食品微生物學(xué)-遺傳變異和育種學(xué)習(xí)資料

1、食品微生物學(xué)-遺傳變異和育種 遺傳（遺傳（heredityheredity）：）：指生物的上一代將自己的一整套指生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為和功能。遺傳因子傳遞給下一代的行為和功能。 遺傳型（遺傳型（genotypegenotype）：）：又稱基因型，指某一生物個(gè)體又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。 表型（表型（phenotypephenotype）: :指某一生物所具有的一切外表特指某一生物所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和征和內(nèi)在特性的總和, ,是遺傳型在合適條件下的具體是遺傳型在

2、合適條件下的具體表現(xiàn)。表現(xiàn)。 遺傳型遺傳型 + 環(huán)境條件環(huán)境條件 表型表型代謝、發(fā)育代謝、發(fā)育* *幾個(gè)概念幾個(gè)概念 變異（變異（variationvariation）：）： 親子之間或子代個(gè)體之間性親子之間或子代個(gè)體之間性狀表現(xiàn)的差異稱為變異狀表現(xiàn)的差異稱為變異 。變異分不遺傳的變異和可。變異分不遺傳的變異和可遺傳的變異。遺傳的變異。 遺傳變異遺傳變異：由于遺傳物質(zhì)的改變所致的變異。：由于遺傳物質(zhì)的改變所致的變異。遺傳物質(zhì)的改變方式有遺傳物質(zhì)的改變方式有基因突變、基因突變、 基因重組、原生基因重組、原生質(zhì)體融合質(zhì)體融合等等。 飾變飾變：即不遺傳的變異：即不遺傳的變異指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)指不涉

3、及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯水平上的表型變化。而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯水平上的表型變化。植物蛋白水解培養(yǎng)基植物蛋白水解培養(yǎng)基糖鹽培養(yǎng)基糖鹽培養(yǎng)基粘液型菌落粘液型菌落放射型土壤桿菌放射型土壤桿菌非粘液型菌落非粘液型菌落胰蛋白胨培養(yǎng)基胰蛋白胨培養(yǎng)基腦心浸液培養(yǎng)基腦心浸液培養(yǎng)基諾卡氏菌諾卡氏菌球形節(jié)桿菌球形節(jié)桿菌完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基生物素缺陷培養(yǎng)基生物素缺陷培養(yǎng)基* *微生物的遺傳變異的特點(diǎn)微生物的遺傳變異的特點(diǎn)1 1、大多數(shù)微生物為單細(xì)胞構(gòu)造簡(jiǎn)單，通常為單倍、大多數(shù)微生物為單細(xì)胞構(gòu)造簡(jiǎn)單，通常為單倍體，而且直接接觸外界環(huán)境，任何條件的變化，體，而且直接接觸外界環(huán)境，任何條件的變化，都可影響微生物

4、，從而都可影響微生物，從而降低了遺傳的保守性降低了遺傳的保守性。2 2、繁殖速度快，可在短時(shí)間重復(fù)多次，即使變異、繁殖速度快，可在短時(shí)間重復(fù)多次，即使變異的頻率十分低，也的頻率十分低，也可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的變可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代異后代。3 3、常見的變異形式是、常見的變異形式是基因突變基因突變, ,它可以涉及它可以涉及到任何性狀到任何性狀: :形態(tài)構(gòu)造、代謝途徑、生理類形態(tài)構(gòu)造、代謝途徑、生理類型等。型等。4 4、大多數(shù)微生物為無性繁殖、大多數(shù)微生物為無性繁殖, ,一旦發(fā)生一旦發(fā)生變異變異很容易在性狀上表現(xiàn)和保留很容易在性狀上表現(xiàn)和保留出來出來, ,有利于篩有利于篩選好的特性。選好

5、的特性。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)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)一、證明遺傳物質(zhì)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)病毒重建實(shí)驗(yàn)病毒重建實(shí)驗(yàn)1 1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 肺炎雙球菌（有莢膜）肺炎雙球菌（有莢膜） 研究對(duì)象：肺炎雙球菌研究對(duì)象：肺炎雙球菌 S S型菌株：型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性有莢膜，菌落表面光滑，有致病性 R R型菌株：型菌株：無莢膜，菌落表面粗糙，無致病性無莢膜，菌落表面粗糙，無致病性Griffith2 2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)Hershey & Chase (1952)Hershe

6、y & Chase (1952)T2 bacteriophage3 3 、病毒重建實(shí)驗(yàn)、病毒重建實(shí)驗(yàn) 1956-1957年， H. FraenkelConrat做了本實(shí)驗(yàn)第二節(jié)第二節(jié) 微生物的基因微生物的基因組組基因組（基因組（genomegenome）：）：一個(gè)物種的單倍體的一個(gè)物種的單倍體的所有染色體及其所包含的遺傳信息的總稱所有染色體及其所包含的遺傳信息的總稱. .原核生物（如細(xì)菌）原核生物（如細(xì)菌）: :多為單倍體多為單倍體（在一般情況（在一般情況下只有一條染色體）下只有一條染色體）; ;真核微生物，真核微生物，多條染色體多條染色體，例如啤酒酵母有，例如啤酒酵母有1616條條染

7、色體。有時(shí)為雙倍體染色體。有時(shí)為雙倍體一、微生物染色體基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一、微生物染色體基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1 1、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組1 1）染色體為雙鏈環(huán)狀的）染色體為雙鏈環(huán)狀的DNADNA分子（單倍體）；分子（單倍體）；雙鏈環(huán)狀的染色體在細(xì)胞中以緊密纏繞成的較雙鏈環(huán)狀的染色體在細(xì)胞中以緊密纏繞成的較致密的不規(guī)則小體形式存在于細(xì)胞中，該小體稱為擬致密的不規(guī)則小體形式存在于細(xì)胞中，該小體稱為擬核核( (nucliod)nucliod)，其上結(jié)合有類組蛋白蛋白質(zhì)和少量其上結(jié)合有類組蛋白蛋白質(zhì)和少量RNARNA分子。分子。例外：布氏疏螺旋體例外：布氏疏螺旋

8、體( (Borrelia burgdorferiBorrelia burgdorferi) )的染色體是線狀的的染色體是線狀的個(gè)別細(xì)菌個(gè)別細(xì)菌( (鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌) )和古生菌的和古生菌的rRNArRNA和和tRNAtRNA中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列2 2）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。3 3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；4 4）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA

9、rRNA基因的多拷貝；基因的多拷貝；5 5）基因組的重復(fù)序列少而短；）基因組的重復(fù)序列少而短；古生菌的基因組在結(jié)構(gòu)上類似于細(xì)菌。但是信息古生菌的基因組在結(jié)構(gòu)上類似于細(xì)菌。但是信息傳遞系統(tǒng)傳遞系統(tǒng)( (復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯) )則與細(xì)菌不同而類似于則與細(xì)菌不同而類似于真核生物。真核生物。操縱子（操縱子（operonoperon）：）：功能相關(guān)的幾個(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共功能相關(guān)的幾個(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動(dòng)子、操作同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動(dòng)子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。子等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。2 2、真核微生物（啤酒酵

10、母）的基因組、真核微生物（啤酒酵母）的基因組1 1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；2 2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；3 3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；4 4）重復(fù)序列多；）重復(fù)序列多；二、質(zhì)粒二、質(zhì)粒質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmidplasmid）：）： 一種獨(dú)立于染色一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。主要存在于各種微生物細(xì)胞中。1 1、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalently closed circle

11、，簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；（細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）2 2、質(zhì)粒的特點(diǎn)、質(zhì)粒的特點(diǎn)非必需，體積小，多拷貝非必需，體積小，多拷貝，自我自我復(fù)制，可轉(zhuǎn)移復(fù)制，可轉(zhuǎn)移，可重組，不親和?？芍亟M，不親和。高拷貝數(shù)高拷貝數(shù)( (high copy number)high copy number)質(zhì)粒質(zhì)粒（每個(gè)宿主細(xì)胞中可以有（每個(gè)宿主細(xì)胞中可以有10-10010-100個(gè)拷貝）個(gè)拷貝） 松弛型質(zhì)粒松弛型質(zhì)粒低拷貝數(shù)低拷貝數(shù)( (low copy number)low copy number)質(zhì)粒

12、質(zhì)粒（每個(gè)宿主細(xì)胞中可以有（每個(gè)宿主細(xì)胞中可以有1-41-4個(gè)拷貝）個(gè)拷貝） 嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒窄宿主范圍質(zhì)粒窄宿主范圍質(zhì)粒( (narrow host range plasmid)narrow host range plasmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒廣宿主范圍質(zhì)粒( (broad host range plasmid)broad host range plasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）3 3、質(zhì)粒的主要類型、質(zhì)粒的主要類型致育因子（致育因子（Fertility factorFertility

13、factor，F(xiàn) F因子因子）抗性因子（抗性因子（Resistance factorResistance factor，R R因子因子）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin production plasmidBacteriocin production plasmid）毒性質(zhì)粒（毒性質(zhì)粒（virulence plasmidvirulence plasmid）代謝質(zhì)粒（代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmidMetabolic plasmid）隱秘質(zhì)粒（隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmidcryptic plasmid）致育因子致育因子又稱又稱F F質(zhì)粒，質(zhì)粒，其大小

14、約其大小約100100kbkb，這是最早發(fā)現(xiàn)這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）有關(guān)的質(zhì)粒有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶攜帶F F質(zhì)粒的菌株稱為質(zhì)粒的菌株稱為F F+ +菌株（相當(dāng)于雄性），無菌株（相當(dāng)于雄性），無F F質(zhì)粒的菌株稱為質(zhì)粒的菌株稱為F F- -菌株菌株（相當(dāng)于雌性）。（相當(dāng)于雌性）。F F因子能以游離狀態(tài)因子能以游離狀態(tài)( (F F+ +) )和以與染色體相結(jié)和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)合的狀態(tài)( (Hfr)Hfr)存在于細(xì)胞中，所以又稱之為附加存在于細(xì)胞中，所以又稱之為附加體體episome)episome)?？剐砸蜃涌剐砸蜃影顾?/p>

15、性和抗重金屬二大類，簡(jiǎn)稱包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡(jiǎn)稱R R質(zhì)粒。質(zhì)粒。脆弱擬桿脆弱擬桿菌克林霉菌克林霉素抗性質(zhì)素抗性質(zhì)粒粒大腸桿菌大腸桿菌四環(huán)素抗四環(huán)素抗性質(zhì)粒性質(zhì)粒R100R100質(zhì)粒質(zhì)粒(89(89kb)kb)可使宿主對(duì)下列藥物可使宿主對(duì)下列藥物及重金屬具有抗性：及重金屬具有抗性：汞、磺胺、鏈霉素汞、磺胺、鏈霉素、夫西地酸夫西地酸、氯霉素、氯霉素、四環(huán)素、并且負(fù)責(zé)這四環(huán)素、并且負(fù)責(zé)這些抗性的基因是成簇些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上。地存在于抗性質(zhì)粒上。產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒大腸桿菌（大腸桿菌（E. coliE. coli）產(chǎn)生的細(xì)菌素為產(chǎn)生的細(xì)菌素為colicinscoli

16、cins（大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為ColCol質(zhì)粒。質(zhì)粒。一種乳酸細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素一種乳酸細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素NisinANisinA能強(qiáng)烈抑制某能強(qiáng)烈抑制某些些G G+ +細(xì)菌的生長(zhǎng)，而被用于食品工業(yè)的保藏。細(xì)菌的生長(zhǎng)，而被用于食品工業(yè)的保藏。毒性質(zhì)粒毒性質(zhì)粒許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對(duì)宿主的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對(duì)宿主（動(dòng)物、植物）造成傷害。（動(dòng)物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)物腹瀉的主要產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)物腹瀉的主要病原菌之一，其中許

17、多菌株含有為一種或多種腸毒素病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒編碼的質(zhì)粒. .蘇云金桿菌含有編碼蘇云金桿菌含有編碼內(nèi)毒素內(nèi)毒素( (伴孢晶體中伴孢晶體中) )的的質(zhì)粒質(zhì)粒. .根癌土壤桿菌所含根癌土壤桿菌所含TiTi質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子癭瘤的致病因子. .代謝質(zhì)粒代謝質(zhì)粒質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進(jìn)行共生固氮，或產(chǎn)生如能降解某些基質(zhì)的酶，進(jìn)行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等?？股兀承┓啪€菌）等。假單胞菌：假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香具有降解一些有

18、毒化合物，如芳香簇化合物簇化合物( (苯苯) )、農(nóng)藥、農(nóng)藥、辛烷和樟腦等的能力。辛烷和樟腦等的能力。降解質(zhì)粒：降解質(zhì)粒：將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡(jiǎn)單形式作為碳源和能源利用的簡(jiǎn)單形式，環(huán)境保護(hù)方環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。面具有重要的意義。隱秘質(zhì)粒隱秘質(zhì)粒隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測(cè)細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。檢測(cè)細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。解。在應(yīng)用上

19、，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體。因工程的載體。一、微生物的基因突變一、微生物的基因突變 基因突變基因突變 ：簡(jiǎn)稱突變，是指細(xì)胞內(nèi)（或病毒：簡(jiǎn)稱突變，是指細(xì)胞內(nèi)（或病毒粒子內(nèi)）遺傳物質(zhì)的粒子內(nèi)）遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)或或數(shù)量數(shù)量突然發(fā)生的突然發(fā)生的可可遺傳遺傳的變化。的變化。從自然界分離的菌株稱從自然界分離的菌株稱野生型野生型，突變后的菌，突變后的菌株稱株稱突變型（突變型（株）。株）。 第三節(jié)微生物基因突變第三節(jié)微生物基因突變狹義的基因突變（點(diǎn)突變）：只涉及狹義的基因突變（點(diǎn)突變）：只涉及DNADNA分子一對(duì)堿基或少數(shù)幾對(duì)堿基的變化。分子一對(duì)

20、堿基或少數(shù)幾對(duì)堿基的變化。 廣義：包括染色體畸變和基因突變。廣義：包括染色體畸變和基因突變。 1、根據(jù)、根據(jù)DNA變化的范圍分變化的范圍分基因突變基因突變置換置換移碼突變（缺失或添加）移碼突變（缺失或添加）染色體畸變?nèi)旧w畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧w數(shù)目改變?nèi)旧w數(shù)目改變轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顛換顛換缺失缺失重復(fù)重復(fù)倒位倒位易位易位整倍性改變整倍性改變非整倍性改變非整倍性改變（一）突變類型（一）突變類型 （1 1）堿基置換：）堿基置換： 一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換 轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：從一種嘌呤變到另一嘌呤從一種嘌呤變到另一嘌呤 或從一種嘧啶到或從一種嘧啶到另一嘧啶，可稱為轉(zhuǎn)換另

21、一嘧啶，可稱為轉(zhuǎn)換 ； 顛換顛換：從嘌呤到嘧啶（從嘌呤到嘧啶（A-CA-C或或G-TG-T等）或從嘧啶到等）或從嘧啶到嘌呤（嘌呤（C-GC-G，T-AT-A等），則稱它為顛換。等），則稱它為顛換。 （2 2）移碼突變）移碼突變：DNADNA分子中一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)核苷酸分子中一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)核苷酸增加或缺失增加或缺失而造成的基因突變。而造成的基因突變。（3 3）染色體畸變）染色體畸變: :某些因素使某些因素使DNADNA發(fā)生大的發(fā)生大的損傷，使染色體產(chǎn)生畸變，結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)缺失損傷，使染色體產(chǎn)生畸變，結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)缺失 、重復(fù)、重復(fù) 、倒位和易位的現(xiàn)象，數(shù)目上有所、倒位和易位的現(xiàn)象，數(shù)目上有所增減。增減。D

22、NADNA復(fù)制中的堿基配對(duì)錯(cuò)誤復(fù)制中的堿基配對(duì)錯(cuò)誤自發(fā)損傷自發(fā)損傷脫嘌呤脫嘌呤脫氨基脫氨基氧化性損傷堿基氧化性損傷堿基可轉(zhuǎn)移遺傳因子的作用可轉(zhuǎn)移遺傳因子的作用自發(fā)突變自發(fā)突變堿基類似物堿基類似物烷化劑烷化劑嵌合劑嵌合劑輻射輻射黃曲霉毒素黃曲霉毒素誘發(fā)突變誘發(fā)突變2、根據(jù)突變起因分、根據(jù)突變起因分自發(fā)突變：自發(fā)突變：指生物體在無人工干預(yù)下自然發(fā)生的指生物體在無人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變。低頻率突變。誘發(fā)突變：誘發(fā)突變：指通過人為的方法，利用物理、化學(xué)指通過人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率，從而達(dá)或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率，從而達(dá)到遺傳性狀的改變。到遺傳性狀

23、的改變。 營(yíng)養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型抗性突變型抗性突變型條件致死突變型條件致死突變型形態(tài)突變型形態(tài)突變型抗原突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型產(chǎn)量突變型選擇型突變選擇型突變非選擇型突變非選擇型突變3、根據(jù)表型分、根據(jù)表型分選擇型突變：選擇型突變：凡能用選擇性培養(yǎng)基（或其他選擇性培養(yǎng)條件）快速選擇凡能用選擇性培養(yǎng)基（或其他選擇性培養(yǎng)條件）快速選擇 出來的突變株。出來的突變株。致死突變型和半致死突變型致死突變型和半致死突變型營(yíng)養(yǎng)缺陷型：營(yíng)養(yǎng)缺陷型：?jiǎn)适撤N物質(zhì)合成能力，無喪失某種物質(zhì)合成能力，無法在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。法在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。 抗性突變型抗性突變型 ：對(duì)化學(xué)藥物或致死物理因子：對(duì)化學(xué)藥物或致死物理因

24、子產(chǎn)生抗性產(chǎn)生抗性 條件致死突變型：條件致死突變型：某條件能正常生長(zhǎng)，另某條件能正常生長(zhǎng)，另一條件卻不能。如一條件卻不能。如TsTs突變株。突變株。形態(tài)突變型形態(tài)突變型: :個(gè)體或菌落形態(tài)發(fā)生變異個(gè)體或菌落形態(tài)發(fā)生變異抗原突變型抗原突變型: : 細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，如莢膜成分如莢膜成分產(chǎn)量突變型產(chǎn)量突變型: :代謝產(chǎn)物產(chǎn)量變異代謝產(chǎn)物產(chǎn)量變異, ,高高正正T,T,低低負(fù)負(fù)T T 致死突變型和半致死突變型致死突變型和半致死突變型：由于基因突：由于基因突變而造成個(gè)體死亡的突變類型為致死突變型。變而造成個(gè)體死亡的突變類型為致死突變型。造成個(gè)體生活力下降的的突變型為半致死突造成

25、個(gè)體生活力下降的的突變型為半致死突變型。變型。正向突變正向突變回復(fù)突變回復(fù)突變4、根據(jù)突變方向分、根據(jù)突變方向分 正向突變：正向突變：野生型基因可以通過突變成為突野生型基因可以通過突變成為突變型基因。變型基因。 回復(fù)突變：回復(fù)突變：突變型基因會(huì)再次發(fā)生突變而成突變型基因會(huì)再次發(fā)生突變而成為野生型基因?yàn)橐吧突?1.1.自發(fā)性自發(fā)性: :有三個(gè)實(shí)驗(yàn)證明有三個(gè)實(shí)驗(yàn)證明2.2.不對(duì)應(yīng)性不對(duì)應(yīng)性( (性狀與原因）性狀與原因）3.3.稀有性；稀有性； 4.4.獨(dú)立性；獨(dú)立性；5.5.可誘變性；可誘變性； 6.6.穩(wěn)定性；穩(wěn)定性； 7.7.可逆性?？赡嫘?。（二）基因突變的特點(diǎn)（二）基因突變的特點(diǎn) 某一細(xì)

26、胞（或病毒粒子）在某一細(xì)胞（或病毒粒子）在每一世代中每一世代中發(fā)發(fā)生某一性狀突變的幾率，稱突變率。生某一性狀突變的幾率，稱突變率。突變率突變率LuriaLuria等的變量試驗(yàn)等的變量試驗(yàn)T110103 31030.2ml相差很大相差很大相差不大相差不大NewcombeNewcombe的涂布試驗(yàn)的涂布試驗(yàn)LederbergLederberg等的影印平板培養(yǎng)法等的影印平板培養(yǎng)法影印法分離缺陷型菌株影印法分離缺陷型菌株1 1 自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變機(jī)制 （1 1）多因素低劑量的誘變效應(yīng)；）多因素低劑量的誘變效應(yīng)； （2 2）互變異構(gòu)效應(yīng)）互變異構(gòu)效應(yīng) （三）基因突變機(jī)（三）基因突變機(jī)制制在自然環(huán)境中存

27、在著低劑量的在自然環(huán)境中存在著低劑量的宇宙射線宇宙射線、各種各種短波輻射、短波輻射、低劑量的低劑量的誘變物質(zhì)誘變物質(zhì)和微生物自和微生物自身代謝產(chǎn)生的誘變物質(zhì)等的作用引起的突變。身代謝產(chǎn)生的誘變物質(zhì)等的作用引起的突變。 多因素低劑量的誘變效應(yīng)多因素低劑量的誘變效應(yīng)四種堿基第六位上的酮基或氨基的瞬間變構(gòu)，四種堿基第六位上的酮基或氨基的瞬間變構(gòu)，會(huì)引起堿基的錯(cuò)配會(huì)引起堿基的錯(cuò)配。T T和和G G可以可以酮式酮式或或稀醇式稀醇式出現(xiàn)，出現(xiàn)，C C和和A A可以可以氨基式氨基式或或亞氨基式亞氨基式出現(xiàn)。平衡是傾向于酮式或氨基式的，因出現(xiàn)。平衡是傾向于酮式或氨基式的，因此，此，DNADNA雙鏈中以雙鏈中以

28、ATAT和和GCGC堿基配對(duì)為主。堿基配對(duì)為主?；プ儺悩?gòu)效應(yīng)互變異構(gòu)效應(yīng)誘變劑：誘變劑：能夠提高生物體突變頻率的物質(zhì)。能夠提高生物體突變頻率的物質(zhì)。 常用的誘變劑包括常用的誘變劑包括物理、化學(xué)物理、化學(xué)和和生物生物的三的三大類。大類。 2 2、誘發(fā)突變機(jī)制、誘發(fā)突變機(jī)制紫外線、快中子、紫外線、快中子、X X射線、射線、射線、射線、射線、激光射線、激光 物理因素中目前使用得最方便而且十分有效的物理因素中目前使用得最方便而且十分有效的是紫外線。是紫外線。物理誘變劑物理誘變劑DNADNA對(duì)紫外線有強(qiáng)烈的吸收，在堿基中對(duì)紫外線有強(qiáng)烈的吸收，在堿基中嘧啶（嘧啶（T T，C C）比嘌呤（比嘌呤（A A，G

29、 G）更敏感。更敏感。紫外線紫外線的作用機(jī)制的作用機(jī)制是主要形成是主要形成胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶二聚體，以改，以改變變DNADNA生物活性，造成菌體死亡和變異。生物活性，造成菌體死亡和變異。紫外線的作用原理紫外線的作用原理 把經(jīng)把經(jīng)UVUV照射后照射后的的M M立即暴露于可見立即暴露于可見光下時(shí)，死亡率明光下時(shí)，死亡率明顯降低的現(xiàn)象。顯降低的現(xiàn)象。 光復(fù)活作用光復(fù)活作用切除修復(fù)切除修復(fù) 不依賴于可見不依賴于可見光，只通過酶切去除嘧啶光，只通過酶切去除嘧啶二聚體，隨后重新合成一二聚體，隨后重新合成一段正常段正常DNADNA鏈的核酸修復(fù)方鏈的核酸修復(fù)方式。式。重組修復(fù)重組修復(fù)SOSSOS修復(fù)修復(fù)核

30、酸內(nèi)切酶核酸外切酶堿基類似物堿基類似物 2-2-氨基嘌呤、氨基嘌呤、5-5-溴尿嘧啶、溴尿嘧啶、8-8-氮鳥嘌呤氮鳥嘌呤原理：原理：在結(jié)構(gòu)上和目標(biāo)物類似，可以被用于在結(jié)構(gòu)上和目標(biāo)物類似，可以被用于DNADNA合成，但配對(duì)時(shí)和原有堿基表現(xiàn)出差異。合成，但配對(duì)時(shí)和原有堿基表現(xiàn)出差異。如如5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-5-BUBU）是胸腺嘧啶（是胸腺嘧啶（T T）的類的類似物，似物，BUBU（酮式）酮式）- -A A，BUBU（稀醇式）稀醇式）- -G G化學(xué)誘變劑化學(xué)誘變劑與堿基反應(yīng)的物質(zhì)與堿基反應(yīng)的物質(zhì)烷化劑（如亞硝基胍烷化劑（如亞硝基胍強(qiáng)致癌物）強(qiáng)致癌物） 原理原理：誘變劑中含有一個(gè)或多個(gè)活

31、性烷基，使誘變劑中含有一個(gè)或多個(gè)活性烷基，使堿基烷化。如鳥嘌呤烷基化后，稀醇式為主要存在堿基烷化。如鳥嘌呤烷基化后，稀醇式為主要存在形式。形式。GC GC G G* *T T AT AT脫氨基誘變劑（如亞硝酸）脫氨基誘變劑（如亞硝酸）原理：原理：使堿基脫氨基。如使堿基脫氨基。如A A脫氨基脫氨基 H H（次黃次黃嘌呤）只能和嘌呤）只能和C C配對(duì)，配對(duì)，ATATHCHCGCGC原理：原理：插入插入DNADNA雙螺旋相鄰的堿基對(duì)之間，引起雙螺旋相鄰的堿基對(duì)之間，引起DNADNA分子插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基，造成遺傳密分子插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基，造成遺傳密碼轉(zhuǎn)錄和翻譯的錯(cuò)誤。碼轉(zhuǎn)錄和翻譯的錯(cuò)誤。

32、移碼誘變劑移碼誘變劑丫啶類物質(zhì)、丫啶氮芥衍生物丫啶類物質(zhì)、丫啶氮芥衍生物 吖啶類染料（吖啶橙等）和稱為吖啶類染料（吖啶橙等）和稱為ICRICR的物質(zhì)的物質(zhì)都是有效的移碼突變誘變劑。都是有效的移碼突變誘變劑。 細(xì)菌細(xì)菌: :ICRICR191191有效；有效； 酵母菌酵母菌: :溴化乙錠有效溴化乙錠有效噬菌體噬菌體: :吖啶橙和吖啶橙和5-5-氨基吖啶有效；氨基吖啶有效；第四節(jié)第四節(jié) 微生物基因重組微生物基因重組基因重組（遺傳傳遞）：基因重組（遺傳傳遞）：指遺傳物質(zhì)從指遺傳物質(zhì)從一個(gè)微生物細(xì)胞向另一個(gè)微生物細(xì)胞傳遞，一個(gè)微生物細(xì)胞向另一個(gè)微生物細(xì)胞傳遞，形成新的遺傳型個(gè)體的過程。形成新的遺傳型個(gè)

33、體的過程。原核生物基因重組原核生物基因重組：轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和原生質(zhì)體融合和原生質(zhì)體融合真核生物基因重組：真核生物基因重組：有性雜交有性雜交. .準(zhǔn)性雜交準(zhǔn)性雜交. .原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合一、原核微生物的基因重組一、原核微生物的基因重組（一）轉(zhuǎn)化（一）轉(zhuǎn)化（transformationtransformation）受體菌直接吸收供體菌的受體菌直接吸收供體菌的DNADNA片段而片段而獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)化因子：轉(zhuǎn)化因子： 供體菌供體菌DNADNA片段。片段。 轉(zhuǎn)化子：轉(zhuǎn)化后的受體菌。轉(zhuǎn)化子：轉(zhuǎn)化后的受體菌。1 1、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化2 2、轉(zhuǎn)化

34、的特點(diǎn)、轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)1 1）轉(zhuǎn)化一般只發(fā)生在）轉(zhuǎn)化一般只發(fā)生在同一物種或近緣物種同一物種或近緣物種之之間。間。2 2）受體細(xì)胞只有處于）受體細(xì)胞只有處于感受態(tài)階段感受態(tài)階段才能吸收供才能吸收供體的體的DNADNA。 感受態(tài)：感受態(tài)：指受體細(xì)胞最易接收外源指受體細(xì)胞最易接收外源DNADNA片片段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。3 3、轉(zhuǎn)化過程、轉(zhuǎn)化過程 a a、供體供體DNADNA片段片段和處于感受態(tài)受體細(xì)胞表面的和處于感受態(tài)受體細(xì)胞表面的膜連膜連DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白相結(jié)合，其中一條鏈被核酸酶水解，相結(jié)合，其中一條鏈被核酸酶水解，另另一條進(jìn)入細(xì)胞一條進(jìn)入細(xì)胞。 b

35、 b、在同源區(qū)內(nèi)發(fā)生、在同源區(qū)內(nèi)發(fā)生基因重組基因重組 c c、受體、受體DNADNA復(fù)制，復(fù)制，雜合區(qū)也得到復(fù)制雜合區(qū)也得到復(fù)制。 d d、細(xì)胞分裂后，形成、細(xì)胞分裂后，形成一個(gè)轉(zhuǎn)化子一個(gè)轉(zhuǎn)化子和一個(gè)仍保持受和一個(gè)仍保持受體原來基因型的子代。體原來基因型的子代。 轉(zhuǎn)化過程示意圖轉(zhuǎn)化過程示意圖轉(zhuǎn)染：轉(zhuǎn)染：用提純的病毒核酸（用提純的病毒核酸（RNARNA或或DNADNA）去感染其宿主細(xì)胞或原生質(zhì)體，可增殖出去感染其宿主細(xì)胞或原生質(zhì)體，可增殖出一群正常病毒后代的現(xiàn)象。一群正常病毒后代的現(xiàn)象。（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transductlotransductlo）通過通過噬菌體噬菌體為媒介，將供體菌細(xì)胞的

36、小片段為媒介，將供體菌細(xì)胞的小片段DNADNA攜帶到受體細(xì)胞中，通過交換和整合，使后攜帶到受體細(xì)胞中，通過交換和整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。 1 1、概念、概念 通過轉(zhuǎn)導(dǎo)而獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞稱通過轉(zhuǎn)導(dǎo)而獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞稱為為轉(zhuǎn)導(dǎo)子轉(zhuǎn)導(dǎo)子。 2 2、類型、類型普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)特異（局限）轉(zhuǎn)導(dǎo)特異（局限）轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo) 概念：概念：轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)供體染供體染色體的任何部分色體的任何部分到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。分完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)兩程

37、。分完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)兩種種（1 1）普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)）普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子，完全轉(zhuǎn)導(dǎo)形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子，完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)外源外源DNADNA被降解被降解流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)特征流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)特征特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基平板上形成特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落微小菌落外源外源DNA在供體內(nèi)既不交換、整在供體內(nèi)既不交換、整合和復(fù)制，也不迅速消失，僅表合和復(fù)制，也不迅速消失，僅表現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄、翻譯和表達(dá)?，F(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄、翻譯和表達(dá)。少量酶少量酶流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)形成微小菌落的原流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)形成微小菌落的原因因由于供體菌的片段沒有重組到受體的染由于供體菌的片段沒有重組到受體的染色

38、體上，它本身不具有獨(dú)立復(fù)制的能力，隨色體上，它本身不具有獨(dú)立復(fù)制的能力，隨著細(xì)胞的分裂，供體片段只能沿著單個(gè)細(xì)胞著細(xì)胞的分裂，供體片段只能沿著單個(gè)細(xì)胞傳遞下去，只有保留了供體傳遞下去，只有保留了供體DNADNA片段的子細(xì)胞片段的子細(xì)胞才能合成供體片段所編碼的酶，而沒有得到才能合成供體片段所編碼的酶，而沒有得到供體供體DNADNA片段的子細(xì)胞不能合成新酶，但仍含片段的子細(xì)胞不能合成新酶，但仍含有非常有限的由母細(xì)胞分裂時(shí)殘留的酶，只有非常有限的由母細(xì)胞分裂時(shí)殘留的酶，只夠完成少數(shù)幾次細(xì)胞分裂所用，所以形成的夠完成少數(shù)幾次細(xì)胞分裂所用，所以形成的是微小的菌落。是微小的菌落。（2 2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)）局限

39、性轉(zhuǎn)導(dǎo) 概念：概念：部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少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中，并獲得表達(dá)的轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)特定基因攜帶到受體中，并獲得表達(dá)的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象?，F(xiàn)象。溫和噬菌體溫和噬菌體感染感染整合到細(xì)菌染色體整合到細(xì)菌染色體上的特定位點(diǎn)上的特定位點(diǎn)溶源菌發(fā)生裂解時(shí)，在溶源菌發(fā)生裂解時(shí)，在原原噬菌體二側(cè)噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基的少數(shù)宿主基因因偶爾因因偶爾發(fā)生的不正常切發(fā)生的不正常切割割而連在噬菌體而連在噬菌體DNADNA上上部分缺陷的溫和噬菌體部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的特定基因把供體菌的特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌轉(zhuǎn)移到受體菌過程原理過程原理溫和噬菌體溫和噬菌體裂解時(shí)的不正常切割：包含裂解

40、時(shí)的不正常切割：包含galgal或或biobio基因（幾率一般僅有基因（幾率一般僅有1010-6-6）缺陷噬菌體在宿主細(xì)胞內(nèi)能夠象正常缺陷噬菌體在宿主細(xì)胞內(nèi)能夠象正常的的DNADNA分子一樣進(jìn)行復(fù)制、包裝，提供所分子一樣進(jìn)行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。但沒有需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。但沒有正常噬菌體的增殖能力，感染受體細(xì)胞后正常噬菌體的增殖能力，感染受體細(xì)胞后，通過，通過DNADNA整合進(jìn)宿主染色體而形成穩(wěn)定的整合進(jìn)宿主染色體而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。轉(zhuǎn)導(dǎo)子。 通過通過一般溶源菌釋放一般溶源菌釋放的噬菌體所進(jìn)的噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)。行的轉(zhuǎn)導(dǎo)。因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)導(dǎo)因?yàn)樵删w從宿主細(xì)胞染

41、因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)導(dǎo)因?yàn)樵删w從宿主細(xì)胞染色體上脫離下來時(shí)，因誤切而形成缺陷型噬色體上脫離下來時(shí)，因誤切而形成缺陷型噬菌體的頻率只有菌體的頻率只有10-4-10-6 。低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)雙重溶源菌誘導(dǎo)對(duì)雙重溶源菌誘導(dǎo), ,就會(huì)產(chǎn)生含就會(huì)產(chǎn)生含5050左右高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物左右高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物, ,用此轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌用此轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌, ,獲獲得得5050轉(zhuǎn)導(dǎo)子。轉(zhuǎn)導(dǎo)子。dgal高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（3 3）區(qū)別普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)）區(qū)別普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)普通性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)比較普通性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)比較比較要點(diǎn)比較要點(diǎn)普通性轉(zhuǎn)導(dǎo)普通性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)相同點(diǎn)相同點(diǎn)均是

42、以噬菌體為媒介實(shí)現(xiàn)的遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移均是以噬菌體為媒介實(shí)現(xiàn)的遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移不同點(diǎn)不同點(diǎn)起始噬菌體類型起始噬菌體類型烈性噬菌體（不整合）烈性噬菌體（不整合）溫和噬菌體（整合）溫和噬菌體（整合）轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體形成轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體形成繁殖時(shí)繁殖時(shí)DNADNA誤包誤包非正常脫離非正常脫離轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體類型轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體類型完全缺陷噬菌體完全缺陷噬菌體部分缺陷噬菌體部分缺陷噬菌體可轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因可轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因供體菌的任何基因供體菌的任何基因噬菌體基因兩端基因噬菌體基因兩端基因（三）接合（三）接合 概念：概念：供體菌（供體菌（“雄性雄性”）通過性菌毛與受體）通過性菌毛與受體菌（菌（“雌性雌性”）直接接觸，把）直接接觸，把F F質(zhì)粒

43、傳遞給后者，質(zhì)粒傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳性狀的現(xiàn)象。使后者獲得若干新遺傳性狀的現(xiàn)象。 通過接合而獲得通過接合而獲得新遺傳性狀的受體新遺傳性狀的受體細(xì)胞稱為細(xì)胞稱為接合子接合子。 大腸桿菌大腸桿菌F F質(zhì)粒基因圖質(zhì)?；驁D內(nèi)圈數(shù)字表示質(zhì)內(nèi)圈數(shù)字表示質(zhì)粒的大小和關(guān)健粒的大小和關(guān)健基因所處的位置：基因所處的位置：tra,tra,轉(zhuǎn)移功能；轉(zhuǎn)移功能；o oriT,riT,轉(zhuǎn)移起始點(diǎn)，轉(zhuǎn)移起始點(diǎn)，orisoris，復(fù)制起始，復(fù)制起始點(diǎn)，點(diǎn)， inc,inc,不相容不相容性基因，性基因，reprep，復(fù)，復(fù)制功能基因制功能基因F F質(zhì)粒通過接合作用進(jìn)行轉(zhuǎn)移質(zhì)粒通過接合作用進(jìn)行轉(zhuǎn)移菌毛收縮形成間橋菌

44、毛收縮形成間橋性菌毛連接性菌毛連接質(zhì)粒的一條鏈質(zhì)粒的一條鏈形成缺口形成缺口一條鏈從一條鏈從F F+ +轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到F F- -, ,另一另一條鏈同時(shí)復(fù)制條鏈同時(shí)復(fù)制從從F F+ +轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到F F- -的的DNADNA鏈合成互補(bǔ)鏈鏈合成互補(bǔ)鏈DNADNA轉(zhuǎn)移和合成完轉(zhuǎn)移和合成完成，形成兩個(gè)成，形成兩個(gè)F F+ +接合作用的特點(diǎn)接合作用的特點(diǎn)1 1）需要供體菌和受體菌的直接接觸，才能進(jìn)行重）需要供體菌和受體菌的直接接觸，才能進(jìn)行重組。組。2 2）接合作用是一種低級(jí)的有性生殖方式。）接合作用是一種低級(jí)的有性生殖方式。3 3）能發(fā)生接合作用的細(xì)菌大多數(shù)是革蘭氏陰性菌。）能發(fā)生接合作用的細(xì)菌大多數(shù)是

45、革蘭氏陰性菌。4 4）接合作用是在被稱為雄性菌株和雌性菌株之間）接合作用是在被稱為雄性菌株和雌性菌株之間進(jìn)行的進(jìn)行的5 5）接合作用相關(guān)基因位于）接合作用相關(guān)基因位于F F因子因子F F因子的四種細(xì)胞形式因子的四種細(xì)胞形式a a）F F- -菌株菌株， 不含不含F(xiàn) F因子，沒有性菌毛，但可以通過因子，沒有性菌毛，但可以通過 接合作用接收接合作用接收 F F因子而變成雄性菌株（因子而變成雄性菌株（F F+ +）；）；b b）F F+ +菌株菌株， F F因子獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。因子獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。c c）HfrHfr菌株菌株，F(xiàn) F因子插入到染色體因子插入到染色體DNADNA

46、上，細(xì)胞表面上，細(xì)胞表面有性菌毛。有性菌毛。d d）FF菌株菌株，HfrHfr菌株內(nèi)的菌株內(nèi)的F F因子因不正常切割而脫離因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F F因子，特稱為因子，特稱為FF因子。因子。 細(xì)胞表面同樣有性菌毛。細(xì)胞表面同樣有性菌毛。F F質(zhì)粒的四種存在方式及其相互關(guān)系質(zhì)粒的四種存在方式及其相互關(guān)系1 1） F F+ +F F- -結(jié)果：結(jié)果：給體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為給體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為F F+ +細(xì)胞細(xì)胞 F F+ +菌株的菌株的F F因子向因子向F F- -細(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含細(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn) F因子的

47、宿主因子的宿主細(xì)胞的染色體細(xì)胞的染色體DNADNA一般不被轉(zhuǎn)移。一般不被轉(zhuǎn)移。3 3種雄性菌株與雌性菌株接合結(jié)果種雄性菌株與雌性菌株接合結(jié)果HfrHfr菌株的菌株的F F因子插入到染色體因子插入到染色體DNADNA上，因此上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給細(xì)菌染色體傳遞給F F- -細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得名為名為高頻重組菌株高頻重組菌株。2 2）Hfr Hfr F F- - 染色體上越染色體上越靠近靠近F F因子的先因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，在越多，在F F-

48、 -中中出現(xiàn)重組子的出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，的時(shí)間就越早，頻 率 也 高 。頻 率 也 高 。HfrHfr菌株仍然保持著菌株仍然保持著F F+ +細(xì)胞的特征，具有細(xì)胞的特征，具有F F性菌性菌毛，并象毛，并象F F+ +一樣與一樣與F F- -細(xì)胞進(jìn)行接合。所不同的是，細(xì)胞進(jìn)行接合。所不同的是，當(dāng)當(dāng)OriTOriT序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn) F因因子的先導(dǎo)區(qū)子的先導(dǎo)區(qū)( (leading region)leading region)結(jié)合著染色體結(jié)合著染色體DNADNA向向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移，受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn) F因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部因子除先導(dǎo)區(qū)以外

49、，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，因此斷，因此F F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故故HfrHfrF F- -雜雜交后的受體細(xì)胞交后的受體細(xì)胞( (或接合子或接合子) )大多數(shù)仍然是大多數(shù)仍然是F F- -。3 3）FFF F- - 給體的部分染色體基因隨給體的部分染色體基因隨FF一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞，胞， 形成形成FF細(xì)胞，細(xì)胞，細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為常稱為性導(dǎo)、性導(dǎo)、F F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)。因子轉(zhuǎn)導(dǎo)。（四）原生質(zhì)融合（原核、真核）（四）原生質(zhì)融合（原核、真核） 通過人為

50、的方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行融合，借以獲得兼有雙親細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行融合，借以獲得兼有雙親遺傳性狀的穩(wěn)定重組子的過程。遺傳性狀的穩(wěn)定重組子的過程。二、真核微生物的基因重組二、真核微生物的基因重組能產(chǎn)生單倍體有性孢子能產(chǎn)生單倍體有性孢子的微生物：能進(jìn)行的微生物：能進(jìn)行有性雜交有性雜交, ,通過減分裂中的染色體交換和隨機(jī)分通過減分裂中的染色體交換和隨機(jī)分配而導(dǎo)致基因重組。配而導(dǎo)致基因重組。 有性雜交有性雜交 ：不同遺傳型微生物的不同遺傳型微生物的性細(xì)胞性細(xì)胞發(fā)生接合和重組的現(xiàn)象發(fā)生接合和重組的現(xiàn)象 1 1、有性雜、有性雜交交有性雜交有性雜交 不

51、產(chǎn)生有性孢子不產(chǎn)生有性孢子的微生物：可通過的微生物：可通過準(zhǔn)性生準(zhǔn)性生殖殖而進(jìn)行基因重組。它是一種較為低級(jí)的有性而進(jìn)行基因重組。它是一種較為低級(jí)的有性生殖過程。生殖過程。準(zhǔn)性生殖：準(zhǔn)性生殖：不同遺傳型微生物不同遺傳型微生物體細(xì)胞體細(xì)胞的核的核融合而導(dǎo)致的一種低頻率基因重組現(xiàn)象。融合而導(dǎo)致的一種低頻率基因重組現(xiàn)象。2 2、準(zhǔn)性生、準(zhǔn)性生殖殖（1 1）菌絲聯(lián)結(jié)菌絲聯(lián)結(jié): :發(fā)生在同種不同菌株的體細(xì)胞間發(fā)生在同種不同菌株的體細(xì)胞間( (單倍體單倍體) )（2 2）形成異核細(xì)胞：形成異核細(xì)胞：具有不同性狀的兩株菌絲互具有不同性狀的兩株菌絲互相連接，進(jìn)行質(zhì)配，兩個(gè)不同基因型的核獨(dú)立相連接，進(jìn)行質(zhì)配，兩個(gè)

52、不同基因型的核獨(dú)立存在。這樣的菌絲體稱為異核體。存在。這樣的菌絲體稱為異核體。 （3 3）核融合（核配）：核融合（核配）：異核細(xì)胞不夠穩(wěn)定，二倍異核細(xì)胞不夠穩(wěn)定，二倍體細(xì)胞較為穩(wěn)定。異核體中不同基因型的體細(xì)胞較為穩(wěn)定。異核體中不同基因型的2 2個(gè)核個(gè)核有少數(shù)可發(fā)生核融合，進(jìn)行核配，形成二倍體有少數(shù)可發(fā)生核融合，進(jìn)行核配，形成二倍體核。核。 準(zhǔn)性生殖分為準(zhǔn)性生殖分為 4 4個(gè)過程個(gè)過程 （4 4）體細(xì)胞交換和單元化體細(xì)胞交換和單元化 二倍體雖然比較穩(wěn)定，但穩(wěn)定性是相對(duì)的，二倍體雖然比較穩(wěn)定，但穩(wěn)定性是相對(duì)的，其后代仍有一些分離現(xiàn)象。通過分離，可獲得少其后代仍有一些分離現(xiàn)象。通過分離，可獲得少數(shù)分

53、離子。數(shù)分離子。 在分離過程中，染色體有可能發(fā)生交叉而在分離過程中，染色體有可能發(fā)生交叉而產(chǎn)生產(chǎn)生重組體重組體；或者喪失一整套染色體，形成；或者喪失一整套染色體，形成單倍體單倍體；或者或多或少地喪失一套染色體，形成或者或多或少地喪失一套染色體，形成非整倍體非整倍體。在這里，在這里，產(chǎn)生重組體的過程，稱為體細(xì)胞交換產(chǎn)生重組體的過程，稱為體細(xì)胞交換。產(chǎn)生非整倍體或單倍體的過程稱為單元化產(chǎn)生非整倍體或單倍體的過程稱為單元化。第五節(jié)、微生物菌種選育第五節(jié)、微生物菌種選育選種：選種：是根據(jù)微生物的特性，采用各種是根據(jù)微生物的特性，采用各種分離篩選方法分離篩選方法, ,從自然界中或從生產(chǎn)實(shí)踐從自然界中或從

54、生產(chǎn)實(shí)踐中選出適合人們要求的菌種。中選出適合人們要求的菌種。育種：育種：是根據(jù)微生物遺傳變異的原理，是根據(jù)微生物遺傳變異的原理，在已有的菌種基礎(chǔ)上，采用誘變或雜交的在已有的菌種基礎(chǔ)上，采用誘變或雜交的方法，迫使菌種發(fā)生變異，然后在變異的方法，迫使菌種發(fā)生變異，然后在變異的菌株中挑選出符合生產(chǎn)實(shí)際要求的菌種。菌株中挑選出符合生產(chǎn)實(shí)際要求的菌種。一、從自然界中選種一、從自然界中選種樣品采集樣品采集增殖培養(yǎng)增殖培養(yǎng)分離純化分離純化性能測(cè)定性能測(cè)定 根據(jù)目的到最合適的地方去。根據(jù)目的到最合適的地方去。 土壤是微土壤是微生物的大本營(yíng)，種類多，數(shù)量大，因而是最常生物的大本營(yíng)，種類多，數(shù)量大，因而是最常采集

55、樣品的地方。采集樣品的地方。1 1、樣品采集、樣品采集步驟步驟（1 1）土壤肥瘦：土壤肥瘦：有機(jī)質(zhì)較多的土壤含微生物也多。有機(jī)質(zhì)較多的土壤含微生物也多。肥土細(xì)菌多。園林土、農(nóng)田土放線菌多。分離真肥土細(xì)菌多。園林土、農(nóng)田土放線菌多。分離真菌，采集富有植物殘?bào)w的土樣較為合適。菌，采集富有植物殘?bào)w的土樣較為合適。（2 2）采土深度：采土深度：5-20cm5-20cm處較好。處較好。（3 3）采土季節(jié)：采土季節(jié)：以春秋二季為宜。以春秋二季為宜。（4 4）采土方法：采土方法：選擇地點(diǎn)選擇地點(diǎn)用小鏟子除去表面用小鏟子除去表面取取5 520cm20cm處的土壤幾十克處的土壤幾十克放入事先滅過菌的紙袋放入事先

56、滅過菌的紙袋內(nèi)。同時(shí)記錄時(shí)間、地點(diǎn)、植被等情況，采土后內(nèi)。同時(shí)記錄時(shí)間、地點(diǎn)、植被等情況，采土后要盡快分離。要盡快分離。采土的時(shí)候，以下幾點(diǎn)值得注意：采土的時(shí)候，以下幾點(diǎn)值得注意： 2 2、增殖培養(yǎng)、增殖培養(yǎng) 原因：原因：采集到的樣品，可能含有我們所需要的采集到的樣品，可能含有我們所需要的微生物，但往往數(shù)量較少，而且雜菌混生，因而不微生物，但往往數(shù)量較少，而且雜菌混生，因而不易直接分離純化，需要增殖培養(yǎng)。易直接分離純化，需要增殖培養(yǎng)。 方法：方法：往樣品中加入適合某些微生物生長(zhǎng)繁殖往樣品中加入適合某些微生物生長(zhǎng)繁殖的物質(zhì)的物質(zhì), ,或創(chuàng)造適合某些微生物生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境條或創(chuàng)造適合某些微生物生長(zhǎng)繁

57、殖的環(huán)境條件件, ,這樣就促進(jìn)了某些微生物的大量繁殖。這樣就促進(jìn)了某些微生物的大量繁殖。1 1）往上樣中加入一些石油，能利用往上樣中加入一些石油，能利用石油的微石油的微生物生物容易生長(zhǎng)繁殖容易生長(zhǎng)繁殖；2 2）把土樣加入到含糖濃度高的培養(yǎng)基中，并把土樣加入到含糖濃度高的培養(yǎng)基中，并把把pHpH值調(diào)到值調(diào)到4 4以下，就可使以下，就可使酵母菌酵母菌得到增殖得到增殖。3 3）要篩選芽孢桿菌，先將樣品加水后于要篩選芽孢桿菌，先將樣品加水后于8080處理處理1010分鐘，非芽孢菌迅速死亡，使芽孢桿分鐘，非芽孢菌迅速死亡，使芽孢桿菌的濃度得到提高。菌的濃度得到提高。舉例：舉例：3 3、分離純化、分離純化

58、 （1 1）平板劃線分離法平板劃線分離法：最常用的方法。最常用的方法。 （2 2）稀釋涂布（傾注）分離法稀釋涂布（傾注）分離法 （3 3）單孢直接挑取法單孢直接挑取法平板劃線分離法平板劃線分離法稀釋涂布（傾注）分離法稀釋涂布（傾注）分離法Spread plate methodPour plate method 1 1）粗測(cè)粗測(cè)( (初篩初篩):):起定性的作用，可在培養(yǎng)皿上起定性的作用，可在培養(yǎng)皿上進(jìn)行。進(jìn)行。 2 2）精測(cè)（復(fù)篩）：精測(cè)（復(fù)篩）：起定量的作用。試驗(yàn)要接起定量的作用。試驗(yàn)要接近生產(chǎn)工藝條件近生產(chǎn)工藝條件 初篩工作量大初篩工作量大, ,復(fù)篩手續(xù)繁瑣復(fù)篩手續(xù)繁瑣. .如二者結(jié)合如二

59、者結(jié)合, ,則可提高效率則可提高效率 例如：例如：頭孢霉素頭孢霉素生產(chǎn)菌的選育生產(chǎn)菌的選育: :按抑菌圈直按抑菌圈直徑和菌落直徑的比值進(jìn)行初篩，其結(jié)果與搖瓶發(fā)徑和菌落直徑的比值進(jìn)行初篩，其結(jié)果與搖瓶發(fā)酵產(chǎn)量一致，提高了篩選效率。酵產(chǎn)量一致，提高了篩選效率。4 4、篩選、篩選5 5、毒性試驗(yàn)、毒性試驗(yàn)保證食品的安全性保證食品的安全性 誘變育種是利用誘變育種是利用物理誘變劑、化學(xué)誘變劑物理誘變劑、化學(xué)誘變劑和生物誘變劑和生物誘變劑處理微生物群體，誘發(fā)基因發(fā)生處理微生物群體，誘發(fā)基因發(fā)生突變，然后根據(jù)育種目標(biāo)，從無定向的突變株突變，然后根據(jù)育種目標(biāo)，從無定向的突變株中，篩選出我們所需要的菌種。中，篩

60、選出我們所需要的菌種。二、誘變育種二、誘變育種致癌物（誘變劑）檢測(cè)試驗(yàn)致癌物（誘變劑）檢測(cè)試驗(yàn)AmesAmes試驗(yàn)試驗(yàn)“生物化學(xué)統(tǒng)一性生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：法則： 人和細(xì)菌在人和細(xì)菌在DNADNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的。致的。AmesAmes試驗(yàn)的依據(jù)試驗(yàn)的依據(jù)誘變劑的共性原則：誘變劑的共性原則： 化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比。癌性成正比。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Bruce AmesBruce Ames教授教授于于19661966年發(fā)明，因此稱為年發(fā)明，因此稱為AmesAmes試驗(yàn)。試驗(yàn)?；瘜W(xué)致癌物質(zhì)的檢測(cè)化學(xué)致癌物質(zhì)