遺傳型變異中常見的一種為突變（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，故突變株相對較多。當(dāng)突變發(fā)生在DNA一對或少數(shù)幾對堿基引起改變時，稱為點(diǎn)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?nèi)绮迦牖蛉笔装賯�堿基對，稱為染色體畸變。在細(xì)菌中點(diǎn)突變較多見，但在大腸桿菌的染色體中曾發(fā)現(xiàn)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(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，因此對外界環(huán)境在突變中的作用曾發(fā)生過爭議。曾有學(xué)者認(rèn)為細(xì)菌與其他生物一樣，需經(jīng)過突變與外界環(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)菌生長繁殖迅速，外界環(huán)境可直接作用誘導(dǎo)出變異株。這一爭論直到1943年Luria與Delbruck進(jìn)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(jù)統(tǒng)計學(xué)原理設(shè)計的（圖5-1)。將一瓶對大腸桿菌噬菌體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)一段時間培養(yǎng)后，分別接種于數(shù)個平板。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。另一套試驗為將細(xì)菌分別接種于數(shù)支小試管的培養(yǎng)基，經(jīng)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(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，因為在后一情況下，細(xì)菌分別在各支試管中各自在生長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。實驗結(jié)果證明兩套平板上耐噬菌體菌落數(shù)差異很大，從萬里證實細(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
然而，仍有學(xué)者對上述實驗的統(tǒng)計學(xué)意義特異議。1952年Lederberg設(shè)計了影印培養(yǎng)(Replica plating)（見圖5-2)，這一試驗證明細(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。其方法為將對鏈霉素敏感的大腸桿菌大量接種于營養(yǎng)瓊脂平板上，培養(yǎng)后細(xì)菌在培養(yǎng)基上均勻的長出菌苔層，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)過數(shù)次重復(fù)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(xiàn)為原始平板上全部菌落與含鏈霉素平板上的菌落吻合。這一實驗雄辯地證明了鏈霉素僅起選擇作用。
