微生物學(xué)：第七章 微生物的遺傳變異和育種

1、第七章第七章 微生物的遺傳變異和育種微生物的遺傳變異和育種1、遺傳：指上一代生物如何將自身的一整套遺傳基、遺傳：指上一代生物如何將自身的一整套遺傳基因穩(wěn)定地傳遞給下一代的行為或功能。因穩(wěn)定地傳遞給下一代的行為或功能。2、遺傳型：即基因型，指某一生物個體所含有的全、遺傳型：即基因型，指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。3、表型：指某一生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)、表型：指某一生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和，是其遺傳型在合適環(huán)境條件下通過在特性的總和，是其遺傳型在合適環(huán)境條件下通過代謝和發(fā)育而得到的具體體現(xiàn)。代謝和發(fā)育而得到

2、的具體體現(xiàn)。4、變異：指生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引、變異：指生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，即遺傳型的改變。起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，即遺傳型的改變。5、飾變：指外表的修飾性改變，即一種不涉及遺傳、飾變：指外表的修飾性改變，即一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化。變化。 微生物的遺傳和變異的特點(diǎn)：微生物的遺傳和變異的特點(diǎn)：、微生物的代謝作用旺盛，有極高的繁殖速度；生活史、微生物的代謝作用旺盛，有極高的繁殖速度；生活史周轉(zhuǎn)快；環(huán)境因素可在短期內(nèi)重復(fù)影響其生長和繁殖，易周轉(zhuǎn)快；環(huán)境因素

3、可在短期內(nèi)重復(fù)影響其生長和繁殖，易發(fā)生變異，又能迅速產(chǎn)生大量后代，有利于自然選擇和人發(fā)生變異，又能迅速產(chǎn)生大量后代，有利于自然選擇和人工選擇。工選擇。、微生物細(xì)胞體積小，面積大，與外界環(huán)境能直接接觸。、微生物細(xì)胞體積小，面積大，與外界環(huán)境能直接接觸。當(dāng)環(huán)境條件變化劇烈時，大多數(shù)個體易死亡而淘汰，個別當(dāng)環(huán)境條件變化劇烈時，大多數(shù)個體易死亡而淘汰，個別細(xì)胞則發(fā)生變異而適應(yīng)新環(huán)境。細(xì)胞則發(fā)生變異而適應(yīng)新環(huán)境。、大多數(shù)微生物均進(jìn)行無性繁殖，而且營養(yǎng)體多為單倍、大多數(shù)微生物均進(jìn)行無性繁殖，而且營養(yǎng)體多為單倍體，因而便于建立純系及長期保存大量品系。如果一旦發(fā)體，因而便于建立純系及長期保存大量品系。如果一旦

4、發(fā)生變異，也能夠迅速在性狀上反映出來。生變異，也能夠迅速在性狀上反映出來。第一節(jié)第一節(jié) 遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)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 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第四節(jié)第四節(jié) 基因工程基因工程第五節(jié)第五節(jié) 菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退、復(fù)壯和保藏第一節(jié)第一節(jié) 遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證明遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個經(jīng)典實(shí)驗一、證明遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個經(jīng)典實(shí)驗 1 1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗研究對象：肺炎鏈球菌研究對象：肺炎鏈球菌S S型和型和R R型。型。動物實(shí)驗動物實(shí)驗 細(xì)菌培養(yǎng)試驗細(xì)菌培養(yǎng)試驗 S S型菌的無細(xì)胞抽

5、提液試驗型菌的無細(xì)胞抽提液試驗 長出大量長出大量R R菌和少量菌和少量S S菌菌離體轉(zhuǎn)化實(shí)驗離體轉(zhuǎn)化實(shí)驗1)1)從活的從活的S S菌中抽提各種細(xì)胞成分（菌中抽提各種細(xì)胞成分（DNA,DNA,蛋白質(zhì)，莢蛋白質(zhì)，莢膜多糖等）；膜多糖等）；2)2)對各組分進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗：對各組分進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗：2、噬菌體感染實(shí)驗、噬菌體感染實(shí)驗研究對象：噬菌體研究對象：噬菌體過程：過程： 3、植物病毒的重建實(shí)驗、植物病毒的重建實(shí)驗研究對象：研究對象：TMV AND HRV 過程：過程： （一）核酸存在的七個水平（一）核酸存在的七個水平細(xì)胞水平：存在于細(xì)胞核或核質(zhì)體，單核或多核細(xì)胞水平：存在于細(xì)胞核或核質(zhì)體，單核或多核細(xì)

6、胞核水平細(xì)胞核水平: 原核與真核生物的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不同，核外原核與真核生物的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不同，核外DNA染色體水平染色體水平: 倍性倍性(真核真核)和染色體數(shù)和染色體數(shù)核酸水平：核酸水平：DNA或或RNA，復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈，復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈基因水平：具自主復(fù)制能力的遺傳功能單位，長度與信息量，基因水平：具自主復(fù)制能力的遺傳功能單位，長度與信息量，轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯密碼子水平：信息單位，起始和終止密碼子水平：信息單位，起始和終止,核苷酸水平：突變或交換單位，四種堿基核苷酸水平：突變或交換單位，四種堿基二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式（二）原核生物（二

7、）原核生物的質(zhì)粒的質(zhì)粒定義：定義：是一類小型閉合環(huán)狀核外雙螺旋是一類小型閉合環(huán)狀核外雙螺旋DNADNA分子，能獨(dú)立于細(xì)胞核進(jìn)分子，能獨(dú)立于細(xì)胞核進(jìn)行自主復(fù)制，上面攜帶有數(shù)個到數(shù)十個甚至上百個基因。行自主復(fù)制，上面攜帶有數(shù)個到數(shù)十個甚至上百個基因。性質(zhì)：性質(zhì)：可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），也可以可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），也可以通過交換摻入染色體上，通過交換摻入染色體上，以附加體的形式存在；以附加體的形式存在；質(zhì)粒是一質(zhì)粒是一種復(fù)制子種復(fù)制子，根據(jù)自我復(fù)制能力的不同，可把質(zhì)粒復(fù)制的，根據(jù)自我復(fù)制能力的不同，可把質(zhì)粒復(fù)制的控制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，控

8、制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，嚴(yán)緊型質(zhì)粒嚴(yán)緊型質(zhì)粒的復(fù)制受細(xì)胞核的復(fù)制受細(xì)胞核控制，與染色體控制，與染色體DNADNA復(fù)制相伴隨復(fù)制相伴隨, ,一般一個寄主細(xì)胞內(nèi)只有少數(shù)幾一般一個寄主細(xì)胞內(nèi)只有少數(shù)幾個拷貝；個拷貝；松弛型質(zhì)粒松弛型質(zhì)粒的復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在染色體的復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在染色體DNADNA復(fù)制停復(fù)制停止的情況下仍可以進(jìn)行復(fù)制，在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到止的情況下仍可以進(jìn)行復(fù)制，在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到10-20010-200個個或更多。或更多。可以通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個細(xì)菌細(xì)可以通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個菌細(xì)胞中，使兩個細(xì)胞都成為帶有胞轉(zhuǎn)移到另一

9、個菌細(xì)胞中，使兩個細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時，它可以單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可質(zhì)粒的細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時，它可以單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可以攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，所以它可以攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，所以它可成為基因工程的載體。成為基因工程的載體。功能多樣化功能多樣化功能：進(jìn)行細(xì)胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生功能：進(jìn)行細(xì)胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類、降解功能等。毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類、降解功能等。重組：在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間菌可發(fā)生。重組：在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間菌可發(fā)生。存在范圍：很多細(xì)菌存在范圍：很多細(xì)菌制備：包括增殖、裂解細(xì)胞、分離質(zhì)粒與

10、染色體和制備：包括增殖、裂解細(xì)胞、分離質(zhì)粒與染色體和蛋白質(zhì)等成分、去除蛋白質(zhì)等成分、去除RNARNA和蛋白質(zhì)等步驟。和蛋白質(zhì)等步驟。鑒定：電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶鑒定：電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶切圖譜等方法切圖譜等方法典型質(zhì)粒簡介典型質(zhì)粒簡介 1)F因子 (fertility factor)：又稱致育因子或性因子。功能：決定細(xì)菌的性別，同時還具有轉(zhuǎn)移能力。 tra轉(zhuǎn)移區(qū)：與質(zhì)粒轉(zhuǎn)移和性菌毛合成有關(guān)。轉(zhuǎn)座因子：可整合到宿主染色體的一定部位，導(dǎo)致基因重組。2)R因子因子(resistance factor)：又稱又稱R質(zhì)粒質(zhì)粒 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由兩個相連的DNA片段組成RTF

11、和r決定因子。 RTF功能：RTF即抗性轉(zhuǎn)移因子。含調(diào)節(jié)DNA復(fù)制和拷貝數(shù)的基因以及轉(zhuǎn)移基因，具有轉(zhuǎn)移功能。r決定因子功能：r決定因子即抗性決定因子。無轉(zhuǎn)移功能，含各種抗性因子。作用：作用： 引起致病菌對多種抗生素的抗性，對傳染病的防治造成危害；R質(zhì)?？捎米鼍旰Y選時的選擇性標(biāo)記或改造成外源基因的克隆載體。 3)Col因子因子(colicinogenic factors): 即產(chǎn)大腸桿菌素因子。即產(chǎn)大腸桿菌素因子。4)Ti質(zhì)粒質(zhì)粒(tumor inducing plasmid)： 即誘癌質(zhì)粒。是植物遺傳工程的主要載體。即誘癌質(zhì)粒。是植物遺傳工程的主要載體。5)巨大質(zhì)粒巨大質(zhì)粒(mega 質(zhì)粒質(zhì)

12、粒)： 發(fā)現(xiàn)于根瘤菌屬中，上面有一系列固氮基因。發(fā)現(xiàn)于根瘤菌屬中，上面有一系列固氮基因。 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一、基因突變 簡稱突變，指細(xì)胞內(nèi)（或病毒粒內(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。（一）類型1、根據(jù)表型劃分 選擇性突變選擇性突變具有選擇性標(biāo)記，可通過某種環(huán)境條件使它們得到優(yōu)勢生長，從而取代原始菌株。非選擇性突變非選擇性突變無選擇性標(biāo)記，而只有一些性狀的數(shù)量差別，如菌落大小、顏色深淺、代謝物產(chǎn)量等。(1) (1) 營養(yǎng)缺陷型：營養(yǎng)缺陷型：某一野生型菌株由于發(fā)生基因突變而喪失合成一種或幾種生長因子的能力，因而無法在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的變異

13、類型，稱為營養(yǎng)缺陷型。它們可在加有某生長因子的基本培養(yǎng)基平板上選出。(2) (2) 抗性突變型：抗性突變型：由于基因突變而使原始菌株產(chǎn)生了對某種化學(xué)藥物或致死物理因子抗性的變異類型。它們可在加有相應(yīng)藥物或用相應(yīng)物理因子處理的培養(yǎng)基平板上選出。 (3) (3) 條件致死突變型：條件致死突變型：某菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在某種條件下可正常地生長、繁殖并實(shí)現(xiàn)其表型，而在另一種條件下卻無法生長、繁殖的突變類型，稱為條件致死突變型。TsTs突變株突變株( (溫度敏感突變株溫度敏感突變株) )：是一類典型的條件致死突變株，指可在某一溫度下生長而在另一溫度下不生長的突變株。(4) (4) 形態(tài)突變型：形態(tài)突

14、變型：指由于突變而產(chǎn)生的個體或菌落形態(tài)所發(fā)生改變。(5) (5) 抗原突變型：抗原突變型： 指由于基因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生突變的變異類型 。(6) (6) 產(chǎn)量突變型：產(chǎn)量突變型：通過基因突變而獲得的在有用代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株，稱為產(chǎn)量突變型。若產(chǎn)量高于原始菌株者，稱為正變株，反之則稱負(fù)變株。 （二）突變率（二）突變率1、概念：指某一個細(xì)胞（或病毒粒）每一個世代中發(fā)生、概念：指某一個細(xì)胞（或病毒粒）每一個世代中發(fā)生某一性狀突變的概率。也是突變在每個細(xì)胞生存的單位生某一性狀突變的概率。也是突變在每個細(xì)胞生存的單位生物學(xué)時間（世代）內(nèi)發(fā)生的概率。物學(xué)時間（世代）內(nèi)發(fā)生的概率

15、。 2、測定：、測定： 應(yīng)用選擇培養(yǎng)法來直接測定突變率應(yīng)用選擇培養(yǎng)法來直接測定突變率 。（三）基因突變的特點(diǎn)（三）基因突變的特點(diǎn)1、自發(fā)性：各種性狀的突變，可以在沒有人為的誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。2、不對應(yīng)性：指突變的性狀與引起突變的原因間無直接的對應(yīng)關(guān)系。3、稀有性：自發(fā)突變雖可隨時發(fā)生，但其突變率卻是極低和穩(wěn)定的。4、獨(dú)立性：突變的發(fā)生一般是獨(dú)立的，某一基因的突變率不受它種基因突變率的影響。5、可誘變性：自發(fā)突變的頻率可因誘變劑的影響而大為提高。6、穩(wěn)定性：基因突變后的新性狀是穩(wěn)定的。7、可逆性：由原始的野生型基因變異為突變型基因的過程，稱為正向突變，相反的過程則稱為回復(fù)突變或回變。任何

16、性狀都可發(fā)生正向突變，也都可發(fā)生回復(fù)突變。 （四）基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明（四）基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明 突變是通過適應(yīng)而產(chǎn)突變是通過適應(yīng)而產(chǎn)生的，突變的原因與生的，突變的原因與性狀間是相對應(yīng)的。性狀間是相對應(yīng)的。 突變是自發(fā)的，突變是自發(fā)的，與環(huán)境是不相與環(huán)境是不相對應(yīng)的。對應(yīng)的。 PK1、變量實(shí)驗、變量實(shí)驗（1）實(shí)驗內(nèi)容：）實(shí)驗內(nèi)容： E.coli對于對于phageT1的抗性變異波動實(shí)驗。的抗性變異波動實(shí)驗。（2）原理：）原理： 通過小試管中抗性細(xì)菌數(shù)的波動情況證明細(xì)菌抗通過小試管中抗性細(xì)菌數(shù)的波動情況證明細(xì)菌抗性的來歷。如果抗藥性的出現(xiàn)是由于細(xì)菌對于藥物所性的來歷。如果抗

17、藥性的出現(xiàn)是由于細(xì)菌對于藥物所發(fā)生的適應(yīng)性的反應(yīng)，那么分裝在許多小試管中的樣發(fā)生的適應(yīng)性的反應(yīng)，那么分裝在許多小試管中的樣品將出現(xiàn)大致相等數(shù)目的細(xì)菌；如果抗藥性的出現(xiàn)是品將出現(xiàn)大致相等數(shù)目的細(xì)菌；如果抗藥性的出現(xiàn)是由于基因突變，由于突變在時間上的隨機(jī)性，不同試由于基因突變，由于突變在時間上的隨機(jī)性，不同試管中的抗性細(xì)菌數(shù)將會表現(xiàn)高度波動。管中的抗性細(xì)菌數(shù)將會表現(xiàn)高度波動。 （3）結(jié)果：）結(jié)果： 從來自同一個培養(yǎng)物的大試管取樣測定的抗性菌落數(shù)從來自同一個培養(yǎng)物的大試管取樣測定的抗性菌落數(shù)比較接近，而來自不同培養(yǎng)物比較接近，而來自不同培養(yǎng)物(20支小試管支小試管)的樣品的抗性的樣品的抗性菌落數(shù)的數(shù)

18、值卻相差很大。菌落數(shù)的數(shù)值卻相差很大。（4）結(jié)論：）結(jié)論： E.coli抗噬菌體性狀的突變，不是由環(huán)境因素抗噬菌體性狀的突變，不是由環(huán)境因素噬噬菌體誘導(dǎo)出來的，而是在它接觸到噬菌體前，在某一次細(xì)菌體誘導(dǎo)出來的，而是在它接觸到噬菌體前，在某一次細(xì)胞分裂過程中隨機(jī)地自發(fā)產(chǎn)生的。這種自發(fā)突變發(fā)生得越胞分裂過程中隨機(jī)地自發(fā)產(chǎn)生的。這種自發(fā)突變發(fā)生得越早，則抗性菌落出現(xiàn)得越多，反之則越少。噬菌體在這里早，則抗性菌落出現(xiàn)得越多，反之則越少。噬菌體在這里僅起著淘汰原始的未突變的敏感菌和甄別抗噬菌體突變型僅起著淘汰原始的未突變的敏感菌和甄別抗噬菌體突變型的作用。的作用。 2、涂布實(shí)驗、涂布實(shí)驗（1）實(shí)驗內(nèi)容：

19、）實(shí)驗內(nèi)容：（2）實(shí)驗原理：）實(shí)驗原理： 若抗性是在接觸噬菌體以后產(chǎn)生的，那么噴噬菌體以若抗性是在接觸噬菌體以后產(chǎn)生的，那么噴噬菌體以前的重新涂布無非使細(xì)菌所處的位置發(fā)生改變，而不會因前的重新涂布無非使細(xì)菌所處的位置發(fā)生改變，而不會因為涂布大大地改變細(xì)菌對于噬菌體的反應(yīng)，因此兩組培養(yǎng)為涂布大大地改變細(xì)菌對于噬菌體的反應(yīng)，因此兩組培養(yǎng)皿上出現(xiàn)的抗性菌落數(shù)應(yīng)相等；若抗性發(fā)生在接觸噬菌體皿上出現(xiàn)的抗性菌落數(shù)應(yīng)相等；若抗性發(fā)生在接觸噬菌體以前，那么在噴上噬菌體以前某些菌落中的抗性突變型細(xì)以前，那么在噴上噬菌體以前某些菌落中的抗性突變型細(xì)菌已經(jīng)分裂若干次，在不經(jīng)重新涂布的培養(yǎng)皿上形成一個菌已經(jīng)分裂若干次

20、，在不經(jīng)重新涂布的培養(yǎng)皿上形成一個菌落，在重新涂布的培養(yǎng)皿上出現(xiàn)若干菌落。菌落，在重新涂布的培養(yǎng)皿上出現(xiàn)若干菌落。（3）結(jié)果：重新涂布的培養(yǎng)皿上出現(xiàn)的抗性菌落多于未）結(jié)果：重新涂布的培養(yǎng)皿上出現(xiàn)的抗性菌落多于未經(jīng)重新涂布的。經(jīng)重新涂布的。（4）結(jié)論：抗性突變的發(fā)生在接觸噬菌體之前。）結(jié)論：抗性突變的發(fā)生在接觸噬菌體之前。 3 3、影印培養(yǎng)實(shí)驗、影印培養(yǎng)實(shí)驗（1 1）實(shí)驗內(nèi)容：）實(shí)驗內(nèi)容：（2）實(shí)驗原理：）實(shí)驗原理： 通過蓋印章的方式，在未接觸抗性因素的條件下篩選通過蓋印章的方式，在未接觸抗性因素的條件下篩選出的抗性突變株。由于實(shí)驗過程中沒有接觸過抗性因素，出的抗性突變株。由于實(shí)驗過程中沒有接觸

21、過抗性因素，所以直接證明了基因突變的自發(fā)性。所以直接證明了基因突變的自發(fā)性。（3）結(jié)果：得到越來越多的抗性菌落，最終甚至可以得）結(jié)果：得到越來越多的抗性菌落，最終甚至可以得到純的抗性菌株細(xì)胞群。到純的抗性菌株細(xì)胞群。（4）結(jié)論：基因突變的自發(fā)性。）結(jié)論：基因突變的自發(fā)性。 （五）突變機(jī)制（五）突變機(jī)制1、誘發(fā)突變的機(jī)制、誘發(fā)突變的機(jī)制（1）點(diǎn)突變：即狹義的基因突變，指）點(diǎn)突變：即狹義的基因突變，指DNA的單個堿基發(fā)生替的單個堿基發(fā)生替換所引起的突變。換所引起的突變。1）堿基置換：一對堿基被另一對堿基所置換。）堿基置換：一對堿基被另一對堿基所置換。轉(zhuǎn)換：即轉(zhuǎn)換：即DNA鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤

22、或是一個嘧啶被鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤或是一個嘧啶被另一個嘧啶所置換另一個嘧啶所置換顛換：即顛換：即DNA鏈中的一個嘌呤被另一個嘧啶或是一個嘧啶被鏈中的一個嘌呤被另一個嘧啶或是一個嘧啶被另一個嘌呤所置換。另一個嘌呤所置換。 2) 移碼突變：移碼突變： 指指DNA分子中的一個或少數(shù)幾個核苷酸的增添分子中的一個或少數(shù)幾個核苷酸的增添(插入插入)或缺或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤的失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株。一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株。a. 由于在由于在DNA分子的編碼區(qū)

23、插入或缺失非分子的編碼區(qū)插入或缺失非3的整數(shù)倍個的整數(shù)倍個(1個、個、2個或個或4個個)核苷酸而導(dǎo)致閱讀框架位移，導(dǎo)致翻譯出來的蛋白質(zhì)核苷酸而導(dǎo)致閱讀框架位移，導(dǎo)致翻譯出來的蛋白質(zhì)的氨基酸序列與野生型完全不同。的氨基酸序列與野生型完全不同。 b. 如果插入或缺失的堿基正好是如果插入或缺失的堿基正好是3個或其整倍數(shù)，那么在翻譯個或其整倍數(shù)，那么在翻譯出的多肽上可能是多一個、幾個或少一個、幾個氨基酸，而不出的多肽上可能是多一個、幾個或少一個、幾個氨基酸，而不完全打亂整個氨基酸序列。完全打亂整個氨基酸序列。 （2）染色體畸變）染色體畸變 指染色體的結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變。是指染色體的結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變。是D

24、NA分子大范圍的分子大范圍的損傷。損傷。1）染色體結(jié)構(gòu)變異）染色體結(jié)構(gòu)變異缺失缺失 指染色體丟失了一個片段，使之位于這個片段上的基指染色體丟失了一個片段，使之位于這個片段上的基因也隨之丟失。因也隨之丟失。重復(fù)：重復(fù)： 一個染色體上某一片段出現(xiàn)兩份或兩份以上，使位于一個染色體上某一片段出現(xiàn)兩份或兩份以上，使位于這些片段上的基因多了一份或幾份。這些片段上的基因多了一份或幾份。 缺失和重復(fù)都起因于染色體上基因數(shù)目的變化。缺失和重復(fù)都起因于染色體上基因數(shù)目的變化。倒位倒位 在同一染色體上某一個片段作在同一染色體上某一個片段作180的顛倒，造成染色的顛倒，造成染色體上基因順序的重排。如果顛倒的片段包括著

25、絲粒在內(nèi)的體上基因順序的重排。如果顛倒的片段包括著絲粒在內(nèi)的倒位稱為臂間倒位，不包括著絲粒的倒位稱為臂內(nèi)倒位。倒位稱為臂間倒位，不包括著絲粒的倒位稱為臂內(nèi)倒位。易位易位 一個染色體臂的一段移接到另一非同源染色體的臂上一個染色體臂的一段移接到另一非同源染色體的臂上的結(jié)構(gòu)變異。的結(jié)構(gòu)變異。 最常見的是相互易位，非同源染色體間相互交換染色最常見的是相互易位，非同源染色體間相互交換染色體片段，造成染色體間基因的重排。體片段，造成染色體間基因的重排。 倒位和易位都起因于染色體上基因排列位置的變化。倒位和易位都起因于染色體上基因排列位置的變化。 2 2 自發(fā)突變：無人為因素下的低頻率（約自發(fā)突變：無人為因

26、素下的低頻率（約10109 9 10106 6）（1 1）背景輻射）背景輻射 （2 2）有害產(chǎn)物積累）有害產(chǎn)物積累 （3 3）堿基錯配）堿基錯配: :其中其中（六）紫外線對（六）紫外線對DNA的損傷及機(jī)體對損傷的損傷及機(jī)體對損傷DNA的修復(fù)的修復(fù)紫外線作用：同鏈紫外線作用：同鏈DNA的相鄰的相鄰T間形成共價間形成共價T二聚體，阻二聚體，阻礙堿基間正常配對，從而引起突變或死亡。礙堿基間正常配對，從而引起突變或死亡。 (1) 光復(fù)活光復(fù)活(2) 切除修復(fù)切除修復(fù)(3) 重組修復(fù)重組修復(fù)(4) SOS修復(fù)修復(fù) （1）光復(fù)活作用把經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱

27、為光復(fù)活作用。光復(fù)活機(jī)理：經(jīng)紫外線照射所形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗中與光激活酶（photoreactivating enzyme）結(jié)合，形成的復(fù)合物暴露在可見光（300-500nm）下時，此酶會因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。由于在一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以在進(jìn)行紫外線誘變育種時，只能在紅光下進(jìn)行照射及處理照射后的菌液。（2） 暗修復(fù)作用暗修復(fù)作用又稱切除修復(fù)（excision repair），是細(xì)胞內(nèi)的主要修復(fù)系統(tǒng)，用于修復(fù)被誘變劑（包括紫外線、烷化劑、X射線和射線等）損傷后的DNA的機(jī)制。全部修復(fù)過程由四種酶完成，即內(nèi)切核酸酶在胸腺嘧啶二聚體

28、的5一側(cè)切開一個3- OH和5-P的單鏈缺口；外切核酸酶從5-P至3-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大 缺口；DNA聚合酶修補(bǔ)缺口連接酶連接裂口1、由核酸內(nèi)切酶切開二聚體、由核酸內(nèi)切酶切開二聚體的的5末端，形成末端，形成3-OH和和5-P的單鏈缺口的單鏈缺口2、核酸外切酶從、核酸外切酶從5-P到到3-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口。缺口。3、DNA聚合酶以另一條互補(bǔ)聚合酶以另一條互補(bǔ)鏈為模板，從原有鏈上暴露的鏈為模板，從原有鏈上暴露的3-OH端起合成缺失片段。端起合成缺失片段。4、連接酶將新合成的、連接酶將新合成的3-OH與原有的與原有的5-P相連接。相連接。二、突變與育種二、

29、突變與育種菌種工作包括三方面：選種、育種、復(fù)壯和保藏。菌種工作包括三方面：選種、育種、復(fù)壯和保藏。選種選種從自然界和生產(chǎn)中選擇符合需要菌種。從自然界和生產(chǎn)中選擇符合需要菌種。育種育種進(jìn)一步提高已有菌種某種性能，使更符合要求。進(jìn)一步提高已有菌種某種性能，使更符合要求。 選育新菌種可從幾方面著手：選育新菌種可從幾方面著手：1）從原有菌株入手進(jìn)行各種遺傳改造工作。）從原有菌株入手進(jìn)行各種遺傳改造工作。2）根據(jù)文獻(xiàn)資料報導(dǎo)的微生物種屬，向國內(nèi)外菌種保）根據(jù)文獻(xiàn)資料報導(dǎo)的微生物種屬，向國內(nèi)外菌種保藏機(jī)構(gòu)索取同種或同屬菌株，從中尋求符合要求者。藏機(jī)構(gòu)索取同種或同屬菌株，從中尋求符合要求者。3）根據(jù)所需菌種

30、特性、嗜好或工藝要求，從特定的生）根據(jù)所需菌種特性、嗜好或工藝要求，從特定的生態(tài)環(huán)境中以特定方法重新分離自然菌株。態(tài)環(huán)境中以特定方法重新分離自然菌株。（一）自發(fā)突變與育種（一）自發(fā)突變與育種1、生產(chǎn)育種、生產(chǎn)育種 在利用微生物進(jìn)行大生產(chǎn)的過程中由于微生物會以在利用微生物進(jìn)行大生產(chǎn)的過程中由于微生物會以10-6左左右的突變率進(jìn)行自發(fā)突變，從而分離出生產(chǎn)性狀優(yōu)于原菌株右的突變率進(jìn)行自發(fā)突變，從而分離出生產(chǎn)性狀優(yōu)于原菌株的優(yōu)良菌株。的優(yōu)良菌株。 2、定向育種、定向育種 用某一特定環(huán)境長期處理某一微生物群體，同時不斷地用某一特定環(huán)境長期處理某一微生物群體，同時不斷地進(jìn)行移種傳代，以達(dá)到積累和選擇合適的

31、自發(fā)突變體的一種進(jìn)行移種傳代，以達(dá)到積累和選擇合適的自發(fā)突變體的一種古老育種方法。古老育種方法。 （二）誘變育種（二）誘變育種 利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其突變率大幅度提高，然后設(shè)法采用簡便、快速、高效促進(jìn)其突變率大幅度提高，然后設(shè)法采用簡便、快速、高效的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合目的的突變株，以供生產(chǎn)科的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合目的的突變株，以供生產(chǎn)科研之用。研之用。 基本步驟：基本步驟：原種原種 （出發(fā)菌株）（出發(fā)菌株） 純化純化斜面斜面同步培養(yǎng)同步培養(yǎng)離心洗滌離心洗滌振蕩打散振蕩打散過濾過濾菌懸液菌懸液誘變處理誘

32、變處理 平板分離平板分離 斜面斜面 （活菌計數(shù)）（活菌計數(shù)） （計數(shù)）（計數(shù)） （變異率）（變異率） 斜面斜面 斜面斜面 保藏及擴(kuò)大試驗保藏及擴(kuò)大試驗（初篩）（初篩） （復(fù)篩）（復(fù)篩） （再復(fù)篩）（再復(fù)篩） 誘變育種基本步驟誘變育種基本步驟1、出發(fā)菌株的選擇、出發(fā)菌株的選擇(1) 對出發(fā)菌株的要求對出發(fā)菌株的要求 生長快，營養(yǎng)要求粗放，發(fā)育早，產(chǎn)孢子多，對誘變生長快，營養(yǎng)要求粗放，發(fā)育早，產(chǎn)孢子多，對誘變劑敏感性高，已能積累少量產(chǎn)品或前體物的菌株。劑敏感性高，已能積累少量產(chǎn)品或前體物的菌株。(2) 出發(fā)菌株的選擇出發(fā)菌株的選擇1) 選取自然界新分離的野生型菌株，它們對誘變因素敏感，選取自然界新

33、分離的野生型菌株，它們對誘變因素敏感，容易發(fā)生變異；容易發(fā)生變異；2) 選取生產(chǎn)中由于自發(fā)突變或長期在生產(chǎn)條件下馴化而篩選取生產(chǎn)中由于自發(fā)突變或長期在生產(chǎn)條件下馴化而篩選得到的菌株，與野生型菌株較相象，容易達(dá)到較好的誘選得到的菌株，與野生型菌株較相象，容易達(dá)到較好的誘變效果；變效果；3) 選取每次誘變處理都有一定提高的菌株，往往多次誘變選取每次誘變處理都有一定提高的菌株，往往多次誘變可能效果迭加，積累更多的提高。可能效果迭加，積累更多的提高。 2、出發(fā)菌株的純化、出發(fā)菌株的純化(1) 目的：獲得遺傳性狀基本一致的，并且穩(wěn)定的變種。目的：獲得遺傳性狀基本一致的，并且穩(wěn)定的變種。(2) 原因：遺傳

34、背景復(fù)雜的菌種誘變后負(fù)變率將增加；誘原因：遺傳背景復(fù)雜的菌種誘變后負(fù)變率將增加；誘變史長的菌株，采用強(qiáng)烈誘變劑處理，又不進(jìn)行純化分離，變史長的菌株，采用強(qiáng)烈誘變劑處理，又不進(jìn)行純化分離，誘變效果差。誘變效果差。 (3) 純種分離方法：常用劃線分離法和稀釋分離法。純種分離方法：常用劃線分離法和稀釋分離法。 3、同步培養(yǎng)（前培養(yǎng)）、同步培養(yǎng)（前培養(yǎng)）(1)目的：獲得生理狀態(tài)一致的培養(yǎng)物。目的：獲得生理狀態(tài)一致的培養(yǎng)物。(2) 原因：突變率高，重現(xiàn)性也好。原因：突變率高，重現(xiàn)性也好。(3) 方法：方法：1) 細(xì)菌一般要求培養(yǎng)至對數(shù)生長期；細(xì)菌一般要求培養(yǎng)至對數(shù)生長期； 2) 霉菌處理使用分生孢子，應(yīng)

35、該將分生孢子在液體培養(yǎng)基霉菌處理使用分生孢子，應(yīng)該將分生孢子在液體培養(yǎng)基中短時間培養(yǎng)，使孢子孵化，處于活化狀態(tài)，并恰好未形成中短時間培養(yǎng)，使孢子孵化，處于活化狀態(tài)，并恰好未形成菌絲體。菌絲體。 4 4、單細(xì)胞、單細(xì)胞( (或單孢子或單孢子) )懸液的制備懸液的制備(1) (1) 目的：獲得單細(xì)胞目的：獲得單細(xì)胞( (或單孢子或單孢子) ) 、均勻的懸液。、均勻的懸液。(2) (2) 原因：一方面分散狀態(tài)的細(xì)胞可以均勻地接觸誘變劑，還可減少原因：一方面分散狀態(tài)的細(xì)胞可以均勻地接觸誘變劑，還可減少分離現(xiàn)象發(fā)生。另一方面又可避免長出不純菌落。分離現(xiàn)象發(fā)生。另一方面又可避免長出不純菌落。(3) (3)

36、 方法：方法：1) 1) 菌齡：對數(shù)期細(xì)胞、剛成熟的孢子或活化的孢子菌齡：對數(shù)期細(xì)胞、剛成熟的孢子或活化的孢子 。2) 2) 菌懸液濃度：一般真菌孢子或酵母菌細(xì)胞懸浮液的濃度為菌懸液濃度：一般真菌孢子或酵母菌細(xì)胞懸浮液的濃度為10106 6個個/ /mLmL、放線菌或細(xì)菌的濃度為放線菌或細(xì)菌的濃度為10108 8個個mLmL左右。左右。 3) 3) 菌懸液的配制方法：菌懸液的配制方法： 離心洗滌前培養(yǎng)物，用冷生理鹽水或緩沖液制備菌懸液，放離心洗滌前培養(yǎng)物，用冷生理鹽水或緩沖液制備菌懸液，放在盛有玻璃珠的三角瓶內(nèi)振蕩在盛有玻璃珠的三角瓶內(nèi)振蕩1010minmin，令其分散，用無菌脫脂棉或濾紙令其

37、分散，用無菌脫脂棉或濾紙過濾。通過菌體計數(shù)，調(diào)整菌懸液的濃度供誘變處理。過濾。通過菌體計數(shù)，調(diào)整菌懸液的濃度供誘變處理。 5、誘變處理、誘變處理 (1) 誘變劑種類的選擇誘變劑種類的選擇 常用誘變劑有兩大類：物理誘變劑和化學(xué)誘變劑。常用誘變劑有兩大類：物理誘變劑和化學(xué)誘變劑。 常用的物理誘變劑：常用的物理誘變劑： 紫外線、紫外線、x射線、射線、射線射線(如如Co60等等)、等離子、快中子、等離子、快中子、射線、射線、射線、超聲波等。射線、超聲波等。常用的化學(xué)誘變劑：常用的化學(xué)誘變劑： 堿基類似物、烷化劑、羥胺、吖定類化合物等。堿基類似物、烷化劑、羥胺、吖定類化合物等。 (2) 最適誘變劑量的選

38、擇最適誘變劑量的選擇1) 誘變劑劑量的表示方式誘變劑劑量的表示方式a.UV的劑量指強(qiáng)度與作用時間的乘積。的劑量指強(qiáng)度與作用時間的乘積。b.化學(xué)誘變劑常以在一定外界條件下誘變劑的濃度和作用化學(xué)誘變劑常以在一定外界條件下誘變劑的濃度和作用時間的乘積來表示。時間的乘積來表示。c.在育種實(shí)踐中，常以殺菌率來作誘變劑的相對劑量。在育種實(shí)踐中，常以殺菌率來作誘變劑的相對劑量。 2) 最適誘變劑量的確定最適誘變劑量的確定a.確定依據(jù)確定依據(jù) 誘變的最適劑量，應(yīng)該使所希望得到的突變株在存活群體中占有誘變的最適劑量，應(yīng)該使所希望得到的突變株在存活群體中占有最大的比例。最大的比例。 b. 確定方法確定方法 通過比

39、較劑量通過比較劑量存活率曲線和劑量存活率曲線和劑量誘變率曲線，找到某誘變劑誘變率曲線，找到某誘變劑的劑量的劑量存活率存活率誘變率三者的最佳結(jié)合點(diǎn)，即為誘變劑的最適劑量。誘變率三者的最佳結(jié)合點(diǎn)，即為誘變劑的最適劑量。 劑量劑量存活率曲線存活率曲線 以誘變劑的劑量為橫坐標(biāo)，以細(xì)胞存活率的對數(shù)值為縱坐標(biāo)繪制以誘變劑的劑量為橫坐標(biāo)，以細(xì)胞存活率的對數(shù)值為縱坐標(biāo)繪制的曲線。的曲線。 劑量劑量誘變率曲線誘變率曲線 以誘變劑的劑量為橫坐標(biāo)，以誘變后獲得的突變細(xì)胞數(shù)為縱坐標(biāo)以誘變劑的劑量為橫坐標(biāo)，以誘變后獲得的突變細(xì)胞數(shù)為縱坐標(biāo)繪制的曲線。繪制的曲線。 c.紫外誘變的方法紫外誘變的方法紫外燈應(yīng)先預(yù)熱紫外燈應(yīng)先

40、預(yù)熱2030min 將將10m1菌懸液放在直徑為菌懸液放在直徑為9cm的培養(yǎng)皿中，液層厚度約為的培養(yǎng)皿中，液層厚度約為2mm，啟動磁力攪拌器，使用啟動磁力攪拌器，使用15w功率紫外燈管，照射距離功率紫外燈管，照射距離為為30cm左右，照射時間以幾秒至數(shù)十分鐘為宜，具芽孢的菌左右，照射時間以幾秒至數(shù)十分鐘為宜，具芽孢的菌株需處理株需處理10min左右。左右。設(shè)計一個照射不同時間梯度的實(shí)驗，根據(jù)不同時間照射的設(shè)計一個照射不同時間梯度的實(shí)驗，根據(jù)不同時間照射的死亡率，作出照射時間與死亡率的曲線，這樣就可以選擇適死亡率，作出照射時間與死亡率的曲線，這樣就可以選擇適當(dāng)?shù)恼丈鋭┝俊．?dāng)?shù)恼丈鋭┝俊?實(shí)驗中避

41、免光復(fù)活現(xiàn)象：實(shí)驗中避免光復(fù)活現(xiàn)象： 實(shí)驗時，為了避免光復(fù)活現(xiàn)象，處理過程應(yīng)在暗室的紅實(shí)驗時，為了避免光復(fù)活現(xiàn)象，處理過程應(yīng)在暗室的紅光下操作，處理完畢后，將盛菌懸液的器皿用黑布包起來培光下操作，處理完畢后，將盛菌懸液的器皿用黑布包起來培養(yǎng)，然后再進(jìn)行分離篩選。養(yǎng)，然后再進(jìn)行分離篩選。 (3)誘變劑的處理方式誘變劑的處理方式1) 單因子處理單因子處理 采用單一誘變劑處理出發(fā)菌株。采用單一誘變劑處理出發(fā)菌株。 2) 復(fù)合因子處理復(fù)合因子處理 指兩種以上誘變因子共同誘發(fā)菌體突變。指兩種以上誘變因子共同誘發(fā)菌體突變。 兩種或多種誘變劑先后使用。兩種或多種誘變劑先后使用。 同一種誘變劑的重復(fù)使用。同一

42、種誘變劑的重復(fù)使用。 兩種或多種誘變劑的同時使用。兩種或多種誘變劑的同時使用。 (4)誘變劑的處理方法誘變劑的處理方法 1) 直接處理方法直接處理方法 將菌懸液用物理、化學(xué)因子處理，然后涂平板分離突變株。將菌懸液用物理、化學(xué)因子處理，然后涂平板分離突變株。 2) 生長過程處理生長過程處理 適用于誘變作用強(qiáng)的而殺菌率較低的誘變劑，或在分裂過適用于誘變作用強(qiáng)的而殺菌率較低的誘變劑，或在分裂過程中只對程中只對DNA起作用的誘變劑，如起作用的誘變劑，如NTG、LiCl、秋水仙堿等。秋水仙堿等。 將誘變劑加入培養(yǎng)基涂平板。將誘變劑加入培養(yǎng)基涂平板。 先把培養(yǎng)基制成平板，將一定濃度的誘變劑和菌體加入平板。

43、先把培養(yǎng)基制成平板，將一定濃度的誘變劑和菌體加入平板。 搖瓶振蕩培養(yǎng)處理搖瓶振蕩培養(yǎng)處理Ames實(shí)驗實(shí)驗 利用細(xì)菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變檢出環(huán)境或食品中是利用細(xì)菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變檢出環(huán)境或食品中是否存在化學(xué)致癌劑的一種簡便有效方法。否存在化學(xué)致癌劑的一種簡便有效方法。1、誘變的生物化學(xué)統(tǒng)一性、誘變的生物化學(xué)統(tǒng)一性 任何能改變核酸結(jié)構(gòu)的因素，都可引起核酸生物學(xué)功任何能改變核酸結(jié)構(gòu)的因素，都可引起核酸生物學(xué)功能的改變能的改變 2、篩選簡單模型研究高等生物的突變（癌癥）、篩選簡單模型研究高等生物的突變（癌癥）(1) 化學(xué)物質(zhì)對核酸結(jié)構(gòu)的改變和對生物的三致作用化學(xué)物質(zhì)對核酸結(jié)構(gòu)的改變和對生物的三致作

44、用(2) 致突變因素，一般都有致突致癌致畸效應(yīng)（三致作致突變因素，一般都有致突致癌致畸效應(yīng)（三致作用），反之亦然用），反之亦然(3) 對原核生物有效的因素，則對非細(xì)胞生物和真核生物對原核生物有效的因素，則對非細(xì)胞生物和真核生物也有效也有效(4) 能引起易鑒出的選擇性突變的因素，也能引起難以檢能引起易鑒出的選擇性突變的因素，也能引起難以檢出的非選擇性突變出的非選擇性突變(5) 凡能引起負(fù)變的因素，也可引起正變凡能引起負(fù)變的因素，也可引起正變(6) 凡能引起回復(fù)突變的因素，一般也能引起正向突變凡能引起回復(fù)突變的因素，一般也能引起正向突變3、Ames實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： 根據(jù)誘變劑的共性原則，即：化

45、學(xué)試劑對細(xì)菌的誘變率根據(jù)誘變劑的共性原則，即：化學(xué)試劑對細(xì)菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比，利用細(xì)菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突與其對動物的致癌性成正比，利用細(xì)菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來檢測食品或環(huán)境中是否存在致癌劑。鼠傷寒沙門氏菌的變來檢測食品或環(huán)境中是否存在致癌劑。鼠傷寒沙門氏菌的組氨酸缺陷型組氨酸缺陷型(his-)菌株在基本培養(yǎng)基菌株在基本培養(yǎng)基-的平板上不能生長，的平板上不能生長，如發(fā)生回復(fù)突變則能生長。如發(fā)生回復(fù)突變則能生長。4、方法、方法第三節(jié)第三節(jié) 基因重組和雜交育種基因重組和雜交育種 基因重組：凡把兩個不同性狀個體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到起，基因重組：凡把兩個不同性狀個體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到起，

46、經(jīng)過經(jīng)過遺傳遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳型個體的方式，稱分子間的重新組合，形成新遺傳型個體的方式，稱為基因重組或遺傳重組。為基因重組或遺傳重組。 雜交：兩個性狀不同的菌株或變種之間進(jìn)行細(xì)胞結(jié)合，遺傳雜交：兩個性狀不同的菌株或變種之間進(jìn)行細(xì)胞結(jié)合，遺傳物質(zhì)交換重新組合成新的性狀。物質(zhì)交換重新組合成新的性狀。 一、原核生物的基因重組一、原核生物的基因重組特點(diǎn)：（特點(diǎn)：（1 1）片段性）片段性 （2 2）單向性）單向性 （3 3）轉(zhuǎn)移機(jī)制獨(dú)特而多樣）轉(zhuǎn)移機(jī)制獨(dú)特而多樣 （一）轉(zhuǎn)化（一）轉(zhuǎn)化1 1、定義、定義 受體菌直接吸收了來自供體菌的受體菌直接吸收了來自供體菌的DNADNA片段，通過交片段，通

47、過交換，把它組合到自己的基因組中，從而獲得供體菌部換，把它組合到自己的基因組中，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化后的受體菌，稱轉(zhuǎn)化子，供分遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化后的受體菌，稱轉(zhuǎn)化子，供體菌的體菌的DNADNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子。片段稱為轉(zhuǎn)化因子。 2 2、感受態(tài)、感受態(tài)（1 1）定義）定義 感受態(tài)即受體菌最易接收外源感受態(tài)即受體菌最易接收外源DNADNA片段并實(shí)現(xiàn)片段并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。（2 2）特點(diǎn)）特點(diǎn)1 1）表示細(xì)胞具有攝取外源）表示細(xì)胞具有攝取外源DNADNA的能力；的能力；2 2）自然轉(zhuǎn)化的感受態(tài)細(xì)胞受）自然轉(zhuǎn)化的感受態(tài)細(xì)胞受感受態(tài)因子感受態(tài)因子調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)； 是調(diào)節(jié)

48、感受態(tài)的一類特異蛋白，它可以催化外來是調(diào)節(jié)感受態(tài)的一類特異蛋白，它可以催化外來DNADNA片段片段的吸收或降解細(xì)胞表面某種成分，讓細(xì)胞表面的的吸收或降解細(xì)胞表面某種成分，讓細(xì)胞表面的DNADNA受體顯露受體顯露出來。它包括三種主要成分：與膜相關(guān)的出來。它包括三種主要成分：與膜相關(guān)的DNADNA結(jié)合蛋白、細(xì)胞結(jié)合蛋白、細(xì)胞壁自溶素和幾種核酸酶。壁自溶素和幾種核酸酶。 3)3)是細(xì)胞群體在某個生長階段的一種特性，大多與生是細(xì)胞群體在某個生長階段的一種特性，大多與生長周期有關(guān)長周期有關(guān) 。4)4)是反映細(xì)胞個體之間遺傳信息交流的一種程度。是反映細(xì)胞個體之間遺傳信息交流的一種程度。 3 3、轉(zhuǎn)化機(jī)制、

49、轉(zhuǎn)化機(jī)制（1 1）轉(zhuǎn)化發(fā)生的條件）轉(zhuǎn)化發(fā)生的條件1) 1) 受體細(xì)胞處于感受態(tài)。受體細(xì)胞處于感受態(tài)。2) 2) 受體細(xì)胞吸附的轉(zhuǎn)化因子，必須是雙鏈的受體細(xì)胞吸附的轉(zhuǎn)化因子，必須是雙鏈的DNADNA，且且DNADNA分子的相對分子質(zhì)量不小于分子的相對分子質(zhì)量不小于3 310105 5 。 轉(zhuǎn)化不需兩個細(xì)胞直接接觸轉(zhuǎn)化不需兩個細(xì)胞直接接觸（2 2）轉(zhuǎn)化的過程）轉(zhuǎn)化的過程1)1)感受態(tài)的出現(xiàn)感受態(tài)的出現(xiàn) 2)2)DNADNA的結(jié)合與進(jìn)入的結(jié)合與進(jìn)入G G+ +G G- -3) 3) DNADNA的整合（重組）的整合（重組） 進(jìn)入細(xì)胞的外源進(jìn)入細(xì)胞的外源DNADNA通過同源重組以置通過同源重組以置換的

50、方式整合進(jìn)受體換的方式整合進(jìn)受體染色體染色體DNADNA，經(jīng)復(fù)制和經(jīng)復(fù)制和細(xì)胞分裂后形成重組細(xì)胞分裂后形成重組體。體。 （3 3）影響轉(zhuǎn)化效率的因素：）影響轉(zhuǎn)化效率的因素：1) 1) 受體細(xì)胞的感受態(tài)受體細(xì)胞的感受態(tài)決定轉(zhuǎn)化因子能否被吸收決定轉(zhuǎn)化因子能否被吸收進(jìn)入受體細(xì)胞；進(jìn)入受體細(xì)胞；2) 2) 受體細(xì)胞的限制酶系統(tǒng)和其他核酸酶受體細(xì)胞的限制酶系統(tǒng)和其他核酸酶決定轉(zhuǎn)決定轉(zhuǎn)化因子在整合前是否被分解；化因子在整合前是否被分解；3) 3) 受體和供體染色體的同源性受體和供體染色體的同源性決定轉(zhuǎn)化因子的決定轉(zhuǎn)化因子的整合。整合。 4 4、轉(zhuǎn)染、轉(zhuǎn)染(1)(1)定義：把噬菌體或其他病毒定義：把噬菌體或

51、其他病毒DNADNA（RNARNA）提取出來，提取出來，用它去感染感受態(tài)的宿主細(xì)胞，并產(chǎn)生正常噬菌體或用它去感染感受態(tài)的宿主細(xì)胞，并產(chǎn)生正常噬菌體或病毒后代。病毒后代。(2)(2)轉(zhuǎn)染和轉(zhuǎn)化：作為轉(zhuǎn)染的病毒核酸，并不是作為供轉(zhuǎn)染和轉(zhuǎn)化：作為轉(zhuǎn)染的病毒核酸，并不是作為供體基因的功能，被感染的宿主也決不是能形成轉(zhuǎn)化子體基因的功能，被感染的宿主也決不是能形成轉(zhuǎn)化子的受體菌。的受體菌。（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)1、定義：、定義： 通過缺陷噬菌體的媒介，把供體細(xì)胞的小片通過缺陷噬菌體的媒介，把供體細(xì)胞的小片段段DNA攜帶到受體細(xì)胞中，通過交換與整合，使攜帶到受體細(xì)胞中，通過交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳性

52、狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。由轉(zhuǎn)導(dǎo)作用而獲得部分新性狀的重組細(xì)胞，稱為由轉(zhuǎn)導(dǎo)作用而獲得部分新性狀的重組細(xì)胞，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子。轉(zhuǎn)導(dǎo)子。 2、轉(zhuǎn)導(dǎo)過程（種類）、轉(zhuǎn)導(dǎo)過程（種類）(1) 普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)1）定義：通過極少數(shù)完全缺陷噬菌體對供體菌基因組）定義：通過極少數(shù)完全缺陷噬菌體對供體菌基因組上任何小片段上任何小片段DNA進(jìn)行進(jìn)行“誤包誤包”，而將其遺傳性狀傳，而將其遺傳性狀傳遞給受體菌的現(xiàn)象，稱為普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。遞給受體菌的現(xiàn)象，稱為普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。 2 2）普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)中外源）普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)中外源DNADNA的三種后果的三種后果進(jìn)入受體的外源進(jìn)入受體的外源DNADNA通過與細(xì)胞染色體的

53、重組交換而通過與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo) 外源外源DNADNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗，在選擇平板上無菌落被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗，在選擇平板上無菌落形成形成 進(jìn)入受體的外源進(jìn)入受體的外源DNADNA通過與細(xì)胞染色體的重組交通過與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。a. a. 定義：定義： 經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)而獲得了供體菌經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)而獲得了供體菌DNADNA片段的受體菌，導(dǎo)片段的受體菌，導(dǎo)入的外源入的外源DNADNA若與受體細(xì)胞核染色體組上的同源區(qū)若與受體細(xì)胞核染色體組上的同源區(qū)段配對，再經(jīng)過雙交換而

54、整合到染色體組上，從而段配對，再經(jīng)過雙交換而整合到染色體組上，從而使后者成為一個遺傳性狀穩(wěn)定的重組體的現(xiàn)象稱為使后者成為一個遺傳性狀穩(wěn)定的重組體的現(xiàn)象稱為完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。形成的轉(zhuǎn)導(dǎo)子稱為普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)子。完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。形成的轉(zhuǎn)導(dǎo)子稱為普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)子。 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo) a. 定義：定義： 經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)而獲得了供體菌經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)而獲得了供體菌DNA片段的受體菌，如果片段的受體菌，如果外源外源DNA在其內(nèi)既不進(jìn)行交換、整合和復(fù)制，也不在其內(nèi)既不進(jìn)行交換、整合和復(fù)制，也不迅速消失，而僅進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯和性狀表達(dá)，這種現(xiàn)迅速消失，而僅進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯和性狀表達(dá)，這種現(xiàn)象就稱流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)。象就稱流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)。 b. 過程過程 (2) 局限

55、轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)1）定義：指通過部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定）定義：指通過部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中，并與后者的基因組整合、重組，形成轉(zhuǎn)基因攜帶到受體菌中，并與后者的基因組整合、重組，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的現(xiàn)象。導(dǎo)子的現(xiàn)象。2）特點(diǎn)）特點(diǎn) 只能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌的個別特定基因；只能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌的個別特定基因； 該特定基因由部分缺陷的噬菌體攜帶；該特定基因由部分缺陷的噬菌體攜帶； 缺陷噬菌體是由于其在形成過程中所發(fā)生的低頻率缺陷噬菌體是由于其在形成過程中所發(fā)生的低頻率 “誤誤切切”，或由于雙重溶源菌的裂解而形成；，或由于雙重溶源菌的裂解而形成；局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的產(chǎn)生要通過局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬

56、菌體的產(chǎn)生要通過UV等因素對溶源菌的誘導(dǎo)并等因素對溶源菌的誘導(dǎo)并引起裂解后才產(chǎn)生。引起裂解后才產(chǎn)生。 3 3）局限轉(zhuǎn)導(dǎo)類型：）局限轉(zhuǎn)導(dǎo)類型：a.a. 低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)： 指通過一般溶源菌釋放的噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，指通過一般溶源菌釋放的噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因其只能形成極少數(shù)（因其只能形成極少數(shù)（1010-4-4-10-10-6-6）轉(zhuǎn)導(dǎo)子，故稱低）轉(zhuǎn)導(dǎo)子，故稱低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。b.b. 高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)： 指通過雙重溶源菌所產(chǎn)生的裂解物所進(jìn)行的轉(zhuǎn)指通過雙重溶源菌所產(chǎn)生的裂解物所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因其含有等量的正常噬菌體和缺陷噬菌體，導(dǎo)，因其含有等量的正常噬菌體和缺陷噬菌體，具有高頻率的轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，故

57、稱高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。具有高頻率的轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，故稱高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。（3 3）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：1 1）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價地與噬菌體）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價地與噬菌體DNADNA連接，與噬菌體連接，與噬菌體DNADNA一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而完全轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而完全轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿主菌的基因；主菌的基因； 2 2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。定的個別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)

58、。3、轉(zhuǎn)導(dǎo)和溶源轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)導(dǎo)和溶源轉(zhuǎn)變（1）溶源轉(zhuǎn)變：當(dāng)正常的溫和噬菌體感染其宿主而）溶源轉(zhuǎn)變：當(dāng)正常的溫和噬菌體感染其宿主而使其發(fā)生溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主的使其發(fā)生溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主的核基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性核基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現(xiàn)象，稱為溶源轉(zhuǎn)變。狀的現(xiàn)象，稱為溶源轉(zhuǎn)變。（2）溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)有著本質(zhì)的不同。）溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)有著本質(zhì)的不同。首先，這種溫和噬菌體并不攜帶任何來自供體菌的首先，這種溫和噬菌體并不攜帶任何來自供體菌的外源基因，使宿主帶來新性狀的正是噬菌體本身的外源基因，使宿主帶來新性狀的正是噬菌體本身的基因；基

59、因；其次，這種溫和噬菌體是完整的，而不是缺陷的；其次，這種溫和噬菌體是完整的，而不是缺陷的；第三，獲得新性狀的是溶源化的宿主細(xì)胞，而不是第三，獲得新性狀的是溶源化的宿主細(xì)胞，而不是什么轉(zhuǎn)導(dǎo)子；什么轉(zhuǎn)導(dǎo)子；第四，獲得的性狀可隨噬菌體的消失而同時消失。第四，獲得的性狀可隨噬菌體的消失而同時消失。 1946年，Joshua Lederberg等認(rèn)為細(xì)菌的轉(zhuǎn)化有些與高等動物、植物的接合相類似。因此他們設(shè)計了一個實(shí)驗來觀察細(xì)菌是否存在接合現(xiàn)象。 中間平板上長出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致。 1） F+F-雜交理化因子的處理可將理化因子的處理可將F F因子消除而使因子消除而使F F+

60、+菌株變成菌株變成F F- -菌株菌株Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此高頻重組菌株。2 2）HfrHfr F F- -Hfr菌株仍然保持著F+細(xì)胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細(xì)胞進(jìn)行接合。所不同的是，當(dāng)OriT序列被缺刻螺旋酶識別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)(leading region)結(jié)合著染色體DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移。F因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過程常被中斷，因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中。HfrF-雜交后的受體細(xì)胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。大腸桿菌基因組很大（），其遺傳圖譜須用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成3 3）