微生物遺傳變異與菌種保藏增加內(nèi)容ppt課件

1、第八章第八章 微生物遺傳變異微生物遺傳變異與菌種保藏與菌種保藏(添加內(nèi)容添加內(nèi)容)本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)根底遺傳的物質(zhì)根底第二節(jié)第二節(jié) 基因突變及修復(fù)基因突變及修復(fù)第三節(jié)第三節(jié) 基因重組基因重組第四節(jié)第四節(jié) 微生物誘變育種微生物誘變育種第四節(jié)第四節(jié) 菌種的衰退、復(fù)壯及保菌種的衰退、復(fù)壯及保藏藏 第一節(jié)第一節(jié) 基因突變與誘變育種基因突變與誘變育種一、基因突變一、基因突變二、突變與育種二、突變與育種三、營養(yǎng)缺陷型的挑選三、營養(yǎng)缺陷型的挑選一一 基因突變基因突變一突變類型一突變類型二突變的特點二突變的特點三基因突變自發(fā)性及不對應(yīng)性證明三基因突變自發(fā)性及不對應(yīng)性證明 四基因突變的

2、機制四基因突變的機制 五五DNADNA的損傷及修復(fù)的損傷及修復(fù) 一突變類型一突變類型細胞形狀 1、形狀突變型 菌落形狀 營養(yǎng)缺陷型 2、生化突變型 抗性突變型 抗原性突變包括細胞內(nèi)部、外表成分的改動 3 3、致死性突變型、致死性突變型 合成關(guān)鍵性酶的基因發(fā)生了突變，那么表合成關(guān)鍵性酶的基因發(fā)生了突變，那么表現(xiàn)出致死突變現(xiàn)出致死突變 條件致死突變型條件致死突變型 如突變?yōu)闇囟让舾行屯蛔內(nèi)缤蛔優(yōu)闇囟让舾行屯蛔?737死，死， 25 25活活 4 4、其它突變型、其它突變型 毒力突變、糖發(fā)酵突變、產(chǎn)量、產(chǎn)品突變等。毒力突變、糖發(fā)酵突變、產(chǎn)量、產(chǎn)品突變等。二二 突變的特點突變的特點1 1 非對應(yīng)性：環(huán)

3、境與變異無對應(yīng)性。非對應(yīng)性：環(huán)境與變異無對應(yīng)性。 2 2 自發(fā)性：非人為的誘變要素下發(fā)生。自發(fā)性：非人為的誘變要素下發(fā)生。3 3 規(guī)律性：某一特定性的突變率具規(guī)律性。規(guī)律性：某一特定性的突變率具規(guī)律性。4 4 獨立性：一個基因的突變對其它基因突變無影響。獨立性：一個基因的突變對其它基因突變無影響。5 5 稀有性：生物自發(fā)突變率為稀有性：生物自發(fā)突變率為10-610-610-1210-12。 6 6 誘變性：誘變劑可提高突變率誘變性：誘變劑可提高突變率10105X10105X。 7 7 穩(wěn)定性：突變性狀穩(wěn)定、可遺傳。穩(wěn)定性：突變性狀穩(wěn)定、可遺傳。 8 8 可逆性：有回復(fù)突變?？赡嫘裕河谢貜?fù)突變。

4、三基因突變自發(fā)性及不對應(yīng)性的證明三基因突變自發(fā)性及不對應(yīng)性的證明 自學(xué)自學(xué)自發(fā)突變：沒有人工誘變要素的參與，自發(fā)突變：沒有人工誘變要素的參與，生物體自然突變。生物體自然突變。 1 1、彷徨實驗：、彷徨實驗： 2 2、涂布實驗：、涂布實驗： 3 3、平板影印、平板影印(Replica plating)(Replica plating)培育實驗：培育實驗：彷徨實驗彷徨實驗1 1抗性細胞的出現(xiàn)，是在接觸噬菌體之前抗性細胞的出現(xiàn)，是在接觸噬菌體之前 2 2噴上噬菌體，僅起淘汰野生型和鑒別抗噴上噬菌體，僅起淘汰野生型和鑒別抗性株作用；性株作用； 3 3于甲方高度彷徨，闡明突變是隨機的。于甲方高度彷徨，闡

5、明突變是隨機的。平板影印培育實驗平板影印培育實驗涂布敏感菌涂布敏感菌5104個個共共12個平板個平板5104個菌落個菌落5000個細菌個細菌/菌落菌落噴入噴入T1保溫保溫重新涂布后重新涂布后 噴入噴入T1保溫保溫6個平板共個平板共353個菌落個菌落 6個平板共個平板共28個菌落個菌落1 1突變與噬菌體無關(guān)；突變與噬菌體無關(guān)； 2 2涂布使抗性菌株均勻分布；涂布使抗性菌株均勻分布；3 3抗性突變可在任何時間發(fā)生，與噬菌抗性突變可在任何時間發(fā)生，與噬菌體存在無關(guān)。體存在無關(guān)。 以上實驗用統(tǒng)計學(xué)原理間接證明。以上實驗用統(tǒng)計學(xué)原理間接證明。影印培育影印培育無藥無藥培育基培育基含藥含藥培育基培育基影印培

6、育實驗影印培育實驗 原始敏原始敏感菌種感菌種1 1實驗闡明：從未接觸實驗闡明：從未接觸 str str 的菌株可發(fā)生抗的菌株可發(fā)生抗性突變，分別可得到純的性突變，分別可得到純的 str str 菌株。菌株。2 2由此闡明：突變是自發(fā)的與環(huán)境不對應(yīng)的。由此闡明：突變是自發(fā)的與環(huán)境不對應(yīng)的。四基因突變的機制自學(xué)四基因突變的機制自學(xué)1 DNA1 DNA的復(fù)制核苷酸對摻入錯誤的復(fù)制核苷酸對摻入錯誤微生物本身產(chǎn)生誘變物質(zhì)微生物本身產(chǎn)生誘變物質(zhì) 咖啡堿、硫氫化合物、重氮絲氨酸等咖啡堿、硫氫化合物、重氮絲氨酸等環(huán)境對微生物的誘變作用環(huán)境對微生物的誘變作用 輻射、加熱等輻射、加熱等五五 DNA損傷及修復(fù)自學(xué)損

7、傷及修復(fù)自學(xué)1 1 光復(fù)活作用光復(fù)活作用2 2 切除修復(fù)切除修復(fù)3 3 重組修復(fù)重組修復(fù)4 SOS4 SOS修復(fù)修復(fù)二二 突變與育種突變與育種一自發(fā)突變與消費育種一自發(fā)突變與消費育種二誘變育種二誘變育種 一自發(fā)突變與消費育種一自發(fā)突變與消費育種1.1.消費選育：群體培育中個別的變異個體表現(xiàn)消費選育：群體培育中個別的變異個體表現(xiàn)出生長優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)突變種后，隨出生長優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)突變種后，隨時分別、純化。時分別、純化。 2.2.定向培育：用特定的環(huán)境長期處置某一微生定向培育：用特定的環(huán)境長期處置某一微生物群體物群體, ,同時不斷對其移種、傳代，同時不斷對其移種、傳代，以到達積累和選擇適宜的自發(fā)突變以到達

8、積累和選擇適宜的自發(fā)突變 體的一種育種方法。體的一種育種方法。 1 1自發(fā)突變自發(fā)突變(spontaneous)(spontaneous)： 在非人為的情況下由于遺傳物質(zhì)的微小變化在非人為的情況下由于遺傳物質(zhì)的微小變化引起的性狀變異。引起的性狀變異。2 2緣由能夠是：緣由能夠是： 1 1環(huán)境要素；環(huán)境要素； 2 2本身有毒產(chǎn)物的積累；本身有毒產(chǎn)物的積累； 3 3互變異構(gòu)效應(yīng)；互變異構(gòu)效應(yīng)；3 3、自發(fā)突變的機制、自發(fā)突變的機制二二 誘變育種誘變育種1、概念2、誘變劑3. 誘變程序4、誘變的主要環(huán)節(jié)1 1、概念、概念 誘變育種是用物理或化學(xué)的誘變誘變育種是用物理或化學(xué)的誘變劑使誘變對象內(nèi)的遺傳物

9、質(zhì)劑使誘變對象內(nèi)的遺傳物質(zhì)DNADNA的分子構(gòu)造發(fā)生改動，引起性狀變異的分子構(gòu)造發(fā)生改動，引起性狀變異并經(jīng)過挑選獲得符合要求的變異菌株并經(jīng)過挑選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方法。的一種育種方法。1 1 概念：凡能提高基因突變頻率的理化要素。概念：凡能提高基因突變頻率的理化要素。 2 2 種類：種類： 1 1物理因子物理因子phisical agents) phisical agents) 物理誘變劑：物理誘變劑：U.VU.V、快中子、超聲波等。、快中子、超聲波等。 2 2化學(xué)因子化學(xué)因子(chemical agents) (chemical agents) 3 3轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子(transp

10、osable elements) (transposable elements) 2 2、誘變劑、誘變劑 烷化劑 (alkylating agents)： 如：氮芥、硫酸二乙酯、亞硝基胍、 NTG等 機制：將烷烴加在含氮堿基上，改動氫鍵性質(zhì)。 化學(xué)誘變劑：化學(xué)誘變劑：堿基類似物 (base analogs)： 如：疊氮胸腺嘧啶AIT等； 機制：在DNA復(fù)制時將堿基類似物插入DNA中，而堿基 類似物沒有正常堿基的氫鍵性質(zhì)，在DNA復(fù)制時 出現(xiàn)突變體。插入劑 (intercalating agents): 如：溴化乙啶等一些三環(huán)分子。 機制：與DNA中的一對堿基有大致一樣的位點，這些分子不改動堿基

11、的氫鍵性質(zhì)，而插入在雙螺旋中，加寬間距，引起堿基添加。t 3. 3. 誘變程序：誘變程序： 原始菌種 原菌種特性鑒定 純化 斜面/肉湯 培育單孢子/單細胞懸液 誘變劑處置 計算存活率 平板分別 察看形狀變異，挑單菌落 移至斜面 初篩 復(fù)篩 小試 良種保藏 中試4 4 誘變的主要環(huán)節(jié)誘變的主要環(huán)節(jié)1誘變劑的選擇誘變劑的選擇2出發(fā)菌株的選擇出發(fā)菌株的選擇3單孢子或單細胞懸液的制備單孢子或單細胞懸液的制備4設(shè)計和采用效率高的挑選方案和方法設(shè)計和采用效率高的挑選方案和方法 1 1誘變劑的選擇：誘變劑的選擇： 1 1了解誘變劑的性質(zhì)、作用機理和運用方了解誘變劑的性質(zhì)、作用機理和運用方法。法。 2 2處置

12、方式處置方式 A A、單一因子處置：先后運用、單一因子處置：先后運用 B B、復(fù)合因子處置：兩種以上要素同時運、復(fù)合因子處置：兩種以上要素同時運用單一用單一 因子反復(fù)運用。因子反復(fù)運用。 3 3處置劑量：測致死率。處置劑量：測致死率。 方法：平板菌落計數(shù)法、方法：平板菌落計數(shù)法、 紙片法紙片法 普通殺菌率為普通殺菌率為70%70%左右。左右。 2 2出發(fā)菌株：出發(fā)菌株： 育種的原始菌種應(yīng)具備：育種的原始菌種應(yīng)具備： 1 1對誘變劑的敏感性高；對誘變劑的敏感性高； 2 2消費中選育過的自發(fā)變異菌株；消費中選育過的自發(fā)變異菌株； 3 3本身具有一些有利性狀；本身具有一些有利性狀； 4 4對代謝產(chǎn)物

13、有一定積累；對代謝產(chǎn)物有一定積累； 5 5曾經(jīng)發(fā)生過某些變異。曾經(jīng)發(fā)生過某些變異。3 3單孢子或單細胞懸液的制備單孢子或單細胞懸液的制備 1 1必要性：單細胞可均勻地接觸誘變劑，防止必要性：單細胞可均勻地接觸誘變劑，防止出現(xiàn)不純的菌落出現(xiàn)不純的菌落菌種退化。菌種退化。 2 2制備：制備： 物理誘變劑物理誘變劑生理鹽水生理鹽水0.85%NaCl) 0.85%NaCl) 化學(xué)誘變劑化學(xué)誘變劑緩沖液。緩沖液。 3 3方法：方法： 三角瓶內(nèi)加三角瓶內(nèi)加0.5cm0.5cm玻璃珠打散玻璃珠打散10-10-15min; 15min; 加加.3%.3%吐溫吐溫8080外表活性外表活性劑，用無菌脫脂棉過濾。劑

14、，用無菌脫脂棉過濾。 4 4濃度：濃度： 細菌、放線菌細菌、放線菌 108 108個個/ml /ml 霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌 106 106個個/ml /ml 4 4設(shè)計和采用效率高的挑選方案和方法設(shè)計和采用效率高的挑選方案和方法 1 1初篩：平板上做定性、半定量的測定，察看初篩：平板上做定性、半定量的測定，察看突變株的生理效應(yīng)范圍。突變株的生理效應(yīng)范圍。 方法方法 梯度平板法抗性菌株梯度平板法抗性菌株 紙片法抗性菌株紙片法抗性菌株 透明圈法淀粉酶產(chǎn)生菌株等透明圈法淀粉酶產(chǎn)生菌株等 變色圈法氨基酸消費菌株變色圈法氨基酸消費菌株 2 2復(fù)篩：見復(fù)篩：見P250P250 較準確的生物化學(xué)分析方法

15、較準確的生物化學(xué)分析方法做搖瓶測定做搖瓶測定 三、營養(yǎng)缺陷型的挑選三、營養(yǎng)缺陷型的挑選一概念一概念二挑選方法二挑選方法 一概念一概念1. 1. 三種遺傳型個體三種遺傳型個體2 2、挑選用的培育基、挑選用的培育基1. 1. 三種遺傳型個體三種遺傳型個體1 1營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型auxotrophauxotroph： 經(jīng)誘變產(chǎn)生的一些合成才干出現(xiàn)缺陷，而必需在培經(jīng)誘變產(chǎn)生的一些合成才干出現(xiàn)缺陷，而必需在培育基內(nèi)參與相應(yīng)有機營養(yǎng)才干正常生長的變異菌株。育基內(nèi)參與相應(yīng)有機營養(yǎng)才干正常生長的變異菌株。 如：如：lys - ; bio - ;lys - ; bio - ;2 2野生型野生型(wild ty

16、pe)(wild type)： 自然界分別到的任何微生物，在其發(fā)生營養(yǎng)缺陷突自然界分別到的任何微生物，在其發(fā)生營養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株，為該微生物的野生型。變前的原始菌株，為該微生物的野生型。如：如：lys+;bio+; lys+;bio+; 3 3原養(yǎng)型原養(yǎng)型 (prototroph) (prototroph) ： 指指auxoauxo突變菌株回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，與野生突變菌株回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，與野生型的表型一樣。型的表型一樣。 2 2、挑選用的培育基、挑選用的培育基1 1根本培育基根本培育基minimal medium,MMminimal medium,MM-： 滿足野生

17、型菌株營養(yǎng)要求最低成分的組合。滿足野生型菌株營養(yǎng)要求最低成分的組合。 2 2完全培育基完全培育基complete medium,CMcomplete medium,CM+： 滿足一切滿足一切auxoauxo生長的天然或半組合培育基。生長的天然或半組合培育基。3 3補充培育基補充培育基supplemented medium,SMsupplemented medium,SM x x：在在MMMM中有針對性地參與一或幾種營養(yǎng)成分中有針對性地參與一或幾種營養(yǎng)成分以滿足相應(yīng)以滿足相應(yīng) auxo auxo生長的組合培育基。生長的組合培育基。二挑選方法二挑選方法1 1、誘變處置、誘變處置2 2、 auxo

18、auxo的濃縮的濃縮3 3、auxoauxo的檢出的檢出4 4、auxoauxo的鑒定的鑒定5 5、auxoauxo的運用的運用 1. 誘變處置同前)auxoauxo的挑選程序：的挑選程序： 細菌培育細菌培育 離心洗滌離心洗滌 誘變處置誘變處置 CM CM后培育后培育 洗滌洗滌 MM MM加加PN PN 涂布于涂布于CMCM平板平板 影印培育影印培育 挑取挑取 鑒定鑒定 菌種保管。菌種保管。2. auxo2. auxo的濃縮：的濃縮：1 1抗生素法：抗生素法： 1 1原理：青霉素、制霉菌素等抗生素作用于生長著的原理：青霉素、制霉菌素等抗生素作用于生長著的微生物細胞，對休止態(tài)細胞無作用。微生物細

19、胞，對休止態(tài)細胞無作用。 2 2方法：菌培育在含抗生素的方法：菌培育在含抗生素的MMMM基中?；?。2 2菌絲過濾法：菌絲過濾法： 1 1適用于絲狀放線菌、霉菌適用于絲狀放線菌、霉菌 2 2原理：根本培育基上只需發(fā)育成菌絲；原理：根本培育基上只需發(fā)育成菌絲；auxoauxo孢子可孢子可經(jīng)過濾膜，野生型菌絲不能經(jīng)過。經(jīng)過濾膜，野生型菌絲不能經(jīng)過。3 3差別殺菌法：根本培育基上只需野生型生長，加熱殺差別殺菌法：根本培育基上只需野生型生長，加熱殺死野生型營養(yǎng)體，保管死野生型營養(yǎng)體，保管auxoauxo芽孢。細菌芽孢。細菌80 80 酵母酵母60 60 適用于產(chǎn)芽孢、孢子菌。適用于產(chǎn)芽孢、孢子菌。3.

20、 auxo3. auxo的檢出的檢出1 1逐個檢出法逐個檢出法2 2影印平板培育法影印平板培育法3 3限量補充法限量補充法 在在mmmm中加中加0.01%0.01%蛋白胨，蛋白胨，auxoauxo菌落小，野生型大菌落小，野生型大4 4夾層培育法夾層培育法4. auxo4. auxo的鑒定的鑒定1 1生長譜法生長譜法 1 1方法簡便；方法簡便； 2 2回變和污染不影響結(jié)果回變和污染不影響結(jié)果 3 3測定物質(zhì)可為粉末或紙片測定物質(zhì)可為粉末或紙片2 2混合氨基酸混合氨基酸VitVit法法混合氨基酸法步驟：混合氨基酸法步驟： 1 1將多種營養(yǎng)因子編組，如：將多種營養(yǎng)因子編組，如： 2 2將組合液的紙片

21、放在涂菌的根本培育基上培育將組合液的紙片放在涂菌的根本培育基上培育 3 3結(jié)果分析結(jié)果分析4 4營養(yǎng)因子分組編排時留意：營養(yǎng)因子分組編排時留意： A A、每組內(nèi)無反復(fù)的營養(yǎng)因子、每組內(nèi)無反復(fù)的營養(yǎng)因子 B B、每組中應(yīng)包含只出現(xiàn)一次的因子、每組中應(yīng)包含只出現(xiàn)一次的因子 C C、每組中其他因子應(yīng)分別出現(xiàn)二次、每組中其他因子應(yīng)分別出現(xiàn)二次一組：一組：1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 二組：二組：2 6 7 8 9 2 6 7 8 9 三組：三組：3 7 10 11 12 3 7 10 11 12 四組：四組：4 8 11 13 14 4 8 11 13 14 五組：五組：5 9 12 14

22、155 9 12 14 155. auxo 5. auxo 的運用的運用1 1作為標(biāo)志菌株：作為標(biāo)志菌株： 進展基因工程、誘變育種、代謝過程的進展基因工程、誘變育種、代謝過程的研討中的親本標(biāo)志；研討中的親本標(biāo)志；2 2作為消費菌種：作為消費菌種：aaaa、核苷酸等消費菌種；、核苷酸等消費菌種；3 3作為作為aaaa、維生素、堿基的測定菌株。、維生素、堿基的測定菌株。第二節(jié)第二節(jié) 基因重組基因重組一、原核生物的基因重組一、原核生物的基因重組 二、真核生物的基因重組二、真核生物的基因重組基因重組基因重組把兩個不同性狀個體內(nèi)的遺傳基因把兩個不同性狀個體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一同，經(jīng)遺傳物質(zhì)重新組合轉(zhuǎn)移到

23、一同，經(jīng)遺傳物質(zhì)重新組合后，構(gòu)成新遺傳型個體的方式。后，構(gòu)成新遺傳型個體的方式。 基因重組基因重組分子程度的分子程度的雜交雜交 普通雜交普通雜交細胞程度細胞程度如：如： 甲甲 乙乙生長快、產(chǎn)量低生長快、產(chǎn)量低 生長慢、產(chǎn)量高生長慢、產(chǎn)量高 基因重組基因重組 生長快、產(chǎn)量高生長快、產(chǎn)量高一、原核生物的基因重組一、原核生物的基因重組一轉(zhuǎn)化一轉(zhuǎn)化transformation)transformation)二轉(zhuǎn)導(dǎo)二轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction) (transduction) 三接合三接合(conjugation)(conjugation)四原生質(zhì)體交融四原生質(zhì)體交融protoplast fusionprotoplast fusion一轉(zhuǎn)化一轉(zhuǎn)化transformation)transformation)概念概念 受體細胞受體細胞(receptor)(receptor)直接吸收了來自供直接吸收了來自供體細胞體細胞(donor)(donor)的的DNADNA片斷，并把它整合到本片斷，并把它整合到本人的基因組中，細胞部分遺傳性狀發(fā)生變化人的基因組中，細胞部分遺傳性狀發(fā)生變化的景象叫轉(zhuǎn)化。的景象叫轉(zhuǎn)化。 1. 1. 感受態(tài)感受態(tài)2. 2. 感受態(tài)因子感受態(tài)因子3. 3. 轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子4. 4. 轉(zhuǎn)化的檢出轉(zhuǎn)化的檢出 1 1感受態(tài)：受體細胞最易接受外源感受