第七章微生物的遺傳變異和育種

1、第七章第七章 微生物的遺傳微生物的遺傳 變異與育種變異與育種微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：1. 物種和代謝類型多樣性（物種和代謝類型多樣性（600萬(wàn)種以上）萬(wàn)種以上）2. 微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營(yíng)養(yǎng)體一般為單倍體，微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營(yíng)養(yǎng)體一般為單倍體， 方便建立純系。方便建立純系。3.易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長(zhǎng)繁殖。易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長(zhǎng)繁殖。 4.對(duì)環(huán)境因素敏感，易于獲得各類突變株，操作性強(qiáng)。對(duì)環(huán)境因素敏感，易于獲得各類突變株，操作性強(qiáng)。模式生物模式生物遺傳（遺傳（inheritance）和變異（）和變異（variation）是生命）是生命的最本質(zhì)特性之一的

2、最本質(zhì)特性之一遺傳與變異的概念遺傳與變異的概念遺傳和變異是生物體的最本質(zhì)的屬性之一。遺傳和變異是生物體的最本質(zhì)的屬性之一。遺傳遺傳(heredity)：親代生物的性狀在子代得到表現(xiàn)；親代生物親代生物的性狀在子代得到表現(xiàn)；親代生物傳遞給子代一套實(shí)現(xiàn)與其相同形狀的遺傳信息。特點(diǎn)：傳遞給子代一套實(shí)現(xiàn)與其相同形狀的遺傳信息。特點(diǎn)：具穩(wěn)定性。具穩(wěn)定性。遺傳型（遺傳型（genotype）：）：又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有 的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。 是一種內(nèi)在可能性或潛力。是一種內(nèi)在可能性或潛力。 遺傳型遺傳型 +

3、環(huán)境條件環(huán)境條件 表型表型表型（表型（phenotype）：）：指某一生物體所具有的一切外表特征和指某一生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和，是其遺傳型在合適環(huán)境條件下通過(guò)代內(nèi)在特性的總和，是其遺傳型在合適環(huán)境條件下通過(guò)代謝和發(fā)育而得到的具體體現(xiàn)。謝和發(fā)育而得到的具體體現(xiàn)。 是一種是一種現(xiàn)實(shí)存在，現(xiàn)實(shí)存在，是具一定遺傳型的生物在一定是具一定遺傳型的生物在一定條件下所表現(xiàn)出的具體性狀。條件下所表現(xiàn)出的具體性狀。代謝代謝發(fā)育發(fā)育變異變異(variation):(variation):生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，亦即遺傳型的改

4、變。引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，亦即遺傳型的改變。變異的特點(diǎn)：變異的特點(diǎn)：a.a.在群體中以極低的幾率出現(xiàn)，（一般為在群體中以極低的幾率出現(xiàn)，（一般為1010-6-61010-10-10）；）；b.b.性狀變化的幅度大；性狀變化的幅度大； c. c. 變化后形成變化后形成的新性狀是穩(wěn)定的，可遺傳的。的新性狀是穩(wěn)定的，可遺傳的。飾變（飾變（modificationmodification）：）：一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化。而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化。特點(diǎn)是：特點(diǎn)是：a.a.幾乎整個(gè)群體中的每一個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的幾乎整個(gè)群

5、體中的每一個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的變化；變化；b.b.性狀變化的幅度小；性狀變化的幅度??；c.c.因遺傳物質(zhì)不變，故飾因遺傳物質(zhì)不變，故飾變是不遺傳的。變是不遺傳的。引起飾變的因素消失后，表型即可恢復(fù)。引起飾變的因素消失后，表型即可恢復(fù)。例如：粘質(zhì)沙雷氏菌：例如：粘質(zhì)沙雷氏菌：在在25下培養(yǎng)，產(chǎn)生深紅色的靈下培養(yǎng)，產(chǎn)生深紅色的靈桿菌素；在桿菌素；在37下培養(yǎng)，不產(chǎn)生色素；如果重新將溫度下培養(yǎng)，不產(chǎn)生色素；如果重新將溫度降到降到25，又恢復(fù)產(chǎn)色素的能力。，又恢復(fù)產(chǎn)色素的能力。遺傳與變異的概念遺傳與變異的概念第一節(jié)第一節(jié) 遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)：18831889年間德國(guó)年間德國(guó)Weisma

6、nn提出。認(rèn)為遺提出。認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的化合物。傳物質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的化合物。：1933年摩爾根（年摩爾根（Thomas Hunt Morgan）發(fā)現(xiàn)了）發(fā)現(xiàn)了染色體，并證明基因在染色體上呈直線排列，提出了基因染色體，并證明基因在染色體上呈直線排列，提出了基因?qū)W說(shuō)，使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的范圍縮小到染色體上。學(xué)說(shuō)，使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的范圍縮小到染色體上。 但染色體是由核酸和蛋白質(zhì)兩種長(zhǎng)鏈高分子組成。但染色體是由核酸和蛋白質(zhì)兩種長(zhǎng)鏈高分子組成。20多種多種氨基酸經(jīng)過(guò)不同排列組合，可以演變出的蛋白質(zhì)數(shù)目幾乎氨基酸經(jīng)過(guò)不同排列組合，可以演變出的蛋白質(zhì)數(shù)目幾乎可以達(dá)到一個(gè)天文數(shù)字，而

7、核酸的組成卻簡(jiǎn)單得多，一般可以達(dá)到一個(gè)天文數(shù)字，而核酸的組成卻簡(jiǎn)單得多，一般僅由僅由4種不同的核苷酸組成，它們通過(guò)排列核組合只能產(chǎn)生種不同的核苷酸組成，它們通過(guò)排列核組合只能產(chǎn)生較少種類的核酸，因此當(dāng)時(shí)認(rèn)為決定生物遺傳型的染色體較少種類的核酸，因此當(dāng)時(shí)認(rèn)為決定生物遺傳型的染色體和基因，起活性成分是蛋白質(zhì)。和基因，起活性成分是蛋白質(zhì)。：1944年以后，先后有利年以后，先后有利用微生物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行的三個(gè)著名實(shí)驗(yàn)的論證（肺炎鏈用微生物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行的三個(gè)著名實(shí)驗(yàn)的論證（肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、噬菌體感染試驗(yàn)、病毒的拆開(kāi)與重建試球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、噬菌體感染試驗(yàn)、病毒的拆開(kāi)與重建試驗(yàn)），才使人們普遍接受核

8、酸才是真正的遺傳物質(zhì)。驗(yàn)），才使人們普遍接受核酸才是真正的遺傳物質(zhì)。一、證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)一、證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)F.Griffith， 研究對(duì)象：研究對(duì)象：Streptococcus pneumoniae（肺炎鏈球菌）（肺炎鏈球菌）S型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性;R型菌株：無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病性型菌株：無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病性（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）1928年，年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)小鼠注射

9、活對(duì)小鼠注射活R菌或死菌或死S菌菌 小鼠存活小鼠存活對(duì)小鼠注射活對(duì)小鼠注射活S菌菌小鼠死亡小鼠死亡對(duì)小鼠注射活對(duì)小鼠注射活R菌和熱死菌和熱死S菌菌 小鼠死亡小鼠死亡 抽取心血分離抽取心血分離 活的活的S菌菌加熱殺死的加熱殺死的S型細(xì)菌里可能存在一種具有遺傳轉(zhuǎn)化能力的物質(zhì)，它能通過(guò)型細(xì)菌里可能存在一種具有遺傳轉(zhuǎn)化能力的物質(zhì)，它能通過(guò)某種方式進(jìn)入某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞，使其獲得型細(xì)胞，使其獲得S型的遺傳特性型的遺傳特性（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（3）S型菌的無(wú)細(xì)胞抽提液試驗(yàn)型菌的無(wú)細(xì)胞抽提液試驗(yàn)以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：加熱殺死的以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：加熱殺死的S型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可能型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，

10、它能通過(guò)某種方式進(jìn)入存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過(guò)某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞型細(xì)胞并使并使R型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)樾图?xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)镾型細(xì)胞。型細(xì)胞。熱死熱死S菌菌不生長(zhǎng)不生長(zhǎng)活活 R 菌菌長(zhǎng)出長(zhǎng)出R菌菌熱死熱死S菌菌長(zhǎng)出大量長(zhǎng)出大量R菌和菌和10-6SI菌菌活活R菌菌+S菌無(wú)細(xì)胞抽提液菌無(wú)細(xì)胞抽提液長(zhǎng)出大量長(zhǎng)出大量R菌菌和少量和少量S菌菌+活活R菌菌平皿培養(yǎng)平皿培養(yǎng)平皿培養(yǎng)平皿培養(yǎng)平皿培養(yǎng)平皿培養(yǎng) 1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M.McCarty從熱從熱死死S型型S. pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成

11、分，并在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：成分，并在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：只有只有S型細(xì)菌的型細(xì)菌的DNA才能將才能將S. pneumoniae的的R型轉(zhuǎn)化為型轉(zhuǎn)化為S型。且型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說(shuō)明純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說(shuō)明S型菌株轉(zhuǎn)型菌株轉(zhuǎn)移給移給R型菌株的是以型菌株的是以DNA為遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的遺傳信息。為遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的遺傳信息。對(duì)各種生化組分進(jìn)行轉(zhuǎn)化試驗(yàn)對(duì)各種生化組分進(jìn)行轉(zhuǎn)化試驗(yàn)（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn) 為了證明核酸是遺傳物質(zhì)，為了證明核酸是遺傳物質(zhì)，H. Fraenkel-Conrat（1956）用含）用含

12、RNA的煙草花葉病毒的煙草花葉病毒（TMV）進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。）進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。 將將TMV在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能將其蛋白質(zhì)外殼與將其蛋白質(zhì)外殼與RNA核心相分離。核心相分離。 選用選用TMV和霍和霍氏車前花葉病氏車前花葉病毒（毒（HRV），），分別拆分取得分別拆分取得各自的各自的RNA和和蛋白質(zhì)，將兩蛋白質(zhì)，將兩種種RNA分別與分別與對(duì)方的蛋白質(zhì)對(duì)方的蛋白質(zhì)外殼重建形成外殼重建形成兩種雜合病毒：兩種雜合病毒： （1）RNA（TMV）- 蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（HRV） （2）RNA（HRV）- 蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（TMV） 用兩種雜合病

13、毒感染寄主：用兩種雜合病毒感染寄主： （1）表現(xiàn)）表現(xiàn)TMV的典型癥狀病分離到正常的典型癥狀病分離到正常TMV粒子粒子 （2）表現(xiàn)）表現(xiàn)HRV的典型癥狀病分離到正常的典型癥狀病分離到正常HRV粒子。粒子。 上述結(jié)果說(shuō)明，在上述結(jié)果說(shuō)明，在RNA病毒中，遺傳的物病毒中，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)也是核酸質(zhì)基礎(chǔ)也是核酸,只不過(guò)是只不過(guò)是RNA。（一）（一）7個(gè)水平個(gè)水平1、細(xì)胞水平：大部分、細(xì)胞水平：大部分DNA都集中在核區(qū)或細(xì)胞核中，核的數(shù)目因微生物種都集中在核區(qū)或細(xì)胞核中，核的數(shù)目因微生物種類不同而不同。類不同而不同。2、細(xì)胞核水平：真核微生物的、細(xì)胞核水平：真核微生物的DNA與組蛋白在一起形成核染色與組

14、蛋白在一起形成核染色體；原核生物的只有核區(qū)。統(tǒng)稱為核基因組、核染色體組或基因組。體；原核生物的只有核區(qū)。統(tǒng)稱為核基因組、核染色體組或基因組。二、遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式二、遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式3、染色體水平：不同微生物染色體數(shù)目不一樣，多數(shù)微生物是單、染色體水平：不同微生物染色體數(shù)目不一樣，多數(shù)微生物是單倍體，少數(shù)情況下是雙倍體，如合子。倍體，少數(shù)情況下是雙倍體，如合子。4、核酸水平、核酸水平除除病毒病毒的遺傳物質(zhì)有的遺傳物質(zhì)有RNA外，其余生物的遺傳物質(zhì)是外，其余生物的遺傳物質(zhì)是DNA除病毒的遺傳物質(zhì)有單鏈的除病毒的遺傳物質(zhì)有單鏈的RNA或或DNA外，外，其余

15、生物的遺傳物質(zhì)其余生物的遺傳物質(zhì)是雙鏈?zhǔn)请p鏈DNA不同微生物基因組差別極大不同微生物基因組差別極大5、基因水平、基因水平基因是生物體內(nèi)一切具有自主復(fù)制能力的最小基因是生物體內(nèi)一切具有自主復(fù)制能力的最小遺傳功能單位遺傳功能單位，其，其物質(zhì)基礎(chǔ)是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段物質(zhì)基礎(chǔ)是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。6、密碼子水平、密碼子水平遺傳密碼是指遺傳密碼是指DNA鏈上決定各具體氨基酸的特定鏈上決定各具體氨基酸的特定核苷酸排列順序核苷酸排列順序每一密碼子由每一密碼子由3個(gè)核苷酸序列即個(gè)核苷酸序列即1個(gè)三聯(lián)體組成。個(gè)三聯(lián)體組成。7、核苷酸水平、核苷酸水平是一個(gè)最低突

16、變單位。是一個(gè)最低突變單位。絕大多數(shù)生物的絕大多數(shù)生物的DNA由腺苷酸、胸苷酸、鳥(niǎo)苷酸和胞苷酸組成。由腺苷酸、胸苷酸、鳥(niǎo)苷酸和胞苷酸組成。三、原核生物的質(zhì)粒三、原核生物的質(zhì)粒 1.定義：定義： 質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmid）：）：凡游離于原核生物核基因凡游離于原核生物核基因組外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀組外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀的的dsDNA分子，即分子，即cccDNA，就是典型的質(zhì)粒。，就是典型的質(zhì)粒。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀的超螺旋雙鏈通常以共價(jià)閉合環(huán)狀的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈型雙鏈DNA質(zhì)粒和質(zhì)

17、粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒；3.3.質(zhì)粒的質(zhì)粒的性質(zhì)性質(zhì)可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），也可以通過(guò)交換摻入染色體上，以也可以通過(guò)交換摻入染色體上，以附加體（附加體（episomeepisome）的的形式存在；形式存在；附加體附加體(episome)：某些質(zhì)粒具有與核染色體整合、脫離的：某些質(zhì)粒具有與核染色體整合、脫離的功能，這類質(zhì)粒稱附加體。功能，這類質(zhì)粒稱附加體。質(zhì)粒是一種質(zhì)粒是一種復(fù)制子（復(fù)制子（repliconreplicon），），根據(jù)自我復(fù)制能力的不根據(jù)自我復(fù)制能力的不同，可把質(zhì)粒復(fù)制的控制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種。同，

18、可把質(zhì)粒復(fù)制的控制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種。3、質(zhì)粒的類、質(zhì)粒的類型型嚴(yán)緊型質(zhì)粒嚴(yán)緊型質(zhì)粒(stringent plasmid)：與核染色體的同：與核染色體的同步復(fù)制，這類細(xì)胞中僅含步復(fù)制，這類細(xì)胞中僅含12個(gè)質(zhì)粒。個(gè)質(zhì)粒。松弛型質(zhì)粒松弛型質(zhì)粒(relaxed plasmid)：與核染色體的不同：與核染色體的不同步復(fù)制，步復(fù)制，這類細(xì)胞中含這類細(xì)胞中含1015甚至更多個(gè)質(zhì)粒甚至更多個(gè)質(zhì)粒。4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，易分離和操作）體積小，易分離和操作（2）環(huán)狀，穩(wěn)定）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨(dú)立復(fù)制）獨(dú)立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多）拷貝數(shù)多（5）存

19、在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選E. coli的的pBR322質(zhì)粒是一質(zhì)粒是一個(gè)常用的克隆載體個(gè)常用的克隆載體5、質(zhì)粒的分離與檢定、質(zhì)粒的分離與檢定t 提取所有胞內(nèi)提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；后電鏡觀察；t 超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；幾種代表性質(zhì)粒幾種代表性質(zhì)粒1. F質(zhì)粒質(zhì)粒（fertility factor）：）：又稱又稱F因子、致育因子、致育因子或性因子。是因子或性因子。是E.coli等細(xì)菌決定性別并有等細(xì)菌決定性別并有轉(zhuǎn)移能力的質(zhì)粒。存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌轉(zhuǎn)移能力的質(zhì)粒。存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細(xì)菌中。

20、屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細(xì)菌中。攜帶攜帶F質(zhì)粒的菌株稱為質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株（相當(dāng)于雄性），菌株（相當(dāng)于雄性），無(wú)無(wú)F質(zhì)粒的菌株稱為質(zhì)粒的菌株稱為F-菌菌株（相當(dāng)于雌性）。株（相當(dāng)于雌性）。2.R質(zhì)粒（質(zhì)粒（resistence factor）包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡(jiǎn)稱包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡(jiǎn)稱R質(zhì)粒。質(zhì)粒。抗性質(zhì)粒在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。抗性質(zhì)粒在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。R質(zhì)粒質(zhì)?？剐赞D(zhuǎn)移因子（抗性轉(zhuǎn)移因子（RTF）：轉(zhuǎn)移和復(fù)制基因）：轉(zhuǎn)移和復(fù)制基因抗性決定因子：抗性基因抗性決定因子：抗性基因細(xì)細(xì)菌菌素素抗抗生生素素抑抑制制或

21、或殺殺死死近近緣緣，甚甚至至同同種種不不同同株株的的細(xì)細(xì)菌菌較廣的抗菌譜通通過(guò)過(guò)核核糖糖體體直直接接合合成成的的多多肽肽類類物物質(zhì)質(zhì)一般是次級(jí)代謝產(chǎn)物編編碼碼細(xì)細(xì)菌菌素素的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基因因及及相相關(guān)關(guān)的的基基因因一一般般位位于于質(zhì)質(zhì)粒?；蚧蜣D(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子上上一般無(wú)直接的結(jié)構(gòu)基因，相關(guān)酶的基因多在染色體上大腸桿菌（大腸桿菌（E. coli）產(chǎn)生的細(xì)菌素為）產(chǎn)生的細(xì)菌素為colicins（大腸桿菌素），（大腸桿菌素），大腸桿菌大腸桿菌素是由素是由Col質(zhì)粒編碼。質(zhì)粒編碼。3. Col質(zhì)粒（質(zhì)粒（colicinogenic factor）Col質(zhì)粒質(zhì)粒:能編碼大腸菌素基因，大腸菌素是一種細(xì)菌蛋白，只

22、殺死近緣且能編碼大腸菌素基因，大腸菌素是一種細(xì)菌蛋白，只殺死近緣且不含不含Col質(zhì)粒的菌株，而宿主不受其產(chǎn)生的細(xì)菌素影響。質(zhì)粒的菌株，而宿主不受其產(chǎn)生的細(xì)菌素影響。許多細(xì)菌都能產(chǎn)生抑制或殺死其他近緣細(xì)菌或者同種不同菌株的代謝產(chǎn)物，許多細(xì)菌都能產(chǎn)生抑制或殺死其他近緣細(xì)菌或者同種不同菌株的代謝產(chǎn)物，所以稱為所以稱為細(xì)菌素細(xì)菌素。 即誘癌質(zhì)粒。即誘癌質(zhì)粒。 引起雙子葉植物冠癭引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子，其宿瘤的致病因子，其宿主是一種根癌土壤桿主是一種根癌土壤桿菌，是當(dāng)前植物基因菌，是當(dāng)前植物基因工程中使用最廣、效工程中使用最廣、效果最佳的克隆載體。果最佳的克隆載體。 4. Ti質(zhì)粒質(zhì)粒（tumo

23、r inducing plasmid） 存在于發(fā)根土壤桿菌中，引起許多雙子葉存在于發(fā)根土壤桿菌中，引起許多雙子葉植物患毛根瘤。植物患毛根瘤。 可作為外源基因的良好載體和合成次生代可作為外源基因的良好載體和合成次生代謝產(chǎn)物。謝產(chǎn)物。5.Ri質(zhì)粒質(zhì)粒 是近年來(lái)在是近年來(lái)在Rhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為一種質(zhì)粒，分子量為200300106Dalton，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。其上有一系列固氮基因。6. mega6. mega質(zhì)粒（巨大質(zhì)粒）質(zhì)粒（巨大質(zhì)粒）降解性質(zhì)粒降解性質(zhì)

24、粒：這類質(zhì)?？蔀榻到庖幌盗袕?fù)雜有機(jī)物：這類質(zhì)?？蔀榻到庖幌盗袕?fù)雜有機(jī)物的酶編碼，可在污水處理、環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮特的酶編碼，可在污水處理、環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮特有的作用。有的作用。含有數(shù)種降解性質(zhì)粒的菌株含有數(shù)種降解性質(zhì)粒的菌株“超級(jí)菌超級(jí)菌”7. 降解性質(zhì)粒降解性質(zhì)粒第二節(jié)第二節(jié) 基因突變和誘變育種基因突變和誘變育種一、基因突變一、基因突變 是變異的一類，泛指細(xì)胞內(nèi)（或病毒粒類）遺傳物是變異的一類，泛指細(xì)胞內(nèi)（或病毒粒類）遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化，可質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化，可自發(fā)或誘導(dǎo)產(chǎn)生。自發(fā)或誘導(dǎo)產(chǎn)生。野生型（野生型（wild type）：）：從自然

25、界分離到的任何微生從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生突變前的原始菌株物在其發(fā)生突變前的原始菌株突變體（突變體（mutant）：）：野生型經(jīng)突變后形成的帶有新野生型經(jīng)突變后形成的帶有新性狀的菌株性狀的菌株（一）基因突變的類型（一）基因突變的類型按是否比較容易、迅速地分離到發(fā)生突變的細(xì)胞來(lái)按是否比較容易、迅速地分離到發(fā)生突變的細(xì)胞來(lái)分：分：選擇性突變株（選擇性突變株（selective mutantselective mutant）：）：具有選擇標(biāo)具有選擇標(biāo)記（如營(yíng)養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變記（如營(yíng)養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變型），只要選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、型），只要選

26、擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、pHpH值等，就比較容易檢出和分離到。值等，就比較容易檢出和分離到。非選擇性突變株（非選擇性突變株（non-selective mutantnon-selective mutant）：）：無(wú)選無(wú)選擇標(biāo)記（如產(chǎn)量突變型、抗原突變型、形態(tài)突變擇標(biāo)記（如產(chǎn)量突變型、抗原突變型、形態(tài)突變型），能鑒別這種突變體的惟一方法是檢查大量菌型），能鑒別這種突變體的惟一方法是檢查大量菌落并找出差異。落并找出差異。營(yíng)養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型因突變而喪失產(chǎn)生某種生物合成酶的能力，并因而成因突變而喪失產(chǎn)生某種生物合成酶的能力，并因而成為必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長(zhǎng)的突變類型。為必須在培

27、養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長(zhǎng)的突變類型。抗性突變型抗性突變型因突變而產(chǎn)生了對(duì)某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗因突變而產(chǎn)生了對(duì)某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性。性。條件致死突變型條件致死突變型某菌株在基因突變后，在某種條件下可正常生長(zhǎng)、某菌株在基因突變后，在某種條件下可正常生長(zhǎng)、繁殖，而在另一種條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)、繁殖。繁殖，而在另一種條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)、繁殖。Ts突變株即溫度敏感株：是一類典型的突變株即溫度敏感株：是一類典型的條件致死突變型。條件致死突變型。 例如大腸桿菌的某些菌株在例如大腸桿菌的某些菌株在37以下正常生長(zhǎng)，卻以下正常生長(zhǎng)，卻 不能不能42 以下正常生長(zhǎng)以下正常生長(zhǎng)形態(tài)突變型形態(tài)突變型

28、基因突變后引起的個(gè)體或菌落形態(tài)發(fā)生變異。基因突變后引起的個(gè)體或菌落形態(tài)發(fā)生變異。抗原突變型抗原突變型基因突變后引起細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生變異?；蛲蛔兒笠鸺?xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生變異。產(chǎn)量突變型產(chǎn)量突變型基因突變后引起代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別基因突變后引起代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株。于原始菌株的突變株。 選擇性突變株選擇性突變株非選擇性突變非選擇性突變定義：定義：某某一細(xì)胞（或病毒粒）在每一世代中發(fā)一細(xì)胞（或病毒粒）在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。生某一性狀突變的幾率。突變率：可采用營(yíng)養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變株或抗突變率：可采用營(yíng)養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變株或抗藥性突變株來(lái)檢測(cè)。藥性突變株來(lái)檢測(cè)。例如：

29、突變率為例如：突變率為10-8：一億次分裂中，會(huì)發(fā)生一億次分裂中，會(huì)發(fā)生 一次突變。一次突變。（二）突變率（二）突變率若干細(xì)菌某一性狀的自發(fā)突變率若干細(xì)菌某一性狀的自發(fā)突變率菌菌 名名 突變性狀突變性狀突變率突變率E. coliE. coli抗抗T1T1噬菌體噬菌體3 3 10108 8E. coliE. coli抗抗T3T3噬菌體噬菌體1 1 10107 7 E. coliE. coli不發(fā)酵乳糖不發(fā)酵乳糖1 1 10101010E. coliE. coli 抗紫外線抗紫外線1 1 10105 5Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus 抗青霉素抗

30、青霉素1 1 10107 7（1）自發(fā)性：指可自發(fā)地產(chǎn)生突變）自發(fā)性：指可自發(fā)地產(chǎn)生突變（2）不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與引起突變的原因之間無(wú)直接對(duì)）不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與引起突變的原因之間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)關(guān)系（3）稀有性：自發(fā)突變的幾率很低，在）稀有性：自發(fā)突變的幾率很低，在10-610-9間間（4）獨(dú)立性：某基因的突變率不受它種基因突變率的影響）獨(dú)立性：某基因的突變率不受它種基因突變率的影響（5）可誘變性：通過(guò)物理或化學(xué)因子的處理，可大大提高）可誘變性：通過(guò)物理或化學(xué)因子的處理，可大大提高突變率突變率（6）穩(wěn)定性：突變后的新性狀是可遺傳的，穩(wěn)定的）穩(wěn)定性：突變后的新性狀是可遺傳的，穩(wěn)定的（7）可逆性

31、：野生型菌株發(fā)生突變后，也能發(fā)生回復(fù)突變。）可逆性：野生型菌株發(fā)生突變后，也能發(fā)生回復(fù)突變。（三）突變的特點(diǎn)（三）突變的特點(diǎn)（四）基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明（四）基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明 在各種基因突變中，抗性突變最為常見(jiàn)。但在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)在各種基因突變中，抗性突變最為常見(jiàn)。但在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)這種抗性產(chǎn)生的原因爭(zhēng)論十分激烈。時(shí)間內(nèi)對(duì)這種抗性產(chǎn)生的原因爭(zhēng)論十分激烈。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，突變是通過(guò)適應(yīng)而發(fā)生的，即各種抗性是由其環(huán)境一種觀點(diǎn)認(rèn)為，突變是通過(guò)適應(yīng)而發(fā)生的，即各種抗性是由其環(huán)境（指其中所含的抵抗對(duì)象）誘發(fā)出來(lái)的，突變的原因和突變的性狀（指其中所含的抵抗對(duì)象）誘發(fā)出來(lái)的，突變的原

32、因和突變的性狀間是相對(duì)應(yīng)的，并認(rèn)為這就是間是相對(duì)應(yīng)的，并認(rèn)為這就是“定向變異定向變異”，也有人稱它為，也有人稱它為“馴化馴化”或或“馴養(yǎng)馴養(yǎng)”。另一種看法則認(rèn)為，基因突變是自發(fā)的，且與環(huán)境是不相對(duì)的。由另一種看法則認(rèn)為，基因突變是自發(fā)的，且與環(huán)境是不相對(duì)的。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等多種因素錯(cuò)綜于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等多種因素錯(cuò)綜在一起，所以難以探究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。在一起，所以難以探究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。從從19431943年起，經(jīng)過(guò)幾個(gè)嚴(yán)密而巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要攻克了檢出在年起，經(jīng)過(guò)幾個(gè)嚴(yán)密而巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要攻克了檢出在接觸抗性因子前已產(chǎn)生的自發(fā)突變株的難

33、題，終于解決了這場(chǎng)紛爭(zhēng)。接觸抗性因子前已產(chǎn)生的自發(fā)突變株的難題，終于解決了這場(chǎng)紛爭(zhēng)。證明突變的性狀與引起突變的原因間證明突變的性狀與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系！無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系！如何證明基因突變的如何證明基因突變的自發(fā)性自發(fā)性和和不對(duì)應(yīng)性不對(duì)應(yīng)性?三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)變量實(shí)驗(yàn)（變量實(shí)驗(yàn)（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（1943）Salvador LuriaS.E.盧瑞亞盧瑞亞 Max DelbruckM.戴爾布魯克戴爾布魯克 The Nobel

34、 Prize in Physiology or Medicine 1969變量實(shí)驗(yàn)（變量實(shí)驗(yàn)（fluctuation analysis）Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)的涂布實(shí)驗(yàn)(1949) 影印實(shí)驗(yàn)影印實(shí)驗(yàn)(replica plating)Joshua Lederberg and Esther Lederberg(1952)Joshua LederbergJ. Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 1958基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或誘發(fā)的，誘變又基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或

35、誘發(fā)的，誘變又可分為點(diǎn)可分為點(diǎn)突變（一對(duì)堿基）和畸變（一段染色體）。具體類型突變（一對(duì)堿基）和畸變（一段染色體）。具體類型可歸納如下：可歸納如下：（五）基因突變及其機(jī)制（五）基因突變及其機(jī)制1. 1. 誘發(fā)突變誘發(fā)突變誘變劑（誘變劑（mutagenmutagen）：凡能提高突變率的任）：凡能提高突變率的任何理化因子，就稱為誘變劑何理化因子，就稱為誘變劑種類：誘變劑的種類很多，作用方式多樣。種類：誘變劑的種類很多，作用方式多樣。即使是同一種誘變劑，也常有幾種作用即使是同一種誘變劑，也常有幾種作用方式。方式。按照遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)討論幾種有按照遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)討論幾種有代表性的誘變劑的作

36、用機(jī)制。代表性的誘變劑的作用機(jī)制。（1）堿基的置換）堿基的置換堿基置換是染色體的微小損傷，只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所堿基置換是染色體的微小損傷，只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分轉(zhuǎn)換和顛換。置換。分轉(zhuǎn)換和顛換。誘變的機(jī)制：直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起誘變的機(jī)制：直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起DNA復(fù)制復(fù)制時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換；有的是堿基類似物，通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)摻入時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換；有的是堿基類似物，通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)摻入到到DNA分子中引起轉(zhuǎn)換。分子中引起轉(zhuǎn)換。常見(jiàn)誘變劑：亞硝酸、各種烷化劑（直接作用）；常見(jiàn)誘變劑：亞硝酸、各種烷化劑（直接作用）；5- 溴尿嘧啶溴尿嘧啶（2）移碼突變）移碼

37、突變指誘變劑會(huì)使指誘變劑會(huì)使DNA序列中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸發(fā)生增添序列中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸發(fā)生增添或缺失，從而使該處后面的全部遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生改或缺失，從而使該處后面的全部遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生改變，并進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。變，并進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。能引起能引起移碼突變都是一些移碼突變都是一些吖啶類化合物吖啶類化合物突變機(jī)制：吖啶類化合物的結(jié)構(gòu)與嘌呤突變機(jī)制：吖啶類化合物的結(jié)構(gòu)與嘌呤-嘧啶對(duì)十分相似，能嘧啶對(duì)十分相似，能嵌入兩個(gè)相鄰的嵌入兩個(gè)相鄰的DNA堿基對(duì)之間。堿基對(duì)之間。（3）染色體畸變）染色體畸變主要是指主要是指DNA分子的大損傷，包括缺失、

38、重復(fù)、插入、易位和倒分子的大損傷，包括缺失、重復(fù)、插入、易位和倒位，也包括染色體數(shù)目的變化。位，也包括染色體數(shù)目的變化。轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座：DNA序列通過(guò)非同源重組的方式，從染色體某一部位轉(zhuǎn)移序列通過(guò)非同源重組的方式，從染色體某一部位轉(zhuǎn)移到同一染色體上另一部位或其他染色體上某一部位的現(xiàn)象。到同一染色體上另一部位或其他染色體上某一部位的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子：又稱可移動(dòng)基因，或跳躍基因，指具有轉(zhuǎn)座作用的一：又稱可移動(dòng)基因，或跳躍基因，指具有轉(zhuǎn)座作用的一段段DNA序列。序列。定義：指生物體在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變。定義：指生物體在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變。自發(fā)突變的原因：自發(fā)突變的原因：（

39、1）背景輻射和環(huán)境因素；）背景輻射和環(huán)境因素；（2）自身有害代謝產(chǎn)物；）自身有害代謝產(chǎn)物；（3）DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起。復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起。2、自發(fā)突變、自發(fā)突變紫外線對(duì)紫外線對(duì)DNA的損傷機(jī)制是使相鄰嘧啶形成的損傷機(jī)制是使相鄰嘧啶形成嘧啶二聚體嘧啶二聚體和水合物，相鄰和水合物，相鄰嘧啶形成二聚體嘧啶形成二聚體后，造成局部后，造成局部DNA分子無(wú)法配對(duì)，從而引起分子無(wú)法配對(duì)，從而引起微生物的死亡或突變。微生物的死亡或突變。設(shè)備：紫外燈、磁力攪拌器、暗室等。設(shè)備：紫外燈、磁力攪拌器、暗室等。樣品：要直接暴露在紫外燈下，厚度不能超樣品：要直接暴露在紫外燈下，厚度不能超過(guò)過(guò)3mm。

40、照射時(shí)，要用。照射時(shí)，要用磁力攪拌器攪拌。磁力攪拌器攪拌。（六）紫外線（六）紫外線（UV）對(duì)）對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)的損傷及其修復(fù)把經(jīng)把經(jīng)UV照射后的微生物立即暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，就可出現(xiàn)照射后的微生物立即暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，就可出現(xiàn)明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，即明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，即光復(fù)活作用光復(fù)活作用。機(jī)制：經(jīng)機(jī)制：經(jīng)UV照射后帶有嘧啶二聚體的照射后帶有嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下分子，在黑暗下會(huì)與一種光激活酶會(huì)與一種光激活酶光解酶結(jié)合，這種復(fù)合物在可見(jiàn)光光解酶結(jié)合，這種復(fù)合物在可見(jiàn)光下，光解酶會(huì)獲得光能而激活，并使二聚體重新分解成單體。下，光解酶會(huì)獲得光能而激活，并使二聚體重新分解成單體

41、。指導(dǎo)意義：在利用指導(dǎo)意義：在利用UV進(jìn)行誘變育種時(shí)，要在紅光下進(jìn)行照進(jìn)行誘變育種時(shí)，要在紅光下進(jìn)行照射和后續(xù)操作，并放置在黑暗條件下培養(yǎng)。射和后續(xù)操作，并放置在黑暗條件下培養(yǎng)。1、光復(fù)活作用、光復(fù)活作用又稱暗修復(fù)，是一種用于對(duì)被又稱暗修復(fù)，是一種用于對(duì)被UV等誘變劑損傷后的修復(fù)方式，等誘變劑損傷后的修復(fù)方式，其特點(diǎn)是不依賴可見(jiàn)光，只通過(guò)其特點(diǎn)是不依賴可見(jiàn)光，只通過(guò)酶切作用酶切作用去除嘧啶二聚體隨后去除嘧啶二聚體隨后重新合成一段正常重新合成一段正常DNA鏈的核酸修復(fù)方式。鏈的核酸修復(fù)方式。核酸內(nèi)切酶：作用位點(diǎn)在多核苷酸鏈核酸內(nèi)切酶：作用位點(diǎn)在多核苷酸鏈的內(nèi)部，打開(kāi)一個(gè)的內(nèi)部，打開(kāi)一個(gè)3-OH3

42、-OH和和5-P5-P的的單鏈缺口。單鏈缺口。核酸外切酶：作用位點(diǎn)從多核苷酸鏈核酸外切酶：作用位點(diǎn)從多核苷酸鏈的的5-P5-P至至3-OH3-OH方向切除二聚體。方向切除二聚體。共需要四種酶：核酸內(nèi)切酶、共需要四種酶：核酸內(nèi)切酶、核酸內(nèi)切酶、核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、聚合酶、DNA連接酶連接酶2、切除修復(fù)、切除修復(fù)微生物育種所經(jīng)歷的大致歷程：微生物育種所經(jīng)歷的大致歷程：從生產(chǎn)中選育或定向培育選育（未采用誘變劑，自發(fā)從生產(chǎn)中選育或定向培育選育（未采用誘變劑，自發(fā)突變株）突變株）采用誘變劑進(jìn)行誘變，提高突變頻率，采用誘變劑進(jìn)行誘變，提高突變頻率，篩選有用菌株篩選有用菌株利用接合、原生質(zhì)體融合等技術(shù)

43、使利用接合、原生質(zhì)體融合等技術(shù)使基因發(fā)生重組（細(xì)胞水平）基因發(fā)生重組（細(xì)胞水平）體外體外DNA重組技術(shù)重組技術(shù)（基因工程技術(shù)）創(chuàng)造具有新的生物性狀的生物（基因工程技術(shù)）創(chuàng)造具有新的生物性狀的生物二、突變與育種二、突變與育種微生物育種的目的是人為地使某種代謝產(chǎn)物過(guò)量積微生物育種的目的是人為地使某種代謝產(chǎn)物過(guò)量積累，最大程度降低成本，把生物合成的途徑累，最大程度降低成本，把生物合成的途徑 朝人們朝人們所希望的方向引導(dǎo)，最終獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗的所希望的方向引導(dǎo)，最終獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗的菌種。菌種。（一）自發(fā)突變及育種（一）自發(fā)突變及育種 主要是通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選擇生產(chǎn)中發(fā)生自發(fā)突主要是通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選

44、擇生產(chǎn)中發(fā)生自發(fā)突變的菌株或不斷轉(zhuǎn)接微生物菌株以期獲得其變的菌株或不斷轉(zhuǎn)接微生物菌株以期獲得其自發(fā)突變菌株。自發(fā)突變菌株。 特點(diǎn)：費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，工作被動(dòng)，守株待兔式特點(diǎn)：費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，工作被動(dòng)，守株待兔式的的 例：卡介苗的篩選，連續(xù)接種例：卡介苗的篩選，連續(xù)接種230代代定義：指利用物理、化學(xué)等誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)定義：指利用物理、化學(xué)等誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，在促進(jìn)其突變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采用簡(jiǎn)便、快速和胞群，在促進(jìn)其突變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，從中挑選出少數(shù)符合目的的突變株，以供科高效的篩選方法，從中挑選出少數(shù)符合目的的突變株，以供科學(xué)實(shí)驗(yàn)或

45、生產(chǎn)實(shí)踐使用。學(xué)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐使用。（二）誘變育種（二）誘變育種1、誘變育種的基本環(huán)節(jié)、誘變育種的基本環(huán)節(jié)2、誘變育種的原則、誘變育種的原則誘變劑誘變劑物理因素物理因素化學(xué)因素化學(xué)因素紫外線紫外線激光激光離子束離子束X射線射線r射線射線快中子快中子烷化劑烷化劑堿基類似物堿基類似物吖啶化合物吖啶化合物（1）使用簡(jiǎn)便有效的誘變劑）使用簡(jiǎn)便有效的誘變劑Ames試驗(yàn)：利用細(xì)菌模型了解潛在化學(xué)致癌物的誘變作用試驗(yàn)：利用細(xì)菌模型了解潛在化學(xué)致癌物的誘變作用“生物化學(xué)統(tǒng)一性生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：法則：人和細(xì)菌在人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變

46、的誘變劑必然也會(huì)作用于人的生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。最后造成癌變或其他不良的后果。誘變劑的共性原則：誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比超過(guò)超過(guò)95%95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用90%90%以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒(méi)有誘變作用以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒(méi)有誘變作用 有些化學(xué)物質(zhì)會(huì)引起核酸結(jié)構(gòu)的損傷并對(duì)生物具有致突變、有些化學(xué)物質(zhì)會(huì)引起核酸結(jié)構(gòu)的損傷并對(duì)生物具有致突變、致畸變和致癌變，常簡(jiǎn)稱三致作用。致畸變和致癌變，常簡(jiǎn)

47、稱三致作用。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Bruce Ames教授于教授于1966年發(fā)年發(fā)明，因此稱為明，因此稱為Ames試驗(yàn)試驗(yàn)具體操作：檢測(cè)具體操作：檢測(cè)鼠傷寒沙門(mén)氏菌鼠傷寒沙門(mén)氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株菌株(his-)的回復(fù)突變率。的回復(fù)突變率。回復(fù)突變回復(fù)突變：突變體失去的野生型性狀，可以通過(guò)第突變體失去的野生型性狀，可以通過(guò)第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變艾姆氏試驗(yàn)：是一種利用細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)艾姆氏試驗(yàn)：是一種利用細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境或食缺陷型的回復(fù)突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境或食品中是否存在化學(xué)致癌劑的簡(jiǎn)便有

48、品中是否存在化學(xué)致癌劑的簡(jiǎn)便有效方法。效方法。菌種：鼠傷寒沙門(mén)氏菌菌種：鼠傷寒沙門(mén)氏菌his -； 原理：原理： his -在基本培養(yǎng)基上不長(zhǎng)；而發(fā)生回復(fù)突在基本培養(yǎng)基上不長(zhǎng)；而發(fā)生回復(fù)突變則長(zhǎng)。變則長(zhǎng)。證明證明Ames試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例：試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例：國(guó)外曾開(kāi)發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物國(guó)外曾開(kāi)發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)停反應(yīng)?！保捎?，由于其藥效顯著，在其藥效顯著，在60-7060-70年代十分流行，年代十分流行，但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用的婦女大多曾服用“反應(yīng)停反應(yīng)?！?/p>

49、，后來(lái)采用，后來(lái)采用AmesAmes試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用但如果能在這種藥物上市之前就進(jìn)行但如果能在這種藥物上市之前就進(jìn)行AmesAmes試驗(yàn)檢測(cè)，那么這種試驗(yàn)檢測(cè)，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免，大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免，出發(fā)菌株：就是用于育種的原始菌株。出發(fā)菌株：就是用于育種的原始菌株。目前這項(xiàng)工作還目前這項(xiàng)工作還僅憑經(jīng)驗(yàn)僅憑經(jīng)驗(yàn)（2）挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株）挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株（3）處理單細(xì)胞或單孢子懸液：如霉菌或放線菌的）處理單細(xì)胞或單孢子懸液：如霉菌或放線菌的 分生孢

50、子或細(xì)菌的芽孢分生孢子或細(xì)菌的芽孢 （4）選用合適的誘變劑量）選用合適的誘變劑量 紫外線劑量：強(qiáng)度與作用時(shí)間之乘積紫外線劑量：強(qiáng)度與作用時(shí)間之乘積 化學(xué)誘變劑劑量：濃度與處理時(shí)間來(lái)表示化學(xué)誘變劑劑量：濃度與處理時(shí)間來(lái)表示（5）充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)）充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)（6）利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)）利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)（7）設(shè)計(jì)高效篩選方案）設(shè)計(jì)高效篩選方案（8）創(chuàng)造新型篩選方法）創(chuàng)造新型篩選方法3 3、三類突變株的篩選、三類突變株的篩選 （1）產(chǎn)量突變株的篩選）產(chǎn)量突變株的篩選 （2）抗藥性突變株的篩選）抗藥性突變株的篩選 （3）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的

51、篩選）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選（1）產(chǎn)量突變株的篩選）產(chǎn)量突變株的篩選（2）抗藥性突變株的篩選）抗藥性突變株的篩選異煙肼是一種抗代謝藥物，能阻止敏感菌的生長(zhǎng)，而吡哆醇是異異煙肼是一種抗代謝藥物，能阻止敏感菌的生長(zhǎng)，而吡哆醇是異煙肼的結(jié)構(gòu)類似物，當(dāng)敏感菌能在含異煙肼的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，煙肼的結(jié)構(gòu)類似物，當(dāng)敏感菌能在含異煙肼的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，能合成更高濃度的吡哆醇，克服了異煙肼的競(jìng)爭(zhēng)性抑制，所以能合成更高濃度的吡哆醇，克服了異煙肼的競(jìng)爭(zhēng)性抑制，所以用梯度平板法可以篩選到高產(chǎn)吡哆醇的突變株。用梯度平板法可以篩選到高產(chǎn)吡哆醇的突變株。涂上誘變后涂上誘變后的酵母菌的酵母菌基本培養(yǎng)基：基本培養(yǎng)基：僅能滿足某微

52、生物的僅能滿足某微生物的野生型野生型菌株生長(zhǎng)所需要的最低菌株生長(zhǎng)所需要的最低成分的組合培養(yǎng)基。成分的組合培養(yǎng)基。MM完全培養(yǎng)基：完全培養(yǎng)基：凡可滿足凡可滿足一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株?duì)I養(yǎng)需要的天然或半菌株?duì)I養(yǎng)需要的天然或半組合培養(yǎng)基。組合培養(yǎng)基。CM補(bǔ)充培養(yǎng)基：補(bǔ)充培養(yǎng)基：凡只能滿足凡只能滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷突變株相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷突變株生長(zhǎng)需要的組合生長(zhǎng)需要的組合或半組合培養(yǎng)基?；虬虢M合培養(yǎng)基。SM野生型：野生型：指從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生人為營(yíng)養(yǎng)缺陷指從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生人為營(yíng)養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株。遺傳型表示法是突變前的原始菌株。遺傳型表示法是A+B +營(yíng)養(yǎng)缺陷型

53、：營(yíng)養(yǎng)缺陷型：野生型菌株經(jīng)誘變處理后，由于發(fā)生了喪失某酶合野生型菌株經(jīng)誘變處理后，由于發(fā)生了喪失某酶合成能力的突變，因而只能在加有該酶合成產(chǎn)物的培養(yǎng)基中才能生成能力的突變，因而只能在加有該酶合成產(chǎn)物的培養(yǎng)基中才能生長(zhǎng)。長(zhǎng)。A營(yíng)養(yǎng)缺陷型用營(yíng)養(yǎng)缺陷型用A-B +表示，表示，B營(yíng)養(yǎng)缺陷型用營(yíng)養(yǎng)缺陷型用A+B -表示表示原養(yǎng)型：原養(yǎng)型：一般指營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變經(jīng)回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，一般指營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變經(jīng)回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，其營(yíng)養(yǎng)要求在表型上與野生型相同。其營(yíng)養(yǎng)要求在表型上與野生型相同。遺傳型均用遺傳型均用A+B +表示表示（3）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)缺陷型缺

54、陷型突變株的篩選方法（見(jiàn)書(shū)突變株的篩選方法（見(jiàn)書(shū)P222）誘變誘變檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型淘汰野生型淘汰野生型鑒定營(yíng)養(yǎng)缺陷型鑒定營(yíng)養(yǎng)缺陷型富集培養(yǎng)富集培養(yǎng)（抗生素法）（抗生素法）青霉素青霉素細(xì)菌細(xì)菌制霉菌素制霉菌素真菌真菌（菌絲過(guò)濾法）（菌絲過(guò)濾法）絲狀絲狀真菌和放線菌真菌和放線菌夾層培養(yǎng)法夾層培養(yǎng)法 限量補(bǔ)充培養(yǎng)法限量補(bǔ)充培養(yǎng)法逐個(gè)檢出法逐個(gè)檢出法影印平板法影印平板法生長(zhǎng)譜法生長(zhǎng)譜法a 夾層培養(yǎng)法夾層培養(yǎng)法（3）營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法）營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基野生型野生型完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型上、下兩層基本培養(yǎng)基上、下兩層基本培養(yǎng)基的作用是使菌落夾在中的作

55、用是使菌落夾在中間，以免細(xì)菌移動(dòng)或被間，以免細(xì)菌移動(dòng)或被完全培養(yǎng)基沖散。完全培養(yǎng)基沖散。B 限量補(bǔ)充培養(yǎng)法限量補(bǔ)充培養(yǎng)法c 逐個(gè)檢出法逐個(gè)檢出法d 影印平板法影印平板法滿足營(yíng)養(yǎng)缺陷型滿足營(yíng)養(yǎng)缺陷型滿足野生型滿足野生型基因重組：兩個(gè)獨(dú)立基因組內(nèi)的基因重組：兩個(gè)獨(dú)立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過(guò)一定的途徑轉(zhuǎn)移遺傳基因，通過(guò)一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，稱為基因重組。到一起，稱為基因重組。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)化受體菌直接吸收了供體菌的受體菌直接吸收了供體菌的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的片段而獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化作用。現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化作用。通過(guò)轉(zhuǎn)化方式而

56、形成的雜種后代，通過(guò)轉(zhuǎn)化方式而形成的雜種后代，稱轉(zhuǎn)化子。稱轉(zhuǎn)化子。第三節(jié)第三節(jié) 基因重組和雜交育種基因重組和雜交育種兩個(gè)菌株或菌株間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，取決于以下兩個(gè)因子：兩個(gè)菌株或菌株間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，取決于以下兩個(gè)因子：1、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞感受態(tài)感受態(tài)：受體細(xì)胞最易接受外源：受體細(xì)胞最易接受外源DNA片段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。片段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。2、外源游離、外源游離DNA分子（轉(zhuǎn)化因子）分子（轉(zhuǎn)化因子）轉(zhuǎn)染：轉(zhuǎn)染：用提純的病毒核酸（用提純的病毒核酸（DNA或或RNA）去感染其宿主細(xì)胞或其原生質(zhì)體，）去感染其宿主細(xì)胞或其原生質(zhì)體，可增殖出一群正常病毒

57、后代的現(xiàn)象?？稍鲋吵鲆蝗赫２《竞蟠默F(xiàn)象。轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)染的區(qū)別 轉(zhuǎn)化：在自然情況下，某些細(xì)菌溶解以后釋放的DNA被其他細(xì)菌吸收而發(fā)生轉(zhuǎn)化。 現(xiàn)在我們說(shuō)到轉(zhuǎn)化，一般都是指實(shí)驗(yàn)室內(nèi)從細(xì)菌里面純化的DNA分子直接導(dǎo)入遺傳性狀相異的細(xì)菌，比如質(zhì)粒轉(zhuǎn)化，我們用的是純化的質(zhì)粒DNA本身，沒(méi)有任何媒介幫助。從這個(gè)概念的內(nèi)涵來(lái)說(shuō)，只要DNA進(jìn)入細(xì)菌，就完成了轉(zhuǎn)化過(guò)程。 轉(zhuǎn)染： 對(duì)于真核生物，轉(zhuǎn)染就是原核生物中轉(zhuǎn)化的同義詞；原核生物中，偶爾也用到轉(zhuǎn)染這個(gè)詞，當(dāng)細(xì)菌的轉(zhuǎn)化過(guò)程中吸收的外源DNA是病毒DNA時(shí)就應(yīng)該稱此過(guò)程為轉(zhuǎn)染 （二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）通過(guò)缺陷通過(guò)缺陷噬菌體噬菌體為媒介，把供

58、體細(xì)胞的為媒介，把供體細(xì)胞的DNA片段攜帶到受片段攜帶到受體細(xì)胞中，通過(guò)交換與整合，從而使后者獲得前者部分遺傳體細(xì)胞中，通過(guò)交換與整合，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象性狀的現(xiàn)象 。細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型：細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型：普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)1、普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)、普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)極少數(shù)完全缺陷噬菌體對(duì)供體菌基因組上通過(guò)極少數(shù)完全缺陷噬菌體對(duì)供體菌基因組上任何小片段任何小片段DNA進(jìn)行誤包，而將其遺傳性狀傳遞給受體菌的現(xiàn)象。進(jìn)行誤包，而將其遺傳性狀傳遞給受體菌的現(xiàn)象。（1）完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（定義見(jiàn)書(shū)）完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（定義見(jiàn)書(shū)P

59、226）（2）流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（定義見(jiàn)書(shū)）流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（定義見(jiàn)書(shū)P227）2、局限轉(zhuǎn)導(dǎo)、局限轉(zhuǎn)導(dǎo)指通過(guò)部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的指通過(guò)部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因少數(shù)特定基因攜帶到受攜帶到受體菌中，并與后者的基因組整合、重組，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的現(xiàn)象。體菌中，并與后者的基因組整合、重組，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的現(xiàn)象。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）只局限于傳遞供體菌核染色體上的個(gè)別特定基因；）只局限于傳遞供體菌核染色體上的個(gè)別特定基因；（2）該特定基因由部分缺陷的溫和噬菌體攜帶；）該特定基因由部分缺陷的溫和噬菌體攜帶；（3）缺陷噬菌體的形成方式是由于它在脫離宿主核染色體過(guò)程中）缺陷噬菌體的形成方式是由于它在脫離宿

60、主核染色體過(guò)程中 發(fā)生低頻率的誤切或由于雙重溶源菌的裂解而形成發(fā)生低頻率的誤切或由于雙重溶源菌的裂解而形成（4）局限噬菌體的產(chǎn)生要通過(guò)）局限噬菌體的產(chǎn)生要通過(guò)UV等因素對(duì)溶源菌的誘導(dǎo)引起裂等因素對(duì)溶源菌的誘導(dǎo)引起裂 解后才產(chǎn)生。解后才產(chǎn)生。（1）低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)）低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)指通過(guò)一般溶源菌釋放的噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因其只能指通過(guò)一般溶源菌釋放的噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因其只能形成極少數(shù)轉(zhuǎn)導(dǎo)子，故稱低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。形成極少數(shù)轉(zhuǎn)導(dǎo)子，故稱低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。（2）高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)）高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)雙重溶源菌：雙重溶源菌：同時(shí)感染有正常噬菌體和缺陷噬菌體的受體同時(shí)感染有正常噬菌體和缺陷噬菌體的受體菌。菌。在局限轉(zhuǎn)導(dǎo)中，若對(duì)雙重溶源菌進(jìn)行誘導(dǎo)，就