突變(mutation)指生物體的表型突然發(fā)生的課件

突變（mutation）：指生物體的表型突然發(fā)生的可遺傳變化。第二節(jié)基因突變和誘變育種一、基因突變突變?nèi)旧w畸變——細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化

基因突變——細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化突變體（mutant）：發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株野生型（wildtype）：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。突變（mutation）：指生物體的表型突然發(fā)生的可遺傳1★依表型的改變分為：形態(tài)突變型——由突變引起的個(gè)體或菌落形態(tài)的變異。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。發(fā)酵突變型——喪失產(chǎn)生某種生物合成酶能力的突變型抗性突變型——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性條件致死突變型——突變后在某種條件下可正常生長(zhǎng)繁殖，而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)繁殖的突變型抗原突變型——因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變產(chǎn)量突變型——通過(guò)基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株。

（一）突變類型★依表型的改變分為：（一）突變類型2★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：選擇性突變株（selectivemutant）：具有選擇標(biāo)記（如營(yíng)養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變型），只要選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、pH值等，就比較容易檢出和分離到。非選擇性突變株（non-selectivemutant）：無(wú)選擇標(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落并找出差異。★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：3定義：某一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株的數(shù)目來(lái)表示。突變率=突變細(xì)胞數(shù)/分裂前群體細(xì)胞數(shù)突變是獨(dú)立的。某一基因發(fā)生突變不會(huì)影響其它基因的突變率。在同一個(gè)細(xì)胞中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)基因突變的幾率是極低的，因?yàn)殡p重突變型的幾率只是各個(gè)突變幾率的乘積。由于突變的幾率一般都極低，因此，必須采用檢出選擇性突變株的手段，尤其是采用檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型的恢復(fù)突變株（backmutant或reversemutant）或抗性突變株特別是抗藥性突變株的方法來(lái)加以確定。（二）突變率定義：某一細(xì)胞在每一世代中4（三）突變的特點(diǎn)適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。自發(fā)性：突變可在沒(méi)有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與突變?cè)蛑g無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會(huì)互相影響?？烧T變性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳?？赡嫘裕簭脑嫉囊吧突虻阶儺愔甑耐蛔兎Q為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的 過(guò)程則稱為回復(fù)突變或回變（backmutation或 reversemutation）。（三）突變的特點(diǎn)適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥5（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)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（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間是相對(duì)應(yīng)的，并認(rèn)為這就是“定向變異”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)綜在一起，所以難以探究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。從1943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)突變株的難題，終于解決了這場(chǎng)紛爭(zhēng)。（四）基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明6變量試驗(yàn)又稱波動(dòng)試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。1943年，S.E.Luria和M.Delbrück根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，設(shè)計(jì)了左方的實(shí)驗(yàn)。1.變量試驗(yàn)fluctuationtest變量試驗(yàn)又稱波動(dòng)試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。1.變量試驗(yàn)fluctua72.涂布試驗(yàn)原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡(jiǎn)便，且可計(jì)算突變率。2.涂布試驗(yàn)原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡(jiǎn)便，且可計(jì)算突變率8涂布試驗(yàn)中突變率的計(jì)算初始接種量：5×104個(gè)/皿培養(yǎng)5小時(shí)，繁殖了12.3代，每個(gè)微菌落約含5100個(gè)細(xì)菌這時(shí)，每個(gè)平皿上的細(xì)胞數(shù)為：5100×5×104≈2.6×108個(gè)/皿在6個(gè)平板上，比接種時(shí)增加的細(xì)胞數(shù)為： 6×（2.6×108

5×104）=15.6×108在未涂布的平板上共發(fā)現(xiàn)28個(gè)突變，故突變率=28/15.6×108=1.8×108涂布試驗(yàn)中突變率的計(jì)算初始接種量：5×104個(gè)/皿9平板影印培養(yǎng)不僅在微生物遺傳理論的研究中有重要應(yīng)用，而且在育種時(shí)間和其它研究中均有應(yīng)用。3.平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)（replicaplating）平板影印培養(yǎng)不僅在微生物遺傳理論的研究中有重要應(yīng)用，而且在育10在根本未接觸過(guò)任何一點(diǎn)鏈霉素的情況下，就可以篩選到大量抗鏈霉素的突變株，充分說(shuō)明了突變是自發(fā)產(chǎn)生的，鏈霉素只是起到了一種檢出作用。在根本未接觸過(guò)任何一點(diǎn)鏈霉素的情況下，就可以篩選到大量抗鏈霉11（五）基因突變及其機(jī)制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，誘變又可分為點(diǎn)突變和畸變。具體類型可歸納如下：（五）基因突變及其機(jī)制基因突變的原因121.誘發(fā)突變誘發(fā)突變（誘變）：通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因字符突變頻率的手段。誘變劑（mutagen）：凡能提高突變率的任何理化因子，就稱為誘變劑種類：誘變劑的種類很多，作用方式多樣。即使是同一種誘變劑，也常有幾種作用方式。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用機(jī)制。1.誘發(fā)突變誘發(fā)突變（誘變）：通過(guò)人為的方法，利用物理、化13（1）堿基置換（substitution）對(duì)DNA來(lái)說(shuō)，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（microlesion），一般也稱點(diǎn)突變（pointmutation）。它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition；顛換（transversion誘變劑即可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機(jī)制分成以下兩類來(lái)討論。（1）堿基置換（substitution）對(duì)D14★直接引起置換的誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。種類：例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亞硝基胍，N-甲基-N-亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥等）。作用：它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。羥胺只引起G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T發(fā)生互變的。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有?！镏苯右鹬脫Q的誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反15亞硝酸可以使堿基發(fā)生氧化脫氨作用。

HNO2胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）

HNO2腺嘌呤（A）次黃嘌呤（H）

HNO2鳥(niǎo)嘌呤（G）黃嘌呤（X）這些反應(yīng)及形成物均可在DNA復(fù)制中產(chǎn)生影響，主要是使堿基對(duì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。堿基轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制——以亞硝酸為例亞硝酸可以使堿基發(fā)生氧化脫氨作用。堿基轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制——以亞16亞硝酸引起的AT-GC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)亞硝酸引起的AT-GC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)17這類誘變劑主要是一些堿基類似物,如：5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、疊氮胸腺嘧啶（AIT）等等；

作用方式：通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)參入到DNA分子中，主要是在DNA復(fù)制時(shí)堿基類似物插入DNA中，引起堿基對(duì)配對(duì)錯(cuò)誤，造成堿基置換。以5-溴尿嘧啶(5-BU)為例：5-BU是胸腺嘧啶（T）的的類似物，酮式的5-BU可以和A配對(duì)，烯醇式的5-BU可以和G配對(duì)，在DNA分子復(fù)制的過(guò)程中，由于5-BU的插入和互變異構(gòu)導(dǎo)致堿基置換。★間接引起置換的誘變劑這類誘變劑主要是一些堿基類似物,如：5-溴尿嘧啶(5-BU185-BU引起的轉(zhuǎn)換5-BU引起的轉(zhuǎn)換19從上圖中，還可以看到5-BU的摻入引起的G┇C回復(fù)到A?T的過(guò)程。通過(guò)這兩個(gè)圖示，就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變的原因了。也可以知道，為什么像5-BU這類代謝類似物只有對(duì)正在進(jìn)行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對(duì)休止細(xì)胞、游離的噬菌體粒子或離體的DNA分子卻不起作用。從上圖中，還可以看到5-BU的摻入引起的G┇C回復(fù)到A?T的20（2）移碼突變frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。（2）移碼突變frame-shiftmutation或21引起移碼突變的誘變劑：主要是吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。這類化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤—嘧啶對(duì)十分相似。引起移碼突變的誘變劑：主要是吖啶類染料，如吖啶22丫啶類化合物的誘變機(jī)制：至今還不很清楚。有人認(rèn)為，由于它們是一種平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤–嘧啶對(duì)十分相似，故能嵌入兩個(gè)相鄰DNA堿基對(duì)之間，造成雙螺旋的部分解開(kāi)（兩個(gè)堿基對(duì)原來(lái)相距0.34nm，當(dāng)嵌入一個(gè)丫啶分子時(shí)，就變成0.68nm），從而在DNA復(fù)制過(guò)程中，會(huì)使鏈上增添或缺失一個(gè)堿基，結(jié)果就引起了移碼突變。丫啶類化合物的誘變機(jī)制：至今還不很清楚。23丫啶類化合物誘發(fā)的移碼突變及其回復(fù)突變圖示：丫啶類化合物誘發(fā)的移碼突變及其回復(fù)突變圖示：24突變(mutation)指生物體的表型突然發(fā)生的課件25（3）染色體畸變（chromosomalaberration）某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：★染色體結(jié)構(gòu)上的變化：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）★染色體數(shù)目的變化（3）染色體畸變（chromosomalaberratio26★染色體結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來(lái)的一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到原來(lái)染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；易位--------是指斷裂下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間的易位?！锶旧w結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。27染色體畸變?cè)诟叩日婧松镏幸话愫苋菀子^察，但在微生物中，尤其在原核生物中，還是近年來(lái)才證實(shí)的。許多理化誘變劑的誘變作用都不是單一功能的。染色體畸變?cè)诟叩日婧松镏幸话愫苋菀子^察，但在微生物中，尤其28由40年代B.McClintock對(duì)玉米粒色素斑點(diǎn)變異的遺傳研究而發(fā)現(xiàn)染色體易位，自1967年以來(lái)，已在微生物和其它生物中得到普遍證實(shí)，并已成為分子遺傳學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。轉(zhuǎn)座：有些DNA片段不但可在染色體上移動(dòng)，還可從一個(gè)染色體跳到另一個(gè)染色體，從一個(gè)質(zhì)粒跳到另一個(gè)質(zhì)?；蛉旧w，甚至還從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。在這些DNA順序的跳躍過(guò)程中，往往導(dǎo)致DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動(dòng)或關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致突變的發(fā)生。轉(zhuǎn)座因子（transposibleelement）：在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段DNA順序。也稱作跳躍基因（jumpinggene）或可移動(dòng)基因（movablegene）。由40年代B.McClintock對(duì)玉米粒色素斑點(diǎn)變異的遺292.自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒(méi)有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。產(chǎn)生原因：由背景輻射和環(huán)境因素引起，如天然的宇宙射線等微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)，如過(guò)氧化氫。（過(guò)氧化氫是普遍存在于微生物體內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物。它對(duì)Neurospora（脈孢菌）有誘變作用，這種作用可因同時(shí)加入過(guò)氧化氫酶而降低，如果在加入該酶的同時(shí)又加入酶抑制劑KCN，則又可提高突變率。）由DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起。2.自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒(méi)有人工參與下生物體自30發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線（U.V.，ultravioletray）的作用。嘧啶對(duì)紫外線的敏感性要比嘌呤強(qiáng)得多。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是二聚體和水合物。其中了解較清楚的是胸腺嘧啶二聚體的形成和消除。紫外線的主要作用是使同鏈DNA的相鄰嘧啶間形成共價(jià)結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體。二聚體的出現(xiàn)會(huì)減弱雙鏈間氫鍵的作用，并引起雙鏈結(jié)構(gòu)扭曲變形，阻礙堿基間的正常配對(duì)，從而有可能引起突變或死亡。在互補(bǔ)雙鏈間形成嘧啶二聚體的機(jī)會(huì)較少。但一旦形成，就會(huì)妨礙雙鏈的解開(kāi)，因而影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并使細(xì)胞死亡。（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線（U.V.，ultravio31突變(mutation)指生物體的表型突然發(fā)生的課件32定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。這一現(xiàn)象最早是A.Kelner（1949）在Strepotomycesgriseus（灰色鏈霉菌）中發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)，在許多微生物中都得到了證實(shí)。最明顯的是在E.coli的實(shí)驗(yàn)中：對(duì)照：8×106個(gè)/mlE.coliU.V. 100個(gè)/mlE.coli試驗(yàn)：8×106個(gè)/mlE.coliU.V.360~490nm2×106個(gè)/mlE.coli

可見(jiàn)光，30min光復(fù)活作用（photoreactivation）定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，可明顯降低33經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下會(huì)被一種光激活酶（photoreactivatingenzyme）即光裂合酶（photolyase）結(jié)合，當(dāng)形成的復(fù)合物暴露在可見(jiàn)光（300~500nm）下時(shí)，此酶會(huì)因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。與此同時(shí)，光激活酶也從復(fù)合物中釋放出來(lái)，以便重新執(zhí)行功能。每一E.coli細(xì)胞中約含有25個(gè)光激活酶分子。由于一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以進(jìn)行紫外線誘變育種時(shí)，只能在紅光下照射及處理照射后的菌液。經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下34圖:光復(fù)活作用圖:光復(fù)活作用35又稱切除修復(fù)（excisionrepair）。是活細(xì)胞內(nèi)一種用于修復(fù)被紫外線等誘變劑（包括烷化劑、X射線和γ射線等）損傷后的DNA的機(jī)制。這種修復(fù)作用與光無(wú)關(guān)。有四種酶參與——①內(nèi)切核酸酶在胸腺嘧啶二聚體的5’一側(cè)切開(kāi)一個(gè)3’-OH和5’-P的單鏈缺口；②外切核酸酶從5’-P至3’-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口；③DNA聚合酶以DNA的另一條互補(bǔ)鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起逐個(gè)延長(zhǎng)，重新合成一段缺失的DNA鏈；④通過(guò)連接酶的作用，把新合成的寡核苷酸的3’-OH末端與原鏈的5’-P末端相連接，從而完成了修復(fù)作用。暗修復(fù)作用（darkrepair）又稱切除修復(fù)（excisionrepair）。是活細(xì)胞內(nèi)一361、由核酸內(nèi)切酶切開(kāi)二聚體的5’末端，形成3’-OH和5’-P的單鏈缺口2、核酸外切酶從5’-P到3’-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口。3、DNA聚合酶以另一條互補(bǔ)鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起合成缺失片段。4、連接酶將新合成的3’-OH與原有的5’-P相連接。1、由核酸內(nèi)切酶切開(kāi)二聚體的5’末端，形成3’-OH和5’-37設(shè)備：紫外燈、磁力攪拌器、暗室等紫外燈：波長(zhǎng)為253.7nm,功率是15W處理時(shí)的照射距離：20cm~30cm樣品：要直接暴露在紫外燈下，厚度不能超過(guò)3mm照射時(shí)，要用磁力攪拌器攪拌。處理劑量：常用照射時(shí)間或死亡率作為相對(duì)劑量。

紫外誘變方法設(shè)備：紫外燈、磁力攪拌器、暗室等

紫外誘變38由于微生物接受的照射劑量與燈的功率、照射距離、照射時(shí)間、菌液濃度、菌液厚度、細(xì)胞本身特性等因素有關(guān)，所以單純用時(shí)間表示照射劑量并不完全可靠。一定的死亡率必定對(duì)應(yīng)一定的照射劑量，所以，在實(shí)際應(yīng)用中，用死亡率表示照射劑量更可靠。通常先繪制照射時(shí)間與死亡率的關(guān)系曲線，然后選擇合適的劑量。生產(chǎn)上經(jīng)常采用的劑量：死亡率為70%~80%左右。由于微生物接受的照射劑量與燈的功率、照射距離39

二、突變和育種（一）自發(fā)突變與育種生產(chǎn)過(guò)程中，微生物會(huì)以一定頻率發(fā)生自發(fā)突變。富于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的人們就可以及時(shí)抓住這類良機(jī)來(lái)選育優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。育種工作者都希望自己能在最短的時(shí)間內(nèi)培育出比較理想的變異株，因此，定向培育是微生物工作者長(zhǎng)期來(lái)的一種理想。定向培育一般指用某一特定因素長(zhǎng)期處理某微生物的群體，以達(dá)到累積并選擇相應(yīng)的自發(fā)突變株的目的。這是一種古老的育種方法，與誘變育種、雜交育種尤其是與基因工程等現(xiàn)代育種技術(shù)相比，定向培育帶有守株待兔式的被動(dòng)狀態(tài)。

二、突變和育種（一）自發(fā)突變與育種生產(chǎn)過(guò)程中，微生物會(huì)以一40是用物理或化學(xué)的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，使誘變對(duì)象內(nèi)的遺傳物質(zhì)（DNA）的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起性狀變異并通過(guò)篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方法。誘變育種具有極其重要的實(shí)踐意義。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)和其他微生物生產(chǎn)部門所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎毫無(wú)例外地都是通過(guò)誘變育種而明顯提高其生產(chǎn)性能的。（二）誘變育種是用物理或化學(xué)的誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，在促進(jìn)其41斜面/肉湯培養(yǎng)單孢子/單細(xì)胞懸液誘變劑處理平板分離移至斜面初篩計(jì)算存活率觀察形態(tài)變異，挑單菌落小試中試復(fù)篩良種保藏原始菌種純化原菌種特性鑒定誘變育種的步驟：斜面/肉湯培養(yǎng)單孢子/單細(xì)胞懸液誘變劑處理平板分離移至斜面初42選擇選擇合適的出發(fā)菌株↓制備待處理的菌懸液↓誘變處理↓篩選誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則選擇選擇合適的出發(fā)菌株誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則43出發(fā)菌株———用來(lái)育種處理的起始菌株

出發(fā)菌株應(yīng)具備：

①對(duì)誘變劑的敏感性高；

②具有特定生產(chǎn)性狀的能力或潛力；

出發(fā)菌株的來(lái)源；

①自然界直接分離到的野生型菌株：

②歷經(jīng)生產(chǎn)考驗(yàn)的菌株：

③已經(jīng)歷多次育種處理的菌株1.出發(fā)菌株（originalstrain）的選擇：

出發(fā)菌株———用來(lái)育種處理的起始菌株

出發(fā)菌株應(yīng)具備：

44要求：

①菌體處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并使細(xì)胞處于同步生長(zhǎng)；

②細(xì)胞分散且為單細(xì)胞，以避免表型遲延現(xiàn)象（phenotypiclag）;

表型遲延現(xiàn)象:指某一突變?cè)贒NA復(fù)制和細(xì)胞分裂后，才在表型上顯示出來(lái)，造成不純的菌落。方法：

①玻璃珠打散10-15min;

②加０.3%吐溫80（表面活性劑）

③用無(wú)菌脫脂棉過(guò)濾。2.處理單細(xì)胞或單孢子懸液要求：

①菌體處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并使細(xì)胞處于同步生長(zhǎng)453.誘變處理選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑在物理誘變劑中，尤以紫外線為最方便，而在化學(xué)誘變劑中，選用誘變效果最為顯著的“超誘變劑”，如NTG。誘變劑的作用①提高突變的頻率②擴(kuò)大產(chǎn)量變異的幅度③使產(chǎn)量變異朝著正突變或負(fù)突變移動(dòng)劑量的表示法致死率是最好的誘變劑相對(duì)劑量的表示方法。3.誘變處理選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑46單一因子處理：復(fù)合因子處理：兩種以上因素先后使用同時(shí)使用單一因子重復(fù)使用最適劑量的選擇產(chǎn)量性狀的育種中多傾向于低劑量（致死率在70~80%）誘變處理方式先后使用最適劑量的選擇誘變處理方式474.菌種篩選（1）篩選方案：實(shí)際工作中，為了提高篩選效率，往往將篩選工作分為初篩和復(fù)篩兩步進(jìn)行。初篩的目的：刪去明確不符合要求的大部分菌株，把生產(chǎn)性狀類似的菌株盡量保留下來(lái)，使優(yōu)良性狀的菌株不至于漏網(wǎng)；——因此，初篩工作以量為主，測(cè)定的精確性還在其次；初篩手段應(yīng)盡可能快速、簡(jiǎn)單。復(fù)篩的目的：確認(rèn)符合要求的菌株；——復(fù)篩以質(zhì)為主，應(yīng)精確測(cè)定每個(gè)菌株的生產(chǎn)指標(biāo)。篩選是最為艱難的也是最為重要的步驟.4.菌種篩選（1）篩選方案：篩選是最為艱難的也是最為重要485個(gè)出發(fā)菌株→→→→→→選出50株→→→選出5株第一輪：一個(gè)出發(fā)菌株→→→選出200個(gè)菌株→→→選出50株→→→選出5株誘變處理初篩（每株一瓶）復(fù)篩（每株四瓶）40株40株40株40株40株誘變處理初篩復(fù)篩（每株一瓶）（每株四瓶）復(fù)篩第二輪：第一輪：誘變處理初篩（每株一瓶）復(fù)篩（49特殊變異菌的篩選方法1、產(chǎn)量突變株的篩選（瓊脂塊培養(yǎng)法）誘變后的分生孢子懸液均勻涂布在營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，待長(zhǎng)出稀疏的小菌落后，用打孔器一一取出長(zhǎng)有單菌落的瓊脂小塊，并分別把它們整齊地移入滅菌的空培養(yǎng)皿內(nèi)，在合適的溫濕度下繼續(xù)培養(yǎng)4~5d,然后把每一長(zhǎng)滿單菌落的瓊脂塊再轉(zhuǎn)移到已混有供試菌種的大塊瓊脂上，以分別測(cè)定各小塊的抑制圈并判斷其抗生素效價(jià)，擇優(yōu)選之。特殊變異菌的篩選方法1、產(chǎn)量突變株的篩選（瓊脂塊培養(yǎng)法）50瓊脂塊培養(yǎng)法示意圖瓊脂塊培養(yǎng)法示意圖51抗藥性突變株的應(yīng)用：作為菌株的遺傳標(biāo)記作為生產(chǎn)菌種（結(jié)構(gòu)類似物抗性變異株）2、抗藥性突變株的篩選（梯度平板法）酵母菌抗異煙阱突變株篩選抗藥性突變株的應(yīng)用：2、抗藥性突變株的篩選（梯度平板法）酵母52基本培養(yǎng)基（MM）[-]：凡是能滿足野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低成分的合成培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)基（CM）[+]：滿足一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)的天然或半合成培養(yǎng)基。

補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM）[X]：在MM中有針對(duì)性地加入一或幾種營(yíng)養(yǎng)成分以滿足相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)的合成培養(yǎng)基?！锱c篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類培養(yǎng)基3、營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株(auxotrophmutant)篩選基本培養(yǎng)基（MM）[-]：凡是能滿足野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低53★與營(yíng)養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體：營(yíng)養(yǎng)缺陷型：經(jīng)誘變產(chǎn)生的一些合成能力出現(xiàn)缺陷，而必須在培養(yǎng)基內(nèi)加入相應(yīng)有機(jī)養(yǎng)分才能正常生長(zhǎng)的變異菌株。如：lys-，bio-

野生型：自然界分離到的任何微生物，在其發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株，為該微生物的野生型。如：lys+;bio+;原養(yǎng)型：指營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，與野生型的表型相同。

★與營(yíng)養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體：54★營(yíng)養(yǎng)缺陷型篩選方法篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株一般要經(jīng)過(guò)誘變、淘汰野生型、檢出和鑒定營(yíng)養(yǎng)缺陷型四個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)分述如下：

誘變劑處理與上述一般誘變處理相同。

★營(yíng)養(yǎng)缺陷型篩選方法55①抗生素法原理：青霉素、制霉菌素等抗生素作用于生長(zhǎng)著的微生物細(xì)胞，對(duì)休止態(tài)細(xì)胞無(wú)作用。淘汰野生型①抗生素法淘汰野生型56②菌絲過(guò)濾法適用于：絲狀（放線菌、霉菌）原理：基本培養(yǎng)基上只有發(fā)育成菌絲；auxo孢子可通過(guò)濾膜，野生型菌絲不能通過(guò)。②菌絲過(guò)濾法適用于：絲狀（放線菌、霉菌）57①逐個(gè)檢出法缺陷型的檢出①逐個(gè)檢出法缺陷型的檢出58

②影印平板培養(yǎng)法②影印平板培養(yǎng)法59③夾層培養(yǎng)法③夾層培養(yǎng)法60缺陷型的鑒定(生長(zhǎng)譜法)缺陷型的鑒定(生長(zhǎng)譜法)61請(qǐng)?zhí)釋氋F意見(jiàn)謝謝請(qǐng)?zhí)釋氋F意見(jiàn)62突變（mutation）：指生物體的表型突然發(fā)生的可遺傳變化。第二節(jié)基因突變和誘變育種一、基因突變突變?nèi)旧w畸變——細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化

基因突變——細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化突變體（mutant）：發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株野生型（wildtype）：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。突變（mutation）：指生物體的表型突然發(fā)生的可遺傳63★依表型的改變分為：形態(tài)突變型——由突變引起的個(gè)體或菌落形態(tài)的變異。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。發(fā)酵突變型——喪失產(chǎn)生某種生物合成酶能力的突變型抗性突變型——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性條件致死突變型——突變后在某種條件下可正常生長(zhǎng)繁殖，而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)繁殖的突變型抗原突變型——因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變產(chǎn)量突變型——通過(guò)基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株。

（一）突變類型★依表型的改變分為：（一）突變類型64★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：選擇性突變株（selectivemutant）：具有選擇標(biāo)記（如營(yíng)養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變型），只要選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、pH值等，就比較容易檢出和分離到。非選擇性突變株（non-selectivemutant）：無(wú)選擇標(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落并找出差異?！锇词欠癖容^容易、迅速地分離到發(fā)生突變的細(xì)胞來(lái)分：65定義：某一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株的數(shù)目來(lái)表示。突變率=突變細(xì)胞數(shù)/分裂前群體細(xì)胞數(shù)突變是獨(dú)立的。某一基因發(fā)生突變不會(huì)影響其它基因的突變率。在同一個(gè)細(xì)胞中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)基因突變的幾率是極低的，因?yàn)殡p重突變型的幾率只是各個(gè)突變幾率的乘積。由于突變的幾率一般都極低，因此，必須采用檢出選擇性突變株的手段，尤其是采用檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型的恢復(fù)突變株（backmutant或reversemutant）或抗性突變株特別是抗藥性突變株的方法來(lái)加以確定。（二）突變率定義：某一細(xì)胞在每一世代中66（三）突變的特點(diǎn)適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。自發(fā)性：突變可在沒(méi)有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與突變?cè)蛑g無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會(huì)互相影響。可誘變性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳?？赡嫘裕簭脑嫉囊吧突虻阶儺愔甑耐蛔兎Q為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的 過(guò)程則稱為回復(fù)突變或回變（backmutation或 reversemutation）。（三）突變的特點(diǎn)適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥67（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)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（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間是相對(duì)應(yīng)的，并認(rèn)為這就是“定向變異”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)綜在一起，所以難以探究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。從1943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)突變株的難題，終于解決了這場(chǎng)紛爭(zhēng)。（四）基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明68變量試驗(yàn)又稱波動(dòng)試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。1943年，S.E.Luria和M.Delbrück根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，設(shè)計(jì)了左方的實(shí)驗(yàn)。1.變量試驗(yàn)fluctuationtest變量試驗(yàn)又稱波動(dòng)試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。1.變量試驗(yàn)fluctua692.涂布試驗(yàn)原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡(jiǎn)便，且可計(jì)算突變率。2.涂布試驗(yàn)原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡(jiǎn)便，且可計(jì)算突變率70涂布試驗(yàn)中突變率的計(jì)算初始接種量：5×104個(gè)/皿培養(yǎng)5小時(shí)，繁殖了12.3代，每個(gè)微菌落約含5100個(gè)細(xì)菌這時(shí)，每個(gè)平皿上的細(xì)胞數(shù)為：5100×5×104≈2.6×108個(gè)/皿在6個(gè)平板上，比接種時(shí)增加的細(xì)胞數(shù)為： 6×（2.6×108

5×104）=15.6×108在未涂布的平板上共發(fā)現(xiàn)28個(gè)突變，故突變率=28/15.6×108=1.8×108涂布試驗(yàn)中突變率的計(jì)算初始接種量：5×104個(gè)/皿71平板影印培養(yǎng)不僅在微生物遺傳理論的研究中有重要應(yīng)用，而且在育種時(shí)間和其它研究中均有應(yīng)用。3.平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)（replicaplating）平板影印培養(yǎng)不僅在微生物遺傳理論的研究中有重要應(yīng)用，而且在育72在根本未接觸過(guò)任何一點(diǎn)鏈霉素的情況下，就可以篩選到大量抗鏈霉素的突變株，充分說(shuō)明了突變是自發(fā)產(chǎn)生的，鏈霉素只是起到了一種檢出作用。在根本未接觸過(guò)任何一點(diǎn)鏈霉素的情況下，就可以篩選到大量抗鏈霉73（五）基因突變及其機(jī)制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，誘變又可分為點(diǎn)突變和畸變。具體類型可歸納如下：（五）基因突變及其機(jī)制基因突變的原因741.誘發(fā)突變誘發(fā)突變（誘變）：通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因字符突變頻率的手段。誘變劑（mutagen）：凡能提高突變率的任何理化因子，就稱為誘變劑種類：誘變劑的種類很多，作用方式多樣。即使是同一種誘變劑，也常有幾種作用方式。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用機(jī)制。1.誘發(fā)突變誘發(fā)突變（誘變）：通過(guò)人為的方法，利用物理、化75（1）堿基置換（substitution）對(duì)DNA來(lái)說(shuō)，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（microlesion），一般也稱點(diǎn)突變（pointmutation）。它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition；顛換（transversion誘變劑即可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機(jī)制分成以下兩類來(lái)討論。（1）堿基置換（substitution）對(duì)D76★直接引起置換的誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。種類：例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亞硝基胍，N-甲基-N-亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥等）。作用：它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。羥胺只引起G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T發(fā)生互變的。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有?！镏苯右鹬脫Q的誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反77亞硝酸可以使堿基發(fā)生氧化脫氨作用。

HNO2胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）

HNO2腺嘌呤（A）次黃嘌呤（H）

HNO2鳥(niǎo)嘌呤（G）黃嘌呤（X）這些反應(yīng)及形成物均可在DNA復(fù)制中產(chǎn)生影響，主要是使堿基對(duì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。堿基轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制——以亞硝酸為例亞硝酸可以使堿基發(fā)生氧化脫氨作用。堿基轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制——以亞78亞硝酸引起的AT-GC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)亞硝酸引起的AT-GC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)79這類誘變劑主要是一些堿基類似物,如：5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、疊氮胸腺嘧啶（AIT）等等；

作用方式：通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)參入到DNA分子中，主要是在DNA復(fù)制時(shí)堿基類似物插入DNA中，引起堿基對(duì)配對(duì)錯(cuò)誤，造成堿基置換。以5-溴尿嘧啶(5-BU)為例：5-BU是胸腺嘧啶（T）的的類似物，酮式的5-BU可以和A配對(duì)，烯醇式的5-BU可以和G配對(duì)，在DNA分子復(fù)制的過(guò)程中，由于5-BU的插入和互變異構(gòu)導(dǎo)致堿基置換。★間接引起置換的誘變劑這類誘變劑主要是一些堿基類似物,如：5-溴尿嘧啶(5-BU805-BU引起的轉(zhuǎn)換5-BU引起的轉(zhuǎn)換81從上圖中，還可以看到5-BU的摻入引起的G┇C回復(fù)到A?T的過(guò)程。通過(guò)這兩個(gè)圖示，就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變的原因了。也可以知道，為什么像5-BU這類代謝類似物只有對(duì)正在進(jìn)行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對(duì)休止細(xì)胞、游離的噬菌體粒子或離體的DNA分子卻不起作用。從上圖中，還可以看到5-BU的摻入引起的G┇C回復(fù)到A?T的82（2）移碼突變frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。（2）移碼突變frame-shiftmutation或83引起移碼突變的誘變劑：主要是吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。這類化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤—嘧啶對(duì)十分相似。引起移碼突變的誘變劑：主要是吖啶類染料，如吖啶84丫啶類化合物的誘變機(jī)制：至今還不很清楚。有人認(rèn)為，由于它們是一種平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤–嘧啶對(duì)十分相似，故能嵌入兩個(gè)相鄰DNA堿基對(duì)之間，造成雙螺旋的部分解開(kāi)（兩個(gè)堿基對(duì)原來(lái)相距0.34nm，當(dāng)嵌入一個(gè)丫啶分子時(shí)，就變成0.68nm），從而在DNA復(fù)制過(guò)程中，會(huì)使鏈上增添或缺失一個(gè)堿基，結(jié)果就引起了移碼突變。丫啶類化合物的誘變機(jī)制：至今還不很清楚。85丫啶類化合物誘發(fā)的移碼突變及其回復(fù)突變圖示：丫啶類化合物誘發(fā)的移碼突變及其回復(fù)突變圖示：86突變(mutation)指生物體的表型突然發(fā)生的課件87（3）染色體畸變（chromosomalaberration）某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：★染色體結(jié)構(gòu)上的變化：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）★染色體數(shù)目的變化（3）染色體畸變（chromosomalaberratio88★染色體結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來(lái)的一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到原來(lái)染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；易位--------是指斷裂下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間的易位。★染色體結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。89染色體畸變?cè)诟叩日婧松镏幸话愫苋菀子^察，但在微生物中，尤其在原核生物中，還是近年來(lái)才證實(shí)的。許多理化誘變劑的誘變作用都不是單一功能的。染色體畸變?cè)诟叩日婧松镏幸话愫苋菀子^察，但在微生物中，尤其90由40年代B.McClintock對(duì)玉米粒色素斑點(diǎn)變異的遺傳研究而發(fā)現(xiàn)染色體易位，自1967年以來(lái)，已在微生物和其它生物中得到普遍證實(shí)，并已成為分子遺傳學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。轉(zhuǎn)座：有些DNA片段不但可在染色體上移動(dòng)，還可從一個(gè)染色體跳到另一個(gè)染色體，從一個(gè)質(zhì)粒跳到另一個(gè)質(zhì)?；蛉旧w，甚至還從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。在這些DNA順序的跳躍過(guò)程中，往往導(dǎo)致DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動(dòng)或關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致突變的發(fā)生。轉(zhuǎn)座因子（transposibleelement）：在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段DNA順序。也稱作跳躍基因（jumpinggene）或可移動(dòng)基因（movablegene）。由40年代B.McClintock對(duì)玉米粒色素斑點(diǎn)變異的遺912.自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒(méi)有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。產(chǎn)生原因：由背景輻射和環(huán)境因素引起，如天然的宇宙射線等微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)，如過(guò)氧化氫。（過(guò)氧化氫是普遍存在于微生物體內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物。它對(duì)Neurospora（脈孢菌）有誘變作用，這種作用可因同時(shí)加入過(guò)氧化氫酶而降低，如果在加入該酶的同時(shí)又加入酶抑制劑KCN，則又可提高突變率。）由DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起。2.自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒(méi)有人工參與下生物體自92發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線（U.V.，ultravioletray）的作用。嘧啶對(duì)紫外線的敏感性要比嘌呤強(qiáng)得多。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是二聚體和水合物。其中了解較清楚的是胸腺嘧啶二聚體的形成和消除。紫外線的主要作用是使同鏈DNA的相鄰嘧啶間形成共價(jià)結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體。二聚體的出現(xiàn)會(huì)減弱雙鏈間氫鍵的作用，并引起雙鏈結(jié)構(gòu)扭曲變形，阻礙堿基間的正常配對(duì)，從而有可能引起突變或死亡。在互補(bǔ)雙鏈間形成嘧啶二聚體的機(jī)會(huì)較少。但一旦形成，就會(huì)妨礙雙鏈的解開(kāi)，因而影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并使細(xì)胞死亡。（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線（U.V.，ultravio93突變(mutation)指生物體的表型突然發(fā)生的課件94定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。這一現(xiàn)象最早是A.Kelner（1949）在Strepotomycesgriseus（灰色鏈霉菌）中發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)，在許多微生物中都得到了證實(shí)。最明顯的是在E.coli的實(shí)驗(yàn)中：對(duì)照：8×106個(gè)/mlE.coliU.V. 100個(gè)/mlE.coli試驗(yàn)：8×106個(gè)/mlE.coliU.V.360~490nm2×106個(gè)/mlE.coli

可見(jiàn)光，30min光復(fù)活作用（photoreactivation）定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，可明顯降低95經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下會(huì)被一種光激活酶（photoreactivatingenzyme）即光裂合酶（photolyase）結(jié)合，當(dāng)形成的復(fù)合物暴露在可見(jiàn)光（300~500nm）下時(shí)，此酶會(huì)因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。與此同時(shí)，光激活酶也從復(fù)合物中釋放出來(lái)，以便重新執(zhí)行功能。每一E.coli細(xì)胞中約含有25個(gè)光激活酶分子。由于一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以進(jìn)行紫外線誘變育種時(shí)，只能在紅光下照射及處理照射后的菌液。經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下96圖:光復(fù)活作用圖:光復(fù)活作用97又稱切除修復(fù)（excisionrepair）。是活細(xì)胞內(nèi)一種用于修復(fù)被紫外線等誘變劑（包括烷化劑、X射線和γ射線等）損傷后的DNA的機(jī)制。這種修復(fù)作用與光無(wú)關(guān)。有四種酶參與——①內(nèi)切核酸酶在胸腺嘧啶二聚體的5’一側(cè)切開(kāi)一個(gè)3’-OH和5’-P的單鏈缺口；②外切核酸酶從5’-P至3’-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口；③DNA聚合酶以DNA的另一條互補(bǔ)鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起逐個(gè)延長(zhǎng)，重新合成一段缺失的DNA鏈；④通過(guò)連接酶的作用，把新合成的寡核苷酸的3’-OH末端與原鏈的5’-P末端相連接，從而完成了修復(fù)作用。暗修復(fù)作用（darkrepair）又稱切除修復(fù)（excisionrepair）。是活細(xì)胞內(nèi)一981、由核酸內(nèi)切酶切開(kāi)二聚體的5’末端，形成3’-OH和5’-P的單鏈缺口2、核酸外切酶從5’-P到3’-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口。3、DNA聚合酶以另一條互補(bǔ)鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起合成缺失片段。4、連接酶將新合成的3’-OH與原有的5’-P相連接。1、由核酸內(nèi)切酶切開(kāi)二聚體的5’末端，形成3’-OH和5’-99設(shè)備：紫外燈、磁力攪拌器、暗室等紫外燈：波長(zhǎng)為253.7nm,功率是15W處理時(shí)的照射距離：20cm~30cm樣品：要直接暴露在紫外燈下，厚度不能超過(guò)3mm照射時(shí)，要用磁力攪拌器攪拌。處理劑量：常用照射時(shí)間或死亡率作為相對(duì)劑量。

紫外誘變方法設(shè)備：紫外燈、磁力攪拌器、暗室等

紫外誘變100由于微生物接受的照射劑量與燈的功率、照射距離、照射時(shí)間、菌液濃度、菌液厚度、細(xì)胞本身特性等因素有關(guān)，所以單純用時(shí)間表示照射劑量并不完全可靠。一定的死亡率必定對(duì)應(yīng)一定的照射劑量，所以，在實(shí)際應(yīng)用中，用死亡率表示照射劑量更可靠。通常先繪制照射時(shí)間與死亡率的關(guān)系曲線，然后選擇合適的劑量。生產(chǎn)上經(jīng)常采用的劑量：死亡率為70%~80%左右。由于微生物接受的照射劑量與燈的功率、照射距離101

二、突變和育種（一）自發(fā)突變與育種生產(chǎn)過(guò)程中，微生物會(huì)以一定頻率發(fā)生自發(fā)突變。富于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的人們就可以及時(shí)抓住這類良機(jī)來(lái)選育優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。育種工作者都希望自己能在最短的時(shí)間內(nèi)培育出比較理想的變異株，因此，定向培育是微生物工作者長(zhǎng)期來(lái)的一種理想。定向培育一般指用某一特定因素長(zhǎng)期處理某微生物的群體，以達(dá)到累積并選擇相應(yīng)的自發(fā)突變株的目的。這是一種古老的育種方法，與誘變育種、雜交育種尤其是與基因工程等現(xiàn)代育種技術(shù)相比，定向培育帶有守株待兔式的被動(dòng)狀態(tài)。

二、突變和育種（一）自發(fā)突變與育種生產(chǎn)過(guò)程中，微生物會(huì)以一102是用物理或化學(xué)的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，使誘變對(duì)象內(nèi)的遺傳物質(zhì)（DNA）的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起性狀變異并通過(guò)篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方法。誘變育種具有極其重要的實(shí)踐意義。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)和其他微生物生產(chǎn)部門所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎毫無(wú)例外地都是通過(guò)誘變育種而明顯提高其生產(chǎn)性能的。（二）誘變育種是用物理或化學(xué)的誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，在促進(jìn)其103斜面/肉湯培養(yǎng)單孢子/單細(xì)胞懸液誘變劑處理平板分離移至斜面初篩計(jì)算存活率觀察形態(tài)變異，挑單菌落小試中試復(fù)篩良種保藏原始菌種純化原菌種特性鑒定誘變育種的步驟：斜面/肉湯培養(yǎng)單孢子/單細(xì)胞懸液誘變劑處理平板分離移至斜面初104選擇選擇合適的出發(fā)菌株↓制備待處理的菌懸液↓誘變處理↓篩選誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則選擇選擇合適的出發(fā)菌株誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則105出發(fā)菌株———用來(lái)育種處理的起始菌株

出發(fā)菌株應(yīng)具備：

①對(duì)誘變劑的敏感性高；

②具有特定生產(chǎn)性狀的能力或潛力；

出發(fā)菌株的來(lái)源；

①自然界直接分離到的野生型菌株：

②歷經(jīng)生產(chǎn)考驗(yàn)的菌株：

③已經(jīng)歷多次育種處理的菌株1.出發(fā)菌株（originalstrain）的選擇：

出發(fā)菌株———用來(lái)育種處理的起始菌株

出發(fā)菌株應(yīng)具備：

106要求：

①菌體處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并使細(xì)胞處于同步生長(zhǎng)；

②細(xì)胞分散且為單細(xì)胞