微生物教程yyd第八章微生物的遺傳變異和育種課件

第八章微生物的遺傳變異和育種第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)基因突變和誘變育種第三節(jié)基因重組第四節(jié)基因工程第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏

第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)

一、三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化試驗(yàn)

F．Griffith（1928年）

肺炎雙球菌，可使人患肺炎，也可使小白鼠患敗血癥而死亡。它有多種菌株，其中具有莢膜，且菌落表面光滑（smoth）的致病菌株,稱S型;另一種不形成莢膜,菌落粗糙（rough）,無(wú)致病性,稱R型。F．Griffith作了3組實(shí)驗(yàn)如下圖

后來(lái)，有三位科學(xué)家將第三組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下改進(jìn)：從高溫滅活的S型細(xì)菌中提取幾種細(xì)胞成分(如DNA、蛋白質(zhì)、莢膜多糖等)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)——Avery實(shí)驗(yàn)，如圖示：

以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：高溫滅活的S型肺炎球菌的細(xì)胞內(nèi)存在一種物質(zhì)，能以某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞使其表達(dá)出莢膜性狀。其中Avery實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明轉(zhuǎn)化因子是DNA。噬菌體感染實(shí)驗(yàn)Pr只含S不含PDNA只含P不含S原理步驟1：用含同位素Ｓ35,

P32的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌2：讓T2感染上述大腸桿菌使其打是S35P32標(biāo)記3：吸附10分鐘后攪動(dòng)離心上清液沉淀結(jié)果：上清液中含15%放射擊性；沉淀中含85%放射性（三）植物病毒的重建試驗(yàn)

煙草花葉病毒（TMV）是一種只含RNA的植物病毒，其中94%是蛋白質(zhì)外殼，6%是RNA?？稍跓煵萆弦鸩“?。把TMV放在水和苯酚中震蕩，可將病毒的蛋白質(zhì)外殼和RNA分開(kāi)，分開(kāi)的蛋白質(zhì)外殼和RNA分子又能重新組合成具有感染力的完整病毒粒子。另一株與TMV近緣的霍氏車前花葉病毒（HRV），也可引起病斑。但兩種病斑的表征不同。1956年，F(xiàn)raenkel-conrat利用這兩株植物病毒的核酸和蛋白質(zhì)的拆、合及相互對(duì)換進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下圖。植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)TMVHRVHRVTMV原始株拆開(kāi)重建感染分離純化

（一）七個(gè)水平細(xì)胞水平細(xì)胞核水平染色體水平核酸水平基因水平密碼子水平核苷酸水平二、遺傳物質(zhì)存在的部位和方式質(zhì)粒：凡游離于原核生物核基因組以外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀的dsDNA分子。質(zhì)粒特點(diǎn)：從結(jié)構(gòu)上看為超螺旋結(jié)構(gòu)從大小上看，相對(duì)分子質(zhì)量為106～108（相當(dāng)核基因組的1％）從功能上看，質(zhì)粒上存在核內(nèi)沒(méi)有的基因，賦予了原核生物并非必不可少的特殊功能，如：產(chǎn)毒、接合、抗藥、固氮等。從存在形式上看，是一種復(fù)制子，分為嚴(yán)緊型復(fù)制（與核染色體的復(fù)制同步）與松弛型復(fù)制（不與核染色體的復(fù)制同步）。（二）原核生物的質(zhì)粒少量質(zhì)?？稍诓煌觊g轉(zhuǎn)移，如：F因子或R因子等。有些質(zhì)粒具有與核染色體發(fā)生整合或脫離的功能，稱附加體.如F因子。此外，質(zhì)粒還有基因重組功能，可在質(zhì)粒間、質(zhì)粒與核染色體之間發(fā)生基因重組。一些有代表性的質(zhì)粒：

F因子、R因子、Col質(zhì)粒、Ti質(zhì)粒、巨大質(zhì)粒、Ti質(zhì)粒。Ti質(zhì)粒：亦稱誘癌質(zhì)粒主要存在于根癌菌株中，由Ti質(zhì)粒引起植物的根癌。巨大質(zhì)粒：比一般質(zhì)粒大幾十倍至幾百倍。其他質(zhì)粒：降解性質(zhì)粒只存在于假單胞菌屬，能夠編碼可降解復(fù)雜物質(zhì)的酶類。返回目錄幾個(gè)重要概念：基因突變：簡(jiǎn)稱突變，是遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳性的變化，可自發(fā)或誘導(dǎo)產(chǎn)生。野生型菌株：從自然界分離到的菌株，簡(jiǎn)稱野生型。突變株：即野生型經(jīng)突變后形成的帶有新性狀的菌株。

第二節(jié)基因突變和誘變育種一、基因突變（一）突變類型根據(jù)突變的菌株能否在選擇性培養(yǎng)基上加以鑒別，可分為：選擇性突變和非選擇性突變兩大類。前者在選擇性培養(yǎng)基上通過(guò)表型就可以區(qū)別開(kāi)，主要有：營(yíng)養(yǎng)缺陷型、抗性突變型、條件致死突變型；后者在選擇培養(yǎng)基上不能用表型區(qū)別開(kāi)，主要有：形態(tài)突變型、抗原突變型、產(chǎn)量突變型?！沁x擇性突變形態(tài)突變型：指?jìng)€(gè)體形態(tài)或群體形態(tài)因突變而與野生型不同。例如：S形菌落突變?yōu)镽形菌落，鞭毛有無(wú)或莢膜有無(wú)的突變?？乖蛔冃停河捎谕蛔兪箍乖Y(jié)構(gòu)與野生型不同。如：細(xì)胞壁缺陷變異（如L型細(xì)菌）。產(chǎn)量突變型：通過(guò)基因突變而獲得在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株。若產(chǎn)量顯著高于原始菌株者稱正突變，反之則稱負(fù)突變。突變率：某一細(xì)胞（或病毒粒子）在某一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。如突變率為10-8表示細(xì)胞在1億次分裂過(guò)程中，會(huì)發(fā)生1次突變。突變是獨(dú)立發(fā)生的，互相不影響，同一細(xì)胞中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上突變的幾率極低。雙重或多重突變的幾率是各個(gè)基因突變幾率的乘積。（二）突變率自發(fā)性：是在沒(méi)有人為干涉的條件下產(chǎn)生的突。不對(duì)應(yīng)性：指突變性狀與引起突變的原因之間無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。稀有性：一般突變尤其是自發(fā)突變，幾率極?。◣茁蕿?0-6-10-9）。獨(dú)立性：某基因的突變率不受它種基因突變率的影響。可誘變性：使用誘變劑，可顯著提高突變幾率，在遺傳育種上較常用。穩(wěn)定性：突變后的新性狀可以穩(wěn)定地遺傳給下一代。可逆性：由野生型基因變異為突變型基因，稱正向變異。由突變型基因返回到原始的野生型基因，稱回復(fù)突變。（三）突變的特點(diǎn)7個(gè)共同點(diǎn)：變量試驗(yàn)大腸桿菌稀釋培養(yǎng)物10ml10ml(在同一個(gè)大管中作整體培養(yǎng))(培養(yǎng)前先分成50小管)

3714435抗噬菌體菌落數(shù)抗噬菌體菌落數(shù)涂布試驗(yàn)涂布敏感菌5×104個(gè)共12個(gè)平板5×104個(gè)菌落5000個(gè)細(xì)菌/菌落6個(gè)平板共353個(gè)菌落6個(gè)平板共28個(gè)菌落噴入T1保溫重新涂布后噴入T1保溫結(jié)論：該抗性突變發(fā)生在與噬菌體T1接觸之前，噬菌體的加入只起到甄別該類自發(fā)突變是否發(fā)生、存在，決不是誘發(fā)該類突變的原因。誘發(fā)突變：簡(jiǎn)稱誘變，指通過(guò)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)突變幾率的手段。1.誘變機(jī)制誘變劑：能夠提高突變幾率的任何因素。堿基的置換

移碼突變

染色體畸變（1） 堿基置換它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換，屬于典型的點(diǎn)突變。嘌呤置換嘌呤（嘧啶置換嘧啶）——轉(zhuǎn)換嘌呤置換嘧啶或者嘧啶置換嘌呤——顛換

A..TA..TA..TG..

CA..BU酮式G..BU烯醇式置換G..

CA..BUG..

BUA..BUG..

CA..T烯醇式酮式（2）移碼突變指誘變劑使DNA序列中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸增加或減少，從而使該部位后面的全部遺傳密碼的閱讀框架改變，引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。移碼突變屬于DNA的輕微損傷，也是一種點(diǎn)突變，由移碼突變所產(chǎn)生的突變株稱為移碼突變株。移碼突變的幾種情況如下圖示

移碼突變的結(jié)果：正常鏈上增加或是缺失1、2或4、5個(gè)堿基時(shí)，均可引起移碼突變，而增加或缺失3或6個(gè)不影響讀碼，只引起較短的增加或缺失。（3）染色體畸變包括染色體結(jié)構(gòu)的缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位幾種情況，也包括染色體數(shù)目的變化。1〉染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，上述幾種均可發(fā)生。倒位：斷裂下來(lái)的一段染色體逆轉(zhuǎn)，然后，重新插入到原位置。易位：斷裂下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入同一染色體的其他部位上。2〉染色體間畸變：非同源染色體間的易位。一小段DNA斷下后，可跳到另一條染色體上插入；質(zhì)粒上的DNA跳到另一個(gè)質(zhì)粒上，此種情況亦屬于染色體間畸變。（原核微生物僅一條染色體，不存在“另一條”。)嚴(yán)格地說(shuō)，DNA從一個(gè)細(xì)胞跳到另一個(gè)細(xì)胞的易位，亦屬于染色體間畸變?？傊?，原核、真核微生物都存在染色體間畸變。2.自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變：生物體在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻突變。自發(fā)突變的原因一般有：背景輻射和環(huán)境因素的誘變例如：宇宙輻射、南北極磁場(chǎng)等。微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)例如：過(guò)氧化氫、過(guò)氧化物等。DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起據(jù)統(tǒng)計(jì)，DNA鏈在每次復(fù)制中每個(gè)堿基對(duì)錯(cuò)配頻率是10-7-10-11，這樣一個(gè)基因的自發(fā)突變幾率約為10-6。

紫外線對(duì)DNA的損傷是引起相鄰嘧啶形成嘧啶二聚體（TT，TC，CC）。造成局部DNA分子無(wú)法配對(duì)。微生物有多種修復(fù)受損DNA的作用，現(xiàn)舉兩例：光復(fù)活作用經(jīng)紫外線照射誘變的微生物立即暴露在可見(jiàn)光下，則微生物的死亡率和突變率將明顯降低的現(xiàn)象，稱光復(fù)活作用。機(jī)理：誘變形成的嘧啶二聚體在暗處結(jié)合光激活酶，在有可見(jiàn)光的情況下，此酶吸收光能，解離嘧啶二聚體。

暗修復(fù)作用又稱切除修復(fù)，經(jīng)紫外線誘變損傷的DNA在不見(jiàn)光的條件下，依靠微生物體內(nèi)的四種酶來(lái)修復(fù)受損的DNA。即：內(nèi)切核酸酶、外切核酸酶、DNA聚合酶、連接酶。過(guò)程如下圖（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)二、突變與育種（一）自發(fā)突變與育種從生產(chǎn)中育種在利用微生物進(jìn)行大生產(chǎn)的過(guò)程中，微生物會(huì)以10-6左右的突變率自發(fā)突變，其中可能出現(xiàn)一定幾率正突變株。2)定向培育優(yōu)良菌株。利用自然突變，對(duì)微生物群體采用特定的選擇條件選育出優(yōu)良菌株。但總的來(lái)說(shuō)，方法古老，自發(fā)突變的目的性不強(qiáng)，周期長(zhǎng)。（二）誘變育種

誘變育種是指利用物理、化學(xué)等誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，在促進(jìn)其突變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，從中挑選出少數(shù)符合目的的突變株，以供科學(xué)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐使用。（無(wú)目的的誘變，有目的的篩選）誘變育種的基本環(huán)節(jié)出發(fā)菌株計(jì)算出誘變大多死亡少數(shù)存活存活率多數(shù)未變少數(shù)突變突變率多數(shù)負(fù)變少數(shù)正變正變率多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大高產(chǎn)率投產(chǎn)率多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)2、誘變育種應(yīng)考慮的幾個(gè)原則：

選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑，如紫外線、激光和離子束，烷化劑、堿基類似物等。

艾姆斯試驗(yàn)(Amestest）：是一種利用細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境或食品中是否存在化學(xué)致癌劑的簡(jiǎn)便有效的方法.

利用微生物營(yíng)養(yǎng)缺陷型（his—）的回復(fù)突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境或食品中化學(xué)致癌劑。（“三致”致癌，致畸，致突變）艾姆斯試驗(yàn)(Amestest）：是一種利用細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境或食品中是否存在化學(xué)致癌劑的簡(jiǎn)便有效的方法.

利用微生物營(yíng)養(yǎng)缺陷型（his—）的回復(fù)突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境或食品中化學(xué)致癌劑。（“三致”致癌，致畸，致突變）保溫可疑“三致”試樣鼠肝勻漿（含羥化酶）吸入濾紙片S.t.his陽(yáng)性陰性S.t.his回變挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株。A.選生產(chǎn)中的自發(fā)突變菌株;B.已具有優(yōu)良性狀的菌株;C.對(duì)誘變劑敏感性較高的菌株等。處理單細(xì)胞或單孢子懸液。目的：使每個(gè)細(xì)胞均勻接觸誘變劑并防止長(zhǎng)出不純菌落。選用最佳誘變劑量。紫外線的劑量指強(qiáng)度與作用時(shí)間之乘積;化學(xué)誘變劑的劑量則以在一定外界條件下，誘變劑濃度與處理時(shí)間來(lái)表示。充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)。該法包括同一誘變劑的重復(fù)使用，兩種或多種誘變劑的先后或同時(shí)使用。利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量之間相關(guān)指標(biāo)。如淀粉水解試驗(yàn)，就是利用淀粉酶變色圈（用碘液顯色）的大小來(lái)估計(jì)突變代謝產(chǎn)物量的多少。設(shè)計(jì)或創(chuàng)造高效篩選方案。如在實(shí)際中，篩選工作常分為初篩和復(fù)篩兩步進(jìn)行。3、營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選（重點(diǎn)）1）與篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類培養(yǎng)基①基本培養(yǎng)基（MM，[-]）：僅能滿足某一微生物的野生型菌株生長(zhǎng)所需要的最低成分的組合培養(yǎng)基，（該培養(yǎng)基都是人工培養(yǎng)基，營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株不能在其上生長(zhǎng)）。②完全培養(yǎng)基（CM，[+]）：所有營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株均可在其上生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。一般地，完全培養(yǎng)基是天然或半人工合成的。③補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM，[A]、[B]或[AB]）：凡只能滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株生長(zhǎng)需要的組合或半組合培養(yǎng)基2）與篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體①野生型：從自然界分離到的沒(méi)有發(fā)生過(guò)任何突變，可以在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的菌株。②營(yíng)養(yǎng)缺陷型：野生型菌株因?yàn)橥蛔儯チ撕铣赡撤N酶的能力，使得該酶產(chǎn)物不能產(chǎn)生，只能在加有這種產(chǎn)物的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的菌株。該型不能在[-]上生長(zhǎng)，只能在[+]或相應(yīng)的補(bǔ)充培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。該型非自身合成。③原養(yǎng)性：營(yíng)養(yǎng)缺陷型經(jīng)回變或其他的基因改造，回復(fù)為與野生型相同的形狀的菌株.（與野生型從現(xiàn)象上無(wú)任何區(qū)別。）3）營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法一般要經(jīng)過(guò)誘變、淘汰野生型、檢出和鑒定營(yíng)養(yǎng)缺陷型四個(gè)步驟。①步誘變劑處理：與一般誘變處理相同②步淘汰野生型（即篩選出基因突變的類型），現(xiàn)舉兩種方法。A．抗生素法（最常用）。

a．青霉素：抑制細(xì)胞壁肽聚糖的合成，故可殺死生長(zhǎng)、繁殖狀態(tài)的細(xì)菌，對(duì)休眠狀態(tài)的無(wú)用。方法：將誘變后的菌培養(yǎng)到含青霉素的基本培養(yǎng)基上，即野生型被淘汰，留下的為休眠狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)缺陷型。

b．制霉菌素：主要與真菌細(xì)胞膜上的甾醇作用，引起膜損傷。方法：將誘變后的孢子培養(yǎng)到含制霉菌素的基本培養(yǎng)基上，基本培養(yǎng)基長(zhǎng)出菌絲者為營(yíng)養(yǎng)缺陷型。B．菌絲過(guò)濾法：適用于進(jìn)行絲狀生長(zhǎng)的真菌和放線菌。其原理是：在基本培養(yǎng)基中，野生型菌株的孢子能發(fā)芽成菌絲，而營(yíng)養(yǎng)缺陷型的孢子則不能?？捎么罂撞羚R紙反復(fù)過(guò)濾篩選出。A．夾層培養(yǎng)法（“三明治”狀）

③步檢出缺陷型現(xiàn)舉出四種方法：小菌落是第二次長(zhǎng)起來(lái)的（營(yíng)養(yǎng)缺陷型）B．限量補(bǔ)充培養(yǎng)法

在基本培養(yǎng)基上，加微量的天然成分（不同于補(bǔ)充培養(yǎng)基），營(yíng)養(yǎng)缺陷型形成微菌落，而野生型形成正常大小的菌落。微量蛋白質(zhì)的完全培養(yǎng)基上小菌落是營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株C．逐個(gè)檢出法將誘變處理的細(xì)胞涂在含有完全培養(yǎng)基的平板，長(zhǎng)成菌落，再將其接種至基本培養(yǎng)基上不長(zhǎng)菌落（為營(yíng)養(yǎng)缺陷型）。含誘變劑的液體培養(yǎng)基菌種涂布培養(yǎng)基本培養(yǎng)基上不長(zhǎng)菌落完全培養(yǎng)基上長(zhǎng)出菌落營(yíng)養(yǎng)缺陷型D．影印平板法完全培養(yǎng)基影印接種基本培養(yǎng)基將誘變處理的細(xì)胞涂不于含有完全培養(yǎng)基的平板，長(zhǎng)出菌落，利用影印接種工具將該菌落轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)，亦長(zhǎng)出菌落，將前后相應(yīng)菌落對(duì)比，若前者生長(zhǎng)，而后者不生長(zhǎng)的菌落，為營(yíng)養(yǎng)缺陷型（類似“平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)”）。④步鑒定缺陷型（采用生長(zhǎng)譜法）生長(zhǎng)譜法:指在混有供試菌的平板表面點(diǎn)加微量營(yíng)養(yǎng)物,視某營(yíng)養(yǎng)物的周圍有否長(zhǎng)菌來(lái)確定供試菌的營(yíng)養(yǎng)要求的一種快速、直觀的方法。操作：將營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)胞（或孢子）洗下，用無(wú)菌水離心清洗，制成菌懸液并與基本培養(yǎng)基混合培養(yǎng)，用含有不同營(yíng)養(yǎng)物的濾紙片覆蓋，如某濾紙片周圍有微生物生長(zhǎng)圈，則為該營(yíng)養(yǎng)物的營(yíng)養(yǎng)缺陷型。該法優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便，不怕污染菌，回復(fù)突變細(xì)胞不影響結(jié)果，此方法又可測(cè)定雙重或多重營(yíng)養(yǎng)缺陷型。返回目錄

第三節(jié)基因重組

基因重組的定義：把兩個(gè)不同性狀個(gè)體的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過(guò)遺傳分子間的重新組合，形成新的遺傳型個(gè)體的方式，稱基因重組或遺傳重組。基因重組可以理解成遺傳物質(zhì)分子水平上的雜交，即核酸水平上的雜交。而傳統(tǒng)意義上的雜交通常指的是細(xì)胞水平的雜交，如雜交動(dòng)物、雜交植物等。但所有細(xì)胞水平上的雜交都是以基因重組為基礎(chǔ)的。微生物的基因重組分原核微生物和真核微生物兩大類進(jìn)行研究。一、原核微生物的基因重組

原核微生物的基因重組包括轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、結(jié)合和原生質(zhì)體融合等四種形式。（一）轉(zhuǎn)化

受體菌直接吸收來(lái)自供體菌的DNA片段，通過(guò)交換、把它整合到自己的基因組中，從而使受體菌獲得了供體菌的部分遺傳性狀的現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的結(jié)果是形成轉(zhuǎn)化子。即轉(zhuǎn)化子是通過(guò)轉(zhuǎn)化獲得供體細(xì)胞部分遺傳物質(zhì)并表現(xiàn)出相應(yīng)性狀的重組受體菌。而來(lái)自供體菌的DNA片段稱轉(zhuǎn)化因子。轉(zhuǎn)化過(guò)程見(jiàn)下圖

（一）轉(zhuǎn)化

兩個(gè)菌株間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化與多種因素有關(guān)，如兩個(gè)菌株進(jìn)化過(guò)程中的親緣關(guān)系、供體DNA的形式及菌株的具體生理狀態(tài)等，其中最重要的是受體菌生理狀態(tài)——感受態(tài)。供體的DNA片段形式：不同形式的供體菌DNA片段，發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻率也有區(qū)別，其中質(zhì)粒形式的DNA片段發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻率最高。（一）轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)染：將噬菌體或病毒的DNA或RNA提取出來(lái)，再去感染感受態(tài)的宿主細(xì)胞，進(jìn)而產(chǎn)生正常噬菌體或病毒后代的現(xiàn)象叫轉(zhuǎn)染。轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)染的不同：轉(zhuǎn)化是受體菌接受供體菌的DNA片斷、發(fā)生基因重組并產(chǎn)生轉(zhuǎn)化子。轉(zhuǎn)染過(guò)程不發(fā)生基因重組，受體菌僅接受噬菌體或病毒的DNA或RNA、不產(chǎn)生雜種性質(zhì)的轉(zhuǎn)化子，產(chǎn)生的是大量的子代噬菌體或病毒。（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)

轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過(guò)完全缺陷或部分缺陷噬菌體為媒介，將供體菌的DNA片段攜帶到受體菌中，通過(guò)交換、整合，使后者獲得前者遺傳性狀的現(xiàn)象，稱之為轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)子：通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)獲得供體細(xì)胞部分遺傳性狀的重組受體細(xì)胞稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體：攜帶供體部分遺傳物質(zhì)（DNA片段）的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體或轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。分類：普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局部轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別：轉(zhuǎn)化：受體菌直接接受供體菌DNA片段。轉(zhuǎn)導(dǎo)：受體菌通過(guò)噬菌體接受供體菌DNA片段。

１、普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（1）完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)完全缺陷噬菌體：當(dāng)某噬菌體感染供體菌后，在供體菌內(nèi)增殖時(shí)，使供體菌的DNA被切成許多片段，成熟后少數(shù)衣殼將供體菌的DNA片段（要求與噬菌體核酸片段相仿）“誤包”，形成假噬菌體，即完全缺陷噬菌體;當(dāng)供體菌被裂解此完全缺陷噬菌體釋放后，再次感染受體菌，即可把外源（供體菌）的DNA片段介導(dǎo)到受體菌中，實(shí)現(xiàn)交換和整合，這就是完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。完全普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(compietetransduction)供體A-B+A+B-多數(shù)受體形成溶源菌A-B+A+B-少數(shù)受體A+B+經(jīng)重組形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子A-B+色氨酸缺陷型A+B-組氨酸缺陷型鼠傷寒沙門(mén)氏菌

（2）流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)完全缺陷噬菌體感染受體后，所攜帶的DNA片段沒(méi)有和受體菌的DNA片段交換、整合、復(fù)制，但可以轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)生相應(yīng)的代謝產(chǎn)物，有相應(yīng)的表型；受體菌再經(jīng)分裂、繁殖，子一代只有一半獲得供體菌的DNA片段，另一半僅得到部分代謝產(chǎn)物表現(xiàn)出輕微的供體菌特征，在繼續(xù)分裂的過(guò)程中，逐漸被稀釋，此現(xiàn)象稱為流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。見(jiàn)下圖：

2、局部轉(zhuǎn)導(dǎo)部分缺陷噬菌體:溫和噬菌體感染受體菌后，使宿主溶源化。該溶源菌因誘導(dǎo)發(fā)生裂解時(shí)，其中極少數(shù)的前噬菌體會(huì)發(fā)生不正常切離，將噬菌體結(jié)合位點(diǎn)兩側(cè)之一的少數(shù)基因連接到噬菌體DNA上，同時(shí)噬菌體也會(huì)將相應(yīng)的一段DNA留在宿主染色體組上，最后噬菌體的衣殼將非正常切離的噬菌體染色體進(jìn)行誤包，即形成了部分缺陷噬菌體。

2、局部轉(zhuǎn)導(dǎo)定義：通過(guò)部分缺陷的溫和噬菌體將供體的少數(shù)特定的基因攜帶到受體菌，并得到表達(dá)的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，稱之為局部轉(zhuǎn)導(dǎo).局部轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點(diǎn)：（1）只能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌的個(gè)別特定基因（噬菌體整合位點(diǎn)兩側(cè)的基因）。（2）特定基因由部分缺陷型的噬菌體攜帶。（3）缺陷噬菌體是由于其在形成過(guò)程中產(chǎn)生的低頻率“誤切”，或雙重溶原菌的裂解而成。分類：局部轉(zhuǎn)導(dǎo)按其轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率的高低可分為低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（LFT）和高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（HFT）兩大類。

（1）低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（LFT）溫和噬菌體感染受體菌后使宿主溶源化，該溶源菌因誘導(dǎo)后發(fā)生裂解，形成10-5比例的部分缺陷噬菌體，他們感染受體菌后發(fā)生交換、整合，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子（局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子），而不是溶源菌，不具免疫性，亦稱低頻局限轉(zhuǎn)導(dǎo)。見(jiàn)下圖

（2）高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（HFT）用低頻裂解物（含10-5的部分缺陷噬菌體）來(lái)感染受體菌，即有10-5變?yōu)榈皖l局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子，再用高感染復(fù)數(shù)的正常噬菌體去感染低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)子，此時(shí)的低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)子稱為雙重溶源菌，它被誘導(dǎo)后可產(chǎn)生裂解，正常的噬菌體可協(xié)助缺陷噬菌體進(jìn)行等量復(fù)制，用這樣的裂解物（高頻裂解物，含50%正常噬菌體）再去感染受體菌，進(jìn)行高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)，亦稱高頻局限轉(zhuǎn)導(dǎo)。（三）溶源轉(zhuǎn)變溫和噬菌體感染其宿主而使其發(fā)生溶源化時(shí)，將噬菌體的基因整合到宿主的核基因組形成前噬菌體，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。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別：1、溫和噬菌體本身不攜帶外源基因，使宿主帶有新性狀的是噬菌體本身的基因。2、溫和噬菌體是完整的非缺陷的。3、獲得新性狀的是溶源化的宿主細(xì)胞而不是轉(zhuǎn)導(dǎo)子。4、獲得的性狀可隨噬菌體的消失而同時(shí)消失。（四）接合供體菌（雄性）通過(guò)性菌毛與受體菌接觸，前者將不同長(zhǎng)度的單鏈DNA片段傳遞給后者并在后者細(xì)胞中雙鏈化，進(jìn)一步與核染色體交換、整合，使受體菌獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為接合。通過(guò)接合而獲得供體菌性狀的受體細(xì)胞，稱為接合子。通過(guò)細(xì)胞間的直接接觸能進(jìn)行大段ＤＮＡ的轉(zhuǎn)移的過(guò)程，叫接合接合及其發(fā)現(xiàn)+A+B+C-D-

A-B-C+D+

A+B+C+D+（四）接合以E.coli為例，按細(xì)胞內(nèi)有無(wú)F因子及其存在方式的不同可分為四種：1、F+（雄性）菌株有游離的F因子1—4個(gè)，體外有對(duì)應(yīng)數(shù)量的性菌毛，當(dāng)其與F-菌株接合時(shí)，通過(guò)性菌毛可將F因子傳遞給后者，使之轉(zhuǎn)變?yōu)镕+菌株。2、F-(雌性)菌株體內(nèi)無(wú)F因子，體外亦無(wú)性菌毛，它可通過(guò)與F+菌株、F′菌株或Hfr菌株接合而接受F因子或F′因子，使自己變成“雄性”菌株，也可接受來(lái)至Hfr菌株的一部分或全部遺傳信息。

3、Hfr（高頻重組）菌株因其與F-菌株結(jié)合后，發(fā)生重組的頻率比F+要高數(shù)百倍，故得名。在這樣的菌體內(nèi)，F(xiàn)因子呈整合狀態(tài)，整合位點(diǎn)固定；當(dāng)它與F-結(jié)合時(shí)，Hfr菌株的染色體在F因子處斷裂，由環(huán)狀變?yōu)榫€狀，F(xiàn)因子位于線性DNA的末端。然后整條線性染色體以等速轉(zhuǎn)移至F-菌株內(nèi)，因轉(zhuǎn)移所需時(shí)間較長(zhǎng)，且容易發(fā)生中斷，導(dǎo)致Hfr與F-結(jié)合的結(jié)果其重組頻率最高，但轉(zhuǎn)性頻率最低。

4、F′菌株當(dāng)Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切離而脫離染色體時(shí)，形成帶了一小段Hfr染色體基因的特殊F因子，即F′因子。此時(shí)的性狀界于Hfr與F+菌株之間，稱初生F′菌株；F′菌株與F-菌株結(jié)合，后者也變成F′菌株。它既獲得了F因子，又獲得了來(lái)自初生F′菌株的若干新性狀，成為次生F′菌株。次生F′細(xì)胞是一部分雙倍體。以這種結(jié)合來(lái)傳遞供體基因的方式，稱為F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)、性導(dǎo)、F質(zhì)粒媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)。(五)原生質(zhì)體融合

通過(guò)人為的方法，使遺傳性狀不同的兩細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進(jìn)而發(fā)生遺傳重組以產(chǎn)生同時(shí)帶有雙親性狀的、穩(wěn)定的融合子的過(guò)程。

原生質(zhì)體融合的主要步驟：①親本選擇選擇兩個(gè)有特殊價(jià)值的，并帶有選擇性遺傳標(biāo)記的細(xì)胞作為親本；②原生質(zhì)體制備在高滲溶液中，利用脫壁酶（溶菌酶）進(jìn)行親本脫壁，形成原生質(zhì)體；③原生質(zhì)體融合加入促融合劑（如PEG）或電脈沖等促進(jìn)融合；④融合子鑒定先在能使細(xì)胞壁再生的培養(yǎng)基上進(jìn)行涂布培養(yǎng)，待形成菌落后，再影印接種到選擇性培養(yǎng)基上，鑒定其是否為融合子；⑤生物學(xué)性狀及生長(zhǎng)性能測(cè)定。原生質(zhì)體融合(protoplastfusion)二、真核微生物基因重組（一）有性雜交：凡能產(chǎn)生有性孢子的酵母菌或霉菌，原則上都可以通過(guò)性細(xì)胞的接合而發(fā)生的染色體重組，產(chǎn)生新遺傳型后代。

（二）準(zhǔn)性雜交比較原始的一種通過(guò)體細(xì)胞進(jìn)行融合，不經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂的低頻率重組現(xiàn)象。

（二）準(zhǔn)性雜交主要步驟：1.菌絲結(jié)合：兩個(gè)遺傳性狀不同的單倍體菌絲細(xì)胞相互接觸，叫菌絲結(jié)合或菌絲聯(lián)結(jié)。2.形成異核體：兩個(gè)細(xì)胞經(jīng)聯(lián)結(jié)后，細(xì)胞發(fā)生融合，原生質(zhì)體混雜在一起，而細(xì)胞核單獨(dú)存在，可獨(dú)立生活。3.核融合：兩個(gè)細(xì)胞的核膜融合在一起，形成雙倍體雜合子核（不穩(wěn)定）。此