2012第六章 微生物的遗传变异和微生物菌种选育
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微生物的遗传变异与菌种选育幻灯片
例如：蛋白酶生产菌的筛选
选择培养基分离法 1 ml
1.dilute sample
10 10-7
9 ml 10-2 10- 3 10-4 10-5
10-6
高氏培养基 土豆培养基 牛肉膏培养基
【小结】4种微生物纯培养别离方法 比较
稀释平板法 既可定性，又可定量，用途广泛
平板划线法 方法简便，多用于别离细菌
〔二〕菌种退化的主要原因——有关基因的负突变
处于旺盛生长及繁殖的细胞发生突变的机率﹥﹥ 处于休眠状态的细胞发生突变的机率
〔三〕防止菌种退化的措施 1．控制传代次数
2．创造良好的培养条件 3．利用不同类型的细胞进展移种传代 4．采用有效的菌种保藏方法
三、 微生物菌种的保藏
〔一〕菌种的保藏原理
➢挑选典型菌种的优良纯种
2．枯燥保藏法 主要是指把菌种接种到适当载体上，在枯燥条件下 进展保藏。这种保藏方法主要适合于细菌的芽胞和 霉菌的孢子。细菌芽胞用沙土管保藏；霉菌的孢子 多用麸皮管保藏。
3．隔绝空气保藏法〔好氧微生物〕 用无菌液体石蜡封藏斜面试管以隔绝空气，4℃冰 箱保藏。
4．真空冷冻枯燥保藏法〔利用了一切菌种保藏有利
第二Байду номын сангаас 微生物的菌种选育
一、从自然界中别离菌种√ 二、人工诱变育种〔简介〕 三、杂交育种〔简介〕 四、原生质体融合育种〔简介〕 五、基因工程育种〔简介〕
一、从自然界中别离菌种√ 〔微生物的纯培养技术 〕 P75
微生物在自然界中都是混杂地生活在一起。 微生物的纯培养：在实验室条件下将一个细胞
或一种细胞群繁殖得到的后代称为纯培养， 这一过程称为纯培养的别离。 常用的方法有4种〔固体培养基〕：
遗传性变异(基因型变异)两种。
选择培养基分离法 1 ml
1.dilute sample
10 10-7
9 ml 10-2 10- 3 10-4 10-5
10-6
高氏培养基 土豆培养基 牛肉膏培养基
【小结】4种微生物纯培养别离方法 比较
稀释平板法 既可定性，又可定量，用途广泛
平板划线法 方法简便，多用于别离细菌
〔二〕菌种退化的主要原因——有关基因的负突变
处于旺盛生长及繁殖的细胞发生突变的机率﹥﹥ 处于休眠状态的细胞发生突变的机率
〔三〕防止菌种退化的措施 1．控制传代次数
2．创造良好的培养条件 3．利用不同类型的细胞进展移种传代 4．采用有效的菌种保藏方法
三、 微生物菌种的保藏
〔一〕菌种的保藏原理
➢挑选典型菌种的优良纯种
2．枯燥保藏法 主要是指把菌种接种到适当载体上，在枯燥条件下 进展保藏。这种保藏方法主要适合于细菌的芽胞和 霉菌的孢子。细菌芽胞用沙土管保藏；霉菌的孢子 多用麸皮管保藏。
3．隔绝空气保藏法〔好氧微生物〕 用无菌液体石蜡封藏斜面试管以隔绝空气，4℃冰 箱保藏。
4．真空冷冻枯燥保藏法〔利用了一切菌种保藏有利
第二Байду номын сангаас 微生物的菌种选育
一、从自然界中别离菌种√ 二、人工诱变育种〔简介〕 三、杂交育种〔简介〕 四、原生质体融合育种〔简介〕 五、基因工程育种〔简介〕
一、从自然界中别离菌种√ 〔微生物的纯培养技术 〕 P75
微生物在自然界中都是混杂地生活在一起。 微生物的纯培养：在实验室条件下将一个细胞
或一种细胞群繁殖得到的后代称为纯培养， 这一过程称为纯培养的别离。 常用的方法有4种〔固体培养基〕：
遗传性变异(基因型变异)两种。
微生物的菌种选育
理想的工业发酵菌种应符合以下要求：⑴遗传性状稳定⑵生长速度快，不易被噬菌体等污染⑶目标产物的产量尽可能接近理论转化率⑷目标产物最好能分泌到胞外，以降低产物抑制并利于产物分离⑸尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并且有利于产物分离⑹培养基成分简单、来源广、价格低廉⑺对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感⑻对溶氧的要求低，便于培养以及降低能耗一、从自然界获得新菌种的步骤分离微生物新种的具体步骤大体可分为采样、增殖、纯化、性能测定。
采样菜园和耕作层土壤是有机质较多的土层，常以细菌和放线菌为主；果园数根土层中，酵母菌含量较高；动植物残体及霉腐土层中，分布着较多的霉菌。
豆科植物根系土中，往往存在根瘤菌；河流湖泊的淤泥中能分离到产甲烷菌；油田和炼油厂周围土层中常见分解石油的微生物等。
各种水体也是工业微生物菌种的重要来源，许多具有光合作用能力的微生物以及兼性或专性厌氧微生物都能从各种水体中筛选得到。
增殖才采集的样品中，一般待分离的菌种在数量上并不占优势，为提高分离的效率，常以投其所好和取其所抗的原则在培养基中添加特殊的养分或抗菌物质，使所需菌种的数量相对增加，这种方法称为增殖培养或富集培养。
纯化常用的菌种纯化方法很多，大体可将它们分为两个层次，一个层次较粗放，一般只能达到“菌落纯”的水平，从“种”的水平来说是纯的，其方法有划线分离法，涂布分离法和稀释分离法。
另一层次是较为精细的单细胞或单孢子分离法，它可达到细胞纯即“菌株纯”的水平。
具体操作方法很多，最简便的方法是利用培养皿或凹玻片等分离小室进行细胞分离。
也可以利用复杂的显微镜操作装置进行单细胞挑取。
性能测定菌种性能测定包括菌株的毒性试验和生产性能测定。
二、基因突变和微生物菌种选育基因是在生物体内具有自主复制能力的遗传功能单位，是一个具有特定核苷酸顺序的核酸片段，每个基因约有1000个碱基对。
基因是合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是指DNA序列）。
六章微生物的遗传变异与菌种选育-PPT精选
本章主要内容
微生物遗传变异的基本原理
☀ 关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。 ☀ 关于微生物基因突变的基本原理（类型、特点和机制）。 ☀ 关于微生物基因重组的基本原理（方式和特点）。
微生物菌种的选育
☀ 关于野生型微生物菌菌株分离、筛选与纯化。 ☀ 关于微生物的诱变育种的工作程序和方法步骤。 ☀ 关于营养缺陷型突变菌株的筛选方法和具体应用。 ☀ 原生质体融合育种技术的操作程序。 ☀ 基因工程育种技术的操作步骤和取得的成就。 ☀ 微生物菌种退化的原因；掌握菌种复壮的方法、防止菌种退化 的措施以及菌种保藏的方式和原理。
第二节 微生物的基因突变
三二、一、基、基因基因突因突突变变变的的的特机类点理型
（ 整一个基）生因诱物突界发变，突的由变类于及型它是其们多遗机种传理多变样异的的，物按质突基变础体是表相型同不的同，，因可此分显示为在以遗下
传变几1异种碱的类基本型对质：的上置都换具有相同的规律，这在基因突变的水平上尤其突出。
第一节 微生物遗传变异的物质基础
证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验
肺炎双球菌的转化实验 噬菌体的感染实验 烟草花叶病毒的拆开与重组实验
肺炎双球菌的转化实验
注射R 型活菌 注射S 型灭活菌 注射S 型活菌 注射R型活菌 +S 型死菌
热致死S 型菌 R 型活菌 热致死S 型菌 +R 型活菌 R 型活菌 +S 菌抽取提物
结果发现，几乎全部 35S 都在上清液中， 而几乎全部 32P 和细菌一起出现在沉淀物中。
烟草花叶病毒的拆开与重组实验
1956 年，美国的法朗克-康勒特(Fraenkel-Conrat) 将烟草花叶病毒拆成RNA(因该病毒不含DNA)和蛋白质，并分别对烟草
《微生物的菌种选育》课件
诱变育种
总结词
诱变育种是一种通过使用物理、化学或生物诱变剂，诱发微生物发生基因突变，从而获得所需性状的育种方法。
详细描述
诱变育种通常需要处理少量材料，因为诱变剂可以直接诱发基因突变。该方法效率较高，可以快速获得所需的突 变体。常用的物理、化学诱变剂包括紫外线、X射线、化学诱变剂等。生物诱变剂则包括某些细菌或病毒等。
培养条件控制
法规与伦理问题
微生物的生长和代谢受到培养条件的影响 ，如温度、pH、氧气浓度等，这些条件的 细微变化可能导致实验结果的波动。
在某些应用领域，如药物和食品工业，微 生物菌种选育可能面临严格的法规和伦理 要求，需要遵循相关规定和标准。
未来的发展方向
高通量筛选技术 随着高通量筛选技术的发展，未 来可以更快地筛选到具有优良性 状的微生物菌种，提高选育效率 和成功率。
基因组编辑技术
总结词
基因组编辑技术是一种通过精确地编辑微生物的基因组序列，从而获得所需性状的育种方法。
详细描述
基因组编辑技术包括CRISPR-Cas9等基因编辑技术，可以精确地编辑和修改微生物的基因组序列，从 而获得具有优良性状的菌株。该方法需要一定的基因组编辑技术基础，但具有高效率和精确性等优点 。
在医药领域的应用
抗生素生产
许多抗生素是由微生物产生的，通过 菌种选育可以获得高产抗生素的菌株 ，用于治疗各种疾病。
疫苗生产
疫苗的生产也需要用到菌种选育技术 ，通过选育具有特定抗原性的菌株， 可以生产出预防各种疾病的疫苗。
在环境保护中的应用
生物治理
通过菌种选育可以获得具有高效降解能力的 菌株，用于处理各种环境污染，如废水处理 、土壤修复等。例如，通过选育能够降解有 机污染物的细菌和真菌，可以有效治理水体 和土壤污染。
食品微生物学习题
《食品微生物学》习题第一章绪论1. 什么是微生物？什么是微生物学？微生物的五大特性？2. 什么是食品微生物学？它与微生物学有何异同？3. 为什么微生物学比动、植物学起步晚 , 但却发展迅速 ? 并成为生命科学研究的“ 明星” ?4. 你认为食品微生物学研究的重点任务包括哪些方面？阐明你的理由。
5. 用具体事例说明人类与微生物的关系。
6. 简述微生物学在生命科学发展中的地位 , 并描绘其前景。
7. 为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人 ?8. 食品微生物学的研究对象是什么？第二章微生物的形态结构和功能一名词解释：1、细菌2、菌落3、缺壁细菌4、芽孢5、糖被6、肽聚糖7、鞭毛8、菌毛9、间体10、L型细菌11、伴孢晶体12、放线菌14、蓝细菌15、支原体16、衣原体17、立克次氏体18、螺旋体19、霉菌20、蕈菌21、假根22、子实体23、同宗结合24、异宗结合25、次生菌丝26、锁状联合27、噬菌斑28、病毒29、温和噬菌体30、烈性噬菌体 31、溶源菌33、溶源转变34、噬菌斑35、拟病毒36、朊病毒prion 37、包涵体38、一步生长曲线39、溶源性40、溶源菌复愈41、溶源菌免疫性 42、类病毒 43、自发裂解 44、诱发裂解 45、有性繁殖 46、无性繁殖 47、半知菌二填空：1. 按生物六界分类系统，微生物包括、、和。
2. 细菌的形态十分简单，基本上只有、、三大类。
3. 细菌是以方式繁殖，并是一种性较强的核微生物。
4. 细胞的特殊结构有，，，。
5. 细菌大小的度量单位是，球菌用表示，杆菌用表示。
6. 原生质体和球状体有几个共同特点，主要是，细胞呈状，对十分敏感。
7. 异染粒功能是和，并可。
8. 放线菌是一类呈，以繁殖的革兰氏-----性细胞。
其菌丝有____ ___、____ ___和____ ___三种类型。
9. 真菌一般包括，，三种。
10. 酵母菌的无性繁殖方式主要有和.酵母菌的生活史类型包括__ ____、__ _____和__ ___三种。
微生物遗传和菌种选育新PPT讲稿
凡能用选择性培养基（或其他选择性培养条件）快速选择出 来的突变株。
非选择性突变株（non-selective mutant）
反之。
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营养缺陷型（株）
选择性突变株
抗性突变型（株） 条件致死突变型（株）
突变株的表型
形态突变型（株）
非选择性突变株
抗原突变型（株）
橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。
现在您浏览的位置是第七页，共一百四十一页。
表型的差异只与环境有关
暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的 行为
例如：粘质沙雷氏菌：
25℃下培养，产生深红 色的灵杆菌素；37℃下 培养，不产生色素； 重新将温度降25℃，又 恢复产色素的能力。
表 型 饰 变：
斜面培养 液体培养
（一）经典转化试验
最早进行 转化（transformation）实验的是F. Griffith（ 1928年），他以Streptococcus pneumoniae （肺炎链球菌，旧称“肺炎双球菌”）作为研究对象。
现在您浏览的位置是第十二页，共一百四十一页。
转化实验
实验材料： 肺炎双球菌
光滑型（S）
核外DNA的种类
真核生物的 “质粒”
线粒体 细胞质基因 叶绿体
中心体 动体 共生生物：卡巴颗粒
酵母菌的2m质粒
核外染色体
原核生物的
质粒
F因子
R因子
Col质粒
Ti质粒
巨大质粒 降解性质粒
现在您浏览的位置是第三十一页，共一百四十一页。
（一）核酸存在的 7 个水平
细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核 细胞核水平: 原核与真核生物的细胞核结构不同，核外 DNA 染色体水平: 倍性 ( 真核 ) 和染色体数 核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体
非选择性突变株（non-selective mutant）
反之。
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营养缺陷型（株）
选择性突变株
抗性突变型（株） 条件致死突变型（株）
突变株的表型
形态突变型（株）
非选择性突变株
抗原突变型（株）
橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。
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表型的差异只与环境有关
暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的 行为
例如：粘质沙雷氏菌：
25℃下培养，产生深红 色的灵杆菌素；37℃下 培养，不产生色素； 重新将温度降25℃，又 恢复产色素的能力。
表 型 饰 变：
斜面培养 液体培养
（一）经典转化试验
最早进行 转化（transformation）实验的是F. Griffith（ 1928年），他以Streptococcus pneumoniae （肺炎链球菌，旧称“肺炎双球菌”）作为研究对象。
现在您浏览的位置是第十二页，共一百四十一页。
转化实验
实验材料： 肺炎双球菌
光滑型（S）
核外DNA的种类
真核生物的 “质粒”
线粒体 细胞质基因 叶绿体
中心体 动体 共生生物：卡巴颗粒
酵母菌的2m质粒
核外染色体
原核生物的
质粒
F因子
R因子
Col质粒
Ti质粒
巨大质粒 降解性质粒
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（一）核酸存在的 7 个水平
细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核 细胞核水平: 原核与真核生物的细胞核结构不同，核外 DNA 染色体水平: 倍性 ( 真核 ) 和染色体数 核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体
微生物的遗传变异与菌种选育
H:C ↗ H:C-→G:C ↗ H:C→G:C ↗ A:T→ H:T-----→A:T 亚硝酸类引起的碱基对置换
5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤（8-NG）、α-氨基嘌呤（α-AP）及 6-氮嘌呤（6-NP）等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA 分子中后，引起碱基对的置换，因此是间接的。在这些碱基类似物中，最常被应用的是 5-溴尿嘧啶（5-BrU）和α-氨基嘌呤（α-AP）。 5-BrU是T 的代谢类似物。 5-BrU 以酮式状态时可以替代 T，与A配对； 5-BrU 以烯醇式状态时替代C与G配对；5－BrU 可以通过烯醇式和酮式结构的变化； 引起碱基对置换。
：G G：C C G
链DNA 单链DNA
先用含有 35S 和 32P 两种元素的培养基培养大肠杆菌，然后让 T2 噬菌体侵染培养后的大肠杆菌，从而使 T2 噬菌体打上 35S 和 32P 的标记。
强烈搅拌洗涤，以便使吸附在菌体外表的 T2 噬菌体蛋白质外壳脱离细胞并均匀分布，再进行离心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。
1
2
3
4
5
后来他又将甲、乙两种变种的烟草花叶病毒拆开，在体外分别将甲病毒的 RNA和乙病毒的蛋白质结合，将乙病毒的RNA 和甲病毒的蛋白质结合进行重组。
1956 年，美国的法朗克-康勒特(Fraenkel-Conrat)
结果发现只有 RNA能感染烟草，并在感染后的寄主中分离到完整的具蛋白质外壳的烟草花叶病毒。
间接引起置换的诱变剂
A:BU /G:BrU ↗ G:BrU --→G:C 5-BU ↗ A:T-－→ A:BU------ → A:T (a) G:BrU /A:BU ↗ A:BU----→A:T 5-BrU ↗ G:C----→G:BrU ------→G:C (b) 5-溴尿嘧啶的诱变效应 a.5-BU以酮式掺入； b.5-BrU以烯醇式掺入
5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤（8-NG）、α-氨基嘌呤（α-AP）及 6-氮嘌呤（6-NP）等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA 分子中后，引起碱基对的置换，因此是间接的。在这些碱基类似物中，最常被应用的是 5-溴尿嘧啶（5-BrU）和α-氨基嘌呤（α-AP）。 5-BrU是T 的代谢类似物。 5-BrU 以酮式状态时可以替代 T，与A配对； 5-BrU 以烯醇式状态时替代C与G配对；5－BrU 可以通过烯醇式和酮式结构的变化； 引起碱基对置换。
：G G：C C G
链DNA 单链DNA
先用含有 35S 和 32P 两种元素的培养基培养大肠杆菌，然后让 T2 噬菌体侵染培养后的大肠杆菌，从而使 T2 噬菌体打上 35S 和 32P 的标记。
强烈搅拌洗涤，以便使吸附在菌体外表的 T2 噬菌体蛋白质外壳脱离细胞并均匀分布，再进行离心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。
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后来他又将甲、乙两种变种的烟草花叶病毒拆开，在体外分别将甲病毒的 RNA和乙病毒的蛋白质结合，将乙病毒的RNA 和甲病毒的蛋白质结合进行重组。
1956 年，美国的法朗克-康勒特(Fraenkel-Conrat)
结果发现只有 RNA能感染烟草，并在感染后的寄主中分离到完整的具蛋白质外壳的烟草花叶病毒。
间接引起置换的诱变剂
A:BU /G:BrU ↗ G:BrU --→G:C 5-BU ↗ A:T-－→ A:BU------ → A:T (a) G:BrU /A:BU ↗ A:BU----→A:T 5-BrU ↗ G:C----→G:BrU ------→G:C (b) 5-溴尿嘧啶的诱变效应 a.5-BU以酮式掺入； b.5-BrU以烯醇式掺入
微生物的遗传变异与菌种选育
细胞核水平 （真核，拟核，质粒） 染色体水平 核酸水平 （一套，两套）
（DNA，部分病毒为RNA；双链，少数病毒为单链） （遗传功能单位） （遗传信息单位）
基因水平
密码子水平
核苷酸水平
（最低突变单位和交换单位）基因 Nhomakorabeagene）是什么?
• 是实体，其物质基础是DNA （或RNA）；
• 是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段； • 是遗传信息传递和性状分化发育的依据； • 基因是可分的，根据功能不同，分为： 编码蛋白质的基因 结构基因（结构蛋白，酶） 调节基因（阻遏蛋白或激活蛋白） 无翻译产物的基因 tRNA基因（简称 tDNA ） rRNA基因（简称rDNA ） 不转录的DNA区段 启动子（promotor） 操纵基因（operator）
二、遗传物质在细胞内存在部位和方式
1928年F.Griffith，1944年Avery，肺炎双球菌的转化实验 1）动物实验
抽心血分离
活的S菌
2）细菌培养实验
热死S菌 肺炎双球菌 培养 不生长
活 R菌 热死S菌+活R菌
长出R菌 长出大量R菌+ 极少S菌
3）S菌的无细胞抽提液实验
活R菌+S菌的无细胞抽提液 培养 长出大量R菌和少量S菌
4、微生物是遗传学研究中的明星
比表面积大； 个体易变异；
便于建立纯系；
作为遗传研究材料
5.1微生物遗传变异的物质基础
肺炎双球菌转化实验（讲）--遗传物质是DNA 噬菌体的感染实验-- DNA是遗传物质，且其中含有合成蛋
白质的遗传信息
病毒重建实验—遗传物质是RNA
一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
植物病毒的重建实验
《食品微生物学》授课教案第六章微生物的遗传变异与菌种选育
《食品微生物学》授课教案第六章微生物的遗传变异与菌种选育教学目的：1、掌握微生物基因突变的类型、特点和机制。
2、掌握微生物分离纯化的方法步骤。
3、掌握营养缺陷型突变菌株的筛选方法和具体应用。
教学重点与难点：掌握微生物分离纯化的方法步骤。
教学课时：2学时教学方法：多媒体教学教学内容：微生物在遗传上特点：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。
大多是无性生殖，变异易保留。
一、微生物遗传变异的物质基础1、证明经典实验1）转化实验2）噬菌体T2的感染实验3）病毒拆开与重建实验2、遗传物质在细胞中存在方式1）细胞水平2）核水平（plasmid）3）染色体水平4）核酸水平5）基因水平（遗传功能单位）6）密码子水平（遗传信息单位）7）核苷酸水平（最低突变或交换单位）质粒种类：1）F因子（致育因子）：大肠杆菌中发现，含质粒为F+（♂）；无质粒为F-（♀）；质粒DNA整合到染色体上为Hfr.2）R因子（耐药性）：痢疾杆菌，多价耐药性，耐药信息携带在质粒上。
3）Col因子（大肠杆菌素产生因子）4）青霉素酶质粒5）Ti质粒（诱癌质粒）：植物根癌，植物基因工程重要载体。
6）降解质粒：Pseudomonas二、微生物的基因突变突变是指遗传物质核酸中的核苷酸顺序突然发生了可遗传的变化。
包括基因突变（点突变）和染色体畸变（一）基因突变1、类型形态突变型、生化突变型营养缺陷型：由基因突变引起某酶合成能力丧失，必须在原有培养基中添加相应的营养成分才能生长。
致死突变型：基因突变导致个体死亡。
条件致死突变型：在某一条件下呈现致死效应，如温度敏感突变型。
2、特点不对应性、自发性、稀有性、独立性、诱变性、稳定性、可逆性3、突变机制诱变机制：碱基对置换（点突变）；移码突变；染色体畸变；转座因子自发突变机制：背景辐射和环境因素的诱变；自身代谢产物的诱变；互变异构效应；环出效应。
第六章微生物的遗传变异与菌种选育
遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。
基因学说：二十世纪初发现了染色体并提出基因学说，使 得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。
染色体由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基 酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以达 到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由4种 不同的核苷酸组成，它们通过排列组合只能产生较少种类的 核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基因，起活 性成分是蛋白质。
变（back mutation或 reverse mutation）。
三、基因突变的机制
.诱发突变的机制
诱变剂（mutagen）：凡能提高突变率的 任何理化因子，诱变剂的种类很多，作用 方式多样。即使是同一种诱变剂，也常有 不同的作用方式。
碱基置换（substitution）
定义：对DNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损
染色体数目的变化。
染色体结构上的变化
染色体内畸变只涉及一条染色体上的变化，如发 生染色体的部分缺失或重复时，其结果可造成基 因的减少或增加；又如发生倒位或易位时，则可 造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。倒 位是指断裂下来的DNA片段旋转180°后，重新 插入到原来染色体的位置上；易位则指断裂下来 的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染 色体的其它部位上。 染色体间畸变，则指非同源染色体间的易位。
（2）细菌培养实验 热死S菌—————不生长 活R 菌—————长出R菌 热死S菌+活R 菌—————长出大量R菌和10-6S菌
（3）S型菌的无细胞抽提液试验 活R菌+S菌无细胞抽提液————长出大量R菌和少量 S菌
以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在 一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并 使R型细胞获得稳定的遗传性状
基因学说：二十世纪初发现了染色体并提出基因学说，使 得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。
染色体由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基 酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以达 到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由4种 不同的核苷酸组成，它们通过排列组合只能产生较少种类的 核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基因，起活 性成分是蛋白质。
变（back mutation或 reverse mutation）。
三、基因突变的机制
.诱发突变的机制
诱变剂（mutagen）：凡能提高突变率的 任何理化因子，诱变剂的种类很多，作用 方式多样。即使是同一种诱变剂，也常有 不同的作用方式。
碱基置换（substitution）
定义：对DNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损
染色体数目的变化。
染色体结构上的变化
染色体内畸变只涉及一条染色体上的变化，如发 生染色体的部分缺失或重复时，其结果可造成基 因的减少或增加；又如发生倒位或易位时，则可 造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。倒 位是指断裂下来的DNA片段旋转180°后，重新 插入到原来染色体的位置上；易位则指断裂下来 的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染 色体的其它部位上。 染色体间畸变，则指非同源染色体间的易位。
（2）细菌培养实验 热死S菌—————不生长 活R 菌—————长出R菌 热死S菌+活R 菌—————长出大量R菌和10-6S菌
（3）S型菌的无细胞抽提液试验 活R菌+S菌无细胞抽提液————长出大量R菌和少量 S菌
以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在 一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并 使R型细胞获得稳定的遗传性状
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《微生物学》
《微生物学》
32
35
遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式
不同微生物的遗传物质在7个水平上各不相同，各有自己 的特点，这7个水平是：
细胞水平：原核还是真核； 细胞核水平：细胞核数量差异及变化；
染色体水平：染色体数、染色体倍数，染色体长度；
核酸水平：核酸种类和结构；
基因水平：基因的结构和功能；
a）纯种分离； b）通过寄主体进行复壮；C)真菌菌丝脱毒
有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌 种维护工作中不断筛选“正变”个体。
防止衰退的措施 1）减少传代次数； 2）创造良好的培养条件； 3）经常进行划线纯种分离，并对相应的性状指标进行检查； 4）采用有效的菌种保藏方法； 5)采用寡营养培养基作为斜面保藏培养基
结果:其遗传物质并没有发生变化，因而，是不会遗传的， 这和变异有本质的区别。
特点：每一个个体都发生变化。 粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)(灵杆菌)在 25℃下培养 时会产生深红色的灵杆菌素，在37℃时不产生色素。当温度降
至25℃时，所有个体又重新恢复产生色素的能力。这种产生色 素的能力会因基因突变而丢失。 《微生物学》
（２）目的基因的酶切、电泳、分离
（３）目的基因PCR扩增 （４） PCR扩增产物的酶切、电泳和提取 （５）质粒或噬菌体DNA的提取和酶切 （６） PCR扩增产物和质粒或噬菌体DNA的连接 （７）改造后的质粒或噬菌体DNA结合或转导到受体细胞 （８）外源基因在受体细胞中的表达（转化子或克隆子的 筛选）
《微生物学》
Electron Micrograph of Escherichia coli with a Conjugation Pilus
《微生物学》
F+
F-
F+
F-
DNA滚环复制和移动
F+
F+
《微生物学》
F+
F+
F+
Hfr
染 色 体 和 质 粒 的 遗 传 信 息 交 换
Hfr
《微生物学》
微生物的育种 微生物育种 1）、目的：人为控制微生物，获得我们所需要的高产、优 质和低耗的菌种。 2）、常用方法 ①、诱变育种 诱变材料：化学诱变剂；各种射线。 诱变对象：细胞或孢子。
诱变后处理：分离诱变菌株——筛选诱变菌株。
注意问题：致死剂量。 ②有性杂交
《微生物学》
③原生质融合 ④基因工程育种：一种耗费、耗时巨大、看似前景广阔但 环境危害不明的高效育种方法！ 包括以下几个步骤： （１）目的基因的筛选、定位
密码子水平：简并密码； 核苷酸单位：能交换的最短核苷酸长度。
《微生物学》
基因突变和染色体重组
基因突变(gene mutation) 一个基因内部结构或DNA序列的任何改变，改变一 对或少数几对碱基的缺失、插入或置换，而导致的遗传 变化称为基因突变。 点突变：单个碱基改变通常称为点突变(point mutations)，点突变中由一个嘌呤变为另一个嘌呤或一个 嘧啶变为另一个嘧啶。 多位点突变：基因组大范围的重排。其中包括DNA 链上短的一段序列或长的一段序列改变，从而影响许多 基因。
《微生物学》
真核微生物基因重组
（1）有性杂交
（2） 异核现象和准性生殖
准性生殖(parasexual reproduction)指不经过减数分 裂就能导致基因重组的生殖过程。形成异核体是准性生 殖的前提。 异核体的产生，有可能是由于一个或多个细胞核突 变，也有可能是经过菌丝融合而来。 异核体可以百万分之一的概率发生核融合而形成二 倍体（或杂合二倍体），杂合二倍体不稳定，基因发生 交换后以杂乱无章的方式进行子代分离。 《微生物学》
《微生物学》
菌种退化与复壮 菌种退化原因：(1)群体中的自发突变，特别是人工选育的 菌种出现负突变现象,这涉及到可遗传的变异。(2)表型退化， 喜新厌旧；（3）真菌菌丝病毒感染。
传代增殖
纯菌种
自发突变
不纯菌种
传代增殖
衰退菌种
突变个体
《微生物学》
原始个体
菌种提纯和复壮
从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有 原有典型性状的菌种。
《微生物学》
《微生物学》
突变的原因
自发突变
生长过程中，DNA复制发生碱基（单个或一段）错配，而错 配没被修复。基因的突变率是不一样的，平均大约每106复制 周期每个基因出现一个突变。 诱发突变 化学药物 碱基类似物：如5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤，当DNA复制时掺 人DNA分子，类似自发突变的碱基互变异构移位，但以高频率 导致突变。
F’
（２）、转 导 (Transduction)
定义：细胞之间借助噬菌体在不同细胞之间 浸染，而发生遗传物质的重组。 渠道：噬菌体 媒介：噬菌体DNA 过程：噬菌体浸染 —— 噬菌体DNA和宿主细 胞DNA的片段误切、误包 —— 浸染其他细胞。
《微生物学》
（3）、转 化（Transformation） 转化是从周围培养基吸收游离的DNA片段，整合到 自己染色体基因组的结果。许多细菌如芽孢杆菌属、链 球菌属、奈瑟氏球菌属和嗜血菌属(嗜血杆菌属 Haemophilus)能够自然发生转化作用。 细胞吸收DNA进行转化的能力取决于细胞所处的特 殊生理状态，即细菌细胞的感受态。感受态与细胞表面 存在DNA的受体有关。其它细菌，如大肠杆菌，在冷的 条件下通过化学方法处理，可以诱导建立感受态。
第六章
微生物的遗传变异和微生 物菌种的选育
《微生物学》
本章主要讲以下几个问题：
1、生物的遗传和变异。 2、生物性状以及微生物性状的特殊性 3、遗传变异的物质基础 4、基因突变和基因重组 5、微生物菌种的选育
《微生物学》
Байду номын сангаас
生物的遗传和变异
生物的遗传(heredity或inhertiance)和变异(Variation)是 生物体最本质的属性之一。 遗传：决定在一定的时间和空间内保持物种的相对稳 定性,即将自己的遗传因子传递给子代，从而保持物种相
对稳定的行为或能力，具有极其稳定的特性。
变异：决定物种能在一定条件下不断地进化。
遗传和变异规律：生物的遗传变异遵循一定的规律。
《微生物学》
生物的性状以及微生物性状的特殊性
生物的性状：是一种生物区别于其 他生物的特性，包 括遗传特性和表型特性。 遗传特性：由DNA的核苷酸序列决定，即基因决定。 遗传型也就是基因型(genotype) ，即DNA中所包含的 全部基因组（genome)所带的全部遗传信息,这些遗传 信息，绝大多数生物通过中心法则表达出来。 表型特性：表型特性是认识生物的最直接的基础，是 遗传信息通过中心法则表现出来的特性，其物质基础 是蛋白质。
《微生物学》
• 影响性状表达的因素： 遗传型+环境
复 制
表现型 RNA
翻译
DNA
决定
转录
蛋白质
控制
逆转录
（遗传性状） （基因型）
（表型性状） （表现型）
环境因素 （生长环境因素、化学因素、物理因素）
《微生物学》
例:饰变(modification)
定义:指不涉及遗传物质结构改变，只发生在转录、翻译水 平上的表型变化。 原因:由于环境压力，造成在转录、翻译上发生错误。
• 微生物性状的特殊性
★ 遗传性状不稳定 ★生长繁殖易受环境的影响 ★ 表现性状描述较复杂
《微生物学》
遗传变异的物质基础
遗传物质的确定——三个经典实验
1928年，F.Giffith以Streptococcus pneumoniae为材料，进行 了细菌的转化实验，证明DNA是Streptococcus pneumoniae 的 遗传物质。 1952年，A.D.Hershey和M.Chase通过含有放射性的 P和 S 32 32 的培养基获得含有 P的DNA,用含有 P-DNA最后获得含有32P 的噬菌体证明DNA为噬菌体的遗传物质。 1956年，H.Fraenkel-Conrat用烟草花叶病毒去掉蛋白质后的 RNA仍能感染烟草，在烟草殒病组织中分离到了完整的烟草花 叶病毒病毒粒子，从而有力地证明了RNA是烟草花叶病毒的遗 传物质。
电离辐射
可能引起DNA损伤。紫外线引起的主要损伤是形成嘧啶二 聚体，最普通的是胸腺嘧啶二聚体，相邻碱基问引起DNA螺旋 的扭曲畸变。
《微生物学》
微生物基因重组
原核微生物基因重组
（１）F质粒与接合 作用 (conjugation) 定义：接合作用是通过质粒使遗传物质在两 个细菌细胞间转移的机制。 渠道：性菌毛 媒介：质粒 过程：结合—DNA复制—DNA转移—结合
《微生物学》
DNA分子嵌入剂：扁平的三个环的类似于碱基对形状的化合 物，插入DNA分子，引起螺旋结构变型，DNA复制时导致环出及
插入和缺失碱基。溴化乙啶（EB)和丫啶橙是这类试剂的典型
代表。 修饰DNA的化学药品：是改变DNA中碱基的化合物，导致下一 次复制周期时错误配对。如包括将胞嘧啶转变成羟胺胞嘧啶的 次黄嘌呤，它同腺嘌呤配对。
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遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式
不同微生物的遗传物质在7个水平上各不相同，各有自己 的特点，这7个水平是：
细胞水平：原核还是真核； 细胞核水平：细胞核数量差异及变化；
染色体水平：染色体数、染色体倍数，染色体长度；
核酸水平：核酸种类和结构；
基因水平：基因的结构和功能；
a）纯种分离； b）通过寄主体进行复壮；C)真菌菌丝脱毒
有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌 种维护工作中不断筛选“正变”个体。
防止衰退的措施 1）减少传代次数； 2）创造良好的培养条件； 3）经常进行划线纯种分离，并对相应的性状指标进行检查； 4）采用有效的菌种保藏方法； 5)采用寡营养培养基作为斜面保藏培养基
结果:其遗传物质并没有发生变化，因而，是不会遗传的， 这和变异有本质的区别。
特点：每一个个体都发生变化。 粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)(灵杆菌)在 25℃下培养 时会产生深红色的灵杆菌素，在37℃时不产生色素。当温度降
至25℃时，所有个体又重新恢复产生色素的能力。这种产生色 素的能力会因基因突变而丢失。 《微生物学》
（２）目的基因的酶切、电泳、分离
（３）目的基因PCR扩增 （４） PCR扩增产物的酶切、电泳和提取 （５）质粒或噬菌体DNA的提取和酶切 （６） PCR扩增产物和质粒或噬菌体DNA的连接 （７）改造后的质粒或噬菌体DNA结合或转导到受体细胞 （８）外源基因在受体细胞中的表达（转化子或克隆子的 筛选）
《微生物学》
Electron Micrograph of Escherichia coli with a Conjugation Pilus
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F+
F-
F+
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DNA滚环复制和移动
F+
F+
《微生物学》
F+
F+
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染 色 体 和 质 粒 的 遗 传 信 息 交 换
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微生物的育种 微生物育种 1）、目的：人为控制微生物，获得我们所需要的高产、优 质和低耗的菌种。 2）、常用方法 ①、诱变育种 诱变材料：化学诱变剂；各种射线。 诱变对象：细胞或孢子。
诱变后处理：分离诱变菌株——筛选诱变菌株。
注意问题：致死剂量。 ②有性杂交
《微生物学》
③原生质融合 ④基因工程育种：一种耗费、耗时巨大、看似前景广阔但 环境危害不明的高效育种方法！ 包括以下几个步骤： （１）目的基因的筛选、定位
密码子水平：简并密码； 核苷酸单位：能交换的最短核苷酸长度。
《微生物学》
基因突变和染色体重组
基因突变(gene mutation) 一个基因内部结构或DNA序列的任何改变，改变一 对或少数几对碱基的缺失、插入或置换，而导致的遗传 变化称为基因突变。 点突变：单个碱基改变通常称为点突变(point mutations)，点突变中由一个嘌呤变为另一个嘌呤或一个 嘧啶变为另一个嘧啶。 多位点突变：基因组大范围的重排。其中包括DNA 链上短的一段序列或长的一段序列改变，从而影响许多 基因。
《微生物学》
真核微生物基因重组
（1）有性杂交
（2） 异核现象和准性生殖
准性生殖(parasexual reproduction)指不经过减数分 裂就能导致基因重组的生殖过程。形成异核体是准性生 殖的前提。 异核体的产生，有可能是由于一个或多个细胞核突 变，也有可能是经过菌丝融合而来。 异核体可以百万分之一的概率发生核融合而形成二 倍体（或杂合二倍体），杂合二倍体不稳定，基因发生 交换后以杂乱无章的方式进行子代分离。 《微生物学》
《微生物学》
菌种退化与复壮 菌种退化原因：(1)群体中的自发突变，特别是人工选育的 菌种出现负突变现象,这涉及到可遗传的变异。(2)表型退化， 喜新厌旧；（3）真菌菌丝病毒感染。
传代增殖
纯菌种
自发突变
不纯菌种
传代增殖
衰退菌种
突变个体
《微生物学》
原始个体
菌种提纯和复壮
从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有 原有典型性状的菌种。
《微生物学》
《微生物学》
突变的原因
自发突变
生长过程中，DNA复制发生碱基（单个或一段）错配，而错 配没被修复。基因的突变率是不一样的，平均大约每106复制 周期每个基因出现一个突变。 诱发突变 化学药物 碱基类似物：如5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤，当DNA复制时掺 人DNA分子，类似自发突变的碱基互变异构移位，但以高频率 导致突变。
F’
（２）、转 导 (Transduction)
定义：细胞之间借助噬菌体在不同细胞之间 浸染，而发生遗传物质的重组。 渠道：噬菌体 媒介：噬菌体DNA 过程：噬菌体浸染 —— 噬菌体DNA和宿主细 胞DNA的片段误切、误包 —— 浸染其他细胞。
《微生物学》
（3）、转 化（Transformation） 转化是从周围培养基吸收游离的DNA片段，整合到 自己染色体基因组的结果。许多细菌如芽孢杆菌属、链 球菌属、奈瑟氏球菌属和嗜血菌属(嗜血杆菌属 Haemophilus)能够自然发生转化作用。 细胞吸收DNA进行转化的能力取决于细胞所处的特 殊生理状态，即细菌细胞的感受态。感受态与细胞表面 存在DNA的受体有关。其它细菌，如大肠杆菌，在冷的 条件下通过化学方法处理，可以诱导建立感受态。
第六章
微生物的遗传变异和微生 物菌种的选育
《微生物学》
本章主要讲以下几个问题：
1、生物的遗传和变异。 2、生物性状以及微生物性状的特殊性 3、遗传变异的物质基础 4、基因突变和基因重组 5、微生物菌种的选育
《微生物学》
Байду номын сангаас
生物的遗传和变异
生物的遗传(heredity或inhertiance)和变异(Variation)是 生物体最本质的属性之一。 遗传：决定在一定的时间和空间内保持物种的相对稳 定性,即将自己的遗传因子传递给子代，从而保持物种相
对稳定的行为或能力，具有极其稳定的特性。
变异：决定物种能在一定条件下不断地进化。
遗传和变异规律：生物的遗传变异遵循一定的规律。
《微生物学》
生物的性状以及微生物性状的特殊性
生物的性状：是一种生物区别于其 他生物的特性，包 括遗传特性和表型特性。 遗传特性：由DNA的核苷酸序列决定，即基因决定。 遗传型也就是基因型(genotype) ，即DNA中所包含的 全部基因组（genome)所带的全部遗传信息,这些遗传 信息，绝大多数生物通过中心法则表达出来。 表型特性：表型特性是认识生物的最直接的基础，是 遗传信息通过中心法则表现出来的特性，其物质基础 是蛋白质。
《微生物学》
• 影响性状表达的因素： 遗传型+环境
复 制
表现型 RNA
翻译
DNA
决定
转录
蛋白质
控制
逆转录
（遗传性状） （基因型）
（表型性状） （表现型）
环境因素 （生长环境因素、化学因素、物理因素）
《微生物学》
例:饰变(modification)
定义:指不涉及遗传物质结构改变，只发生在转录、翻译水 平上的表型变化。 原因:由于环境压力，造成在转录、翻译上发生错误。
• 微生物性状的特殊性
★ 遗传性状不稳定 ★生长繁殖易受环境的影响 ★ 表现性状描述较复杂
《微生物学》
遗传变异的物质基础
遗传物质的确定——三个经典实验
1928年，F.Giffith以Streptococcus pneumoniae为材料，进行 了细菌的转化实验，证明DNA是Streptococcus pneumoniae 的 遗传物质。 1952年，A.D.Hershey和M.Chase通过含有放射性的 P和 S 32 32 的培养基获得含有 P的DNA,用含有 P-DNA最后获得含有32P 的噬菌体证明DNA为噬菌体的遗传物质。 1956年，H.Fraenkel-Conrat用烟草花叶病毒去掉蛋白质后的 RNA仍能感染烟草，在烟草殒病组织中分离到了完整的烟草花 叶病毒病毒粒子，从而有力地证明了RNA是烟草花叶病毒的遗 传物质。
电离辐射
可能引起DNA损伤。紫外线引起的主要损伤是形成嘧啶二 聚体，最普通的是胸腺嘧啶二聚体，相邻碱基问引起DNA螺旋 的扭曲畸变。
《微生物学》
微生物基因重组
原核微生物基因重组
（１）F质粒与接合 作用 (conjugation) 定义：接合作用是通过质粒使遗传物质在两 个细菌细胞间转移的机制。 渠道：性菌毛 媒介：质粒 过程：结合—DNA复制—DNA转移—结合
《微生物学》
DNA分子嵌入剂：扁平的三个环的类似于碱基对形状的化合 物，插入DNA分子，引起螺旋结构变型，DNA复制时导致环出及
插入和缺失碱基。溴化乙啶（EB)和丫啶橙是这类试剂的典型
代表。 修饰DNA的化学药品：是改变DNA中碱基的化合物，导致下一 次复制周期时错误配对。如包括将胞嘧啶转变成羟胺胞嘧啶的 次黄嘌呤，它同腺嘌呤配对。