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微生物的遗传变异与育种优秀课件

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微生物遗传变异和菌种选育优秀课件

微生物遗传变异和菌种选育优秀课件
出发菌株 → 纯化→斜面→菌悬液→诱变处理 → 平板分离 → 斜面（初筛） → 斜面 （复筛） →保藏及扩大试验（再复筛）
ห้องสมุดไป่ตู้
2、诱变育种的原则
（1）使用简便有效的诱变剂
物理因素 诱变剂
紫外线 激光 离子束 X射线 r射线 快中子
化学因素
烷化剂 碱基类似物 吖啶化合物
（2）、选用优良的出发菌株
用作出发菌株有：野生型菌株；生产菌 株；经过诱变的菌株。 一般要求生长快，营养要求粗放，发育 早，产孢子多，对诱变剂敏感性高，已 能积累少量产品或前体物的菌株。
可遗传的变化。自发或诱变产生
基因突变
狭义：点突变 广义：基因突变和染色体畸变
基因突变 野生型（原始性状）
突变型（新性状）
现实生活中，你见到过哪些基因突变现象，或是看 到过哪些基因突变现象的报导？
基因突变.flv
植 物 形 态 的 变 异
动物形态的变异
白化病
• 白化病是由于酪氨酸酶缺乏或 功能减退引起的一种皮肤及附 属器官黑色素缺乏或合成障碍 所导致的遗传性白斑病。患者 视网膜无色素，虹膜和瞳孔呈 现淡粉色，怕光。皮肤、眉毛、 头发及其他体毛都呈白色或黄 白色。白化病属于家族遗传性 疾病，为常染色体隐性遗传， 常发生于近亲结婚的人群中。 白化病遗传图谱：患者双亲均 携带白化病基因，本身不发病。 如果夫妇双方同时将所携带的 致病基因传给子女，子女就会 患病。
典型质粒
• F质粒：E.coli等细菌决定性别并有转移能 力的质粒。
• R质粒：抗药性质粒。 • Col质粒：大肠杆菌素质粒。能抑制或杀死
其它近缘细菌。
• Ti质粒 • Ri质粒 • Mega质粒 • 降解性质粒
第二节 基因突变和诱变育种

微生物学第八章微生物的遗传变异和育种课件PPT

微生物学第八章微生物的遗传变异和育种课件PPT

原理
DNA只含P不含S，Pr只含S不含P； 用含同位素Ｓ35, P32的培养基培养大肠杆菌； 让T2感染上述大肠杆菌使其打上S35 、 P32标记。
上清液
吸附
10分钟后
搅动
离心 沉淀
结果：上清液中含15%放射射性；沉淀中含85%放射性
（3）病毒的拆开及重建实验
1956年，Fraenkel-Conrat证明烟草花叶病毒（TMV） 的主要感染成分是RNA。
变量试验
联密码；64种。
（7）核苷酸水平：最低突变单位或交换单位；A、G、T、C。
基因控制Pr因而控制性状
大肠杆菌基因组
4100个基因，4.7×106bp 遗传信息的连续性 功能相关基因组成操纵子 结构基因单拷贝及rRNA多拷贝 基因的重复序列少而短
酵母菌基因组
染色体 长度Kb 基因数 106 423 172 814 292 136 573 291 染色体 长度Kb 9 10 11 12 13 14 15 16 439 745 666 1078 924 784 1092 948 基因数 231 387 334 550 487 421 571 499
突变（mutation）：生物体表型突然发生了可遗 传的变化；包括基因突变和染色体畸变
突变规律研究意义
理论上：基因定位；基因功能研究；
生产上：育种的理论基础。
1.基因突变（gene mutation）：DNA链上的
一对或少数几对碱基发生改变而引起的表型改变；分 为自发突变（spontaneous mutation）和诱变 （induced mutation）。
第八章 微生物的遗传变异和育种
遗传性（heredity）：亲代生物（parent）通过传递 给子代（offspring）的一套遗传信息而保持其相同形状 的特性，遗传是相对稳定的。 变异性（variation）：在遗传物质水平上发生改变， 而引起相应性状发生改变的特性，变异是可以遗传的。 基因型（遗传型、因子型）：决定生物遗传性的物质 基础特征，即全部遗传因子特征。 表型（表现型、现象型）：在合适的外界环境条件下， 特定遗传性的个体，通过新陈代谢和生长发育所表现出的 种种具体性状。

第八章微生物遗传变异与育种ppt课件

第八章微生物遗传变异与育种ppt课件
子，主要存在于各种微生物细胞中。
(1)质粒的分子结构
●通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简 称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；
●也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒; ●质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb； （细菌质粒多在10kb以内）
质粒的检测
变异(variation):生物体在外因或内因的作用下,遗 传物质的结构或数量发生改变.变异的特点:a.在群 体中以极低的几率出现,(一般为10-6～10-10); b. 形状变化的幅度大;c. 变化后形成的新性状是稳定 的,可遗传的.
饰变(modification):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.
决定细胞衰老的“生物钟”就是染色体末端的端粒DNA， 它可随着年龄的增长而缩短。
●原核微生物拟核体
与真核生物相比，原核微生物的染色体通常 只有一个核酸分子(DNA或RNA)，其遗传信 息的含量比真核生物少得多。病毒染色体只 含一个DNA或者RNA分子，可以是单链也 可以是双链；大多呈环状，少数呈线性分子。 细菌染色体均为环状双链DNA分子。
●产毒素E.coli是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一, 其中许多菌株含有编码一种或多种肠毒素基因的质粒。
●苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)的质粒 ●根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致
病因子
Ti质粒的结构及特点
1)致育因子(F因子)
能于染色体外独立增殖的环状DNA分子，其大小约 100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖 现 象有关的质粒。由于这种质粒还可以整合到细菌染色 体上，成为染色体的一部分，又叫作附加体。F质粒整 合到宿主细胞染色体上的菌株叫Hfr.

《微生物学》教学课件：07 微生物的遗传变异和育种

《微生物学》教学课件：07 微生物的遗传变异和育种

4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；
5）基因组的重复序列少而短；
注：古生菌的基因组在结构上类似于细菌。但是信息 传递系统(复制、转录和翻译)则与细菌不同而类 似于真核生物。
四、微生物的基因组结构
第二节 遗传的物质基础
3. 真核微生物的基因组（啤酒酵母）
1）典型的真核染色体结构；
啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。
有关内容在讲细菌的接合作用 （conjugation）时具体介绍
五、质粒
第二节 遗传的物质基础
3. 质粒的主要类型——抗性因抗子性质粒在细菌间的传递 抗性因子（Resistance factor是，细R因菌子产）生抗药性的重要 包括抗药性和抗重金属二大原类因之一。
R100质粒(89kb)可使宿主对 下列药物及重金属具有抗性：
编码细菌素的结构基因及相关的基因一般位 一般无直接的结构基因，相关酶的基因多在
于质粒或转座子上
染色体上
细菌素结构基因、 涉及细菌素运输及发挥作用（processing） 的蛋白质基因、赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产 物的基因
一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死 同种但不携带该质粒的菌株。
长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。
表型由遗传型决定，但也和环境有关
一、遗传变异是微生物的基本第特一征节 微生物遗传变异概述
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，不涉及遗传物质结构改变的表型变化。
特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为
橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。
第二节 遗传的物质基础
• 通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简 称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；

微生物的遗传变异和育种PPT课件

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实验设计者
1952年，美国的莱德伯格夫妇
实验材料
E.coli K12
实验过程
Lederberg 的平板培养法
（四）突变的特点
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
核基因组
真核生物的 有核膜包裹的真核
(DNA+组蛋白)
原核生物的 无核膜包裹的核区
(环状双链DNA)
线粒体
真核生物的
细胞质基因 共生生物
叶绿体等
核外染色体
2um质粒等 F因子(F质粒)
R因子(R质粒)
原核生物的
Col质粒
Ti质粒 巨大质粒
降解性质粒等
原核生物的质粒
1. 质粒的定义
•指游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制 能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即 cccDNA(circular covalently closed DNA)。
4）Ti质粒 (tumor inducing plasmid)
Agrobacterium tumefaciens（根
癌土壤杆菌）从一些双子叶植物的受 伤根部侵入，最后在其中溶解，释放 出Ti质粒，其上的T-DNA片段与植物 细胞中的核染色体组发生整合，合成 正常菌株所没有的冠瘿碱类，破坏控 制细胞分裂的激素调节系统，从而使 它转变成癌细胞。
自发突变几率 一般在10-6~10-9范围内；
突变率为10-9的含义
抗性突变是最常见的突变类型；
细菌产生抗药性的途径 基因突变 抗药性质粒的转移 生理适应
由基因突变引起的抗药性的原因？
两种观点：
突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性 — 抗性突变株的产生是由环境因素 诱发出来的，属定向变异；

第七章 微生物的遗传变异和育种优秀课件

第七章 微生物的遗传变异和育种优秀课件

sul r str r
IS1a
有功能不相同的二个组成部 分：抗性转移因子（RTF） 和抗性决定因子（r-det）， 由两个顺向重复序列IS1所 分开。
RTF为73kb，包括与质粒的 性别传递、自我复制、不相
容性以及对四环素的抗性基
因（tetr），在tetr的两边为
反向重复序列IS10。r-det
第七章 微生物的遗 传变异和育种
第七章 微生物的遗传变异和育种
微生物有不同于高等动植物的生物学特性，主要有：
单细胞体制或多细胞极少分化的体制； 营养体多数是单倍体； 多数能在一定成分的培养基上生长繁殖； 在固体培养基上能从单个细胞通过无性繁殖方式形成菌落； 繁殖迅速； 代谢作用旺盛，在液体培养基中能在短期内积累大量代谢产物； 环境因素对于分散的细胞能起均匀而直接的作用； 有性世代同样在较短时间内完成； 微生物中间有最简单的类型，如病毒。
R100.1是一种接合型质粒，分子量为93kb，带有
多 种 抗 药 性 基 因 。 对 氯 霉 素 （ Cam ） 、 链 霉 素 （Str）、四环素（Tet）、磺胺（Sul）和金属汞 （Mer）具有抗性。
RTF
IS10 tet r IS10
R100.1结构示意图
IS1b mer r
r-det Tn21
所以微生物作为遗传学研究的材料具有广泛的优越性。
第一节 遗传变异的物质基础
遗传的染色体学说认为基因在染色体上，染色 体的主要成分是DNA和组蛋白。 大量间接和直接的事实说明，遗传物质是DNA （ 有 时 是 RNA ） ， 遗 传 信 息 就 编 码 在 DNA 分 子的核苷酸序列中。
一、三个经典实验
5 典型质粒简解
F质粒
转移功能区

微生物的遗传变异和育种 PPT课件

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著名的肺炎球菌实验
结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种 特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺 炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。 这种生物分子或遗传物质是什么呢？
纽约洛克非勒研究所
Avery
从加热杀死的 S 型肺炎球菌将蛋白质、核酸、 多糖、脂类分离出来，分别加入到无害的 R 型 肺炎球菌中， 结果发现，惟独只有核酸可以使无害的 R 型肺 炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。 1944年 结论：DNA是生命的遗传物质
3、植物病毒的拆分和重建试验
烟 草 花 叶 病 毒 感 染 试 验
二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式
（一）、七个水平
（1）细胞水平
（2）细胞核水平
（3）染色体水平
（4）核酸水平
（5）基因水平 （6）密码子水平 （7）核苷酸水平
（二）、原核生物的质粒
1. 定义和特点： 定义：游离并独立存在于染色体以外的能进行自主复制的细胞质 遗传因子，通常以小型共价闭合环状的超螺旋双链DNA分 子，即cccDNA 存在于各种微生物细胞中。 大小：1～1000kb 构型：超螺旋、线状、环状 特点：（1）质粒携带某些核基因组中所缺少的对宿主生存不必需基因，
其中研究较多的细菌质粒有：F质粒决定大肠杆菌的致 育性；抗性因子决定细菌的耐药性；Col质粒决定产生 大肠杆菌素。
第一节 微生物遗传变异的物质基础 第六章微生物的遗传变异和育种 二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式 2、原核生物的质粒
（2）质粒的种类
①F质粒（接合质粒、F因子、致育因子或性因子） 大小：仅100kb，为cccDNA。 功能：决定细菌的性别和转移能力。 F质粒在大肠杆菌的有性接合作用中起主要作用。

第八章微生物的遗传变异与育种ppt课件

第八章微生物的遗传变异与育种ppt课件

（8） 易于形成营养缺陷型；
（9） 各种微生物一般都有相应的病毒；
（10） 存在多种处于进化过程中的原始有性 其它许多主要的生物学基本理 论问题中最热衷的研究对象。
❖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，而且为育种工作提供了丰富的理 论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、 从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。
（movable gene）。
转座因子
定义：可在DNA链上改变自身位置的一段DNA序列。
原核生物中的转座子类型 转座的遗传效应
插入（IS）序列
转座子(Tn)
特殊病毒（Mu噬 菌体）
插入序列（IS，insertion sequence)
分子量最小（仅0.7~1.4kb），只有引起转座的转座酶基 因而不含其它基因，具有反向末端重复序列。已在染色体、 F因子等质粒上发现IS序列。E . coli的F因子和核染色体组 上有一些相同的IS，通过这些同源序列间的重组，就可使 F因子插入到E . coli的核染色体组上，形成Hfr菌株。因IS 在染色体组上插入的位置和方向的不同，其引起的突变效 应也不同。IS被切离时引起的突变可以回复，如果因切离 部位有误而带走IS以外的一部分DNA序列，就会在插入部 位造成缺失，从而发生新的突变。
第八章 微生物的遗传变异与育种
➢ 第一节 遗传变异的物质基础 ➢ 第二节 微生物的基因组结构 ➢ 第三节 质粒和转座因子 ➢ 第四节 基因突变及修复 ➢ 第五节 基因重组 ➢ 第六节 微生物育种 ➢ 第七节 菌种的衰退、复壮与保藏
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
❖ 遗传：亲代将自身一整套遗传因子传递给下一代的行为和 功能，
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❖将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就 能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分 离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下， 也能感染烟草并使其患典型症状，而且 在病斑中还能分离出正常病毒粒子。
❖ 选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别 拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分 别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：
活R菌
❖①加S菌DNA ❖②加S菌DNA及DNA酶以
外的酶 ❖③加S菌的DNA和DNA酶 ❖④加S菌的RNA ❖⑤加S菌的蛋白质 ❖⑥加S菌的荚膜多糖
长出S菌 只有R菌
只有S型细菌的DNA才能将S. Pneumoniae的R型转 化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说 明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子。
1928年，Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验
对小鼠注射活R菌或死S菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活S菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 ———小鼠死亡
抽取心血分离活的S菌
（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
遗传与变异的概念
❖ 遗传型（genotype）：一个生物体所含有的基 因的总和。
❖ 表型（phenotype）：一个生物体所具有的一切 外表特征和内在特性的总和。
❖ 饰变（modification）：指生物体由于非遗传因 素引起的表型改变，变化发生在转录、转译水 平，特点是几乎整个群体中的每一个个体都发 生同样的变化，性状变化的幅度小，不遗传， 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。
❖ 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，而且为育 种工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作 从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定 向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。
第一节
微生物遗传变异的 物质基础
第一节 遗传变异的物质基础
❖ 种质连续理论：1883~1889年间Weissmann提出。认为遗传
（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。
1 9 4 4 年 O.T.Avery、C.M.MacLeod 和 M。McCarty 从 热死S型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子 的各种成分，在离体条件下进行了转化试验：
微生物的遗传变异与育种
第九章
微生物的遗传变异 与育种
本章的学习目的与要求
掌握微生物基因突变、遗传育种的方法、基 因重组、菌种衰退、复壮和菌种保藏的方法；
熟悉基因工程的基本操作步骤及未来的前景； 了 解 证 明 DNA(RNA) 是 遗 传 物 质 的 三 个 经 典
实验。
本章的内容
第一节 遗传变异的物质基础 第二节 微生物的基因突变 第三节 微生物的基因重组 第四节 微生物与基因工程 第五节 微生物的菌种选育 第六节 微生物菌种的保藏与复壮
微生物是遗传学研究中的明星：
微生物细胞结构简单,营养体一般为单 倍体，方便建立纯系。
很多常见微生物都易于人工培养,快速、 大量生长繁殖。
对环境因素的作用敏感,易于获得各类 突变株，操作性强。
研究微生物遗传学的意义
❖ 微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生 物学基本理论问题中最热衷的研究对象。
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，
二、朊病毒的发现与思考(参见 P191 和 P195) 亚病毒的一种:具有传染性的蛋白质致 病因子,迄今为止尚为发现该蛋白内含 有核酸。
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 ❖ 遗传：亲代将自身一整套遗传因子传递给下一
代的行为和功能。
❖“种瓜得瓜，种豆得豆”
❖ 变异：生物体的遗传物质结构和数量的改变， 在群体中以极低的几率（10-5~10-6）出现，性状 变化幅度大；新性状稳定、可遗传。
❖“一母生九子，九子各不同”
（二）噬菌体感染实验
A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中 （2）含35S-蛋白质的一组：放射性15%在上清液中 所以，进入细胞的是噬菌体的核酸而不是蛋白质。
（三）植物病毒的重建实验
❖为了证明核酸是遗传物质，H. FraenkelConrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒 （TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。
（1）RNA（TMV） 蛋白质（HRV） （2）RNA（HRV） 蛋白质（TMV）
❖ 用两种杂合病毒感染寄主：
（1）表现TMV的典型症状病分离到正常TMV粒子 （2）表现HRV的典型症状病分离到正常HRV粒子。
❖ 上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基 础也是核酸。
二、朊病毒的发现与思考
朊病毒含有微量的核酸，仍未发现？ 朊病毒仅由蛋白质构成 朊病毒的遗传物质为蛋白质？
起活性成分是蛋白质。
❖ DNA是遗传变异的物质基础的证明：1944年以后，利
用微生物为实验对象进行的三个著名实验（肺炎球菌的转 化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验）
第一节 遗传变异的物质基础
三个经典实验 遗传物质在细胞内的存在部位和方式 朊病毒的发现与思考
一、三个经典实验
❖ （一）经典转化实验（transformation）：F.Griffith， ❖研究对象：有致病性，菌落表面光滑，有荚膜 ❖ R型菌株：无致病性，菌落表面粗糙，无荚膜