微生物遺傳變異和菌種選育

1、12l基因重組的形式及其異同基因重組的形式及其異同l基因突變與誘變育種基因突變與誘變育種l菌種保藏方法菌種保藏方法l遺傳變異遺傳變異l質(zhì)粒質(zhì)粒l遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳物質(zhì)基礎(chǔ),原核、真核生物基因重組的方式原核、真核生物基因重組的方式l基因工程及其操作步驟基因工程及其操作步驟3遺傳：生物繁衍后代使得子代與親代相似的現(xiàn)象遺傳：生物繁衍后代使得子代與親代相似的現(xiàn)象變異：子代與親代之間、子代的不同個(gè)體間存在不同變異：子代與親代之間、子代的不同個(gè)體間存在不同程度的差異程度的差異4l現(xiàn)實(shí)生活中有哪些現(xiàn)象與遺傳變異現(xiàn)實(shí)生活中有哪些現(xiàn)象與遺傳變異有關(guān)？有關(guān)？遺傳和變異現(xiàn)象遺傳和變異現(xiàn)象.flv5第一節(jié)第一節(jié) 遺傳變

2、異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、三個(gè)證明一、三個(gè)證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌：肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有 致病能力）致病能力） R型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無 致病能力）致病能力）61928年，年，F(xiàn).Griffth作了作了3組實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn):7混合培養(yǎng)混合培養(yǎng)RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型熱死菌型熱死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死81944

3、年，年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明， S菌轉(zhuǎn)移給菌轉(zhuǎn)移給R菌的轉(zhuǎn)化因子是菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA92、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全完整噬菌體的全部信息。部信息。10（三）原核生物的質(zhì)粒（三）原核生物的質(zhì)粒1、定義、定義質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmid）：）：原核生物（細(xì)菌）細(xì)胞內(nèi)、染色原核生物（細(xì)菌）細(xì)胞內(nèi)、染色體外，具有獨(dú)立自主復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀的體外，具有獨(dú)立自主復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀的DNA分子。主要

4、存在于各種微生物細(xì)胞中。分子。主要存在于各種微生物細(xì)胞中。嚴(yán)緊型復(fù)制控制嚴(yán)緊型復(fù)制控制松弛型復(fù)制控制松弛型復(fù)制控制質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。112、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀的超螺旋雙鏈通常以共價(jià)閉合環(huán)狀的超螺旋雙鏈DNA分子（分子（cccDNA ）存在于細(xì)胞中，）存在于細(xì)胞中，可游離存在，也可整合到宿主可游離存在，也可整合到宿主DNA上。上。質(zhì)粒分子的大小范圍從質(zhì)粒分子的大小

5、范圍從1kb左右到左右到1000kb (細(xì)菌質(zhì)粒多在細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）以內(nèi)）124、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，易分離和操作）體積小，易分離和操作（2）環(huán)狀，穩(wěn)定）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨(dú)立復(fù)制）獨(dú)立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多）拷貝數(shù)多（5）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選13典型質(zhì)粒 F質(zhì)粒：E.coli等細(xì)菌決定性別并有轉(zhuǎn)移能力的質(zhì)粒。 R質(zhì)粒：抗藥性質(zhì)粒。 Col質(zhì)粒：大腸桿菌素質(zhì)粒。能抑制或殺死其它近緣細(xì)菌。 Ti質(zhì)粒 Ri質(zhì)粒 Mega質(zhì)粒 降解性質(zhì)粒第二節(jié)第二節(jié) 基因突變和誘變育種基因突變和誘變育種15表型改變：表型改變：

6、表型的差異只與環(huán)境有關(guān)表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性基因型（遺傳型）變異基因型（遺傳型）變異：遺傳物質(zhì)改變（基因重組，基因突變，染色體數(shù)目變化），導(dǎo)致表型改變遺傳物質(zhì)改變（基因重組，基因突變，染色體數(shù)目變化），導(dǎo)致表型改變自發(fā)突變頻率通常為自發(fā)突變頻率通常為1010-6-6-10-10-9-9粘質(zhì)沙雷氏菌粘質(zhì)沙雷氏菌Serratia arcescens產(chǎn)色素：產(chǎn)色素：斜面培養(yǎng)斜面培養(yǎng) 25C斜面培養(yǎng)斜面培養(yǎng) 37C液體培養(yǎng)液體培養(yǎng) 25C液體培養(yǎng)液體培養(yǎng) 37C. 16基因突變基因突變狹義：點(diǎn)突變狹義：點(diǎn)突變廣義：基因突變和染色體畸變廣義：基因突變和染色

7、體畸變野生型（原始性狀）野生型（原始性狀）基因突變基因突變突變型（新性狀）突變型（新性狀）現(xiàn)實(shí)生活中，你見到過哪些基因突變現(xiàn)象，或是看到過哪些基因突變現(xiàn)象的報(bào)導(dǎo)？基因突變.flv一、基因突變一、基因突變 細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化。自發(fā)或誘變產(chǎn)生可遺傳的變化。自發(fā)或誘變產(chǎn)生17植物形態(tài)的變異18動(dòng)物形態(tài)的變異19白化病白化病是由于酪氨酸酶缺乏或功能減退引起的一種皮膚及附屬器官黑色素缺乏或合成障礙所導(dǎo)致的遺傳性白斑病?；颊咭暰W(wǎng)膜無色素，虹膜和瞳孔呈現(xiàn)淡粉色，怕光。皮膚、眉毛、頭發(fā)及其他體毛都呈白色或黃白色。白化病屬于家族遺傳性疾病

8、，為常染色體隱性遺傳，常發(fā)生于近親結(jié)婚的人群中。白化病遺傳圖譜：患者雙親均攜帶白化病基因，本身不發(fā)病。如果夫婦雙方同時(shí)將所攜帶的致病基因傳給子女，子女就會(huì)患病。2021（一）突變類型（一）突變類型22營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型: 微生物因發(fā)生突變，代謝中缺少酶微生物因發(fā)生突變，代謝中缺少酶而不能合成而不能合成 某種生長因子（維生素或氨基酸），某種生長因子（維生素或氨基酸），因而無因而無 法在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的突變法在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的突變類型。類型。（二）突變率（二）突變率 每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率（一每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率（一般為般為10-6-10-9 ）23 1

9、、不對應(yīng)性：突變的性狀與突變原因無直、不對應(yīng)性：突變的性狀與突變原因無直接的對應(yīng)關(guān)系接的對應(yīng)關(guān)系2、自發(fā)性：、自發(fā)性：各種突變可以在沒有人為的誘變因素下自發(fā)各種突變可以在沒有人為的誘變因素下自發(fā)發(fā)生。發(fā)生。3、稀有性：、稀有性：自發(fā)突變頻率較低，一般自發(fā)突變頻率較低，一般10-9 10-6 。 4、獨(dú)立性：不影響其他基因的突變率、獨(dú)立性：不影響其他基因的突變率5、誘變性：人為的物理或化學(xué)因素處理提高、誘變性：人為的物理或化學(xué)因素處理提高突變率突變率246、穩(wěn)定性：、穩(wěn)定性：遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生的穩(wěn)定變化，因而產(chǎn)遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生的穩(wěn)定變化，因而產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定的，可遺傳的。生的新性狀也是穩(wěn)定的，

10、可遺傳的。7、可逆性、可逆性25（五）基因突變及其機(jī)制（五）基因突變及其機(jī)制261、誘發(fā)突變：人為的物理、化學(xué)因素處理，提高、誘發(fā)突變：人為的物理、化學(xué)因素處理，提高突變率的方法（紫外線、突變率的方法（紫外線、X射線、激光等）射線、激光等）（1）堿基的置換）堿基的置換27堿基的置換引起的突變堿基的置換引起的突變28（2）移碼突變：添加或缺）移碼突變：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯(cuò)誤失核苷酸，引起閱讀錯(cuò)誤- 錯(cuò)誤錯(cuò)誤+ 錯(cuò)誤錯(cuò)誤-+ 正常正常- 正常正常+ 正常正常29（3）染色體畸變：缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位）染色體畸變：缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位30二、突變與育種二、突變與育種菌種工作包

11、括三方面：選種、育種、復(fù)壯菌種工作包括三方面：選種、育種、復(fù)壯和保藏。和保藏。選種選種從自然界和生產(chǎn)中選擇符合需要菌從自然界和生產(chǎn)中選擇符合需要菌種。種。育種育種進(jìn)一步提高已有菌種某種性能，進(jìn)一步提高已有菌種某種性能，使更符合要求。使更符合要求。31（一）自發(fā)突變與育種（一）自發(fā)突變與育種： 從生產(chǎn)中育種從生產(chǎn)中育種 定向培育優(yōu)良菌種定向培育優(yōu)良菌種（二）誘變育種（二）誘變育種1、誘變育種的基本環(huán)節(jié)、誘變育種的基本環(huán)節(jié)出發(fā)菌株出發(fā)菌株 純化純化斜面斜面菌懸液菌懸液誘變處理誘變處理 平板分離平板分離 斜面（初篩）斜面（初篩） 斜面斜面 （復(fù)篩）（復(fù)篩） 保藏及擴(kuò)大試驗(yàn)（再復(fù)篩）保藏及擴(kuò)大試驗(yàn)（再

12、復(fù)篩） 322、誘變育種的原則、誘變育種的原則（1）使用簡便有效的誘變劑）使用簡便有效的誘變劑誘變劑誘變劑物理因素物理因素化學(xué)因素化學(xué)因素紫外線紫外線激光激光離子束離子束X射線射線r射線射線快中子快中子烷化劑烷化劑堿基類似物堿基類似物吖啶化合物吖啶化合物33（2）、）、選用優(yōu)良的出發(fā)菌株選用優(yōu)良的出發(fā)菌株l用作出發(fā)菌株有：野生型菌株；生產(chǎn)菌用作出發(fā)菌株有：野生型菌株；生產(chǎn)菌株；經(jīng)過誘變的菌株。株；經(jīng)過誘變的菌株。一般要求生長快，營養(yǎng)要求粗放，發(fā)育一般要求生長快，營養(yǎng)要求粗放，發(fā)育早，產(chǎn)孢子多，對誘變劑敏感性高，已早，產(chǎn)孢子多，對誘變劑敏感性高，已能積累少量產(chǎn)品或前體物的菌株。能積累少量產(chǎn)品或前

13、體物的菌株。34（4）選擇合適的誘變劑量：）選擇合適的誘變劑量： 在產(chǎn)量性狀的誘變育種中，凡在提高誘變在產(chǎn)量性狀的誘變育種中，凡在提高誘變率的基礎(chǔ)上，既能擴(kuò)大變異幅度，又能促使變率的基礎(chǔ)上，既能擴(kuò)大變異幅度，又能促使變異移向正變范圍的劑量，就是合適的劑量。異移向正變范圍的劑量，就是合適的劑量。（5）充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)采用復(fù)合處理，包括誘變劑先后使用，同時(shí)使采用復(fù)合處理，包括誘變劑先后使用，同時(shí)使用和重復(fù)使用，提高效果。用和重復(fù)使用，提高效果。 35第三節(jié)第三節(jié) 基因重組和雜交育種基因重組和雜交育種l基因重組基因重組gene recombination：兩個(gè)獨(dú)立

14、：兩個(gè)獨(dú)立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過一定的途徑基因組內(nèi)的遺傳基因，通過一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組（帶轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組（帶有雙親遺傳信息）的過程，稱為基因重有雙親遺傳信息）的過程，稱為基因重組。組。雜交：細(xì)胞水平。細(xì)胞水平上的雜交包含雜交：細(xì)胞水平。細(xì)胞水平上的雜交包含了分子水平上的重組。了分子水平上的重組。我國首個(gè)基因重組人源化單克隆抗體藥物我國首個(gè)基因重組人源化單克隆抗體藥物上市上市.mp436（三）接合（三）接合(conjugation)供體菌通過性菌毛與受體菌直接接觸把遺傳物質(zhì)傳遞供體菌通過性菌毛與受體菌直接接觸把遺傳物質(zhì)傳遞給受體菌，使受體菌獲得新遺傳性狀的過

15、程給受體菌，使受體菌獲得新遺傳性狀的過程轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)37l雜交育種：不同種群、不同基因型個(gè)體間進(jìn)行雜交，并在其雜種后代中通過選擇而育成純合品種的方法。38雜交水稻指選用兩個(gè)在遺傳上有一定差異，同時(shí)它們的優(yōu)良性狀又能互補(bǔ)的水稻品種，進(jìn)行雜交，生產(chǎn)具有雜種優(yōu)勢的第一代雜交種，用于生產(chǎn)，這就是雜交水稻。39基因工程 定義：又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)。所謂基因工程是在分子水平上對基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技術(shù)，是將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個(gè)基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作。 基因工程的主要操作步驟.flv 操作步驟：目的基因的取得、載體的選擇、目的基因與載體的體外連

16、接、重組載體導(dǎo)入受體細(xì)胞、篩選與鑒定40基因工程的應(yīng)用 基因工程的應(yīng)用-乙肝疫苗.flv 基因工程的應(yīng)用與發(fā)展前景.flv41第五節(jié)第五節(jié) 菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退、復(fù)壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否則生產(chǎn)或科研都無法正常進(jìn)行。則生產(chǎn)或科研都無法正常進(jìn)行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：a）變異；）變異；b）污染；）污染； c）死亡。）死亡。42一、菌種的衰退與復(fù)壯一、菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因：基因突變，培養(yǎng)、保藏條件不適，雜菌種衰退的原因：基因突變，培養(yǎng)、保藏條件不適，雜菌污染菌污染

17、純菌種純菌種自發(fā)突變自發(fā)突變不純菌種不純菌種突變個(gè)體突變個(gè)體傳代增殖傳代增殖原始個(gè)體原始個(gè)體衰退衰退菌種菌種衰退：由于自發(fā)突變而使菌種原有生物學(xué)性狀發(fā)生量變或質(zhì)變的現(xiàn)象。衰退：由于自發(fā)突變而使菌種原有生物學(xué)性狀發(fā)生量變或質(zhì)變的現(xiàn)象。衰退表現(xiàn)：產(chǎn)量減少，形態(tài)、生長速度、感染力、適應(yīng)性衰退表現(xiàn)：產(chǎn)量減少，形態(tài)、生長速度、感染力、適應(yīng)性不典型（衰退）不典型（衰退）431）從衰退的菌種群體中把少數(shù)個(gè)體再找出來，重新獲從衰退的菌種群體中把少數(shù)個(gè)體再找出來，重新獲得具有原有典型性狀的菌種。得具有原有典型性狀的菌種。 a）純種分離；）純種分離； b）通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯（寄生性微生物）通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯（寄生

18、性微生物）2）有意識地利用微生物會(huì)發(fā)生自發(fā)突變的特性，在）有意識地利用微生物會(huì)發(fā)生自發(fā)突變的特性，在日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選“正變正變”個(gè)體。個(gè)體。菌種的復(fù)壯：菌種的復(fù)壯：3）、淘汰已退化個(gè)體）、淘汰已退化個(gè)體44二、防止衰退的措施二、防止衰退的措施1）減少傳代次數(shù)；）減少傳代次數(shù)；2）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；3）利用不易衰退的細(xì)胞傳代）利用不易衰退的細(xì)胞傳代4）采用有效的菌種保藏方法）采用有效的菌種保藏方法45三、菌種保藏三、菌種保藏目的：保持菌種生產(chǎn)穩(wěn)定、不污染雜菌、不死亡目的：保持菌種生產(chǎn)穩(wěn)定、不污染雜菌、不死亡以供研究、生產(chǎn)、交換之用以

19、供研究、生產(chǎn)、交換之用基本原則：基本原則：1、挑選典型菌種的優(yōu)良純種、挑選典型菌種的優(yōu)良純種2、盡量使用分生孢子、芽孢等休眠體、盡量使用分生孢子、芽孢等休眠體 3、創(chuàng)造有利于休眠的保藏環(huán)境（如干燥、低溫）、創(chuàng)造有利于休眠的保藏環(huán)境（如干燥、低溫） 4、盡可能多的采用不同的手段保藏一些比較重、盡可能多的采用不同的手段保藏一些比較重要的微生物菌株要的微生物菌株基本原理（方法）：基本原理（方法）：低溫保藏，干燥保藏，隔絕空氣低溫保藏，干燥保藏，隔絕空氣保藏，活體保藏。保藏，活體保藏。4647冷凍干燥保藏法和液氮保藏法冷凍干燥保藏法和液氮保藏法48l液氮：氮?dú)庠诘蜏叵滦纬傻囊后w形態(tài)。氮的沸點(diǎn)為-196C，皮膚一旦接觸會(huì)嚴(yán)重凍傷l工業(yè)上可作制冷劑，用來迅速冷凍生物組織，防止組織被破壞。l用于工業(yè)制氮肥。l保存活體組織，生物樣品以及精子和卵子的儲存；l冷凍手術(shù)用以治療乳腺癌。以色列醫(yī)療公司IceCure2012年開發(fā)出一種利用冷凍療法治療乳腺癌的最新技術(shù)，用液氮將乳腺癌細(xì)胞冷凍并且殺死l外科手術(shù)中冷凍皮膚幫助止血。491、細(xì)胞水平、細(xì)胞水平真核微生物：