微生物种类繁多，包括病毒、细菌、真菌、藻类、原生动物等，结构简单，比较容易用试验方法研究遗传学本质。Morgan等人主要以果蝇为材料，将遗传学发展到细胞学水平。40年代确定DNA是遗传的物质基础之后，人们对遗传物质的本质越来越感兴趣，必须寻找一种比果蝇更为简单的材料。而采用微生物为材料使遗传学进入分子水平。
分子遗传学的一些重要成果大都是从对微生物的研究获得，与高等动、植物相比较，微生物的遗传虽有其特殊性，但也有其共同性，所以微生物遗传的研究结果，可作为高等动、植物遗传研究的借鉴。
第一节 微生物遗传的特点
1．细胞多为单倍体，基因可直接表达
微生物由于多为单细胞的，而且绝大多数是单倍体，一般不存在显隐性关系，所有的结构基因都可依据它们的基因产物直接鉴定出来。若某种野生型基因发生突变，那么合成这一物质的能力随之丧失，只有在含有此种营养成分的培养基中才能生存。
2．繁殖方式多样，能进行各种方式的基因交流
微生物细胞的性状比较稳定，繁殖方式多种多样。真菌和细菌都能在固体培养基上形成菌落或菌丝体，在液体培养基上也能快速繁殖；细菌和真菌在环境恶劣时，可通过加厚细胞壁保存自己，在环境条件适宜时采用二分分裂法、出芽生殖等方式进行快速繁殖；不同的类型间可杂交，可通过接合、转导、转化等各种途径进行基因的交流。
病毒或噬菌体可在活细胞内快速繁殖，噬菌体可在含细菌的培养皿上形成噬菌斑；如果两种噬菌体同时感染一个细胞后，就可在寄主细胞内进行杂交；尤其是几乎所有的病毒都能对活细胞进行转导、转化等。
3．繁殖迅速、代谢旺盛，可研究基因的精细结构
微生物繁殖速度快，让科学家们可在有限的时间内研究大量的子代个体。高等生物的生命周期一般需几日、几月、甚至几十年，而且每世代的个体数较少。果蝇虽然繁殖快，每世代也需一周，繁殖系数一般为100，这就限制了对基因的精细结构和功能的进一步研究。但微生物的生长繁殖速度远远快于高等生物，大肠杆菌在适宜的条件下约20分钟繁殖一代。按此速度计算，它在24小时内可繁殖72 代，生成4.722×1021 个细菌。
噬菌体的繁殖系数更惊人，它每隔10~20多分钟就可从一个细菌内释放出几十个甚至几百个子代，因此即使重组频率很低，也可从噬菌斑数准确地测定出来。
由于微生物细胞均代谢旺盛，在液体培养基中短时间内能积累大量的代谢产物。现已知基因的作用往往要通过它所控制合成的蛋白质而表达出来，那么只要测定微生物的代谢产物，就可探测某个或某些基因在起作用。遗传学的很多理论，如“一个基因一种酶学说”、“乳糖操纵子学说”等，都是依据基因的代谢产物而确立的。
4．环境能起均匀而直接的作用
由于微生物小而简单，环境条件对个体能起均匀而直接的作用，这就有利于探讨基因与环境的关系。如细菌的影印实验，令人信服地证实了基因突变是自发产生，与所存在的环境因素毫不相干，环境只对基因突变起选择作用。
5．存在各种突变类型，有利于杂交分析
不论是真菌、细菌还是病毒，都有各种突变型，这为让它们之间彼此进行杂交，从而获得重组类型奠定了物质基础。
（1）营养缺陷突变型（auxotroph）：由于基因突变，细菌不能在基本培养基上生存，必须在培养基上添加某种物质才能存活，这类突变型称营养缺陷型。野生型菌株能在基本培养基上生长，称为原养型（prototroph）。如细菌的各种氨基酸、维生素缺陷型。若是甲硫氨酸缺陷型，就记作met－，即在氨基酸的缩写符号右上角添加负号，它的野生型可记作rnet 。若是脯氨酸缺陷型，记作pro－，野生裂为pro ；若是赖氨酸缺陷型应记作lys－，野生型为1ys ；生物素缺陷型记作bio－，野生裂为bio ，依此类推。
（2）抗性突变型：它又分为两大类，第一为抗药性突变型，指能在含某种药物的培养基上生存，如能在含链霉素的培养基上生长的类型，记为str r（上角码的r代表抗性，resistant）；不能在上生长的类型为野生型或敏惑型，记为str s（上角码的s代表敏感sensitive）；第二类为抗噬菌体突变型，它能在含有噬菌体的环境下生存，不被感染致死。如抗噬菌体T1 的类型为T1r ，野生型为T1 s ，依此类推。
（3）糖类不发酵突变型：它是指细菌在含有某种糖的培养基上，不能以此种糖作为碳源的突变型。如在含有乳糖的培养基上，细菌不能利用乳糖，这种突变型记为lac－，能利用的野生型为lac 。又如半乳糖不发酵型为gal－，野生型为gal 等等。
（4）寄主范围突变型（host range, h）：它是指由于基因突变，本来只能感染一种细菌的噬菌体变为能感染多品系细菌的突变型。可以利用混合指示菌方法鉴别突变型（h）和野生型（h ）。h 只能裂解野生型E.coli B中的T2 s，h 既能裂解野生型细菌，又能裂解抗性型细菌，即能感染T2s和T2r。当把h型噬菌体喷涂在含有大量的野生型和抗性型细菌的平板上，经过培养后就可见到透明的噬菌斑，当把h 型的噬菌体喷涂在含有上述两种细菌的平板上后，可形成半透明的噬菌斑。
（5）快速溶菌突变型（rapid lysis mutant, r）：它是指由于基因突变能更快复制并裂解细菌的噬菌体突变型，常用r表示，野生型以r 表示。由于r 型噬菌体裂解细菌的速度比r型较慢，所以在同一时间内感染同一细菌时，r 型裂解掉细菌后形成小噬菌斑，r型则可形成大噬菌斑，而且边缘清晰。
（6）条件致死突变型（conditional lethal mutant）：它是指在某种条件下可以生存，在另一种条件下不能生存的噬菌体突变型。如温度敏感（ts）突变型，在25℃时能生长，在42℃时不能生长。又如色氨酸需要型（C）必须在环境中有色氨酸条件下才能生存。
另外还有小噬菌斑（m）突变型，混浊噬菌斑（tu）突变型等，它们都可依据噬菌斑的形状被鉴别出来。
6．基因重组方式多种多样
为了对真菌、细菌和病毒进行遗传学分析，研究它们的基因重组、基因调控等机理。了解它们的基因重组方式非常重要。现已知真菌中的链孢霉存在有性生殖过程，减数分裂的产物呈顺序四分子排列，可直接观察它们的基因重组、基因转换（gene conversion）等；细菌可借助性纤毛，由更小的遗传物质——质粒进行传递，这就是接合生殖、性导等，使遗传物质单方向转移；噬菌体可混合感染细菌，DNA在宿主内能进行重组等；借助噬菌体为媒介将供体基因传递给受体的过程，称为转导（transduction）。
