年普通高考全國卷語文試題市公開課獲獎?wù)n件

主要內(nèi)容1微生物遺傳2微生物變異3微生物基因重組4菌種衰退、復(fù)壯和保藏

第4章微生物遺傳與變異第1頁第1頁引言（相關(guān)概念）遺傳(heredity或inheritance)指生物上一代將自己一整套遺傳因子傳遞給下一代行為或功效，含有極其穩(wěn)定特性。遺傳型(genotype)：又稱基因型，指某一生物個體所含有所有遺傳因子，即基因總和。遺傳型是一個內(nèi)在也許性或潛力，其實質(zhì)是遺傳物質(zhì)上所負載特定遺傳信息。表型(phenotype)含有一定遺傳型個體，在特定外界環(huán)境中，通過生長和發(fā)育所表現(xiàn)出來種種形態(tài)和生理特性總和，即為其表型；即是遺傳型在適當(dāng)環(huán)境下詳細表現(xiàn)。遺傳型+環(huán)境條件表型代謝發(fā)育第2頁第2頁變異(variation)：指生物體在某種外因或內(nèi)因作用下所引起遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量改變，亦即遺傳型改變。變異特點是在群體中以極低幾率出現(xiàn)，性狀改變幅度極大，改變后性狀是穩(wěn)定、可遺傳。飾變(modification)指不包括遺傳物質(zhì)改變，而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上表型改變，即一樣遺傳型生物，在不同外界條件下，會展現(xiàn)不同表型，這種表型上差異，只能稱為適應(yīng)或飾變。其特點是整個群體中幾乎每一個體都發(fā)生一樣改變，性狀改變幅度較小，遺傳物質(zhì)不變。不是真正變異，是不遺傳。引發(fā)飾變原因消失后，表型即可恢復(fù)。比如：粘質(zhì)沙雷氏菌：在25℃下培養(yǎng)，產(chǎn)生深紅色靈桿菌素；在37℃下培養(yǎng)，不產(chǎn)生色素；假如重新將溫度降到25℃，又恢復(fù)產(chǎn)色素能力。第3頁第3頁微生物是遺傳學(xué)研究中明星微生物細胞結(jié)構(gòu)簡樸，營養(yǎng)體普通為單倍體，以便建立純系。諸多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。對環(huán)境原因作用敏感，易于取得各類突變株，操作性強。第4頁第4頁第一節(jié)微生物遺傳

一、遺傳變異物質(zhì)基礎(chǔ)1883-1889年間，Weissmann提出種質(zhì)連續(xù)理論，認為遺傳物質(zhì)是一個含有特定分子結(jié)構(gòu)化合物；20世紀(jì)初，發(fā)覺了染色體并提出了基因?qū)W說，使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)范圍縮小到染色體上；1944年后，由于連續(xù)利用微生物這一有利試驗對象進行了三個著名試驗，才以確鑿事實證實核酸，尤其是DNA才是遺傳變異真正物質(zhì)基礎(chǔ)。典型轉(zhuǎn)化試驗、噬菌體感染試驗、植物病毒重組試驗三個典型試驗與遺傳物質(zhì)第5頁第5頁1、轉(zhuǎn)化試驗：肺炎鏈球菌(Streptococcuspneumoniae)以肺炎鏈球菌作為研究對象，肺炎鏈球菌能夠使人患肺炎，也能夠使小白鼠患敗血病而死亡；有莢膜者是致病性，它菌落表面光滑(smooth)，稱為S型；有不形成莢膜，無致病性，菌落外觀粗糙(rough)，故稱R型。Griffith典型轉(zhuǎn)化試驗(1928)RII型活菌SIII型活菌SIII型熱死菌RII型活菌SIII型活菌混合培養(yǎng)健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死第6頁第6頁Griffith（格里菲斯）轉(zhuǎn)化試驗結(jié)果(有毒)死細菌中某種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到(無毒)活細菌中，并使之含有毒性，造成小家鼠死亡；他將這種細菌遺傳類型轉(zhuǎn)變稱為轉(zhuǎn)化，并將引起轉(zhuǎn)化物質(zhì)稱為轉(zhuǎn)化因子(tranformingprinciple)；當(dāng)初化學(xué)與生化分析技術(shù)還無法鑒定殺死細菌中成份，因而不知轉(zhuǎn)化因子為何物。第7頁第7頁離體轉(zhuǎn)化試驗1944年，O.T.Avery、C.M.Macleod和M.McCarty從熱死S型肺炎鏈球菌中提純了也許作為轉(zhuǎn)化因子各種成份，并在離體條件下進行了轉(zhuǎn)化試驗。Avery等體外培養(yǎng)試驗(1944)分離后S型細胞物質(zhì)對R型細胞轉(zhuǎn)化第8頁第8頁離體轉(zhuǎn)化試驗結(jié)果起源于加熱殺死SIII細菌，并使RII細菌轉(zhuǎn)化成為SIII型細菌轉(zhuǎn)化因子是DNA。Avery等人試驗事實上表明：決定細菌遺傳類型物質(zhì)是DNA，即證實了DNA就是遺傳物質(zhì)。第9頁第9頁2、噬菌體感染試驗1952年，A.D.Hershey和M.Chase發(fā)表了證實噬菌體遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)著名試驗－噬菌體感染試驗。首先，他們將E.coli培養(yǎng)在以放射性32P3O4或35S2O4作為磷源或硫源合成培養(yǎng)基中。結(jié)果,能夠取得含32P-DNA(噬菌體關(guān)鍵)噬菌體或含35S-蛋白質(zhì)(噬菌體外殼)兩種試驗用噬菌體。第10頁第10頁蛋白質(zhì)外殼在噬菌體感染過程中，其蛋白質(zhì)外殼未進入宿主細胞。第11頁第11頁DNA關(guān)鍵進入宿主細胞DNA經(jīng)增殖、裝配后,能產(chǎn)生一大群既有DNA關(guān)鍵又有蛋白質(zhì)外殼完整噬菌體顆粒。證實：在其DNA中，含有包括合成蛋白質(zhì)外殼在內(nèi)整套遺傳信息。通過電子顯微鏡觀測也證實了這個論點。從而證實了遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA。第12頁第12頁3、植物病毒重組試驗H.Fraenkel-Conrat(1956)用含RNA煙草花葉病毒(TMV)進行了著名植物病毒重建試驗。把TMV和HRV（霍氏車前花葉病毒）蛋白質(zhì)外殼與RNA相分離。用TMVRNA與HRV蛋白質(zhì)外殼，HRVRNA與TMV蛋白質(zhì)外殼重建后雜合病毒去感染煙草。第13頁第13頁植物病毒重組核酸(這里為RNA)是病毒遺傳物質(zhì)。至此,我們可確信無疑地得出結(jié)論,只有核酸才是貯存遺傳信息真正物質(zhì)。試驗結(jié)果第14頁第14頁三個典型試驗結(jié)果細胞生物遺傳物質(zhì)是雙鏈DNA；病毒遺傳物質(zhì)能夠是單鏈或雙鏈DNA或RNA，即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或dsRNA。第15頁第15頁朊病毒發(fā)覺和思考無論是DNA還是RNA作為遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)已是無可辨駁事實。但朊病毒發(fā)覺對“蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)”定論也帶來一些疑云。PrP是含有傳染性蛋白質(zhì)致病因子，迄今未發(fā)覺蛋白內(nèi)有核酸，但已知傳染性疾病傳播必須有核酸構(gòu)成遺傳物質(zhì)，才干感染宿主并在宿主體內(nèi)自然繁殖。那么這是生命界又一特例呢？還是由于當(dāng)前人們結(jié)識和技術(shù)所限而尚未揭示生命之謎呢？尚有待于生命科學(xué)家去結(jié)識和摸索。第16頁第16頁（一）遺傳物質(zhì)DNA分子結(jié)構(gòu)及其多樣性第17頁第17頁第18頁第18頁1DNA復(fù)制4dNTP第19頁第19頁2轉(zhuǎn)錄3轉(zhuǎn)譯(翻譯）原核生物只有一個RNA多聚酶；轉(zhuǎn)錄后不需加工，直接作為mRNA；mRNA只能存活幾分鐘、幾小時；轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯可同時進行，是偶聯(lián)；第20頁第20頁第21頁第21頁微生物基因表示調(diào)控調(diào)整基因也有轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯作用，以其模板生成蛋白質(zhì)稱為阻遏蛋白或變構(gòu)蛋白。阻遏蛋白作用是能與操縱基因結(jié)合，制止了RNA聚合酶向結(jié)構(gòu)基因滑動，即使結(jié)構(gòu)基因失去了合成mRNA能力。先有調(diào)整基因決定阻遏蛋白，與操縱基因結(jié)合從而制止了基因表示。

基因控制系統(tǒng)操縱子調(diào)整基因啟動基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因第22頁第22頁

阻遏蛋白也能與培養(yǎng)基中底物(由結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯酶催化分解底物)相結(jié)合，當(dāng)阻遏蛋白與底物結(jié)合后，阻遏蛋白從操縱基因分離，從而開放了RNA聚合酶通向結(jié)構(gòu)基因通道，便能轉(zhuǎn)錄成mRNA，并轉(zhuǎn)譯成蛋白質(zhì)(酶)。第23頁第23頁2.1遺傳物質(zhì)在細胞內(nèi)存在部位和方式－七個水平細胞水平：存在于細胞核或核質(zhì)體，單核或多核細胞核水平：原與真核生物細胞核結(jié)構(gòu)不同，核外DNA；染色體水平：倍性(真核)和染色體數(shù)；核酸水平：在原核中同染色體水平、存在部分二倍體DNA或RNA，復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈；基因水平：具自主復(fù)制能力遺傳功效單位，長度與信息量，轉(zhuǎn)錄——翻譯；密碼子水平：信息單位，起始和終止；核苷酸水平：突變或互換單位，四種堿基。（二）遺傳物質(zhì)在微生物中存在第24頁第24頁2.2微生物遺傳物質(zhì)存在形式存在主要形式—染色體染色體外遺傳物質(zhì)真核微生物中細胞器DNA：葉綠體、線粒體、中心粒、毛基體等原核微生物和真核微生物酵母菌：質(zhì)粒插入序列、轉(zhuǎn)座子、Mu病毒等RNA作為遺傳物質(zhì)朊病毒遺傳物質(zhì)第25頁第25頁染色體指攜帶細胞功效所必備基因遺傳單元。病毒是非細胞生物，它們?nèi)走z傳基因稱為基因組，但不足以形成染色體。原核生物染色體常為一個環(huán)狀DNA分子。真核生物細胞有幾條至幾十條染色體，各含一個線狀DNA分子。第26頁第26頁真核生物染色體結(jié)構(gòu)細菌染色體DNA大小和結(jié)構(gòu)第27頁第27頁原核生物質(zhì)粒游離于原核生物染色體外，含有獨立復(fù)制能力小型共價閉合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA(circularcovalentlyclosedDNA)，稱為質(zhì)粒。質(zhì)粒含有超螺旋狀結(jié)構(gòu)，攜帶著一些染色體所沒有基因，賦予原核生物一些對其生存必不可少特殊功效。第28頁第28頁質(zhì)粒特性自我復(fù)制能力，為復(fù)制子，單拷貝或多拷貝編碼產(chǎn)物賦予細菌一些性狀特性可自行丟失與消除（含質(zhì)粒細胞在正常培養(yǎng)基上遇化學(xué)、物理原因處理時，質(zhì)粒復(fù)制受到克制而核染色體復(fù)制繼續(xù)進行，子代細胞中質(zhì)粒消除）有轉(zhuǎn)移性（能夠通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個細菌細胞轉(zhuǎn)移到另一個細菌細胞中，使兩個細胞都成為帶有質(zhì)粒細胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時，它能夠單獨轉(zhuǎn)移，也能夠攜帶著染色體（片段）一起進行轉(zhuǎn)移，因此它可成為基因工程載體）能夠在細胞質(zhì)中獨立于染色體之外獨立存在（游離態(tài)），也能夠通過互換摻入染色體上，以附加體（episome）形式存在）對于細菌生存并不是必要功效多樣化功效：進行細胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類、降解功效等。第29頁第29頁質(zhì)粒主要類型致育因子Fertilityfactor，F(xiàn)因子（制育因子，性因子，約2%核染色體，94.5kb，編碼基因約1/3與接合相關(guān)）抗性因子Resistancefactor，R因子（抗藥性因子，其基因編碼物質(zhì)對抗生素有抗性）Ti因子誘癌質(zhì)粒，可同植物細胞中核染色體整合，破壞控制細胞分裂激素調(diào)整系統(tǒng)，從而使其變成癌細胞。Col因子大腸桿菌素因子，即使大腸桿菌分泌大腸桿菌素巨大質(zhì)粒分子量200~300×106Da，比普通質(zhì)粒大幾十到幾百倍，上面有固氮基因。降解性質(zhì)粒能夠編碼許多降解性酶類，使細菌降解特殊物質(zhì)。只在假單胞菌屬中發(fā)覺。它們降解性質(zhì)?？蔀橐幌盗心芙到鈴?fù)雜物質(zhì)酶編碼，從而能利用普通細菌所難以分解物質(zhì)做碳源。第30頁第30頁產(chǎn)細菌素質(zhì)粒Bacteriocinproductionplasmid毒性質(zhì)粒Virulenceplasmid代謝質(zhì)粒Metabolicplasmid(降解質(zhì)粒)隱秘質(zhì)粒Crypticplasmid第31頁第31頁第二節(jié)微生物變異

2.1基因突變和突變率基因突變(genemutatiaon)簡稱突變，是變異一個，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)忽然發(fā)生可遺傳改變，突變幾率普通在10-6～10-9范圍內(nèi)。突變率(mutationrate)：每一細胞在每一世代發(fā)生某一性狀突變幾率，稱為突變率，它能夠用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株數(shù)目來表示。第32頁第32頁變異基因突變基因重組誘變自發(fā)突變點突變?nèi)旧w畸變堿基置換移碼突變轉(zhuǎn)換顛換缺失添加缺失添加易位倒位第33頁第33頁2.2突變類型凡能用選擇性培養(yǎng)基快速選擇出來突變型，稱為選擇性突變株(selectivemutant)，如營養(yǎng)缺點型、抗性突變型和條件致死型等；反之則稱為非選擇性突變株(non-selectivemutant)，如形態(tài)突變型、抗原突變型和產(chǎn)量突變型等。選擇性突變非選擇性突變(死活突變)營養(yǎng)缺點型抗性突變型條件致死突變型形態(tài)突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型(非死活突變)第34頁第34頁2.3突變特點不相應(yīng)性：突變性狀與原因之間無直接相應(yīng)關(guān)系。自發(fā)性：突變能夠在沒有些人為誘變原因處理下自發(fā)地產(chǎn)生。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨立性：各種突變獨立發(fā)生，不會互相影響?？烧T發(fā)性：誘變劑可提升突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳?？赡嫘裕簭脑家吧突虻阶儺愔晖蛔兎Q為正向突變(forwardmutation)，從突變株回到野生型過程則稱為回復(fù)突變或回變(backmutation或reversemutation)。第35頁第35頁兩種見解一個觀點認為，是通過適應(yīng)而發(fā)生，即各種抗性是由其環(huán)境(指其中所含抵抗對象)誘發(fā)出來，突變原因和突變性狀間是相相應(yīng)，并認為這就是“定向變異”，也有些人稱它為“馴化”或“馴養(yǎng)”。另一個見解則認為，基因突變是自發(fā)，且與環(huán)境是不相正確。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等各種原因錯綜在一起，因此難以探究問題實質(zhì)。第36頁第36頁基因突變自發(fā)性和不相應(yīng)性1943年，S.E.Luria和M.Delbruck依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，設(shè)計了變量試驗(fluctuationtest)，又稱波動試驗或彷徨試驗；1949年，Newcombe設(shè)計了涂布試驗(Newcombeexperiment)；1952年，J.Lederberg夫婦發(fā)表了著名《平板影印培養(yǎng)法和細菌突變株間接選擇》論文，它更加好證實了微生物抗藥性是在未接觸藥物前自發(fā)產(chǎn)生。第37頁第37頁Luria等變量試驗敏感于噬菌體T1T1第38頁第38頁試驗要點是：取敏感于噬菌體T1大腸桿菌對數(shù)期肉湯培養(yǎng)物，用新鮮培養(yǎng)液稀釋成濃度為103個／m1細菌懸液，然后在甲、乙兩試管內(nèi)各裝10m1。接著把甲管中菌液先分裝在50支小試管中(每管裝0.2m1)，保溫24—36小時后，即把各支小管菌液分別倒在50個預(yù)先涂有T1平板上，經(jīng)培養(yǎng)后分別計算各皿上所產(chǎn)生抗噬菌體菌落數(shù)；乙管中10ml菌液不經(jīng)分裝先整管保溫24—36小時，然后才分成50份加到同樣涂有Tl平板上，經(jīng)適當(dāng)培養(yǎng)后，同樣分別計算各皿上產(chǎn)生抗性菌落數(shù)。結(jié)果發(fā)覺，來自甲管50皿中，各皿間抗性菌落數(shù)相差極大，而來自乙管則各皿數(shù)目基本相同。這就闡明大腸桿菌抗噬菌體性狀突變，不是由所抗環(huán)境原因——噬菌體誘導(dǎo)出來，而是在它接觸到噬菌體前，在某一次細胞分裂過程中隨機地自發(fā)產(chǎn)生。這一自發(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。噬菌體這里僅起著淘汰原始未突變敏感菌作用。利用這一辦法，還可計算出突變率。第39頁第39頁涂布試驗第40頁第40頁平板影印培養(yǎng)法第41頁第41頁3基因突變機制3.1自發(fā)突變機制(1)背景輻射、環(huán)境原因(2)微生物本身有害物質(zhì)(3)互變異構(gòu)效應(yīng)(4)環(huán)出效應(yīng)第42頁第42頁3.2誘發(fā)突變機制誘發(fā)突變基因突變第43頁第43頁一對堿基被另外一對堿基置換。轉(zhuǎn)換(transition)：即DNA鏈中一個嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所置換。顛換(transversion)：即一個嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所置換。堿基置換第44頁第44頁堿基轉(zhuǎn)換分子機制——以亞硝酸為例

HNO2胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）HNO2腺嘌呤（A）次黃嘌呤（H）HNO2鳥嘌呤（G）黃嘌呤（X）這些反應(yīng)及形成物均可在DNA復(fù)制中產(chǎn)生影響，主要是使堿基對發(fā)生轉(zhuǎn)換。第45頁第45頁第46頁第46頁腺嘌呤（A）變成次黃嘌呤（H）后引起轉(zhuǎn)換過程：①腺嘌呤氧化脫氨后形成烯醇式次黃嘌呤（He）②He通過互變異構(gòu)效應(yīng)形成酮式次黃嘌呤（HK）③DNA復(fù)制時，HK與胞嘧啶（C）配對④DNA第二次復(fù)制時，C與G正常配對，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換。第47頁第47頁亞硝酸引起AT-GC轉(zhuǎn)換細節(jié)第48頁第48頁移碼突變誘變劑使DNA分子中一個或少數(shù)幾種核苷酸增長或缺失，從而使后面所有遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤。由移碼突變所產(chǎn)生突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子微小損傷。丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類化合物，都是移碼突變有效誘變劑。第49頁第49頁丫啶類化合物誘發(fā)移碼突變及其回復(fù)突變圖示：第50頁第50頁第51頁第51頁染色體畸變（chromosomalaberration）一些理化因子，如X射線等輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點突變外，還會引起DNA大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：染色體結(jié)構(gòu)上改變：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的改變第52頁第52頁分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上改變，如發(fā)生染色體部分缺失或重復(fù)時，其結(jié)果可造成基因減少或增長；如發(fā)生倒位或易位時，則可造成基因排列順序改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到本來染色體原位置上，從而使其基因順序與其它基因順序相反；易位--------是指斷裂下來一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間易位。第53頁第53頁第54頁第54頁轉(zhuǎn)座因子(transposibleelement),跳躍基因(jumpinggene)在染色體組中或染色體組間能改變本身位置一段DNA順序。染色體畸變幾種形式插入序列(insertionsequence)：分子量小，0.7~1.4kb，只能引起轉(zhuǎn)座效應(yīng)而不含其它任何基因。轉(zhuǎn)座子(Tn,transposon)：分子量為2~25kb，含有幾種到十幾種基因。能插到受體DNA分子許多位點上。Mu噬菌體(mutatorphage)：是E.Coli一個溫和噬菌體，分子量大，約37kb，含20多個基因，能夠引起插入突變。第55頁第55頁誘變劑共性原則很各種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機制造成DNA突變；化學(xué)藥劑對細菌誘變率與其對動物致癌性成正比；超出95%致癌物質(zhì)對微生物有誘變作用；90%以上非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用。誘變劑（mutagen）：凡能提升突變率任何理化因子，就稱為誘變劑。種類：誘變劑種類諸多，作用方式多樣。即使是同一個誘變劑，也常有幾種作用方式。第56頁第56頁若干誘變劑作用機制及誘變功效

有些人認為，由于它們是一個平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個嘌呤–嘧啶對十分相同，故能嵌入兩個相鄰DNA堿基對之間，造成雙螺旋部分解開（兩個堿基對本來相距0.34nm，當(dāng)嵌入一個丫啶分子時，就變成0.68nm），從而在DNA復(fù)制過程中，會使鏈上增添或缺失一個堿基，結(jié)果就引起了移碼突變。

誘變原因 在DNA上初級效應(yīng) 遺傳效應(yīng)堿基類似物 摻入作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換羥胺 與胞嘧啶起反應(yīng) GC→AT轉(zhuǎn)換亞硝酸 A、G、C氧化脫氨作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換交聯(lián) 缺失 烷化劑 烷化堿基（主要是G） AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 烷化磷酸基團 AT→TA顛換 喪失烷化嘌呤 GC→CG顛換 糖-磷酸骨架斷裂 巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位） 丫啶類堿基之間互相作用（雙鏈變形） 碼組移動（＋或－） 紫外線 形成嘧啶水合物 GC→AT轉(zhuǎn)換 形成嘧啶二聚體 碼組移動（＋或－） 交聯(lián) 電離輻射 堿基羥基化核降解 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換DNA降解 碼組移動（＋或－） 糖-磷酸骨架斷裂 巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位） 喪失嘌呤

加熱 C脫氨基 CG→TA轉(zhuǎn)換Mu噬菌體 結(jié)合到一個基因中間 碼組移動 第57頁第57頁Ames試驗美國加利福尼亞大學(xué)BruceAmes專家于1966年創(chuàng)造；檢測鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphmurium)組氨酸營養(yǎng)缺點型菌株(his-)回復(fù)突變率；回復(fù)突變(reversemutation或backmutation)：突變體失去野生型性狀，能夠通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變。第58頁第58頁Ames試驗操作第59頁第59頁艾姆氏試驗基本辦法缺點型菌株營養(yǎng)缺乏型平板37℃2～3天.. ......:.¨.:..:..;.;...¨.:.:.¨.:..:..;.;...¨.:.. .....待測試劑正常回復(fù)突變誘變劑誘變艾姆氏試驗已成為測試化學(xué)物質(zhì)誘變作用原則辦法，其原理是檢查待測試劑能否使?fàn)I養(yǎng)缺點型菌株回復(fù)突變增長。

第60頁第60頁應(yīng)用實例國外曾開發(fā)了一個減少婦女妊娠反應(yīng)藥物“反應(yīng)?！保捎谄渌幮黠@，在60-70年代十分流行；但隨后人們就發(fā)覺畸形兒出生率明顯增高，并且生產(chǎn)畸形兒婦女大多曾服用“反應(yīng)停”，以后采用Ames試驗發(fā)覺這種物質(zhì)確實含有很強致突變作用，因此這種藥物被嚴(yán)禁使用；第61頁第61頁Ames試驗補充由于生物體內(nèi)、體外也許存在差別，可在體外加入哺乳動物(如大鼠)微粒體酶系統(tǒng)，使待測物活化，使Ames試驗準(zhǔn)確率達80-90%。第62頁第62頁4DNA損傷修復(fù)4.1紫外線對DNA損傷及修復(fù)在光照下光解酶轉(zhuǎn)變紫外線誘導(dǎo)胸腺嘧啶二聚體返回單聚體。光照第63頁第63頁第64頁第64頁第65頁第65頁4.2切補修復(fù)〔暗修復(fù)〕

為把它與光復(fù)活作用區(qū)分開，切補修復(fù)常稱為暗修復(fù)。它作為許多不同類型DNA損傷修復(fù)普遍系統(tǒng)，如嘧啶二聚體和錯誤堿基配對引發(fā)DNA損傷。B、C和基因產(chǎn)物結(jié)合形成一個核酸內(nèi)切酶，它能識別堿基改變所引發(fā)DNA螺旋扭曲。uvrABC內(nèi)切核酸酶在損傷任何一邊作一切口，聚合酶I切除和替換損傷部位堿基，DNA連接酶將缺口填補上。

第66頁第66頁1、由核酸內(nèi)切酶切開二聚體5’末端，形成3’-OH和5’-P單鏈缺口2、核酸外切酶從5’-P到3’-OH方向切除二聚體，并擴大缺口。3、DNA聚合酶以另一條互補鏈為模板，從原有鏈上暴露3’-OH端起合成缺失片段。4、連接酶將新合成3’-OH與原有5’-P相連接。第67頁第67頁4.3重組修復(fù)(復(fù)制后修復(fù))

胸腺嘧啶二聚體不能被復(fù)制，不是在此位點阻塞，而是DNA聚合酶能跳過該損傷部位，沿著下面DNA模板，恢復(fù)DNA繼續(xù)合成。在新合成DNA子鏈上二聚體對面留下一個缺口。由于需要一個完整鏈作為模板，不能用切補修復(fù)來恢復(fù)。而這個缺口能由RecA蛋白調(diào)控通過與母鏈DNA螺旋發(fā)生重組來填補。母鏈DNA在二聚體對面應(yīng)當(dāng)含有完整序列。盡管重組并不能修復(fù)損傷，它確創(chuàng)造了兩個新DNA分子，通過切補修復(fù)完畢了修復(fù)功效。

第68頁第68頁細胞在不切除二聚體情況下，以帶有二聚體這條鏈為模板合成互補單鏈，但在每個二聚體附近留有一空隙。通過染色體互換，空隙部位就不在面對著胸腺嘧啶二聚體，而是面對著正常單鏈，在這種條件下，DNA聚合酶和連接酶起作用將空隙部位進行修復(fù)，重組修復(fù)中DNA損傷并沒有清除，但伴隨微生物傳代繁殖，損傷百分比逐步減少。第69頁第69頁4.4SOS修復(fù)系統(tǒng)

細胞中有許多基因和操縱子受RecA蛋白協(xié)同調(diào)控和LexA蛋白阻遏轉(zhuǎn)錄。它涉及處理DNA損傷和稱為SOS修復(fù)系統(tǒng)。為一個傾向差錯修復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)與DNA聚合酶互相作用，使之通過嘧啶二聚體繼續(xù)復(fù)制DNA。3’——5’校正讀碼能力酶被克制，結(jié)果堿基能隨機插入二聚體對面，沒有準(zhǔn)確堿基對(參見C2)，這個機制是紫外線因此致突變主要原因，由于大多數(shù)其它系統(tǒng)是準(zhǔn)確修復(fù)DNA。

SOS—修復(fù)系統(tǒng)是由RecA蛋白誘導(dǎo)，由于存在DNA損傷，RecA蛋白構(gòu)型改變顯示出激活態(tài)。激活態(tài)熱RecA蛋白引起LexA蛋白被蛋白水解酶切開，結(jié)果LexA蛋白不再作為一個轉(zhuǎn)錄阻遏物。只要細胞中存在DNA損傷，SOS修復(fù)系統(tǒng)基因就能表示。一旦DNA損傷被消除，RecA蛋白不再有活性，不再作為LexA蛋白水解誘導(dǎo)物，IexA蛋白在細胞中累積，并且克制SOS—修復(fù)基因轉(zhuǎn)錄。第70頁第70頁第71頁第71頁第三節(jié)微生物基因重組

3.1原核微生物基因重組主要有：轉(zhuǎn)化(transformation)是指細胞從周圍介質(zhì)中攝取來自不同基因型細胞DNA，使受體基因型或表型發(fā)生對應(yīng)改變過程。轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)是由噬菌體介導(dǎo)將DNA片段從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌過程。接合(conjugation)在供體細胞和受體細胞直接接觸后，質(zhì)粒從供體細胞向受體細胞轉(zhuǎn)移過程。原生質(zhì)融合等幾個方式第72頁第72頁3.1.1轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是在1928年由Griffith進行肺炎雙球菌研究中發(fā)覺。受體菌直接接受供體菌DNA片段而取得部分新遺傳性狀現(xiàn)象，就稱為轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化作用。第73頁第73頁枯草芽孢桿菌自然轉(zhuǎn)化模型：

a）細菌生長在一定培養(yǎng)條件下生長到一定階段，以枯草芽孢桿菌為例是在葡萄糖基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)到對數(shù)生長末期到穩(wěn)定期，細胞向胞外分泌一個小分子蛋白質(zhì)，稱為感受態(tài)因子，其分子量為5000到10000道爾頓。

b）當(dāng)培養(yǎng)液中感受態(tài)因子積累到一定濃度后，與細胞表面受體互相作用，通過一系列信號傳遞系統(tǒng)誘導(dǎo)一些感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)(competencespecificprotein)表示，其中一個是自溶素(autolysin)，它表示使細胞表面DNA結(jié)合蛋白及核酸酶裸露出來，使其含有與DNA結(jié)合活性。

c）DNA以雙鏈形式在細胞表面幾種位點上結(jié)合并遭到核酸酶切割，核酸內(nèi)切酶首先切斷DNA雙鏈中一條鏈，被切斷鏈遭到核酸酶降解，成為寡核苷酸釋放到培養(yǎng)基中，另一條鏈與感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)結(jié)合，并被引導(dǎo)進入細胞，

d）進入細胞外源DNA通過同源重組以置換方式整合進受體染色體DNA，經(jīng)復(fù)制和細胞分裂后形成重組體。第74頁第74頁3.1.2轉(zhuǎn)染(transfection)假如把噬菌體或其它病毒DNA(或RNA)抽提出來，讓它去感染感受態(tài)宿主細胞，并進而產(chǎn)生正常噬菌體或病毒后代，這種現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)染(transfection)。它與轉(zhuǎn)化不同之處是病毒或噬菌體并非遺傳基因供體菌，中間也不發(fā)生任何遺傳因子互換或整合，最終也不產(chǎn)生含有雜種性質(zhì)轉(zhuǎn)化子。第75頁第75頁3.1.3轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象是由J.Lederberg等1952年研究鼠傷寒沙門氏菌時發(fā)覺。通過完全缺點或部分缺點噬菌體媒介，把供體細胞DNA小片段攜帶到受體細胞中，通過互換與整合，從而使后者取得前者部分遺傳性狀現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。第76頁第76頁轉(zhuǎn)導(dǎo)類型依據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體起源和性質(zhì)不同，能夠區(qū)分為兩種類型轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)因為完全缺點型噬菌體攜帶了供體菌染色體片段，當(dāng)它去感染受體菌時，使后者取得這部分遺傳性狀現(xiàn)象稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)(穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子)，簡稱完全轉(zhuǎn)導(dǎo)；流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)(不穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子)；特點：供體任何基因都有可能進入受體細胞局限轉(zhuǎn)導(dǎo)是指經(jīng)過部分缺點溫和噬菌體把供體菌少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中并取得表示轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)特點：只傳遞供體菌少數(shù)特定基因第77頁第77頁3.1.4溶源轉(zhuǎn)變?nèi)茉崔D(zhuǎn)變(lysogenicconversion)：是一個與轉(zhuǎn)導(dǎo)相同，但本質(zhì)上卻不相同特殊現(xiàn)象，即當(dāng)溫和噬菌體感染其宿主后，發(fā)生溶源化，因噬菌體基因整合到宿主核基因組上，而使后者取得除免疫性以外新性狀現(xiàn)象，稱為溶源轉(zhuǎn)變。當(dāng)宿主喪失這一噬菌體時，經(jīng)過溶源轉(zhuǎn)變而取得性狀也同時消失。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)有本質(zhì)上不同，首先是它溫和噬菌體不攜帶任何供體菌基因；其次，這種噬菌體是完整，而不是缺點。第78頁第78頁3.1.5接合(conjugation)供體菌(“雄”)經(jīng)過其性菌毛與受體菌(“雌”)相接觸，前者經(jīng)過傳遞不同長度單鏈DNA給后者，并在后者細胞中進行雙鏈化或深入與核染色體發(fā)生互換、整合，從而使后者取得供體菌遺傳性狀現(xiàn)象，稱為接合。第79頁第79頁3.1.6原生質(zhì)體融合(protoplastfusion)經(jīng)過人為方法，使遺傳性狀不同兩細胞原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進而發(fā)生遺傳重組以產(chǎn)生同時帶有雙親性狀、遺傳穩(wěn)定融合子(fusant)過程，稱為原生質(zhì)體融合。第80頁第80頁3.2真核微生物基因重組在真核微生物中，基因重組主要有：有性雜交準(zhǔn)性雜交原生質(zhì)體融合轉(zhuǎn)化等形式第81頁第81頁3.2.1有性雜交普通指性細胞間接合和隨之發(fā)生染色體重組，并產(chǎn)生新遺傳型后代一個育種技術(shù)；第82頁第82頁3.2.2準(zhǔn)性雜交(parasexualhybridization)準(zhǔn)性生殖是一個類似有性生殖，但比有性生殖更為原始一個生殖方式，它能夠使同種生物兩個不同菌株體細胞發(fā)生融合，且不以減數(shù)分裂方式而造成低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子。準(zhǔn)性生殖常見于一些真菌，尤其是半知菌。第83頁第83頁3.3微生物遺傳變異知識應(yīng)用誘變育種原生質(zhì)體融合育種基因工程微生物菌種衰退、復(fù)壯和保藏第84頁第84頁3.3.1誘變育種普通辦法1．出發(fā)菌株誘變處理：出發(fā)菌株選擇，誘變劑選擇，選擇最適誘變劑量2．突變體篩選：初篩、復(fù)篩。第85頁第85頁誘變育種基本規(guī)律第86頁第86頁誘變育種基本過程選擇選擇適當(dāng)出發(fā)菌株↓制備待處理菌懸液↓誘變處理↓篩選↓保藏和擴大試驗第87頁第87頁出發(fā)菌株選擇出發(fā)菌株——用來育種處理起始菌株。出發(fā)菌株應(yīng)具備：①對誘變劑敏感性高；②含有特定生產(chǎn)性狀能力或潛力；出發(fā)菌株起源：①自然界直接分離到野生型菌株；②歷經(jīng)生產(chǎn)考驗菌株；③已經(jīng)歷多次育種處理菌株。第88頁第88頁3.3.2原生質(zhì)體融合育種融合環(huán)節(jié)：選擇親本、原生質(zhì)體制備、原生質(zhì)體融合、原生質(zhì)體再生、融合子檢出與鑒定。第89頁第89頁3.3.3基因工程(geneengineering)基因工程是指在基因水平上遺傳過程，它是用人為辦法將所需要某一供體生物遺傳物質(zhì)－DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當(dāng)工具酶進行切割后，把它與作為載體(vactor)DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、繁殖受體菌中，讓外源遺傳物質(zhì)在其中進行正常復(fù)制和表示，從而取得新物種一個育種技術(shù)。第90頁第90頁基因工程基本操作目的基因取得：從適當(dāng)供體細胞DNA中直接分離；通過反轉(zhuǎn)錄酶作用由mRNA合成cDNA；由化學(xué)辦法合成特定功效基因；載體選擇：目的基因與載體DNA體外重組：重組載體引入受體細胞。第91頁第91頁4菌種衰退、復(fù)壯和保藏

4.1菌種衰退(degeneration)菌種衰退和復(fù)壯遺傳性變異是絕正確，穩(wěn)定是相正確，退化變異是大量，而進化性變異卻是個別，假如不進行自覺、認真人工選擇，大量自發(fā)突變株就會造成菌種衰退。衰退：菌種在培養(yǎng)或保藏過程中，由于自發(fā)突變存在，出現(xiàn)一些原有優(yōu)良生產(chǎn)性狀劣化、遺傳標(biāo)識丟失等現(xiàn)象。第92頁第92頁常見衰退現(xiàn)象菌落和細胞形態(tài)改變；生長速度緩慢，產(chǎn)孢子越來越少；抵抗力、抗不良環(huán)境能力削弱等；代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力下降；其對宿主寄生能力下降等。第93頁第93頁衰退預(yù)防控制傳代次數(shù)；創(chuàng)造良好培養(yǎng)條件；利用不同類型細胞進行接種傳代；采取有效菌種保藏方法。第94頁第94頁4.2復(fù)壯(rejuvenation)狹義復(fù)壯僅是一個消極辦法，指是在菌種已發(fā)生衰退情況下，通過