第一篇 第六章 微生物的遗传与变异

（2）诱变育种（ breeeding by induced mutation ） 诱变育种 指利用物理、化学等诱 变剂处理均匀而分散的微生物细胞群， 在促进其突变率显著提高的基础上，采 用简便、快速和高效的筛选方法，从中 挑选出少数符合目的的突变株，以供科 学实验或生产实践使用。
四、突变体的检测与筛选
普 遍 性 转 导
局 限 性 转 导
4、原生质体融合
原生质体融合 （protoplast fusion）通过人为 的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体融 合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过 程。
二、真核微生物 的基因重组 有性杂交 （sexual hybridization） 有性杂交 不 同遗传型的两性细 胞间发生的接合和 随之进行的染色体 重组，进而产生新 遗传型后代的一种 育种技术。
大 肠 杆 菌 的 接 合
2、转化
转化（transformation） ：受体菌直接吸收 供体菌的DNA片断，并把它整合到自己的基因 组里，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现
转化
非转化子
转化子
复制分裂，只 有一个子代 DNA分子获得 供体基因 切割成4~5×106 单链入胞 同源部分配 对、整合 降解
真核微生物细胞中的DNA
2、原核微生物细胞中的DNA DNA在细胞内是以裸露状态存在，不与 蛋白质结合，因此不形成真正的染色体，也 没有核膜包裹。一个细胞内一般只有一 条 DNA分子。细胞质中也有少量DNA（<1 ％）。 质粒 （plasmid ）在原核微生物核基因 组以外，具有独立复制能力的小型共价闭合 环状的双链DNA分子
间接引起碱基置换的诱变剂 G … C BUk .. A
G … 复制 BUe G … C
复制
复制
BUk .. A A .. （突变体） T
C … G
引起移码突变的诱变剂
甲硫氨酸氨
三、突变与育种 1、自发突变与育种（ breeeding by spontaneous mutation ） 从生产中选育 定向培育 定向培育 人为用某一种环境条件长期 处理某一微生物群体，同时不断将它们进行 移植传代，以达到积累和选择自发突变体的 一种古老的育种。
诱变性 ：自发突变的频率可因诱变剂的影 响大为提高（一般提高10～105倍），但不 改变突变的本质。 稳定性：基因突变后所产生的新的遗传性 状是可稳定的。 可逆性：野生型基因变为突变型基因的过 程称为正向突变；相反的过程则称为回复 突变。
2、基因突变的类型
按突变的条件和原因分类： 自发突变（ spontaneous mutation ）在 没有人为参与的情况下，自行发生的突变。 诱发突变 （induced mutation） 在人为参 与的情况下，经物理或化学因素处理而引起的 突变。
3、基因突变的机制 ( 1 ) 自发突变机制 多因素低剂量的诱变效应 互变异构效应
互变异构效应
…e
T G
TK .. A
TK .. A
Te … G C … G ( 突变体）
（2）诱发突变机制 紫外线诱变机制 微生物细胞经紫外线照射后，引起DNA 分子结构发生改变。受到紫外线损伤的 DNA分子在修复过程中，由于个别碱基的 错配，而导致DNA分子内核苷酸顺序发生 改变，结果形成突变体。
1、突变体的检 直接检测法 间接检测法
2、突变体的筛 初筛 复筛
影印平板技
第三节
基因重组
基因重组 （gene recombination）：两 个不同性状个体细胞的 DNA融合，使基因重新 组合，从而发生遗传变 异，产生新品种的过程。
一 、 原 核 微 生 物 的 基 因 重 组 方 式
1、接合 （conjugation） 接合：指供体菌 （“雄性”）通过性纤 毛与受体菌（“雌性”） 直接接触，把F质粒 或其携带不同长度的 核基因组片断传递给 后者，使后者获得新 遗传性状的现象。
A A
B B D
C
D E
E
点突
缺 Y D E 插
A
B
C
X
A
B
D
C
E
倒 D
A
B
C
B
C
E 重
1、基因突变的特点 不对应性：即突变性状与引起突变的原因 间无直接对应关系。 自发性：各种性状的突变，可以在没有人 为诱变因素下自发产生。 独立性：某一基因的突变率不受其他基因 突变率的影响。 稀有性：自发突变的频率一般在10-6～10-9 间。
基因重组与基因突变的比 基因重组
遗传物质改变的水平 发生变异的细胞周期 变异的定向性 变异的频率
基因突变
原核微生物与真核微生物基因重组的比
原核微生物 基因重组方式 DNA重组范围 供体与受体之间的关系 遗传物质转移方向 遗传物质转移方式 真核微生物
RNA
Pr
第二节
微生物的变异
变异（ variation ）：生物体在某种外因和 内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量 的改变。
一、微生物变异的类型
非遗传型变异（饰变）：DNA分子结构未改变 生物变异 可遗传型变异：DNA分子结构发生改变
突变（基因突变、染色体畸变） 微生物变异类型 基因重组
二、基因突变
三、PCR扩增技术在环境工程的应用 1、 PCR扩增技术（Polymerase Chain Reaction)：一种模拟天然DNA复制过程，在 体外快速扩增特定DNA或RNA片断的技术。 2、PCR扩增技术的原理：类似于生物体内 DNA复制。只是在试管内提供DNA复制所需 要的原料（DNA聚合酶、模版核酸、寡聚核 苷酸引物、四种三磷酸脱氧核苷酸），在合 适的条件下（缓冲体系，Mg2+，变性、复性、 延伸的温度与时间及循环数）进行，整个过 程由温度控制。
操 纵 子 的 调 控 作 用
三、遗传信息的传递 遗传信息 子代从亲代所获得的控制生物性状的讯 号，并且这种讯号是储存在DNA分子或RNA分子上， 即核苷酸排列序列。 “中心法则” 遗传信息由DNA经转录传给RNA， RNA又经转译将遗传信息传给蛋白质的传递过程。
复制
DNA
反转录 转录
转译 复制
第六章
微生物的遗传与变异
微生物的遗传特性 微生物的基因突变 微生物的基因重组 基因工程 基因工程技术在环境工程中的应用
第一节 微生物的遗传特性
一、DNA分子在微生物细胞中的存在形式
1、真核微生物细胞中的DNA DNA主要存在于细胞核中，并与组蛋白结 合形成染色体。一个细胞核中一般有几 条～几十条染色体，并由核膜将其与细胞 质分隔开。 细胞质中有少量的DNA（<1%），主要存 在于线粒体和叶绿体中，决定着线粒体和 叶绿体的自我复制。
操纵子 基因调控系统 调节基因
结构基因 （structer gene）是决定某一 多肽链结构的DNA模板。 启动基因 （ promoter gene）是能被 RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的 一段DNA序列。
操纵基因 （operator gene）是被调控 蛋白特异性结合，控制结构基因的表达的 一段DNA序列。 调节基因 （regulator gene）是能够调 节操纵子中结构基因活动的一段DNA序列。
3、PCR技术扩增技术步骤 加热 退火
5` 3` 5` 3` 3` 5` 3` 5` 引物
5`
3`
延伸
3` 5`
思考： 1、遗传物质在原核微生物和真核微生物细胞内的 存在方式有何不同？ 2、什么是基因？原核微生物的基因调控系统如何 发挥作用？中心法则的内容是什么？ 3、什么是突变?突变有哪几种类型？突变的原因是 什么? 4、基因突变有哪几种类型？各种诱变剂的诱变机 制及特点是什么？ 5、什么是基因重组？原核微生物和真核微生物分 别通过什么方式进行基因重组，各自有何特点? 6、如何利用基因突变和基因重组理论进行微生物 育种？
降芳烃质
降萜烃质
降酯质粒
降多环芳烃质
多质粒超级细
二、基因工程技术在环境保护中的应用
1、基因工程的定义
基因工程 （gene engineering），又称遗传 工程（genetic engineering ）：是指用人工方 法把所需要的某一供体生物的DNA提取出来，， 在离体的条件下用限制性内切酶将离体DNA切割 后，选取所需要的一部分，将其与载体连接起 来，然后引入某一受体细胞中，使外源基因在受 体中表达的一种崭新的育种技术。
吸附
3、转导（transduction） 转导 ：指通过噬菌体的媒介作用，把供体细 胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换 整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。 普遍性转导（generalized transduction） 通过极少数完全缺陷噬菌体对供体基因组上 任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状 递给受体菌的现象。 局限性转导 （specialized transduction） 通过部分缺陷的温和噬菌体把供体的少数特定 基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、 重组的现象。
原核微生物细胞中的DNA
E . coli 的 pBR322质粒的构
二、基因
基因 （gene） ：一切生物体内储存遗传信息 的、有自我复制能力的遗传功能单位。基因的 物质基础是一条以直线排列、具有特定核苷酸 顺序的核酸片段。 基因的功能 决定特定的蛋白质的一级结 构，即一个基因决定一条多肽链的合成。 启动基因 操纵基因 结构基因
2、准性杂交 准性杂交 是一种在同种而不同菌株的体细胞 间发生的融合，它可不借减数分裂而导致低频率基 因重组并产生重组子。
菌丝联 形成异核
核融
体细胞交 和单倍体
第四节
分子遗传学新技术在环境工 程与环境保护中的应用
一、质粒育种在环境保护中的应用 将两种或多种微生物通过细胞接合或融合 技术，使供体菌的质粒转移到受体菌体 内，使受体菌保留自身功能质粒，同时获 得供体菌的功能质粒，从而培育出具有两 种或多种功能质粒的新品种。