學習情景四認識微生物的遺傳與變異生物應用技術

微生物應用技術學習情景四

相識微生物的遺傳與變異、生物應用技術主要內(nèi)容說課內(nèi)容任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變?nèi)蝿?相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變12學習情景四相識微生物的遺傳與變異、生物應用技術（1）相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變的概念以及類型。（2）了解基因重組技術以及基因工程技術?！緦W習內(nèi)容】學習情景四相識微生物的遺傳與變異、生物應用技術理解遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變的類型。了解基因工程的操作步驟與應用?！緦W問目標】學習情景四相識微生物的遺傳與變異、生物應用技術【技能目標】能相識誘變育種、基因重組技術以及基因工程技術，能應用其在生產(chǎn)實踐中指導生產(chǎn)。任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變學習情景四相識微生物的遺傳與變異、生物應用技術遺傳必需有物質(zhì)基礎，也即遺傳信息必需由某些物質(zhì)作為攜帶和傳遞的載體。任務提出任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變通過理論學問學習，了解微生物遺傳的物質(zhì)--DNA和RNA，了解微生物的遺傳物質(zhì)較其它生物的遺傳物質(zhì)具有多樣性，不僅存在于其細胞染色體，而且在真核微生物中的細胞器中，染色體外的質(zhì)粒，RNA病毒的RNA核酸都有遺傳信息物質(zhì)存在。任務分析任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變遺傳：指上一代生物將自身的一整套遺傳基因穩(wěn)定地傳遞給下一代，產(chǎn)生與自己相像后代的現(xiàn)象。任務實施的相關專業(yè)學問任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變變異：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)構或數(shù)量的變更，使親代與子代之間，或子代各個體之間，在形態(tài)結(jié)構或生理機能方面存在差異的現(xiàn)象。微生物的遺傳穩(wěn)定的，變異普遍的；遺傳相對的，變異確定的?！褚?、遺傳變異的物質(zhì)基礎（一）遺傳物質(zhì)必需具備的三種基本功能（二）DNA分子的組成（三）DNA分子的雙螺旋結(jié)構（四）DNA的半保留復制（五）遺傳因子基因●二、微生物的變異（一）基因突變(二）染色體畸變（三）基因重組（四）微生物遺傳變異的應用任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎（一）遺傳物質(zhì)必需具備的三種基本功能★（1）復制功能★（2）表達功能★（3）變異功能任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(二）DNA分子的組成★DNA分子的組成單位是脫氧核苷酸?！锩總€脫氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基構成。脫氧核糖磷酸堿基任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(二）DNA分子的組成★堿基有:腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）AGCT脫氧核糖磷酸堿基A一T★

G一C任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(三）DNA分子的雙螺旋結(jié)構任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(三）DNA分子的雙螺旋結(jié)構★脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成脫氧核苷酸長鏈，兩條脫氧核苷酸長鏈按確定依次排列成雙螺旋立體結(jié)構。任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(三）DNA分子的雙螺旋結(jié)構●雙螺旋結(jié)構的堿基配對原則：ATGCATGC任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(四）DNA的半保留復制★DNA的雙螺旋拆分★DNA單鏈為模板；★按堿基互補配對原則；★DNA聚合酶催化；★形成完全互補的新鏈●DNA的半保留復制的要點任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(四）DNA的半保留復制●DNA的半保留復制的結(jié)果是：新DNA分子中的兩條鏈，一條來自親代DNA分子，另一條是新合成的●DNA獨特的半保留式的自我復制，確保了DNA復制的精確，并保證一切生物遺傳性的相對穩(wěn)定。任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(五）遺傳因子基因：DNA分子上具有特定核苷酸依次的片斷，是一切生物體內(nèi)貯存遺傳信息、具有自我復制實力的遺傳功能單位。細胞染色體DNA蛋白質(zhì)基因任務1相識遺傳變異的物質(zhì)基礎和基因突變基因相對分子質(zhì)量：6×105，約有103個堿基對。每個細菌約具有5×103~104個基因

基因限制遺傳性狀，但不等于遺傳性狀。功能：基因的精確復制保證了遺傳信息的代代相傳，遺傳性狀的表現(xiàn)都是在基因限制下個體發(fā)育的結(jié)果。三、微生物的變異●微生物個體微小，結(jié)構簡潔，繁殖快速，比表面積大，易受外界環(huán)境的影響，所以，微生物比高等生物更簡潔發(fā)生變異。二、微生物的變異（四）微生物遺傳變異的應用（一）基因突變（二）染色體畸變?nèi)笔?、重復、倒位、易位（三）基因重組轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、雜交1、誘變育種2、定向培育3、基因工程內(nèi)容提要三、微生物的變異（一）基因突變●基因突變：指微生物的DNA由于某種緣由發(fā)生了堿基的缺失、置換或插入，變更了基因內(nèi)部原有的堿基排列依次，從而引起后代表現(xiàn)型的變更。二、微生物的變異（一）基因突變●自發(fā)性●稀有性：自發(fā)率為10-6~10-9?！癫粚ΨQ性：突變性狀與引起緣由之間無對應關系?！癃毩⑿裕翰皇芷渌魏位蛲蛔兟实挠绊??！裾T變性：誘變劑可使誘變率提高10~105倍?！穹€(wěn)定性：新的變異性狀是穩(wěn)定的、是可以遺傳的?！窨赡嫘裕阂吧途昙瓤勺儺悶橥蛔冃跃甑恼蛲蛔?，又可發(fā)生反方向的回復突變。1．基因突變特點二、微生物的變異（一）基因突變●按突變的條件和緣由可分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變。自發(fā)突變★指某種微生物在自然條件下發(fā)生的基因突變。★自發(fā)突變率極低。如：細菌一萬到百萬億次裂殖中才出現(xiàn)一個個別基因的突變體?！镒园l(fā)突變緣由是不詳?shù)牡蛣┝空T變劑長期作用的綜合效應或互變異構效應等。如：宇宙間存在的各種短波輻射等。2．基因突變的類型二、微生物的變異（一）基因突變誘發(fā)突變★指利用物理或化學因素處理微生物群體，引起少數(shù)個體細胞的遺傳性狀發(fā)生突變。★誘發(fā)突變，一般比自發(fā)突變頻率提高10~104倍。

★誘變因素主要包括物理因素和化學因素。主要物理誘變劑有：紫外輻射、X-射線、β-射線、γ-射線、快中子、激光和熱等。▲堿基類似物，如：8-氨鳥嘌呤（8-NG）等▲與堿基反應的誘變劑，如：亞硝酸、烷化劑等▲移碼誘變劑，如：吖啶類化合物等2．基因突變的類型二、微生物的變異（一）基因突變●從篩選菌株的好用目的動身，按突變后極少數(shù)突變株的表型能否在選擇性培育基上快速地選出和鑒別，分為選擇性突變和非選擇性突變?！镞x擇性突變株：凡能用選擇性培育基（或其他選擇性培育條件）快速選擇出來的突變株。類型：養(yǎng)分缺陷型、抗性突變型、條件致死突變型★非選擇性突變型：凡不能用選擇性培育基（或其他選擇性培育條件）快速選擇出來的突變株。類型：包括形態(tài)突變型、抗原突變型和產(chǎn)量突變型2．基因突變的類型二、微生物的變異（一）基因突變●養(yǎng)分缺陷型：指某一野生型菌株因發(fā)生基因突變而丟失合成一種或幾種生長因子、堿基或氨基酸的實力，而不能在基礎培育基上正常生長繁殖的變異類型。可在加有特定生長因子的基礎培育基平板上分別篩選?！锟剐酝蛔冃停褐敢吧暌蚧蛲蛔兌鴮δ郴瘜W藥物或致死物理因子產(chǎn)生抗性的變異類型?？稍诩佑邢鄳幬锘蛳鄳锢硪蜃拥呐嘤桨迳戏謩e篩選。2．基因突變的類型★條件致死突變型：指某菌株或病毒在某種條件下可正常生長、繁殖并正常表現(xiàn)，但由于發(fā)生基因突變，在另一條件下卻不能生長、繁殖的變異類型。二、微生物的變異（一）基因突變●形態(tài)突變型：指由突變引起的個體或菌落形態(tài)的變異類型。如細菌鞭毛或莢膜有無，菌落表面光滑或粗糙、清晰或模糊等?！锟乖蛔冃停褐赣苫蛲蛔兌鸬募毎乖Y(jié)構發(fā)生的變異類型。如細胞壁缺陷變異、莢膜或鞭毛成分變異等。

★產(chǎn)量突變型：指由基因突變而導致有用代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量明顯有別于原始菌株的變異類型。若產(chǎn)量顯著高于原始菌株，稱正變株，產(chǎn)量降低則稱負變株。

2．基因突變的類型二、微生物的變異（二）染色體畸變●染色體畸變是指染色體在結(jié)構上有較大范圍變更的變異。既包括染色體結(jié)構上的缺失、插入、易位和倒位，也包括染色體數(shù)目的變更。二、微生物的變異（三）基因重排●兩個獨立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過確定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，使基因重新組合，形成新的穩(wěn)定基因組的過程，稱為基因重組?；蛑亟M可通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、雜交等手段實現(xiàn)。二、微生物的變異（三）基因重排●轉(zhuǎn)化：受體菌干脆吸取來自供體菌的DNA片段，并把它整合到自己的基因組里，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化子：通過轉(zhuǎn)化形成的雜種后代?！褶D(zhuǎn)導：通過缺陷噬菌體的媒介作用，把供體菌的DNA片段攜帶至受體菌細胞中，通過交換和整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)導子：由轉(zhuǎn)導作用而獲得部分新性狀的重組細胞。雜交：通過雙親細胞的融合，使整套染色體的基因重組，或是通過雙親細胞的溝通，使部分染色體重組的現(xiàn)象。

任務2微生物遺傳變異的應用技術

學習情景四相識微生物的遺傳與變異、生物應用技術微生物個體微小，結(jié)構簡潔，繁殖快速，比表面積大，易受外界環(huán)境的影響，因此人們就可以剛好抓住這類良機來選育優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。

任務提出任務2微生物遺傳變異的應用技術

通過理論學問學習，了解微生物遺傳變異的途徑，駕馭遺傳變異的應用技術。任務分析任務2微生物遺傳變異的應用技術

●自發(fā)突變與育種●誘變育種●基因工程任務2微生物遺傳變異的應用技術

任務實施的相關專業(yè)學問一、自發(fā)突變與育種★從生產(chǎn)中選育：微生物會以確定頻率發(fā)生自發(fā)突變，抓住良機來選育優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。污染噬菌體的發(fā)酵液抗噬菌體的再生菌；酒精工業(yè)中：分生孢子為白色的糖化菌“上酒白種”，宇佐美曲霉3578自發(fā)突變，糖化率比原菌株強，培育條件也比耗菌株粗放。任務2微生物遺傳變異的應用技術

★定向培育優(yōu)良菌種是指適當限制微生物的生活環(huán)境條件，用物理因素和化學試劑來誘導微生物向著人們須要的方向變異的過程。★在工業(yè)廢水生物處理中，它是一條特殊有效的途徑?！锶纾涸跐M足養(yǎng)分物質(zhì)、水溫、pH值等條件下，對加入酚、氰等污染物的生活污水處理廠的活性污泥進行長時間的定向培育（又稱馴化）。任務2微生物遺傳變異的應用技術

一、自發(fā)突變與育種★誘變育種是指利用物理或化學誘變劑處理微生物，使之發(fā)生突變，然后接受合理的方法，把符合育種目的的優(yōu)良突變株篩選出來的過程?！镎T變育種的優(yōu)點：簡便易行，工作進程快、結(jié)果既可以提高產(chǎn)量、改進質(zhì)量，又可以增加品種、簡化工藝等?！锬壳斑\用最廣泛的一種育種手段?！锶纾喝陙恚嗝顾匕l(fā)酵單位持續(xù)大幅度增長，由2單位/毫升提高到7萬單位/毫升。二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

操作環(huán)節(jié)很多，因工作目的、育種對象和操作者的支配而有所差異。最基本環(huán)節(jié)卻是雷同的

1.誘變育種的基本環(huán)節(jié)

二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

選種方式有兩種從自然界和生產(chǎn)中進行。1.從自然界中選種步驟：采樣增殖培育純種分別測定生產(chǎn)性能二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

(1)采樣依據(jù)微生物的生態(tài)特點從自然界取樣分別所需菌種過程。采樣地點的選擇要求：富含預篩選菌種枯枝、落葉和朽木富含產(chǎn)纖維素酶的菌種果皮上、果樹下土壤富含酵母菌海洋富含耐鹽和低溫菌土壤微生物大本營，富含細菌和放線菌。采樣方法:選好地點后用無菌取樣工具取樣后裝入預先消毒過的密封容器內(nèi)（牛皮袋、塑料袋、磨口瓶），密封保存，做好標記（采樣地點、時間、環(huán)境狀況等）二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

(2)增殖培育給菌種供應一些有利于所需菌株生長或不利于其他菌株生長的條件以促使所需菌株大量繁殖，從而有利于分別它們。增殖培育次數(shù)依據(jù)樣品中所含須要菌種的多少定。限制因素兩個：養(yǎng)分和培育條件養(yǎng)分：碳源糖、淀粉、纖維素或石油培育條件：PH、溫度二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

(3)純種分別從含有混雜各種微生物的樣品中，分出我們所須要的菌種。方法:劃線、稀釋分別、單孢干脆挑取法和菌絲尖端切割法。同時選擇和限制培育條件:限制養(yǎng)分成分、限制培育基酸堿度、限制培育溫度、添加抑制劑、熱處理、通氣條件的限制二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

(4)生產(chǎn)性能測定方法：初篩和復篩①初篩:在培育皿內(nèi)將菌種進行比較粗放的測定，測出某些菌株有無所須要的性能，不能精確測出含量及性能的大小。②復篩：將初篩選出的菌株精確地測出其發(fā)酵性能。方法：液體搖瓶培育法、固體培育法、小型臺式發(fā)酵罐法。二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

2.從生產(chǎn)中選種在生產(chǎn)過程中，常常留意那些菌體形態(tài)或菌落性狀以及某些生理性能上自然發(fā)生變異的微生物，將它們選擇出來，進行比較試驗，有時可以選出更加志向的菌種。二、誘變育種任務2微生物遺傳變異的應用技術

二、誘變育種2.誘變育種工作中的幾個原則★選擇簡便有效的誘變劑

★選擇優(yōu)良的動身菌株★處理單孢子(或單細胞)液

★選用最適劑量

★利用復合處理的協(xié)同效應

★利用和創(chuàng)建形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關指標★設計和接受高效篩選方案和方法任務2微生物遺傳變異的應用技術

3.養(yǎng)分缺陷型的篩選二、誘變育種養(yǎng)分缺陷型：指通過誘變而產(chǎn)生的，在一些養(yǎng)分物質(zhì)（如氨基酸、維生至少和堿基等）的合成實力上出現(xiàn)缺陷，因此必需在基本培育基中加入相誚的有機養(yǎng)分成分才能正常生長的變異菌株。野生型：變異前的原始菌株任務2微生物遺傳變異的應用技術

☆基本培育基：表示方式：“［-］”，凡能滿足某一菌種的野生型或原養(yǎng)型*菌株養(yǎng)分要求的最低成分的合成培育基?！钔耆嘤罕硎痉绞剑骸埃?］”在基本培育基中加入一些富含氨基酸、維生至少和堿基之類的自然物質(zhì)，以滿足該微生物的各種養(yǎng)分缺陷型都能生長的培育基☆補充培育基：表示方式："［A］"、"［B］"，本培育基上只是有針對性地加上某一種或幾種其自身不能合成的養(yǎng)分成分，以滿足相應的養(yǎng)分缺陷型生長的培育基。二、誘變育種3.養(yǎng)分缺陷型的篩選任務2微生物遺傳變異的應用技術

養(yǎng)分缺陷型菌株的用途：※探討代謝途徑和雜交、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導和原生質(zhì)體融合等遺傳規(guī)律所必不行少的標記菌種※氨基酸、維生素或堿基等物質(zhì)生物測定的試驗菌種；※用作發(fā)酵生產(chǎn)核苷酸、氨基酸等代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)菌株；※生產(chǎn)菌種雜交育種中必不行少的帶有特定標記的親本菌株。二、誘變育種3.養(yǎng)分缺陷型的篩選任務2微生物遺傳變異的應用技術

篩選養(yǎng)分缺陷菌株的環(huán)節(jié)：誘變、淘汰野生型、檢出和鑒定。二、誘變育種3.養(yǎng)分缺陷型的篩選任務2微生物遺傳變異的應用技術

篩選養(yǎng)分缺陷菌株的環(huán)節(jié)：二、誘變育種3.養(yǎng)分缺陷型的篩選●誘變劑處理

●淘汰野生型：抗生素法或菌絲過濾法。青霉素法細菌;制霉菌素法真菌菌絲過濾絲狀真菌●檢出缺陷型：夾層培育法、限量補充培育法、逐個檢出法、影印接種法。

●鑒定缺陷型

任務2微生物遺傳變異的應用技術

◆夾層培育法：先在培育皿上倒薄一層不含菌的基本培育基。經(jīng)培育后，在皿底用筆對首次出現(xiàn)的菌落一一作好記號，然后再澆一薄層第四導培育基--完全培育基。再經(jīng)培育后出現(xiàn)的新菌落，多數(shù)是養(yǎng)分缺陷型。二、誘變育種3.養(yǎng)分缺陷型的篩選◆限量補充培育法：把誘變處理后的細胞接種在含有微量蛋白胨的基本培育基上，野生型就快速長成較大的菌落，而缺陷型則生長緩慢，并只能形成微小的菌落。