遺傳型變異中常見(jiàn)的一種為突變（Mutation)，即細(xì)菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生偶然的改變。一般突變會(huì)導(dǎo)致所編碼蛋白質(zhì)的改變，從而使細(xì)菌出現(xiàn)新的特性或失去原有的某些特性。細(xì)菌的自然突變率與其生物的自然突變相同，每106～108次細(xì)胞分裂發(fā)生一次。由于細(xì)菌每20～30分鐘分裂一代，故突變株相對(duì)較多。當(dāng)突變發(fā)生在DNA一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基引起改變時(shí)，稱為點(diǎn)突變。這類突變涉及堿基對(duì)的置換、增加或缺失。另一種類型的突變涉及大段DNA的改變?nèi)绮迦牖蛉笔装賯�(gè)堿基對(duì)，稱為染色體畸變。在細(xì)菌中點(diǎn)突變較多見(jiàn)，但在大腸桿菌的染色體中曾發(fā)現(xiàn)有800～1400堿基對(duì)的插入，稱為插入順序(Insertion sequences)。
一、突變與選擇
由于細(xì)菌的突變所發(fā)生的表型變異必須在一定外界環(huán)境下才表現(xiàn)出來(lái)，因此對(duì)外界環(huán)境在突變中的作用曾發(fā)生過(guò)爭(zhēng)議。曾有學(xué)者認(rèn)為細(xì)菌與其他生物一樣，需經(jīng)過(guò)突變與外界環(huán)境條件選擇而出現(xiàn)突變株；然而也有學(xué)者認(rèn)為細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖迅速，外界環(huán)境可直接作用誘導(dǎo)出變異株。這一爭(zhēng)論直到1943年Luria與Delbruck進(jìn)行了有名的變異試驗(yàn)(Fluctuation test)后才初步獲得解決。變異試驗(yàn)是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理設(shè)計(jì)的（圖5-1)。將一瓶對(duì)大腸桿菌噬菌體T1敏感的細(xì)菌培養(yǎng)后，稀釋至1，000細(xì)菌/ml,分別分至兩套試管系列。一套僅將細(xì)菌接種至一支大管培養(yǎng)基中，經(jīng)一段時(shí)間培養(yǎng)后，分別接種于數(shù)個(gè)平板。在平板中加入噬菌體，（如果出現(xiàn)耐噬菌體裂解的突變細(xì)菌株則在該平板上應(yīng)出現(xiàn)菌落)以篩選耐噬菌體的突變株菌落。另一套試驗(yàn)為將細(xì)菌分別接種于數(shù)支小試管的培養(yǎng)基，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后自每支試管吸取菌液各涂布接種一個(gè)加入噬菌體的平板，然后計(jì)數(shù)發(fā)生的突變耐噬菌體菌株菌落數(shù)。如果出現(xiàn)耐噬菌體菌株是因接觸噬體而誘導(dǎo)產(chǎn)生的，兩套平權(quán)上出現(xiàn)的耐噬菌體菌株菌落數(shù)。如果出耐噬菌體菌株是接觸噬體而誘導(dǎo)產(chǎn)生的，兩套平權(quán)上出現(xiàn)的噬菌體菌落數(shù)應(yīng)大體相等。如果系細(xì)菌自發(fā)突變則兩套平板上的耐噬菌體菌落數(shù)應(yīng)有顯著不同，因?yàn)樵诤笠磺闆r下，細(xì)菌分別在各支試管中各自在生長(zhǎng)繁殖周期或早或遲可發(fā)生突變。突變發(fā)生早的突變株繁殖后出現(xiàn)的子代數(shù)必然多于突變株發(fā)生晚者，因此各平板上的菌落有的很多，有的則缺如。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明兩套平板上耐噬菌體菌落數(shù)差異很大，從萬(wàn)里證實(shí)細(xì)菌已自身發(fā)生為，而外界是條件僅起選擇作用。
圖5-1 細(xì)菌的變異試驗(yàn)
然而，仍有學(xué)者對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義特異議。1952年Lederberg設(shè)計(jì)了影印培養(yǎng)(Replica plating)（見(jiàn)圖5-2)，這一試驗(yàn)證明細(xì)菌耐藥突變不是由抗菌藥物誘導(dǎo)師產(chǎn)生，而在未接觸抗菌藥物前已產(chǎn)生耐藥突變。其方法為將對(duì)鏈霉素敏感的大腸桿菌大量接種于營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，培養(yǎng)后細(xì)菌在培養(yǎng)基上均勻的長(zhǎng)出菌苔層，然后用滅菌的絲絨復(fù)蓋在一塊與平皿同樣大小的木塊上輕輕影印，使細(xì)菌菌落全部轉(zhuǎn)移到絲絨面上。另取含有鏈霉素的瓊脂培養(yǎng)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(fù)制平板。將此平板培養(yǎng)，耐藥的菌落出現(xiàn)后，通過(guò)比較，可從原始平板的相應(yīng)部位刮取菌苔轉(zhuǎn)種至液體培養(yǎng)基中，增菌后，重復(fù)制備原始平板與影印平板。經(jīng)過(guò)數(shù)次重復(fù)后，則可獲得一株完全沒(méi)有接觸過(guò)鏈霉素的高度耐鏈毒素的突變株，表現(xiàn)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(shí)驗(yàn)雄辯地證明了鏈霉素僅起選擇作用。
