微生物遗传与变异原理及方法

微生物的遗传与变异遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。

遗传性：指世代间子代和亲代相似的现象；变异性：是子代与子代之间及子代与亲代之间的差异。

遗传性保证了种的存在和延续；而变异性则推动了种的进化和发展。

遗传型（基因型）：某一生物个体所含有全部遗传因子即基因的总和。

它是一种内在潜力，只有在适当的环境条件下，通过自身的发代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。

表型：指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现。

变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变。

饰变：指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。

如粘质沙雷氏菌，在25℃培养时，可产生深红色的灵杆菌素，这是一种饰变，但当在37℃培养时，则不产生色素，再在25℃下培养时，又恢复产生色素的能力。

微生物在遗传学中的地位：✧个体微小，结构简单；✧营养体一般都是单倍体；✧易培养；✧繁殖快；✧易于累积不同的中间代谢物；✧菌落形态可见性与多样性；✧环境条件对微生物群体中每个个体的直接性与一致性；✧易于形成营养缺陷型；✧存在多种处于进化过程中的原始有性生殖过程。

对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物学和生物工程学的发展，而且还为育种工作提提供了丰富的理论基础，促使育种工作向着不自觉到自觉，从低效到高效，从随机到定向，从近缘杂交到远缘杂交等方向发展。

第一节遗传变异的物质基础遗传变异有无物质基础以及何种物质可承担遗传变异功能的问题，是生物学中的一个重大理论问题。

对此有着不同的猜测。

直到1944年后，利用微生物这一实验对象进行了三个著名的实验，才以确凿的事实证实了核酸尤其是DNA才是遗传变异的真正物质基础。

一、证明核酸是遗传物质的三个经典实验（一）转化实验✧发现者：英国人Griffith于1928年首次发现这一现象。

✧研究对象：肺炎链球菌S型和R型✧过程：1944年Avery等证明遗传物质是DNA。

第八章微生物的遗传与变异[教学目的要求]掌握微生物遗传与变异的基本原理，了解微生物育种的基本技术。

[重点与难点]遗传变异的物质基础基因突变和诱变育种基因重组[教学方法与手段]讲授结合多媒体课件[教学时间]8学时[教学内容]第一节：遗传突变的物质基础一、什么是遗传与变异遗传：子代与亲代相似的现象通称为遗传。

保持物种连续性和相对稳定性，是物种存在依据。

保证了种的存在和延续．变异：是子代与亲代间的差异。

可遗传给后代，是物种发展，进化的依据。

推动了种的进化和发展。

微生物特性的改变不一定都是变异，只发生在转录、翻译水平的表型变化是不遗传的。

不是变异。

表型(phcnotype)：是指遗传特性在—定环境条件下的具体表现。

微生物变异发生最快、迅速、常见。

不一定都是变异或都能遗传。

突变：是遗传物质核酸（RNA，DNA）中的核苷酸顺序发生了稳定的可遗传的变化。

（合段发生改变，而引起遗传性状改变）包括：染色体突变和基因突变。

微生物主要是基因突变。

二、DNA是遗传变异的物质基础(一)从孟德尔的粒子到DNA双螺旋结构1865（1866）年：孟德尔：发现遗传规律分离、自由组合规律1893年：Overton 发现植物细胞减数分裂。

1900年：重新发现孟德尔定律，建立遗传学。

1901年：发现X染色体。

1902年：建立细胞遗传学。

1903年W．S．Sutton，染色体的遗传行为与性状的遗传行为有着平行的关系。

1905年：Wilson 发现性染色体1905-08年：发现连锁基因。

1906年：提出性染色体。

1909年：丹麦生物学家W.L.Johannsen提出基因概念。

1910年：摩尔根（Morgan）建立基因学说。

1913年：减数分裂与孟德尔定律联系起来。

得到正确解释。

1910-27年：连锁互换。

1935年：电镜问世。

20世纪40、50年代，3个典型实验：1944年：肺炎双球菌转化。

遗传信息物质是DNA，核酸水平1952年：Watson Crick 提出DNA结构。

微生物的变异原理及应用1. 引言微生物变异是指微生物在自然界或实验条件下经过长期的演化过程中，产生了与亲代微生物有明显遗传差异的后代微生物。

微生物的变异一直是微生物学研究的重要领域，对于理解微生物的遗传变异机制以及应用于实际生产具有重要意义。

2. 微生物变异的原理微生物的变异是由于其基因发生了突变所导致的。

微生物的遗传信息存储在其DNA分子中，当DNA发生突变时，这些变异基因就会在后代中得以保留和传递。

微生物的突变可以分为两种类型：自然突变和诱变突变。

2.1 自然突变自然突变是指在微生物的自然生长过程中产生的突变。

这些突变通常是由DNA 复制错误、化学修饰、或者DNA损伤修复过程中发生的。

自然突变是微生物进化的基础，也是微生物遗传变异的主要来源之一。

2.2 诱变突变诱变突变是指通过人工手段诱导微生物基因发生突变。

这种突变方法可以通过化学物质、物理因素或者基因工程技术来实现。

诱变突变可以加速微生物的遗传变异进程，从而产生更多的变异体，为微生物的应用提供新的可能性。

3. 微生物变异的应用微生物变异的应用广泛涉及到农业、食品工业、药物研发以及环境修复等领域。

下面列举了几个常见的应用案例：3.1 作物育种通过微生物变异技术可以对作物进行改良育种，以获得具有抗病虫害、耐逆性和高产性的新品种。

例如，通过诱变突变可以筛选到抗除草剂的小麦品种，从而降低农药使用量，减少对环境的污染。

3.2 食品发酵工业微生物的变异在食品发酵工业中具有重要的应用价值。

通过对工业菌株进行诱变突变，可以提高其代谢能力和产酶能力，从而提高发酵过程的效率和产量。

例如，诱变突变后的酿酒酵母可以产生更多的酒精，提高酒的酿造效率。

3.3 药物研发微生物变异在药物研发中也起到了重要的作用。

通过诱变突变，可以获得抗生素产生菌株或者高效酶制剂的产生菌株。

这些变异菌株可以用于生产药物原料或者制备酶制剂，为药物研发和生产提供了新的资源。

3.4 环境修复微生物变异技术在环境修复领域也有着广泛的应用前景。

微生物的遗传变异与进化微生物是地球上最古老和最丰富的生物群体之一，其繁衍和演化过程受到遗传变异的影响。

遗传变异是指微生物种群中的基因和基因组的改变，这种改变是微生物进化的基础，使其能够适应不同的环境和生存条件。

本文将探讨微生物的遗传变异和进化机制以及其对人类健康和环境的影响。

一、微生物的遗传变异机制1. 突变和基因重组：突变是指基因序列发生突然和不可逆的改变，包括点突变、插入突变和缺失突变等。

基因重组则是指基因间的DNA 重组，可以通过基因重排、基因转座和DNA互换等方式发生。

这些突变和重组事件是微生物遗传变异的主要机制。

2. 水平基因转移：水平基因转移是指微生物之间的DNA交换，这种交换可以发生在不同物种和不同亚群之间。

通过水平基因转移，微生物可以获得新的基因和基因组片段，从而增加遗传多样性。

二、微生物的遗传进化1. 选择压力与适应性进化：选择压力是指外界环境对微生物的选择作用。

在特定环境条件下，不同的微生物表现出不同的适应性，适应性较高的个体会更容易幸存和繁衍。

这种适应性进化使得微生物群体在进化过程中慢慢适应并优化其生存策略。

2. 快速复制与漂变：许多微生物具有非常短的生命周期和高速的繁殖能力，这使得它们在短时间内积累大量的变异。

这种快速复制和大规模变异的能力称为漂变，为微生物的进化提供了可塑性。

三、微生物的遗传变异与人类健康1. 耐药性的产生：微生物遗传变异是引起抗生素耐药性产生的主要原因之一。

在抗生素使用过程中，微生物遗传变异使得一部分微生物获得了抗生素的抵抗能力，这导致了抗生素的治疗效果下降，对人类健康带来了威胁。

2. 病原性的演化：微生物的遗传变异还可以导致病原微生物的演化和新的疾病的出现。

例如，流感病毒的遗传变异使得它能够绕过人体的免疫系统，导致新的流感病毒亚型的出现，给人类健康带来了挑战。

四、微生物的遗传变异与环境1. 生态位的占据：微生物的遗传变异使得微生物群体在不同的生态位中占据不同的地位。

微生物的遗传与变异微生物是地球上最古老的居民之一，它们在地球的生态系统中发挥着重要的作用。

然而，微生物的遗传与变异特性使得它们能够适应不断变化的环境，并在这个过程中演化出新的物种。

一、微生物的遗传微生物的遗传是通过DNA或RNA等核酸分子来传递的。

这些分子中含有遗传信息，可以指导微生物的生长发育和代谢活动。

微生物的遗传具有以下特点：1、高度多样性：微生物的种类繁多，不同种类的微生物具有不同的遗传信息，因此具有高度的多样性。

2、快速进化：微生物的遗传信息可以很容易地发生突变，这使得它们能够快速适应不断变化的环境。

3、群体遗传：微生物通常以群体形式存在，它们之间的相互作用会影响群体的遗传特征。

二、微生物的变异微生物的变异是指它们的遗传特征发生变化的过程。

这些变化可能是由于环境因素（如温度、湿度、辐射等）的影响，也可能是由于DNA 复制过程中的随机错误。

微生物的变异具有以下特点：1、适应性变异：微生物在适应环境的过程中会发生适应性变异，这些变异有助于它们在特定环境中生存和繁殖。

2、突变：微生物的DNA分子在复制过程中会发生随机错误，这些错误可能导致微生物的遗传特征发生变化。

3、基因转移：微生物之间可以通过基因转移来实现遗传信息的交流，这有助于它们适应新的环境。

三、微生物遗传与变异的实际应用微生物的遗传与变异特性在许多领域都有实际应用。

例如，科学家可以利用微生物的遗传信息来开发新的药物和生物技术产品；通过研究微生物的变异机制，可以为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。

微生物的遗传与变异特性是它们适应不断变化的环境的重要机制之一。

通过深入研究这些特性，我们可以更好地了解微生物的生命活动和演化过程，为人类社会的发展提供更多的帮助和支持。

微生物的遗传与变异课件一、引言微生物，作为生命的基本单元，其遗传与变异的研究对于理解生命的本质和进化机制具有重要意义。

本篇文章将深入探讨微生物的遗传与变异，希望能为相关领域的学习和研究提供有益的参考。

微生物的遗传与变异在我们生活的这个世界中，微生物无处不在。

从土壤里的细菌到人体内的菌群，从发酵食品中的酵母菌到导致疾病的病毒，微生物的身影随处可见。

而微生物的遗传与变异，是其生命活动中极其重要的特性，对微生物的生存、繁衍以及与环境的相互作用都有着深远的影响。

首先，让我们来了解一下什么是微生物的遗传。

遗传，简单来说，就是微生物将自身的特性传递给子代的过程。

微生物通过遗传，能够把它们适应环境的特性、代谢途径、生理特征等稳定地传递下去，保证了物种的延续和稳定性。

微生物的遗传物质主要包括 DNA 和 RNA。

对于大多数微生物而言，DNA 是主要的遗传物质，其存在形式多种多样。

细菌的 DNA 通常位于一个环状的染色体上，同时还可能有一些小的环状 DNA 分子，称为质粒。

质粒可以携带一些特殊的基因，比如对抗生素的抗性基因。

病毒的遗传物质则更加多样，有的是 DNA，有的是 RNA，而且其结构也有单链和双链之分。

遗传信息的传递过程，也就是微生物的繁殖过程。

细菌主要通过二分裂的方式进行繁殖，一个细菌细胞分裂成两个子细胞，每个子细胞都获得了与亲代相同的遗传物质。

真菌可以通过出芽生殖、孢子生殖等方式繁衍后代。

病毒则需要侵入宿主细胞，利用宿主细胞的物质和能量来复制自己的遗传物质，并合成蛋白质外壳，最终组装成新的病毒粒子。

接下来，我们谈谈微生物的变异。

变异是指微生物子代与亲代之间，以及子代不同个体之间存在的差异。

这种差异可能是由于遗传物质的改变引起的，也可能是由于环境因素的影响导致的表型变化。

微生物变异的原因多种多样。

基因突变是最常见的一种变异形式，它可以是由于 DNA 复制过程中的错误，或者是外界因素如辐射、化学物质等引起的碱基对的替换、缺失或增加。

基因重组也是微生物变异的重要途径，比如细菌可以通过接合、转化和转导等方式，从其他细菌获得新的基因。

此外，微生物在长期的进化过程中，还可能会发生染色体变异，如染色体的缺失、重复、倒位和易位等。

细菌的遗传与变异●遗传（heredity）：使微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代生物学的性状基本相同，且代代相传。

●变异（variation）：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异，有利于物种的进化。

●基因型（genotype）：细菌的遗传物质。

●表型（phenotype）：基因表现出的各种性状。

●遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称基因型变异。

常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。

●非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。

易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。

第一节细菌的遗传物质●DNA的结构与功能：结构——两条互相平行而方向相反的多核苷酸链功能——储存、复制和传递遗传信息复制——半保留复制特点——复制中易发生错误—基因突变蛋白合成——分子生物学中心法则（DNA-RNA-蛋白质）●基因与基因的转录结构基因——编码结构蛋白质基因结构非结构基因——编码功能蛋白质基因转录●遗传信息的翻译第二节细菌的遗传与变异一、染色体（chromosome）①一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构；②缺乏组蛋白，无核膜包裹；③约含有5000个基因；二、质粒——是细菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状的双链DNA。

1、质粒的特征：①质粒具有自我复制的能力。

②质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。

③质粒可自行丢失与消除。

④质粒的转移性。

⑤质粒可分为相容性与不相容性两种。

2、质粒的分类（1）根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递①接合性质粒②非接合性质粒（2）根据质粒在细菌内拷贝数多少①严紧型质粒②松弛型质粒（3）根据相容性①相容性——几种质粒同时共存于同一菌体内②不相容性——不能同时共存*可借此对质粒进行分组、分群。

微生物的遗传变异与进化机制研究微生物是非常小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。

尽管微生物在人类社会中很常见，但几乎被我们忽视了。

然而，微生物的遗传变异与进化机制的研究对于人类的生活和健康具有重要的意义。

一、微生物的遗传变异机制微生物的遗传变异主要通过基因突变和基因转移两种方式。

1. 基因突变基因突变是指微生物基因组中的某个基因发生突变，进而导致微生物的性状发生变化。

目前，常见的基因突变方式有以下几种：(1) 点突变：点突变是指DNA序列中的一个碱基被替换为另一种碱基，从而改变了基因的核苷酸序列。

(2) 缺失突变：缺失突变是指在基因组中丢失了一段DNA序列，导致基因的部分或全部功能丧失。

(3) 插入突变：插入突变是指在基因组中插入了一个外来的DNA片段，从而改变了基因的结构和功能。

2. 基因转移基因转移是指微生物通过吸收外源性DNA，将其整合到自身的基因组中，从而获得新的基因表达方式和功能。

基因转移主要有以下几种方式：(1) 转化：微生物可以在自然环境中直接吸收裸露的DNA分子，并将其整合到自己的基因组中。

(2) 转导：某些特定的噬菌体可以在感染细菌过程中将自己的DNA 插入细菌基因组中。

(3) 结合：某些微生物可以通过细胞接触，将DNA直接传递给相邻微生物。

二、微生物的遗传变异对进化的影响微生物的遗传变异在进化过程中发挥着非常重要的作用。

1. 快速适应环境微生物繁殖速度快，遗传变异频繁，使得微生物能够迅速适应各种环境压力，例如抗生素的应用导致微生物产生耐药性。

2. 增加生存竞争能力遗传变异使得微生物个体之间产生差异，有利于个体适应不同的生存环境，提高生存竞争能力。

这种竞争过程会导致适者生存、不适者淘汰的自然选择。

3. 产生新功能遗传变异还可以为微生物提供新的功能，使其在特定环境中得以生存。

例如，某些微生物可以通过基因转移获得降解特定物质的能力，成为环境修复的重要角色。

三、微生物遗传变异与人类健康微生物的遗传变异不仅对微生物自身具有重要意义，也对人类健康产生重要影响。