第五章 微生物的遗传和变异
本章要点：
1.遗传变异的物质基础。 2.基因突变的特点和机制。
3.菌种如何选育及如何诱变育种? 4.基因重组。
5.基因工程的原理和操作步骤。 6.如何保藏菌种？
5.1 基因对遗传性状的控制
5.1.1遗传和变异的物质基础DNA
遗传变异的物质基础曾是生物学中激烈争论的重大问题。1944年Avery等人以微生物为研究对象进行的三个经典实验有力地证实了核酸是遗传物质，基因是其信息单位，染色体是其存在形式。
一.证明核酸是遗传变异的物质基础的经典实验
1.转化实验
转化指A品系的生物吸收了来自B品系生物的遗传物质从而获得B品系的遗传性状的现象。转化现象是格里菲斯（Griffith）于1928年研究肺炎链球菌感染小白鼠的实验中发现，后经艾弗里（Avery）等于1944年证实的。
2.噬菌体感染实验
1952年，侯喜（A.D.Hershey）和蔡斯（M.Chase）为了证实噬菌体的遗传物质是DNA，用放射性同位素标记大肠杆菌T2噬菌体进行实验(图5-1)。
图5-1 噬菌体感染实验 3.植物病毒重建实验
1956年Fraenkel-Conrat等用含RNA的烟草花叶病毒进行了病毒(TMV)重建实验(图5-2)，证实了RNA是遗传物质。
图5-2 TMV重建实验
5.1.2 DNA的结构与复制
一.DNA的化学组成
DNA是一种大分子化合物，由4种核苷酸组成。每一种核苷酸又由碱基、脱氧核糖和磷酸3部分构成。4种核苷酸的差异仅在于碱基不同。在DNA中，4种碱基是；腺嘌呤 (adenine，A)、鸟嘌呤(guanine，G)、胞嘧啶(cytosine，C)和胸腺嘧啶(thymine，T)。脱氧核糖1位上的碳原子与嘌呤9位上的氮原子相连，5位上的碳原子与磷酸相连，就构成了4种不同的核苷酸。
1 遗传变异
一、名词解释
1、基因型
2、表型
3、突变
4、突变型
5、饰变
6、普遍性转导
7、转化
8、细菌素
9、抗生素
10、突变率
11、光复活作用
12、准性生殖
13、野生型
14、原养型
15、营养缺陷型菌株
16、完全培养基
17、补充培养基
18、F+菌株
19、F-菌株
20、Hfr菌株
2 21、F'菌株
22、接合中断法
二、填空题
1、 、 和 是证明核酸是遗传物质
的三个经典实验。
2、细菌的质粒的种类很多，其中接合性质粒如 ，抗药性质
粒如 ，产细菌素质粒如 ，诱癌质粒如 ，
诱生不定根的质粒如 ，执行固氮功能的质粒如 ，
降解性质粒如 等。
3、细胞的平均突变率是 。
4、选择性突变株可包括 、 和 等，而非
选择性突变株则可包括 、 和 等。
5、 、 、 、 、 和 是
基因突变的六个特点。
6、基因突变的自发性和不对应性曾有三个著名的实验予以证明，它
们是 、 和 。
7、点突变是由于碱基置换而引起的， 和 是两种具体
机制。
8、诱发突变可分为三类，即 、 和 。
9、紫外线对微生物的损伤，主要是产生 ，主要通过两种
方式修复DNA的损伤，即 和 。
10、 、 、 和 是在DNA的切除修复
3 中参与的四种酶；参与光复活作用的酶则仅有 一种。
11、若利用紫外线诱变微生物，应在 条件下进行操作，
并在 条件下培养。
12、常见的“三致”是指 、 和 作
用， 是目前检出某试样是否有“三致”的简便快速高效
的试验。
13、艾姆斯试验中用的菌种是 ，通过回复突变可以检测
待测样品中 的存在。
14、 、 和 是与筛选营养缺陷型
突变株有关的三类培养基。
15、与营养缺陷型有关的菌株有三种：从自然界分离到的任何菌种的
原始菌株称为 ，该菌株经诱变剂处理后所发生的丧失某
酶合成能力的菌株称为 ，若再经回复突变或重组后的菌
株称为 。
16、 、 、 和 是筛选
营养缺陷型菌株的四个环节。
微生物的遗传和变异
一、多选题
[A型题]
1. 与细菌耐药性有关的遗传物质是
A.性菌毛 B.F质粒 C.R质粒 D.毒性噬菌体 E.异染颗粒
2. 基因转移与重组中，与噬菌体无关的方式是
A.转化 B.普通性转导 C.局限性转导 D.溶原性转换 E.流产转导
3. 基因转移中，具有跳跃作用的是
A.转移因子 B.转座因子 C.质粒 D.耐药因子 E.生长因子
4. 必须通过性菌毛为通道进行基因转移的方式是
A.转导 B.溶原性转换 C.转化 D.接合 E.原生质体融合
5. 以下哪项不是Hfr菌株的特点
A.杂交后使F-菌转变为F+菌 B.携带F质粒
C.高频转移细菌染色体的基因 D.表达性菌毛
E.可通过中断杂交实验帮助细菌基因定位
6. 细菌转导和溶原性转换的共同特点是
A.需质粒参与 B.需性菌毛介导 C.需毒性噬菌体介导
D.需温和噬菌体参与 E.供体菌与受体菌直接接触
7. 关于转座因子，下述错误的是
A.是细菌基因组中能改变自身位置的DNA序列
B.可从染色体的一个位置转移到另一个位置
C.Tn是最典型的一类转座因子
D.往往通过性菌毛介导转移
E.可在染色体与质粒、质粒与质粒之间转移
8. 下列细胞中，不受噬菌体侵袭的是：
A.淋巴细胞 B.真菌细胞 C.细菌细胞 D.螺旋体细胞 E.放线菌细胞
9. 下列哪项不是噬菌体的特性
A.个体微小 B.具备细胞基本功能 C.由衣壳和核酸组成 D.专性细胞内寄生 E.以复制方式增殖
10. 前噬菌体是指
A.已整合到宿主细胞染色体上的噬菌体基因组
B.进入宿主菌体内的噬菌体
C.尚未感染细菌的游离噬菌体
D.尚未成熟的子代噬菌体
1 微生物的遗传变异和育种
遗传 (inheritance) ：是发生在亲子之间即上下代间的关系，即指上一代生物如何将自身的一套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的保守特性。
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，亦即遗传型的改变。
注：遗传和变异是生命的最本质特性之一
（1）遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。
（2）表现型：具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。
注：表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。
（3）表型饰变：即外表的修饰性改变，是发生在转录、转译水平上的变化，不涉及遗传物质的结构改变。
特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为
（4）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变
特点：遗传性、群体中极少数个体的行为
微生物是遗传学研究中的明星：
（1）微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。
（2）很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。
（3）对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
第一节 遗传变异的物质基础
一、核酸为遗传的物质基础
生物分子：糖类、脂类、蛋白质、核酸
1、肺炎双球菌实验证明了：DNA是转化所必需的转化因子；
2、噬菌体感染实验证明了：遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质；
3、植物病毒的重建实验证明了：在RNA病毒中，遗传物质基础也是核酸，只不过是RNA罢了。
通过上述三个实验证明了：只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础
二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式
1、细胞水平：在细胞水平上，真核微生物和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。分为原核微生物基因组、真核微生物基因组。
