用碱或去垢剂可使烟草花叶病毒粒子降解成蛋白南和RNA两部分。在电子显微镜下可见其有正常直径的杆状片段，片段中间为线状体所连(图3-16)，这一线状体就是嵌在蛋白质中的RNA。在的适宜的温度和离子强度下。这些因降解而产生的衣壳粒又可自发地重新组装成棒状的衣壳，与完整的病毒粒子衣壳不能区别。由于不含核酸，故无感染力。如果衣壳粒重新装配时有核酸存在，同样能引起烟草花叶病。
(三) 有囊膜的病毒粒子
有些病毒粒子核衣壳外有一层松散的囊膜包围。核衣壳有的为廿面体，有的呈螺旋状体，由于囊膜并不坚韧，其中所包的核衣壳可呈多种形态，但一般近球形。如单纯疱疹病毒就是有囊膜的廿面体病毒。粘病毒也有囊膜，螺旋状核衣壳盘绕存在于囊膜内(图3-17)。流感同流感病毒一样，粘病毒囊膜表面也有呈放射状排列的糖蛋白刺突(囊膜突起)。这些刺突有的是病毒的凝血素(能凝集红细胞)，用于起动病毒感染过程，具有诱生免疫保护作用以及中和抗体的能力。有的具有神经氨酸酶(neuraminidase)的活力，可促使病毒从宿主细胞上释放。
(四) 结构与对称较复杂的类型
这一类型都是些结构复杂的病毒
一类是痘病毒(poxviurs)。它是病毒中体积最大、结构最复杂的脊椎动物病毒。在光学显微镜下勉强可见，多数呈砖形，有的卵圆或扁平柱状。在电子显微镜下不具明显的衣壳，但在病毒核髓外有较复杂的脂蛋白外膜包围。最外层是双层的囊膜，囊膜围绕一层可溶性的蛋白质抗原；紧贴此层抗原的镶嵌着管状突出物的脂蛋白内膜。病毒粒子最内部是致密而呈哑铃状的DNA核心，核心内含有蛋白质和全部或大部分病毒DNA分子，在核心两侧各有一性质不明的侧体(lateral body)图(3-19)。
另一类是弹状病毒(rhabdovirus)。因病毒粒子外形呈子弹状或杆状而得名。囊膜表面呈现横的条纹，核衣壳为螺旋对称。如水疱性口膜炎病毒(vesicular stomatitis virus) (图3-20)，狂犬病毒(rabies virus)(图3-21)等。其形态特殊，长圆形，犹如枪弹的弹头。核酸为单链RNA，衣壳粒以螺旋对称排列围绕着核酸，外包脂蛋白质囊膜，膜上亦有红血蛋白质凝集性质的刺突。
第四节 噬 菌 体
噬菌体(phage)是侵染细菌、放线菌等细胞型微生物的病毒。广泛分布于自然界。1915年英国人陶尔特(Twort)在培养葡萄球菌时，发现菌落上出现了透明斑。用接种针接触透明斑后再接触另一菌落上，不久，被接触的部分又出现了透明斑。1917年，法国人第赫兰尔(d'Herelle)在巴斯研究所也观察到，痢疾杆菌的新鲜液体培养物能被加入的某种污水的无细菌滤液所溶解，混浊的培养物变清了。若将此澄清液再行过滤，并加到另一敏感菌株的新鲜培养物中，结果同样变清。以上现象，被称为 陶尔特-第赫兰尔现象。第赫兰尔将该溶菌因子命名为噬菌体。1938年以后，人们对其进行了大量研究，而且主要集中于大肠杆菌T-系噬菌体，获得了很多有关深入研究病毒复制增殖、生物合成、基因表达、颗粒装配、感染性以其他活性等问题，噬菌体却是一个很方便的模型和独特的工具，因为它是一个单细胞的宿主和很简单的寄生物。本节将重点对大肠杆菌体的形态学、繁殖过程等问题进行较详细的讨论。
一、噬菌体的形态结构
与其他病毒一样，噬菌体除有其特异性宿主外，并无显著区别。它们都是由蛋白质和核酸组成。核酸以单链或双链分子组成环状或丝状，病毒粒子外壳有不同形状和大小。基本形态为蝌蚪形、微球形和丝状三种。
T-系噬菌体是研究得最广泛而又较深入的细菌噬菌体。并对它们进行了从T1-T7的编号(按发现的先后秩序编号，即Type 1，2，3，4，5，6，7)。后来发现，其中偶数者的结构和化学组成相同，故统称偶数(even)噬菌体，这类噬菌体呈蝌蚪形。
上述6类噬菌体，具有两项很重要的一条核酸共同特点：一是它们的化学组成只包含蛋白质和核酸；二是所有的病毒粒子只含有一条核酸分子。近年又发现了一类含有脂肪的噬菌体，其中一种( 6)还含有三条双链RNA。
现以大肠杆菌T4噬菌体(E.coli T4)为例，介绍一下蝌蚪形噬菌体的结构。T4的结构与对称性均较复杂。它们除具廿面体的蛋白质衣壳组成的头部外，还有一个螺旋对称的尾部。在头部蛋白质外壳内，一条长50微米的DNA分子折叠盘绕其中。尾部则由不同于头部的蛋白质组成，其外包围有可收缩的尾鞘，中间为一空髓，即尾髓。有的噬菌体的尾部还有颈环、尾丝、基板和刺突(图3-28和图3-29)。
二、噬菌的繁殖
根据噬菌菌与宿主细胞的关系可分为烈(毒)性噬菌体和温和噬菌体两类。烈性噬菌体进入菌体后就会改变宿主的性质，使之成为制造噬菌体的"工厂"，大量产生新的噬菌体，最后导致菌体裂解死亡。温和噬菌体进入菌体后，因生长条件不同，可具有两条截然不同的、可选择的生长途径。一条是与烈性噬菌体相同的生长路线，引起宿主细胞裂解死亡；另一条是将其核整合到细菌染色上，该细菌细胞继续生长繁殖，并被溶原化。下面将分别讨论二者的生长规律。
(一)噬菌体的繁殖过程
1.吸附 与其他病毒一样，噬菌体对宿主细胞的吸附也是高度的特异性。
2.侵入 噬菌体侵入方式较其他病毒复杂。E.coli T4噬菌体以其尾部吸附到敏感菌表面后，将尾丝展开，通过尾部刺突固着细胞上。尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生一小孔，然后尾鞘收缩，将头部的核酸通过中空的尾髓压入细胞内，而蛋白质外壳则留在细胞外。
尾鞘并非病毒侵入所必不可少。有些噬菌体没有尾鞘，也不收缩，仍能将核酥注入细胞。甚至小的丝状噬菌体M13，也是将DNA注入细胞，而留下90%的蛋白质在细胞外。另有丝状噬菌体f1和fd，是具单链DNA的雄性噬菌体，它们只侵入雄性菌株，通过雄性菌株的性散毛，将其DNA输入菌体，而在细菌相互接合时，噬菌体的DNA又可通过雄性菌株的性散毛传给雌性细菌。即使人工方法分离得到的裸露DNA，也可穿过细菌球形体。不过，尾鞘的收缩性可明显提高噬菌体核酸注入的速率。如T2 噬菌体的核酸注入速率就比M13的快100倍左右。此外，噬菌体的尾鞘中还含有ATP和ATP酶，后者在使ATP转变为ADP时，提供可利用的能量。
3.复制 噬菌体DNA注入细菌细胞后，因种类不同而表现出两种情况：一种是DNA进入宿主细胞后，细菌的细胞核立即破坏，细菌的合成作用停止。而以噬菌体DNA的一部分为模板，由宿主RNA聚合酶所催化，首先产生噬菌体的mRNA。再利用宿主的核糖体，通过mRNA来形成复制噬菌体DNA所需的酶类。T偶数噬菌体这时差不多要形成十几种酶，包括DNA水解酶，以摧毁宿主细胞DNA；另一些噬菌体的DNA侵入宿主后，需要依赖宿主细胞供给某些酶类，因而它并不摧毁宿主细胞的DNA，使其能继续合成某些蛋白质。
4.装配与和释放 前面讲过，病毒的核酸与蛋白质是分开合成的。由合成好的核酸与蛋白质合成完整的病毒粒子。例如大肠杆菌T4噬菌体，当分开合成的噬菌体DNA、头部蛋白质亚单位、尾鞘、尾髓、基板、尾丝等部件完成后，于是，DNA收缩聚集，被头部外壳蛋白质包围，形成廿面体的噬菌体头部。尾部部件也装配起来，再与头部连接，最后装上尾丝，整个噬菌体装配完毕，成为新的子代噬菌体。
图 3-36 噬菌体粒子的成熟过程
成熟的噬菌体粒子，除M13等少数噬菌体外，均借宿主细胞裂解而释入。细菌裂解导致一种肉眼可见的培养物溶解。另外，丝状噬菌体fd成熟后并不破坏细胞壁，而是从宿主细胞中钻出来，细菌细胞仍可继续生长。释放出的新的子代噬菌体粒子，在适宜条件下便能重复上述过程。噬菌体复制全过程，见图3-37。
(三)溶源性
溶源性是温和噬菌体侵入宿主细菌细胞后产生的一种特性。
当温和噬菌体侵入宿主细菌细胞以后，其DNA随宿主细胞DNA的复制而复制，但噬菌体的蛋白质不能合成，宿主细胞也不裂解，继续进行正常的分裂繁殖，在偶尔情况下，某一代其中有一个宿主细胞发生裂解释放出新的子代噬菌体，而在这许多代不发生裂解的宿主细胞中又检查不到噬菌体的存在，但它们却具有产生成熟噬菌体粒子的潜在能力。人们把温和噬菌体侵入宿主细菌细胞所引起的这种特性叫做溶源性(lysogeny)。含有温和噬菌体的DNA而又找不到形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌叫溶源性细菌或溶源化细胞(lysogeniccell)。附着或整合在溶源性细菌染色体上的温和噬菌体的核酸称为原噬菌体(prophage)或前噬菌体。
1.溶源性是溶源性细菌的一个极其稳定的遗传特性每个溶源性细胞的染色体上，都含有一个非感染性核酸结构--原噬菌体，它作为细菌遗传结构的一部分，随着细菌的生长繁殖而复制，将它传递给每个子代细菌，这些子代细菌均具溶源性。
2.自发裂解 在没有任何外来噬菌体感染的情况下，极少数溶源细胞中的原噬菌体偶尔也可恢复活动，进行大量复制，成为营养噬菌体核酸，并接着成熟为噬菌体粒子，引起宿主细胞裂解，这种现象称为溶源性细菌的自发裂解，也就是说，极少数溶源性细菌中的温和噬菌体核酸变成了烈性噬菌体。不过这种自发裂解的频率很低，例如大肠杆菌溶源性品系，每10 2-10 5个溶源性细菌中才有一细菌的原噬菌体脱离细菌染色体进入营养期繁殖，导致细菌细胞裂解释放出新的子代噬菌体粒子，这些噬菌体粒子又可感染敏感细菌，使这仍具溶源性。由于此过程出现频率很低，故溶源性细菌培养物中只有少量游离的噬菌体存在。
3.诱发裂解 用某些适量的理化因子，如H2O2、紫外线、X-射线、氮芥子气、乙酰亚胺、丝裂霉素C等处理溶源性细菌，能导致原噬菌体活化，产生具有感染力的噬菌体粒子，结果使整个细胞裂解并释放出大量噬菌体粒子。
4.具"免疫性"即溶源性细菌对其本身产生的噬菌体或外来的同源(相关)噬菌体不敏感，这些噬菌体虽可进入溶源性细菌，但不能增殖，也不导致溶源性细胞裂解。溶源性细菌这种不敏感的特性叫"免疫性"。例如含有λ原噬菌体的溶源性细胞，对于λ噬菌体的毒性突变株有免疫性。或者说，毒性突变对非溶源性细胞有毒性，对溶源性宿主细胞(含λ噬菌体DNA)却没有毒性。其他温和噬菌体对其毒性突变株的免疫关系也是如此。
5.溶源性细菌的复愈 溶源性细胞有时消失了其中的噬菌体，变成非深源细胞。这时，它既不发生自发裂解现象，也不发生诱发裂解现象，称为溶源细胞的复愈或非溶源化。
6.溶源性细菌还可获得一些新的生理特性，如白喉杆菌，只有在含有特定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。
上述某些特性，往往给发酵生产带来潜在危险，造成经济损失。因为在溶源性细菌培养物中虽有少量的游离噬菌体存在，但并不引起同源菌株细胞裂解，故不易被人查见。那么，如何测定一种菌株是否是溶源性细菌呢?往往需要一种敏感的、非溶源性的菌株作为指示菌，这种菌株可从自然界或保藏菌种中得到。把待测的溶源性菌株培养在适合的培养基中，并在其生长的对数期用紫处线进行照射，以诱导原噬菌体复制。经进一步培养后，将培养物过滤，去掉活菌体，用其滤液与指示菌株(敏感菌株)混合后倒平板观察是否形成噬菌斑。如果有噬菌斑出现，则说明此菌株是溶源性菌株。有时为了找到敏感宿主，必须试验大量的菌株。经验证明，从自然界分离得到的大多数细菌对一种多种噬菌体是溶源性的。
从上述可知，温和噬菌体可以三种状态存在：1.游离的具感染性的病毒粒子；2.原噬菌体，附着或整合在细菌染色体上，并与之一 道复制；3.营养斯噬菌体，在宿主细胞内指导特定的病毒核酸和蛋白质合成。以上状态是由哪些因素决定的呢?因素很多，除细菌与噬菌体本身的遗传特性外，其中最重要的包括温度、宿主生理状况、菌种及每个细菌所接受的噬菌体数目等等。例如用紫外线照射或丝裂霉素C处理，或提高温度，都可诱发溶源性细菌中的原噬菌体转变成烈性噬菌体而导致宿主细胞裂解。但是，真正的机理，从分子水平来看，乃是上述种种外因，引起了噬菌体CI蛋白质的破坏，使其失去了阻遏作用而进入烈性反应，如果CI蛋白质含量高时，则进入温和反应。
溶源性广泛存在于各种细菌中，如大肠杆菌、假单胞菌、沙门氏菌、链球菌、芽孢杆菌、棒杆菌、弧菌和极毛杆菌等。关于溶源性的大部分研究工作，都是用λ噬菌体与E.coliK12菌株以及P1，P2噬菌体与痢疾杆菌系统进行的。
溶源性菌株命名，就是在敏感菌株的名称后面加一括弧，其中写上溶源性噬菌体，例如E.coli K12(λ)。
三、噬菌体的分离培养
噬菌体是超显微镜的微生物，在光学显微镜下不能看见，在人工培养基上又不能生长。那么，如何探测有噬菌体的存在呢?通过前面所学的有关知识，充分利用其生物学特性便可查找。第一，噬菌体对宿主具有高度的特异性，可利用敏感菌株去培养和发现它；第二，噬菌体侵染宿主细胞后引起裂解，可通过观察含敏感菌株的琼脂平板是否出现噬菌斑和/或液体培养基中培养物是否变清来予以判断。
噬菌体广泛存在于自然界。凡有细菌的地方几乎都有噬菌体。有人的粪便和阴沟污水中可分离到寄生于人体肠道细菌的噬菌体；在被噬菌体污染的发要酵液中，可分离到裂解发酵菌株的噬菌体；在土壤中可以分离得到许多土壤微生物的噬菌体。
分离噬菌体的方法与分离细菌的方法相似，一般采用琼脂平板稀释法。所不同的是在培养基中不但要有一般的营养物，而且还必须有生活的敏感菌株作为噬菌体的培养基。
四、噬菌体的应用及其防治
由于噬菌体的某些生物学特性，使其在人类的生产实践和生物学基础理论研究中都有一定价值。可概括为以下几方面。
(一)用于鉴定未知细菌 在医学上，有些病原菌用其他方法和很难鉴别，利用噬菌体对宿主细胞的高度专化性的敏感性，不仅可鉴定到菌种，而且可鉴定到菌型。
(二)用于临床，治疗某些传染性疾病 早在1949年，我国就开始生产痢疾杆菌噬菌体佐剂，以预防和治疗细菌性痢疾。如果将噬菌体制剂与抗生素或者磺胺药物配合应用，则效果更好。
(三)检验植物病原菌 利用噬菌体可以检验由种子携带的植物病原菌。将种子培养在营养液中，有针对性的定量加入某现原菌噬菌体，培养一定时间，再应用双层琼脂技术。如果噬菌体数目增多，即证明该种子内带有某种病原菌。这是植物检疫部门进行快速检验的手段之一。现一，农业部门还用于其它方面的研究。
(四)测定辐射剂量 某些噬菌体(如T2)对辐射剂量的反应敏感而精确。在特定条件下，脾射线照射噬菌体一定时间，然后通过测定其剩余侵染能力，可以计算出射线的辐射剂量。
(五)噬菌体在分子生物学研究中的作用 噬菌体现已成为进行分子生物学研究的重要芽和较为理想的材料。通过对大肠杆菌噬菌体侵染过程的研究，使遗传学的很多基本问题弄得更清楚了，并为分子生物学提供了具有普遍意义的知识。
噬菌体也会给人类造成损失，利用微生物进行发酵的工业常深受其害。例如抗生素工业、微生物农药和有机溶剂发酵等工业中，普遍存在着噬菌体的危害。目前酿酒工业中也有发现。当发酵过程中污染了噬菌体后，轻者使发酵周期延长，发酵单位(产量)降低，重则造成倒罐，酿成经济损失，已成为发酵工业的大敌。噬菌体的危害并不非不可防治，例如控制或杜绝噬菌体赖以生存增殖的环境条件，定期更换菌种；现正在探索用药物进行防治。但是，最有效的防治措施是，根据菌株的噬菌体的遗传变异规律，选育抗噬菌体的突变株，使敏感菌株转化为具抗性的新菌种。我国一些科研和生产单位在这方面已作了大量工作，并取得了较好的成果。
第五节 类 病 毒
类病毒(viroid)是寄生于高等生物细胞中一类最小的新的病原体，有类似病毒的一面，有所谓亚病毒或不完全病毒之说，但又不属于病毒，故称类病毒。1971年第一次从马铃薯纺锤块茎病的病薯中被分离提纯。它们像病毒一样，严格专性寄生，也只有在宿主细胞内才表现出生命特征--核酸分子的自我复制，致使植物致病或死亡。
类病毒的化学组成与结构比病毒更为简单，仅仅是一个没有蛋白质外壳的、游离的RNA分子，分子量约十万，为已知最小病毒分子量的十分之一左右。研究还表明：马铃薯纺锤茎类病毒(RSTV)是由359个核苷酸单位组成的一个共价闭合环状RNA分子，长约50-70纳米。草矮生类病毒仅由290-300个核苷酸单位组成，它是含核苷酸最少的一种类病毒，而最多的是柑桔裂皮类病毒，它含有371个核苷酸单位。在自然条件下，类病毒呈特殊的棍棒状二级结构，其精确结构现在还很不清楚。大约99%的类病毒均为共价闭合环状单链结构，另一些则为带有不完全碱基对的双链分子。
关于类病毒的复制机理目前知道甚少，不过有人认为：马铃薯纺锤块茎类病毒可能以DNA为模板进行复制，这个模板可能在未感染的植物细胞中以抑制状态存在，或者由于马铃薯纺锤块茎类病毒的侵染而合成。也有人认为，它的复制类似于病毒的RNA的复制，而不依赖于DNA。
各种类病毒都有一定的宿主范围。到1979年为止，共发现了8种类病毒(表3-6)。
表中所列8种类病毒是按其侵染的典型主而命名的。它们都还有另一些可侵染的宿主，例如PSTV侵染的主要宿主是茄类植物中的很多种，但也感染苋科、菊科等11科中的某些植物共计138个种或品种；柑桔裂皮类病毒(CEV)除典型宿主柑桔外，对番茄、马铃薯、茛菪、爪哇三叶草和矮牵牛等宿主感染后也有类似反应，它的宿主范围显然比PSTV的狭窄；而菊花矮化类病毒(CSV)的感染宿主仅限于菊科植物，通过接触而传播。对其他种类的宿主则不逐个介绍。
随着研究的深入，近几年有人报道，类病毒可能在其他生命形态--人和动物等体内出现。 类病毒的发现，是20世纪下半叶生物学上的重要事件，开阔了病毒学的视野。它不仅为进一步研究植物类病毒，而且研究动物或者人类等可能存在的类病毒开辟一个新的方向。对于探索生命的起源与本质等重大理论问题也具有十分重要的意义。
小 结
病毒是一类结构极其简单，具有特殊的繁殖方式的绝对细胞内寄生物。病毒具有细胞外相和细胞内相两种生命形态，前者以感染性毒粒形态存在，后者以繁殖性基因形式存在。
毒粒具有确定的形态结构、生物学特性和理化性质。毒粒的基本结构是核壳、壳体的基本对称形式是螺旋对称和二十面体对称，有的病毒核壳外还有包膜。 毒粒的基本化学组成是核酸和蛋白质。核酸是病毒的遗传物质，病毒基因组核酸有dsDNA、ssDNA、dsRNA和ssRNA四种基本类型，病毒DNA基因组有线状形式和环状形式，单链RNA基因组有正意和负意之分。构成毒粒的病毒结构蛋白分为壳体蛋白、包膜蛋白和毒粒酶，它们各具不同的功能。
病毒的繁殖是以复制方式进行。病毒的复制循环包括吸附、侵入、脱壳、病毒大分子的合成和装配与释放等阶段。不同病毒的毒粒形态结构、基因组核酸类型和结构特征各不相同，因此它们各具不同的复制策略。
病毒感染非允许细胞或者缺损病毒感染允许细胞和非允许细胞都可能导致非增殖性感染发生。处于非增殖性感染的病毒能以协同感染或共同培养的方法进行拯救。
病毒感染宿主细胞，通过病毒与宿主的相互作用，一方面病毒得以繁衍、进化，另一方面病毒给宿主细胞和机体带来种种不同的影响，这些影响不仅具有重要的生物学意义，而且可能具有重要的医学意义或经济意义。
包括卫星因子(卫星病毒和卫星RNA)、类病毒和朊病毒在内的亚病毒因子是一些比经典意义病毒更为简单的病原因子。亚病毒具有许多不同于病毒的特征，亚病毒研究不仅扩展了病毒学研究范围，而且可能更新病毒的定义，深化人们对病毒的起源与进化，乃至生命本质的认识。
思 考 题
1.病毒区别于其他生物的特点是什么? 根据你的理解，病毒应如何定义?
2.病毒学研究的基本方法有哪些，这些方法的基本原理分别是什么?
3.病毒壳体结构有哪几种对称形式? 毒粒的主要结构类型有哪些?
4.病毒核酸有哪些类型和结构特征?各类病毒基因组的复制策略有何区别?
5病毒复制循环可分为哪几个阶段? 各个阶段的主要过程如何?
6.噬菌体是如何感染宿主细胞的，叙述它与宿主细胞间的相互关系。
7.某发酵工厂生产菌株经常因噬菌体"感染"而不能正常生产，在排除了外部感染的可能性 后有人认为是由于溶源性菌裂解所致，你的看法如何? 并请设计一实验证明之。
8.亚病毒有哪几类? 各自有何特点?
第八章 微生物遗传
计划学时：5
重点：遗传变异的物质基础，突变的类型，诱变育种的基本过程，营养缺陷型的筛选方法及原理。
遗传(hercdity或inherttance)和变异(variation)是生物体最本质的属性之一。遗传性适宜的环境条件下时，通过代谢和发育才能使其后代转化为与亲代相同的具体性状。生物体所携带的全部遗传因子或基因的总称，即遗传型(gcnotype)。具一定遗伟型的个体，在特定的外界环境中，通过生长和发育所表现出来的种种形态和生理特征的总和，即为其表型(phenotype)。
同样遗伟型的生物，在不同的外界条件下，会呈现不同的表型。这类表型上的差别，只能称适应或饰变(modification)，而不是真正的变异，因为它是群体中任一个体都可变的并不能遗传给下一代，在这种个体中，其遗传物质的结构未发生变化。例如，粘质沙雷氏菌(又称粘质赛氏杆菌)在25℃下培养时，会产生一种深红色的灵杆菌素，把菌落染成似鲜血那样(因此过去称它为神灵色杆菌或灵杆菌)。可是，当培养在37℃下时，群体中所有细胞都不产色素。如果重新降温至25℃，产色素能力又得到恢复。只有遗传型的改变，即生物体遗传物质结构上发生的变化，才称为变异。在群体中，发生变异的机率是极低的(例如上述粘质沙雷氏菌产色素性状的突变率为万分之一)，但一旦发生后，却是稳定的，可遗传的。
从遗传学研究的角度来看，微生物有着许多重要的生物学特性：个体的体制极其简单，营养体一般都是单倍体，易于在成分简单的合成培养基上大量生长繁殖，每殖速度快，易于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物及中间代谢物，菌落形态特征的可见性与多样性，环境条件对微生物群体中各个体作用的直接和均匀，以及存在着处于进化进程中的多种原始方式的有性生殖类型等，这就是为什么在研究当代遗传学(包括其他生物学)基本理论问题中，微生物成了最热衷的研究对象的原因。
对微生物遗传变异规律的深入研究，不仅促进了现代生物学的发展，而且还为微生物育种工作提供了丰富的理论基础。
第一节 遗传变异的物质基础
在生物体中，是否存在着专门行使遗传变异功能的物质问题，曾是生物学界长期争论不休的重大基本理论问题之一。直至以下三个经典实验发表后，才逐步取得了承认核酸是遗传物质的一致意见。
一、证核酸是遗传变异物质基本的经典实验
(一) 转化实验
转化现象是由英国医生格里菲斯(Griffith)在1928年首次发现的。当时，他把少量无毒的肺炎双球菌 ，又称肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)的RⅡ型(无荚膜，菌落粗糙型)和大量加热杀死的有毒的SⅢ型(有荚膜，菌落光滑型)细胞混合注射到小白鼠体中，使白鼠病死，结果意外地在其尸体内发现有活的SⅢ细胞。1944，艾弗里(Avery)等人在离体条件下重复了这一实验，并对转化现象的本质进行了一系列深入的研究。
由于肺炎双球菌的RⅡ型菌株转变为SⅢ型时产生了新的荚膜多糖，而多糖是经过酶一类蛋白质进行合成的，因此，曾设想蛋白质可能是转化因子。可是，从SⅢ型中提取到的蛋白质根本没有转化能力。基他如荚膜多糖、RNA也是如此。只有从热死的SⅢ型中提取的DNA才能引起转化，并且其转化效率随着DNA纯率的增高和其中蛋白质含量的降低而逐步提高。如果用DNA酶处理这一提取物，则转化能力随之丧失。对转化因子作了深入的研究，包括元素分析、血清学分析和一系列物理特性的测定后，终于证明所谓的"转化因子"就是DNA，由它决定了蛋白质和多糖等物质的合成。
DNA的转化效率是异常高的，已知其最低作用浓度为10-5微克/毫升，这已是目前任何化学方法所无法测出的浓度。
(二) 噬菌体的感染实验
1952年，候喜(Hershey)和蔡斯(Chase)利用示踪元素，对大肠杆菌T2噬菌体的吸附、增殖和释放进行了一系列研究。
由于蛋白质分子含硫而不含磷，DNA分子则恰恰与此相反，故可用35S和32P去分别标记大肠杆菌，然后再用T2噬菌体感染，即可分别得到标有35S和T2和32P的T2。正式实验时，把标记噬菌体与其宿主大肠杆菌混合，经短时间(如10分钟)保温后，T2完成了吸附和侵入过程，然后，在组织捣碎器中剧烈搅拌，以使吸附在菌体外表的T2蛋白外壳脱离细胞并均匀分布。接着进行离心沉淀，再分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。结果发现，几乎全部的32Pf都和细菌一起出现在沉淀物中，而几乎全部33S都在上清液中。这意味着噬菌体的蛋白外壳经自然分离后仍留在细胞外部，只有期核酸芯子才进入宿主体内；同时，由于最终能释放出一群具有与亲代同样蛋白外壳的完整的子代噬菌体，所以说明只有核酸才是其全部遗体信息的载体。通过电子显微镜的观察也证实了这个论点。
