细菌的基因重组
将一个个体细胞的遗传基因转移到另一个不同性状个体细胞内，并使之发生遗传变异的过程，称为基因重组或遗传重组。通过基因重组，可使细菌在不发生突变情况下，也可产生新的遗传型个体。重组是分子水平上的概念，而杂交则是细胞水平上的概念。杂交中必包含重组，而重组则不只限于杂交这一形式。细菌的基因重组有转化、转导、溶原转变和接合等方式。
转化 受菌直接摄取供菌的游离DNA片段，并将其整合到自己基因组中，从而获得供菌部分遗传性状的现象，称为转化。供菌的游离DNA，可由人工抽提而得或菌死亡崩解释出。转化现象首先在不同型别的肺炎球菌中发现。1928年Griffith将大量经热杀死的ⅢS型菌与小量活的ⅡR型菌混合后注射至小鼠，结果小鼠死于败血症，从小鼠体分得了活的ⅢS型肺炎球菌。1944年Avery等经过元素分析、酶学分析、血清学分析、物理学特性和生物学活性等研究证明肺炎球菌荚膜转化中的转化因子是DNA。迄今已发现有二十余种细菌存在转化现象。转化的性状可有荚膜、糖发酵特性、营养要求、耐药性、形态等。转化现象亦存在于种间和属间。例如肺炎球菌和链球菌间、葡萄球菌和链球菌间、大肠杆菌和根瘤菌间等。有人报道，细菌的DNA能进入番茄、茄子等高等植物的细胞中，使后者出现新的性状。影响转化的因素有三，即供、受菌的基因型，受菌的生理状态和环境因素。供菌DNA进入受菌，首先须与受菌表面的特殊受体结合。供菌DNA和受菌DNA同源部分整合。因此，供、受菌间的基因型相同或近似，即两菌间亲缘关系愈近，DNA愈相似，转化率愈高。不同种属间的细菌转化率较同种者低得多。在细菌生长周期中，并非每一阶段都能转化。受菌能吸收供菌DNA的生理状态称为感受态。不同细菌感受态出现时间不同，例肺炎球菌和枯草杆菌一般出现在对数生长期的后期。大肠杆菌和根瘤菌出现在对数生长期的早期和中期。不同细菌感受态细胞数不一，如肺炎球菌几达100%，枯草杆菌不到15%。有人从感受态的肺炎球菌中分得的感受态因子，对蛋白酶敏感，能被热灭活，易被洗脱，分子量5,000～10,000。感受态因子加至非感受态菌中，可使之变为感受态。在枯草杆菌、链球菌等中，亦发现类似的感受态因子。关于产生感受态的机理，有酶受体说和局部原生质化说两种。前者认为受菌表面形成与供菌DNA结合并使之进入细胞的酶；后者认为菌细胞壁上出现了小孔，使外源DNA进入受菌细胞。许多实验表明后一种的可能性不大。环境因素亦可影响转化。有报道若加入cAMP或Ca++，均能大大促进转化作用。转化过程快速，一般5～10分钟就可完成。通过转化，约1/200的供菌遗传物质整合至受菌的染色体。
转导 通过温和噬菌体的媒介，将供菌中的DNA片段携带到受菌中，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。转导最早由Zinder和Lederberg(1952)研究鼠伤寒沙门菌遗传重组时所发现。他们将该菌的色氨酸缺陷型LT22A (try-)和另一组氨酸缺陷型LT2(his-)混合培养后，在107个菌中得到约100个原养型菌落。研究证实，在其中起载体作用的是温和噬菌体P22。按噬菌体转导性状的范围，分为全面转导和局限转导两类。全面转导或称普遍性转导。是通过某些噬菌体介导，能将供菌染色体上的任何一个或几个呈紧密连锁的基因转导给受菌。属于此类型的噬菌体有鼠伤寒沙门菌P22；大肠杆菌P1，后者尚可将质粒上的F因子、R因子、Col因子等转导给受菌。全面转导又可分两种：
❶完全转导：是由转导噬菌体将供菌的DNA片段带入受菌，通过交换整合到受菌染色体上。该外源DNA片段随受菌染色体同步复制，并随受菌分裂而分配到子代菌体中，使受菌本身及其子代均表现供菌的某些性状。
❷流产转导： 是由转导噬菌体带来的外源DNA片段未通过交换，故未整合到受菌染色体上。因此，受菌本身可具有供菌的一些性状，但不能传给子代。全面转导的机理，一般以“选择性包裹理论”来解释。即当全面转导噬菌体感染易感寄居菌后，除部分使受菌溶原化外，另部分引起受菌细胞裂解。在装配成熟噬菌体时，绝大多数噬菌体蛋白质外壳包裹噬菌体自己的DNA，但约有10-5～10-7的装配中，将寄居菌DNA片段错装在噬菌体蛋白质外壳中。当这种错装噬菌体再感染敏感菌时，就能将供菌中的某一DNA片段整合至受菌，使受菌具有供菌的某一遗传性状。供菌染色体的任何一片段可以错装，故受菌被转导后可表现相关的任一供菌的生物学性状。
局限转导或称专一转导。当某一溶原菌群体被转导发生裂解时，其中极少数(约10-6)个体的染色体可与噬菌体染色体发生特定基团的交换，从而整合到噬菌体的基因组中。若该噬菌体重新感染受菌时，就使后者获得这一特定遗传性状，此现象为局限转导。例如大肠杆菌K12溶原菌携带的λ噬菌体只能转导半乳糖发酵这一性状，又φ80噬菌体只能转导色氨酸基团和与色氨酸基团紧密连锁的几个基因。局限转导的机理与全面转导者不同。Campell认为局限转导噬菌体感染寄居菌后，噬菌体的DNA整合至受菌染色体上，成为前噬菌体。在某种情况下，当前噬菌体DNA从菌染色体脱出时，每105～106次中可有一次错误，即局限噬菌体的部分DNA片段留在受菌染色体上，而脱出的噬菌体都带有受菌染色体的部分DNA片段。当后者感染另一受菌时，能将同时脱出的供菌DNA片段转导给受菌，使受菌带有供菌的某些性状。在细菌和放线菌中，普遍存在着转导现象。前者有炭疽杆菌、枯草杆菌、大肠杆菌、产气杆菌、分枝杆菌、变形杆菌、耶尔森菌、绿脓杆菌、志贺菌、沙门菌、葡萄球菌、链球菌、霍乱弧菌等细菌。同一菌中可由不同的噬菌体进行转导，如大肠杆菌由P1、363、04-CF、D108、λ或φ80转导。又同一噬菌体可在不同种属的细菌间转导，如P1在大肠、肺炎、痢疾等杆菌间进行转导。通过转导，一般约1/100的供菌遗传物质可进入受菌。
溶原转变 或称噬菌体转变，是温和噬菌体感染其寄居菌使之溶原化时，噬菌体基因参与寄居菌基因组而使后者获得新性状的现象。当寄居菌丧失此噬菌体时，则该新性状也随之消失。例如不产毒素的白喉杆菌C4株，受β棒状噬菌体感染时，此噬菌体进入并整合至菌染色体成为前噬菌体。这样，白喉杆菌C4株就变成能产毒素的溶原性C4(β)株。若用抗噬菌体血清将β噬菌体从C4(β)株中除去，则产毒素能力也就消失。此外，沙门菌属中的抗原改变，分枝杆菌的光滑型菌落形成，以及A族溶血性链球菌红疹毒素产生等均由溶原转变所致。溶原转变和噬菌体转导不同。转导是将一个菌的某性状通过转导噬菌体介导带进另一菌中； 而溶原转变则是噬菌体本身整合至寄居菌染色体作为其中基因之一而起作用的。
接合 是指供菌与受菌通过直接接触或借性菌毛介导，使供菌的大段DNA （包括质粒） 进入受菌而与后者发生基因重组的现象。细菌的接合首先由Lederberg与Tatum (1946)在研究大肠杆菌K12的营养缺陷型时发现的。他们用两个突变株，A-B+不能合成A物质，A+B-不能合成B物质。两株中任一株单独均不能在基本培养基上生长。若将两株菌混合培养，则可出现少数的原养型，在基本培养基上可长成菌落。约在108菌中，出现100个这样的重组子菌落。通过一系列实验，否定了营养共生、返祖变异（即回复突变）、形成二倍体细胞或转化等可能性，而是两菌在培养过程中发生了接合。由于接合杂交而有部分染色体交换，最后出现A+B+和A-B-杂交株。因后者不能在基本培养基上生长，故长出的是A+B+原养型株的菌落。细菌的接合，可通过两菌的直接接触，有的通过性菌毛介导。后者的机理，有谓供菌的DNA经性菌毛管腔(孔径20～25)进入受菌； 亦有认为并非如此，性菌毛只是将受菌“拉”住，性菌毛收缩后将受菌与供菌紧贴一起，形成接合的条件。细菌接合不只限于大肠杆菌，绿脓杆菌、霍乱弧菌、大豆根瘤菌等中亦有。大肠杆菌还能和沙门菌、变形杆菌、克雷白菌等接合。亲缘关系愈近的细菌，其接合的重组频率愈高，且重组子愈稳定。迄今，接合现象主要发生在革兰阴性菌中。在革兰阳性菌中，尚未有报道。