除含大部分自身的DNA外，缺失的基因被幾個(gè)原來(lái)位于前噬菌體整合位點(diǎn)附近的宿主基因所取代。

圖6-13 正常λ噬菌體和具有局限轉(zhuǎn)導(dǎo)能力的缺陷型λ噬菌體的產(chǎn)生機(jī)制

gal：半乳糖基因 bio：生物素基因λdgal或λdg：帶有半乳糖基因的缺陷λ噬菌體；λdbio：帶有生物素基因的缺陷λ噬菌體

局限轉(zhuǎn)導(dǎo)根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率的高低又可分為低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)和高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。

（三）轉(zhuǎn)化（transformation）

受體菌接受供體菌的DNA片斷，經(jīng)過(guò)交換將它組合到自己的基因組中，從而獲得了供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。

兩個(gè)菌種和菌株間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，與它們?cè)谶M(jìn)化過(guò)程中的親緣關(guān)系有密切聯(lián)系。但即使在轉(zhuǎn)化率極高的那些種中，其不同菌株間也不一定都可發(fā)生轉(zhuǎn)化。受體菌最易接受外源DNA片斷并進(jìn)行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)，稱為感受態(tài)（competence）。處于感受態(tài)的細(xì)胞，其吸收DNA的能力有時(shí)可比一般細(xì)胞大100倍。感受態(tài)的出現(xiàn)受該菌的遺傳性、菌齡、生理狀態(tài)和培養(yǎng)條件等的影響。肺炎雙球菌的感受態(tài)在指數(shù)期后期出現(xiàn)，而芽孢桿菌則出現(xiàn)在指數(shù)生長(zhǎng)期末及穩(wěn)定期。感受態(tài)可以誘導(dǎo)產(chǎn)生，常用的誘導(dǎo)方法是把培養(yǎng)在營(yíng)養(yǎng)豐富的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到營(yíng)養(yǎng)貧乏的培養(yǎng)液中。在肺炎雙球菌和枯草桿菌中都發(fā)現(xiàn)感受態(tài)的出現(xiàn)伴隨著細(xì)胞表面新的蛋白質(zhì)成分的出現(xiàn)，這種蛋白質(zhì)被稱為感受態(tài)因子（competence factor），把感受態(tài)因子加到不處在感受態(tài)的同種細(xì)菌培養(yǎng)物中，可以使細(xì)菌轉(zhuǎn)變成處于感受態(tài)。

每一個(gè)轉(zhuǎn)化因子（即為DNA片斷）的相對(duì)分子質(zhì)量都小于1×107Da，平均約含15個(gè)基因。每個(gè)感受態(tài)細(xì)胞約可摻入10個(gè)轉(zhuǎn)化因子。轉(zhuǎn)化的頻率很低，一般只有0.1％ ～1％ 。據(jù)研究，呈質(zhì)粒形式的轉(zhuǎn)化因子的轉(zhuǎn)化率最高。轉(zhuǎn)化因子一般都是線狀雙鏈DNA，少數(shù)為線狀單鏈DNA。

革蘭氏陽(yáng)性肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化過(guò)程大體如下：① 雙鏈DNA片斷與感受態(tài)受體菌的細(xì)胞表面特定位點(diǎn)結(jié)合；② 在結(jié)合位點(diǎn)上的DNA發(fā)生酶促分解，形成平均相對(duì)分子質(zhì)量為（4～5） ×106Da的DNA片斷；③ DNA雙鏈中的一條單鏈逐步降解，同時(shí)另一條單鏈逐步進(jìn)入細(xì)胞；④ 轉(zhuǎn)化DNA單鏈與受體菌染色體組上的同源區(qū)段配對(duì)，接著受體染色體組的相應(yīng)單鏈片斷被切除，并被外來(lái)的單鏈DNA所交換和取代，于是形成了雜種DNA區(qū)段；⑤ 受體菌染色體組進(jìn)行復(fù)制，雜合區(qū)段分離成兩個(gè)，其中之一類似于供體菌，另一類似于受體菌。當(dāng)細(xì)胞分裂后，此染色體分離形成了一個(gè)轉(zhuǎn)化子。