年普通高考全國(guó)卷語(yǔ)文試題市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

主要內(nèi)容1微生物遺傳2微生物變異3微生物基因重組4菌種衰退、復(fù)壯和保藏

第4章微生物遺傳與變異第1頁(yè)第1頁(yè)引言（相關(guān)概念）遺傳(heredity或inheritance)指生物上一代將自己一整套遺傳因子傳遞給下一代行為或功效，含有極其穩(wěn)定特性。遺傳型(genotype)：又稱(chēng)基因型，指某一生物個(gè)體所含有所有遺傳因子，即基因總和。遺傳型是一個(gè)內(nèi)在也許性或潛力，其實(shí)質(zhì)是遺傳物質(zhì)上所負(fù)載特定遺傳信息。表型(phenotype)含有一定遺傳型個(gè)體，在特定外界環(huán)境中，通過(guò)生長(zhǎng)和發(fā)育所表現(xiàn)出來(lái)種種形態(tài)和生理特性總和，即為其表型；即是遺傳型在適當(dāng)環(huán)境下詳細(xì)表現(xiàn)。遺傳型+環(huán)境條件表型代謝發(fā)育第2頁(yè)第2頁(yè)變異(variation)：指生物體在某種外因或內(nèi)因作用下所引起遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量改變，亦即遺傳型改變。變異特點(diǎn)是在群體中以極低幾率出現(xiàn)，性狀改變幅度極大，改變后性狀是穩(wěn)定、可遺傳。飾變(modification)指不包括遺傳物質(zhì)改變，而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上表型改變，即一樣遺傳型生物，在不同外界條件下，會(huì)展現(xiàn)不同表型，這種表型上差異，只能稱(chēng)為適應(yīng)或飾變。其特點(diǎn)是整個(gè)群體中幾乎每一個(gè)體都發(fā)生一樣改變，性狀改變幅度較小，遺傳物質(zhì)不變。不是真正變異，是不遺傳。引發(fā)飾變?cè)蛳Ш?，表型即可恢?fù)。比如：粘質(zhì)沙雷氏菌：在25℃下培養(yǎng)，產(chǎn)生深紅色靈桿菌素；在37℃下培養(yǎng)，不產(chǎn)生色素；假如重新將溫度降到25℃，又恢復(fù)產(chǎn)色素能力。第3頁(yè)第3頁(yè)微生物是遺傳學(xué)研究中明星微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，營(yíng)養(yǎng)體普通為單倍體，以便建立純系。諸多常見(jiàn)微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長(zhǎng)繁殖。對(duì)環(huán)境原因作用敏感，易于取得各類(lèi)突變株，操作性強(qiáng)。第4頁(yè)第4頁(yè)第一節(jié)微生物遺傳

一、遺傳變異物質(zhì)基礎(chǔ)1883-1889年間，Weissmann提出種質(zhì)連續(xù)理論，認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一個(gè)含有特定分子結(jié)構(gòu)化合物；20世紀(jì)初，發(fā)覺(jué)了染色體并提出了基因?qū)W說(shuō)，使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)范圍縮小到染色體上；1944年后，由于連續(xù)利用微生物這一有利試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行了三個(gè)著名試驗(yàn)，才以確鑿事實(shí)證實(shí)核酸，尤其是DNA才是遺傳變異真正物質(zhì)基礎(chǔ)。典型轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、噬菌體感染試驗(yàn)、植物病毒重組試驗(yàn)三個(gè)典型試驗(yàn)與遺傳物質(zhì)第5頁(yè)第5頁(yè)1、轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：肺炎鏈球菌(Streptococcuspneumoniae)以肺炎鏈球菌作為研究對(duì)象，肺炎鏈球菌能夠使人患肺炎，也能夠使小白鼠患敗血病而死亡；有莢膜者是致病性，它菌落表面光滑(smooth)，稱(chēng)為S型；有不形成莢膜，無(wú)致病性，菌落外觀粗糙(rough)，故稱(chēng)R型。Griffith典型轉(zhuǎn)化試驗(yàn)(1928)RII型活菌SIII型活菌SIII型熱死菌RII型活菌SIII型活菌混合培養(yǎng)健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死第6頁(yè)第6頁(yè)Griffith（格里菲斯）轉(zhuǎn)化試驗(yàn)結(jié)果(有毒)死細(xì)菌中某種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到(無(wú)毒)活細(xì)菌中，并使之含有毒性，造成小家鼠死亡；他將這種細(xì)菌遺傳類(lèi)型轉(zhuǎn)變稱(chēng)為轉(zhuǎn)化，并將引起轉(zhuǎn)化物質(zhì)稱(chēng)為轉(zhuǎn)化因子(tranformingprinciple)；當(dāng)初化學(xué)與生化分析技術(shù)還無(wú)法鑒定殺死細(xì)菌中成份，因而不知轉(zhuǎn)化因子為何物。第7頁(yè)第7頁(yè)離體轉(zhuǎn)化試驗(yàn)1944年，O.T.Avery、C.M.Macleod和M.McCarty從熱死S型肺炎鏈球菌中提純了也許作為轉(zhuǎn)化因子各種成份，并在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)。Avery等體外培養(yǎng)試驗(yàn)(1944)分離后S型細(xì)胞物質(zhì)對(duì)R型細(xì)胞轉(zhuǎn)化第8頁(yè)第8頁(yè)離體轉(zhuǎn)化試驗(yàn)結(jié)果起源于加熱殺死SIII細(xì)菌，并使RII細(xì)菌轉(zhuǎn)化成為SIII型細(xì)菌轉(zhuǎn)化因子是DNA。Avery等人試驗(yàn)事實(shí)上表明：決定細(xì)菌遺傳類(lèi)型物質(zhì)是DNA，即證實(shí)了DNA就是遺傳物質(zhì)。第9頁(yè)第9頁(yè)2、噬菌體感染試驗(yàn)1952年，A.D.Hershey和M.Chase發(fā)表了證實(shí)噬菌體遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)著名試驗(yàn)－噬菌體感染試驗(yàn)。首先，他們將E.coli培養(yǎng)在以放射性32P3O4或35S2O4作為磷源或硫源合成培養(yǎng)基中。結(jié)果,能夠取得含32P-DNA(噬菌體關(guān)鍵)噬菌體或含35S-蛋白質(zhì)(噬菌體外殼)兩種試驗(yàn)用噬菌體。第10頁(yè)第10頁(yè)蛋白質(zhì)外殼在噬菌體感染過(guò)程中，其蛋白質(zhì)外殼未進(jìn)入宿主細(xì)胞。第11頁(yè)第11頁(yè)DNA關(guān)鍵進(jìn)入宿主細(xì)胞DNA經(jīng)增殖、裝配后,能產(chǎn)生一大群既有DNA關(guān)鍵又有蛋白質(zhì)外殼完整噬菌體顆粒。證實(shí)：在其DNA中，含有包括合成蛋白質(zhì)外殼在內(nèi)整套遺傳信息。通過(guò)電子顯微鏡觀測(cè)也證實(shí)了這個(gè)論點(diǎn)。從而證實(shí)了遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA。第12頁(yè)第12頁(yè)3、植物病毒重組試驗(yàn)H.Fraenkel-Conrat(1956)用含RNA煙草花葉病毒(TMV)進(jìn)行了著名植物病毒重建試驗(yàn)。把TMV和HRV（霍氏車(chē)前花葉病毒）蛋白質(zhì)外殼與RNA相分離。用TMVRNA與HRV蛋白質(zhì)外殼，HRVRNA與TMV蛋白質(zhì)外殼重建后雜合病毒去感染煙草。第13頁(yè)第13頁(yè)植物病毒重組核酸(這里為RNA)是病毒遺傳物質(zhì)。至此,我們可確信無(wú)疑地得出結(jié)論,只有核酸才是貯存遺傳信息真正物質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果第14頁(yè)第14頁(yè)三個(gè)典型試驗(yàn)結(jié)果細(xì)胞生物遺傳物質(zhì)是雙鏈DNA；病毒遺傳物質(zhì)能夠是單鏈或雙鏈DNA或RNA，即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或dsRNA。第15頁(yè)第15頁(yè)朊病毒發(fā)覺(jué)和思考無(wú)論是DNA還是RNA作為遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)已是無(wú)可辨駁事實(shí)。但朊病毒發(fā)覺(jué)對(duì)“蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)”定論也帶來(lái)一些疑云。PrP是含有傳染性蛋白質(zhì)致病因子，迄今未發(fā)覺(jué)蛋白內(nèi)有核酸，但已知傳染性疾病傳播必須有核酸構(gòu)成遺傳物質(zhì)，才干感染宿主并在宿主體內(nèi)自然繁殖。那么這是生命界又一特例呢？還是由于當(dāng)前人們結(jié)識(shí)和技術(shù)所限而尚未揭示生命之謎呢？尚有待于生命科學(xué)家去結(jié)識(shí)和摸索。第16頁(yè)第16頁(yè)（一）遺傳物質(zhì)DNA分子結(jié)構(gòu)及其多樣性第17頁(yè)第17頁(yè)第18頁(yè)第18頁(yè)1DNA復(fù)制4dNTP第19頁(yè)第19頁(yè)2轉(zhuǎn)錄3轉(zhuǎn)譯(翻譯）原核生物只有一個(gè)RNA多聚酶；轉(zhuǎn)錄后不需加工，直接作為mRNA；mRNA只能存活幾分鐘、幾小時(shí)；轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯可同時(shí)進(jìn)行，是偶聯(lián)；第20頁(yè)第20頁(yè)第21頁(yè)第21頁(yè)微生物基因表示調(diào)控調(diào)整基因也有轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯作用，以其模板生成蛋白質(zhì)稱(chēng)為阻遏蛋白或變構(gòu)蛋白。阻遏蛋白作用是能與操縱基因結(jié)合，制止了RNA聚合酶向結(jié)構(gòu)基因滑動(dòng)，即使結(jié)構(gòu)基因失去了合成mRNA能力。先有調(diào)整基因決定阻遏蛋白，與操縱基因結(jié)合從而制止了基因表示。

基因控制系統(tǒng)操縱子調(diào)整基因啟動(dòng)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因第22頁(yè)第22頁(yè)

阻遏蛋白也能與培養(yǎng)基中底物(由結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯酶催化分解底物)相結(jié)合，當(dāng)阻遏蛋白與底物結(jié)合后，阻遏蛋白從操縱基因分離，從而開(kāi)放了RNA聚合酶通向結(jié)構(gòu)基因通道，便能轉(zhuǎn)錄成mRNA，并轉(zhuǎn)譯成蛋白質(zhì)(酶)。第23頁(yè)第23頁(yè)2.1遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)存在部位和方式－七個(gè)水平細(xì)胞水平：存在于細(xì)胞核或核質(zhì)體，單核或多核細(xì)胞核水平：原與真核生物細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不同，核外DNA；染色體水平：倍性(真核)和染色體數(shù)；核酸水平：在原核中同染色體水平、存在部分二倍體DNA或RNA，復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈；基因水平：具自主復(fù)制能力遺傳功效單位，長(zhǎng)度與信息量，轉(zhuǎn)錄——翻譯；密碼子水平：信息單位，起始和終止；核苷酸水平：突變或互換單位，四種堿基。（二）遺傳物質(zhì)在微生物中存在第24頁(yè)第24頁(yè)2.2微生物遺傳物質(zhì)存在形式存在主要形式—染色體染色體外遺傳物質(zhì)真核微生物中細(xì)胞器DNA：葉綠體、線粒體、中心粒、毛基體等原核微生物和真核微生物酵母菌：質(zhì)粒插入序列、轉(zhuǎn)座子、Mu病毒等RNA作為遺傳物質(zhì)朊病毒遺傳物質(zhì)第25頁(yè)第25頁(yè)染色體指攜帶細(xì)胞功效所必備基因遺傳單元。病毒是非細(xì)胞生物，它們?nèi)走z傳基因稱(chēng)為基因組，但不足以形成染色體。原核生物染色體常為一個(gè)環(huán)狀DNA分子。真核生物細(xì)胞有幾條至幾十條染色體，各含一個(gè)線狀DNA分子。第26頁(yè)第26頁(yè)真核生物染色體結(jié)構(gòu)細(xì)菌染色體DNA大小和結(jié)構(gòu)第27頁(yè)第27頁(yè)原核生物質(zhì)粒游離于原核生物染色體外，含有獨(dú)立復(fù)制能力小型共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA(circularcovalentlyclosedDNA)，稱(chēng)為質(zhì)粒。質(zhì)粒含有超螺旋狀結(jié)構(gòu)，攜帶著一些染色體所沒(méi)有基因，賦予原核生物一些對(duì)其生存必不可少特殊功效。第28頁(yè)第28頁(yè)質(zhì)粒特性自我復(fù)制能力，為復(fù)制子，單拷貝或多拷貝編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌一些性狀特性可自行丟失與消除（含質(zhì)粒細(xì)胞在正常培養(yǎng)基上遇化學(xué)、物理原因處理時(shí)，質(zhì)粒復(fù)制受到克制而核染色體復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行，子代細(xì)胞中質(zhì)粒消除）有轉(zhuǎn)移性（能夠通過(guò)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞中，使兩個(gè)細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時(shí)，它能夠單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也能夠攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，因此它可成為基因工程載體）能夠在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），也能夠通過(guò)互換摻入染色體上，以附加體（episome）形式存在）對(duì)于細(xì)菌生存并不是必要功效多樣化功效：進(jìn)行細(xì)胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類(lèi)、降解功效等。第29頁(yè)第29頁(yè)質(zhì)粒主要類(lèi)型致育因子Fertilityfactor，F(xiàn)因子（制育因子，性因子，約2%核染色體，94.5kb，編碼基因約1/3與接合相關(guān)）抗性因子Resistancefactor，R因子（抗藥性因子，其基因編碼物質(zhì)對(duì)抗生素有抗性）Ti因子誘癌質(zhì)粒，可同植物細(xì)胞中核染色體整合，破壞控制細(xì)胞分裂激素調(diào)整系統(tǒng)，從而使其變成癌細(xì)胞。Col因子大腸桿菌素因子，即使大腸桿菌分泌大腸桿菌素巨大質(zhì)粒分子量200~300×106Da，比普通質(zhì)粒大幾十到幾百倍，上面有固氮基因。降解性質(zhì)粒能夠編碼許多降解性酶類(lèi)，使細(xì)菌降解特殊物質(zhì)。只在假單胞菌屬中發(fā)覺(jué)。它們降解性質(zhì)?？蔀橐幌盗心芙到鈴?fù)雜物質(zhì)酶編碼，從而能利用普通細(xì)菌所難以分解物質(zhì)做碳源。第30頁(yè)第30頁(yè)產(chǎn)細(xì)菌素質(zhì)粒Bacteriocinproductionplasmid毒性質(zhì)粒Virulenceplasmid代謝質(zhì)粒Metabolicplasmid(降解質(zhì)粒)隱秘質(zhì)粒Crypticplasmid第31頁(yè)第31頁(yè)第二節(jié)微生物變異

2.1基因突變和突變率基因突變(genemutatiaon)簡(jiǎn)稱(chēng)突變，是變異一個(gè)，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)忽然發(fā)生可遺傳改變，突變幾率普通在10-6～10-9范圍內(nèi)。突變率(mutationrate)：每一細(xì)胞在每一世代發(fā)生某一性狀突變幾率，稱(chēng)為突變率，它能夠用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株數(shù)目來(lái)表示。第32頁(yè)第32頁(yè)變異基因突變基因重組誘變自發(fā)突變點(diǎn)突變?nèi)旧w畸變堿基置換移碼突變轉(zhuǎn)換顛換缺失添加缺失添加易位倒位第33頁(yè)第33頁(yè)2.2突變類(lèi)型凡能用選擇性培養(yǎng)基快速選擇出來(lái)突變型，稱(chēng)為選擇性突變株(selectivemutant)，如營(yíng)養(yǎng)缺點(diǎn)型、抗性突變型和條件致死型等；反之則稱(chēng)為非選擇性突變株(non-selectivemutant)，如形態(tài)突變型、抗原突變型和產(chǎn)量突變型等。選擇性突變非選擇性突變(死活突變)營(yíng)養(yǎng)缺點(diǎn)型抗性突變型條件致死突變型形態(tài)突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型(非死活突變)第34頁(yè)第34頁(yè)2.3突變特點(diǎn)不相應(yīng)性：突變性狀與原因之間無(wú)直接相應(yīng)關(guān)系。自發(fā)性：突變能夠在沒(méi)有些人為誘變?cè)蛱幚硐伦园l(fā)地產(chǎn)生。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。可誘發(fā)性：誘變劑可提升突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳。可逆性：從原始野生型基因到變異株突變稱(chēng)為正向突變(forwardmutation)，從突變株回到野生型過(guò)程則稱(chēng)為回復(fù)突變或回變(backmutation或reversemutation)。第35頁(yè)第35頁(yè)兩種見(jiàn)解一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為，是通過(guò)適應(yīng)而發(fā)生，即各種抗性是由其環(huán)境(指其中所含抵抗對(duì)象)誘發(fā)出來(lái)，突變?cè)蚝屯蛔冃誀铋g是相相應(yīng)，并認(rèn)為這就是“定向變異”，也有些人稱(chēng)它為“馴化”或“馴養(yǎng)”。另一個(gè)見(jiàn)解則認(rèn)為，基因突變是自發(fā)，且與環(huán)境是不相正確。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等各種原因錯(cuò)綜在一起，因此難以探究問(wèn)題實(shí)質(zhì)。第36頁(yè)第36頁(yè)基因突變自發(fā)性和不相應(yīng)性1943年，S.E.Luria和M.Delbruck依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，設(shè)計(jì)了變量試驗(yàn)(fluctuationtest)，又稱(chēng)波動(dòng)試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)；1949年，Newcombe設(shè)計(jì)了涂布試驗(yàn)(Newcombeexperiment)；1952年，J.Lederberg夫婦發(fā)表了著名《平板影印培養(yǎng)法和細(xì)菌突變株間接選擇》論文，它更加好證實(shí)了微生物抗藥性是在未接觸藥物前自發(fā)產(chǎn)生。第37頁(yè)第37頁(yè)Luria等變量試驗(yàn)敏感于噬菌體T1T1第38頁(yè)第38頁(yè)試驗(yàn)要點(diǎn)是：取敏感于噬菌體T1大腸桿菌對(duì)數(shù)期肉湯培養(yǎng)物，用新鮮培養(yǎng)液稀釋成濃度為103個(gè)／m1細(xì)菌懸液，然后在甲、乙兩試管內(nèi)各裝10m1。接著把甲管中菌液先分裝在50支小試管中(每管裝0.2m1)，保溫24—36小時(shí)后，即把各支小管菌液分別倒在50個(gè)預(yù)先涂有T1平板上，經(jīng)培養(yǎng)后分別計(jì)算各皿上所產(chǎn)生抗噬菌體菌落數(shù)；乙管中10ml菌液不經(jīng)分裝先整管保溫24—36小時(shí)，然后才分成50份加到同樣涂有Tl平板上，經(jīng)適當(dāng)培養(yǎng)后，同樣分別計(jì)算各皿上產(chǎn)生抗性菌落數(shù)。結(jié)果發(fā)覺(jué)，來(lái)自甲管50皿中，各皿間抗性菌落數(shù)相差極大，而來(lái)自乙管則各皿數(shù)目基本相同。這就闡明大腸桿菌抗噬菌體性狀突變，不是由所抗環(huán)境原因——噬菌體誘導(dǎo)出來(lái)，而是在它接觸到噬菌體前，在某一次細(xì)胞分裂過(guò)程中隨機(jī)地自發(fā)產(chǎn)生。這一自發(fā)突變發(fā)生得越早，則抗性菌落出現(xiàn)得越多，反之則越少。噬菌體這里僅起著淘汰原始未突變敏感菌作用。利用這一辦法，還可計(jì)算出突變率。第39頁(yè)第39頁(yè)涂布試驗(yàn)第40頁(yè)第40頁(yè)平板影印培養(yǎng)法第41頁(yè)第41頁(yè)3基因突變機(jī)制3.1自發(fā)突變機(jī)制(1)背景輻射、環(huán)境原因(2)微生物本身有害物質(zhì)(3)互變異構(gòu)效應(yīng)(4)環(huán)出效應(yīng)第42頁(yè)第42頁(yè)3.2誘發(fā)突變機(jī)制誘發(fā)突變基因突變第43頁(yè)第43頁(yè)一對(duì)堿基被另外一對(duì)堿基置換。轉(zhuǎn)換(transition)：即DNA鏈中一個(gè)嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所置換。顛換(transversion)：即一個(gè)嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所置換。堿基置換第44頁(yè)第44頁(yè)堿基轉(zhuǎn)換分子機(jī)制——以亞硝酸為例

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。第45頁(yè)第45頁(yè)第46頁(yè)第46頁(yè)腺嘌呤（A）變成次黃嘌呤（H）后引起轉(zhuǎn)換過(guò)程：①腺嘌呤氧化脫氨后形成烯醇式次黃嘌呤（He）②He通過(guò)互變異構(gòu)效應(yīng)形成酮式次黃嘌呤（HK）③DNA復(fù)制時(shí)，HK與胞嘧啶（C）配對(duì)④DNA第二次復(fù)制時(shí)，C與G正常配對(duì)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換。第47頁(yè)第47頁(yè)亞硝酸引起AT-GC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)第48頁(yè)第48頁(yè)移碼突變誘變劑使DNA分子中一個(gè)或少數(shù)幾種核苷酸增長(zhǎng)或缺失，從而使后面所有遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤。由移碼突變所產(chǎn)生突變株，稱(chēng)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分子微小損傷。丫啶類(lèi)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(chēng)為ICR類(lèi)化合物，都是移碼突變有效誘變劑。第49頁(yè)第49頁(yè)丫啶類(lèi)化合物誘發(fā)移碼突變及其回復(fù)突變圖示：第50頁(yè)第50頁(yè)第51頁(yè)第51頁(yè)染色體畸變（chromosomalaberration）一些理化因子，如X射線等輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：染色體結(jié)構(gòu)上改變：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的改變第52頁(yè)第52頁(yè)分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類(lèi)。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上改變，如發(fā)生染色體部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因減少或增長(zhǎng)；如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來(lái)一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到本來(lái)染色體原位置上，從而使其基因順序與其它基因順序相反；易位--------是指斷裂下來(lái)一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間易位。第53頁(yè)第53頁(yè)第54頁(yè)第54頁(yè)轉(zhuǎn)座因子(transposibleelement),跳躍基因(jumpinggene)在染色體組中或染色體組間能改變本身位置一段DNA順序。染色體畸變幾種形式插入序列(insertionsequence)：分子量小，0.7~1.4kb，只能引起轉(zhuǎn)座效應(yīng)而不含其它任何基因。轉(zhuǎn)座子(Tn,transposon)：分子量為2~25kb，含有幾種到十幾種基因。能插到受體DNA分子許多位點(diǎn)上。Mu噬菌體(mutatorphage)：是E.Coli一個(gè)溫和噬菌體，分子量大，約37kb，含20多個(gè)基因，能夠引起插入突變。第55頁(yè)第55頁(yè)誘變劑共性原則很各種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機(jī)制造成DNA突變；化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌誘變率與其對(duì)動(dòng)物致癌性成正比；超出95%致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用；90%以上非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒(méi)有誘變作用。誘變劑（mutagen）：凡能提升突變率任何理化因子，就稱(chēng)為誘變劑。種類(lèi)：誘變劑種類(lèi)諸多，作用方式多樣。即使是同一個(gè)誘變劑，也常有幾種作用方式。第56頁(yè)第56頁(yè)若干誘變劑作用機(jī)制及誘變功效

有些人認(rèn)為，由于它們是一個(gè)平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤–嘧啶對(duì)十分相同，故能嵌入兩個(gè)相鄰DNA堿基對(duì)之間，造成雙螺旋部分解開(kāi)（兩個(gè)堿基對(duì)本來(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。

誘變?cè)? 在DNA上初級(jí)效應(yīng) 遺傳效應(yīng)堿基類(lèi)似物 摻入作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換羥胺 與胞嘧啶起反應(yīng) GC→AT轉(zhuǎn)換亞硝酸 A、G、C氧化脫氨作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換交聯(lián) 缺失 烷化劑 烷化堿基（主要是G） AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 烷化磷酸基團(tuán) AT→TA顛換 喪失烷化嘌呤 GC→CG顛換 糖-磷酸骨架斷裂 巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位） 丫啶類(lèi)堿基之間互相作用（雙鏈變形） 碼組移動(dòng)（＋或－） 紫外線 形成嘧啶水合物 GC→AT轉(zhuǎn)換 形成嘧啶二聚體 碼組移動(dòng)（＋或－） 交聯(lián) 電離輻射 堿基羥基化核降解 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換DNA降解 碼組移動(dòng)（＋或－） 糖-磷酸骨架斷裂 巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位） 喪失嘌呤

加熱 C脫氨基 CG→TA轉(zhuǎn)換Mu噬菌體 結(jié)合到一個(gè)基因中間 碼組移動(dòng) 第57頁(yè)第57頁(yè)Ames試驗(yàn)美國(guó)加利福尼亞大學(xué)BruceAmes專(zhuān)家于1966年創(chuàng)造；檢測(cè)鼠傷寒沙門(mén)氏菌(Salmonellatyphmurium)組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺點(diǎn)型菌株(his-)回復(fù)突變率；回復(fù)突變(reversemutation或backmutation)：突變體失去野生型性狀，能夠通過(guò)第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱(chēng)為回復(fù)突變。第58頁(yè)第58頁(yè)Ames試驗(yàn)操作第59頁(yè)第59頁(yè)艾姆氏試驗(yàn)基本辦法缺點(diǎn)型菌株?duì)I養(yǎng)缺乏型平板37℃2～3天.. ......:.¨.:..:..;.;...¨.:.:.¨.:..:..;.;...¨.:.. .....待測(cè)試劑正?；貜?fù)突變誘變劑誘變艾姆氏試驗(yàn)已成為測(cè)試化學(xué)物質(zhì)誘變作用原則辦法，其原理是檢查待測(cè)試劑能否使?fàn)I養(yǎng)缺點(diǎn)型菌株回復(fù)突變?cè)鲩L(zhǎng)。

第60頁(yè)第60頁(yè)應(yīng)用實(shí)例國(guó)外曾開(kāi)發(fā)了一個(gè)減少婦女妊娠反應(yīng)藥物“反應(yīng)?！保捎谄渌幮黠@，在60-70年代十分流行；但隨后人們就發(fā)覺(jué)畸形兒出生率明顯增高，并且生產(chǎn)畸形兒婦女大多曾服用“反應(yīng)停”，以后采用Ames試驗(yàn)發(fā)覺(jué)這種物質(zhì)確實(shí)含有很強(qiáng)致突變作用，因此這種藥物被嚴(yán)禁使用；第61頁(yè)第61頁(yè)Ames試驗(yàn)補(bǔ)充由于生物體內(nèi)、體外也許存在差別，可在體外加入哺乳動(dòng)物(如大鼠)微粒體酶系統(tǒng)，使待測(cè)物活化，使Ames試驗(yàn)準(zhǔn)確率達(dá)80-90%。第62頁(yè)第62頁(yè)4DNA損傷修復(fù)4.1紫外線對(duì)DNA損傷及修復(fù)在光照下光解酶轉(zhuǎn)變紫外線誘導(dǎo)胸腺嘧啶二聚體返回單聚體。光照第63頁(yè)第63頁(yè)第64頁(yè)第64頁(yè)第65頁(yè)第65頁(yè)4.2切補(bǔ)修復(fù)〔暗修復(fù)〕

為把它與光復(fù)活作用區(qū)分開(kāi)，切補(bǔ)修復(fù)常稱(chēng)為暗修復(fù)。它作為許多不同類(lèi)型DNA損傷修復(fù)普遍系統(tǒng)，如嘧啶二聚體和錯(cuò)誤堿基配對(duì)引發(fā)DNA損傷。B、C和基因產(chǎn)物結(jié)合形成一個(gè)核酸內(nèi)切酶，它能識(shí)別堿基改變所引發(fā)DNA螺旋扭曲。uvrABC內(nèi)切核酸酶在損傷任何一邊作一切口，聚合酶I切除和替換損傷部位堿基，DNA連接酶將缺口填補(bǔ)上。

第66頁(yè)第66頁(yè)1、由核酸內(nèi)切酶切開(kāi)二聚體5’末端，形成3’-OH和5’-P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3’-OH端起合成缺失片段。4、連接酶將新合成3’-OH與原有5’-P相連接。第67頁(yè)第67頁(yè)4.3重組修復(fù)(復(fù)制后修復(fù))

胸腺嘧啶二聚體不能被復(fù)制，不是在此位點(diǎn)阻塞，而是DNA聚合酶能跳過(guò)該損傷部位，沿著下面DNA模板，恢復(fù)DNA繼續(xù)合成。在新合成DNA子鏈上二聚體對(duì)面留下一個(gè)缺口。由于需要一個(gè)完整鏈作為模板，不能用切補(bǔ)修復(fù)來(lái)恢復(fù)。而這個(gè)缺口能由RecA蛋白調(diào)控通過(guò)與母鏈DNA螺旋發(fā)生重組來(lái)填補(bǔ)。母鏈DNA在二聚體對(duì)面應(yīng)當(dāng)含有完整序列。盡管重組并不能修復(fù)損傷，它確創(chuàng)造了兩個(gè)新DNA分子，通過(guò)切補(bǔ)修復(fù)完畢了修復(fù)功效。

第68頁(yè)第68頁(yè)細(xì)胞在不切除二聚體情況下，以帶有二聚體這條鏈為模板合成互補(bǔ)單鏈，但在每個(gè)二聚體附近留有一空隙。通過(guò)染色體互換，空隙部位就不在面對(duì)著胸腺嘧啶二聚體，而是面對(duì)著正常單鏈，在這種條件下，DNA聚合酶和連接酶起作用將空隙部位進(jìn)行修復(fù)，重組修復(fù)中DNA損傷并沒(méi)有清除，但伴隨微生物傳代繁殖，損傷百分比逐步減少。第69頁(yè)第69頁(yè)4.4SOS修復(fù)系統(tǒng)

細(xì)胞中有許多基因和操縱子受RecA蛋白協(xié)同調(diào)控和LexA蛋白阻遏轉(zhuǎn)錄。它涉及處理DNA損傷和稱(chēng)為SOS修復(fù)系統(tǒng)。為一個(gè)傾向差錯(cuò)修復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)與DNA聚合酶互相作用，使之通過(guò)嘧啶二聚體繼續(xù)復(fù)制DNA。3’——5’校正讀碼能力酶被克制，結(jié)果堿基能隨機(jī)插入二聚體對(duì)面，沒(méi)有準(zhǔn)確堿基對(duì)(參見(jiàn)C2)，這個(gè)機(jī)制是紫外線因此致突變主要原因，由于大多數(shù)其它系統(tǒng)是準(zhǔn)確修復(fù)DNA。

SOS—修復(fù)系統(tǒng)是由RecA蛋白誘導(dǎo)，由于存在DNA損傷，RecA蛋白構(gòu)型改變顯示出激活態(tài)。激活態(tài)熱RecA蛋白引起LexA蛋白被蛋白水解酶切開(kāi)，結(jié)果LexA蛋白不再作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄阻遏物。只要細(xì)胞中存在DNA損傷，SOS修復(fù)系統(tǒng)基因就能表示。一旦DNA損傷被消除，RecA蛋白不再有活性，不再作為L(zhǎng)exA蛋白水解誘導(dǎo)物，IexA蛋白在細(xì)胞中累積，并且克制SOS—修復(fù)基因轉(zhuǎn)錄。第70頁(yè)第70頁(yè)第71頁(yè)第71頁(yè)第三節(jié)微生物基因重組

3.1原核微生物基因重組主要有：轉(zhuǎn)化(transformation)是指細(xì)胞從周?chē)橘|(zhì)中攝取來(lái)自不同基因型細(xì)胞DNA，使受體基因型或表型發(fā)生對(duì)應(yīng)改變過(guò)程。轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)是由噬菌體介導(dǎo)將DNA片段從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌過(guò)程。接合(conjugation)在供體細(xì)胞和受體細(xì)胞直接接觸后，質(zhì)粒從供體細(xì)胞向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移過(guò)程。原生質(zhì)融合等幾個(gè)方式第72頁(yè)第72頁(yè)3.1.1轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是在1928年由Griffith進(jìn)行肺炎雙球菌研究中發(fā)覺(jué)。受體菌直接接受供體菌DNA片段而取得部分新遺傳性狀現(xiàn)象，就稱(chēng)為轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化作用。第73頁(yè)第73頁(yè)枯草芽孢桿菌自然轉(zhuǎn)化模型：

a）細(xì)菌生長(zhǎng)在一定培養(yǎng)條件下生長(zhǎng)到一定階段，以枯草芽孢桿菌為例是在葡萄糖基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期到穩(wěn)定期，細(xì)胞向胞外分泌一個(gè)小分子蛋白質(zhì)，稱(chēng)為感受態(tài)因子，其分子量為5000到10000道爾頓。

b）當(dāng)培養(yǎng)液中感受態(tài)因子積累到一定濃度后，與細(xì)胞表面受體互相作用，通過(guò)一系列信號(hào)傳遞系統(tǒng)誘導(dǎo)一些感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)(competencespecificprotein)表示，其中一個(gè)是自溶素(autolysin)，它表示使細(xì)胞表面DNA結(jié)合蛋白及核酸酶裸露出來(lái)，使其含有與DNA結(jié)合活性。

c）DNA以雙鏈形式在細(xì)胞表面幾種位點(diǎn)上結(jié)合并遭到核酸酶切割，核酸內(nèi)切酶首先切斷DNA雙鏈中一條鏈，被切斷鏈遭到核酸酶降解，成為寡核苷酸釋放到培養(yǎng)基中，另一條鏈與感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)結(jié)合，并被引導(dǎo)進(jìn)入細(xì)胞，

d）進(jìn)入細(xì)胞外源DNA通過(guò)同源重組以置換方式整合進(jìn)受體染色體DNA，經(jīng)復(fù)制和細(xì)胞分裂后形成重組體。第74頁(yè)第74頁(yè)3.1.2轉(zhuǎn)染(transfection)假如把噬菌體或其它病毒DNA(或RNA)抽提出來(lái)，讓它去感染感受態(tài)宿主細(xì)胞，并進(jìn)而產(chǎn)生正常噬菌體或病毒后代，這種現(xiàn)象稱(chēng)為轉(zhuǎn)染(transfection)。它與轉(zhuǎn)化不同之處是病毒或噬菌體并非遺傳基因供體菌，中間也不發(fā)生任何遺傳因子互換或整合，最終也不產(chǎn)生含有雜種性質(zhì)轉(zhuǎn)化子。第75頁(yè)第75頁(yè)3.1.3轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象是由J.Lederberg等1952年研究鼠傷寒沙門(mén)氏菌時(shí)發(fā)覺(jué)。通過(guò)完全缺點(diǎn)或部分缺點(diǎn)噬菌體媒介，把供體細(xì)胞DNA小片段攜帶到受體細(xì)胞中，通過(guò)互換與整合，從而使后者取得前者部分遺傳性狀現(xiàn)象，稱(chēng)為轉(zhuǎn)導(dǎo)。第76頁(yè)第76頁(yè)轉(zhuǎn)導(dǎo)類(lèi)型依據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體起源和性質(zhì)不同，能夠區(qū)分為兩種類(lèi)型轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)因?yàn)橥耆秉c(diǎn)型噬菌體攜帶了供體菌染色體片段，當(dāng)它去感染受體菌時(shí)，使后者取得這部分遺傳性狀現(xiàn)象稱(chēng)為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)(穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子)，簡(jiǎn)稱(chēng)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)；流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)(不穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子)；特點(diǎn)：供體任何基因都有可能進(jìn)入受體細(xì)胞局限轉(zhuǎn)導(dǎo)是指經(jīng)過(guò)部分缺點(diǎn)溫和噬菌體把供體菌少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中并取得表示轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)特點(diǎn)：只傳遞供體菌少數(shù)特定基因第77頁(yè)第77頁(yè)3.1.4溶源轉(zhuǎn)變?nèi)茉崔D(zhuǎn)變(lysogenicconversion)：是一個(gè)與轉(zhuǎn)導(dǎo)相同，但本質(zhì)上卻不相同特殊現(xiàn)象，即當(dāng)溫和噬菌體感染其宿主后，發(fā)生溶源化，因噬菌體基因整合到宿主核基因組上，而使后者取得除免疫性以外新性狀現(xiàn)象，稱(chēng)為溶源轉(zhuǎn)變。當(dāng)宿主喪失這一噬菌體時(shí)，經(jīng)過(guò)溶源轉(zhuǎn)變而取得性狀也同時(shí)消失。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)有本質(zhì)上不同，首先是它溫和噬菌體不攜帶任何供體菌基因；其次，這種噬菌體是完整，而不是缺點(diǎn)。第78頁(yè)第78頁(yè)3.1.5接合(conjugation)供體菌(“雄”)經(jīng)過(guò)其性菌毛與受體菌(“雌”)相接觸，前者經(jīng)過(guò)傳遞不同長(zhǎng)度單鏈DNA給后者，并在后者細(xì)胞中進(jìn)行雙鏈化或深入與核染色體發(fā)生互換、整合，從而使后者取得供體菌遺傳性狀現(xiàn)象，稱(chēng)為接合。第79頁(yè)第79頁(yè)3.1.6原生質(zhì)體融合(protoplastfusion)經(jīng)過(guò)人為方法，使遺傳性狀不同兩細(xì)胞原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進(jìn)而發(fā)生遺傳重組以產(chǎn)生同時(shí)帶有雙親性狀、遺傳穩(wěn)定融合子(fusant)過(guò)程，稱(chēng)為原生質(zhì)體融合。第80頁(yè)第80頁(yè)3.2真核微生物基因重組在真核微生物中，基因重組主要有：有性雜交準(zhǔn)性雜交原生質(zhì)體融合轉(zhuǎn)化等形式第81頁(yè)第81頁(yè)3.2.1有性雜交普通指性細(xì)胞間接合和隨之發(fā)生染色體重組，并產(chǎn)生新遺傳型后代一個(gè)育種技術(shù)；第82頁(yè)第82頁(yè)3.2.2準(zhǔn)性雜交(parasexualhybridization)準(zhǔn)性生殖是一個(gè)類(lèi)似有性生殖，但比有性生殖更為原始一個(gè)生殖方式，它能夠使同種生物兩個(gè)不同菌株體細(xì)胞發(fā)生融合，且不以減數(shù)分裂方式而造成低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子。準(zhǔn)性生殖常見(jiàn)于一些真菌，尤其是半知菌。第83頁(yè)第83頁(yè)3.3微生物遺傳變異知識(shí)應(yīng)用誘變育種原生質(zhì)體融合育種基因工程微生物菌種衰退、復(fù)壯和保藏第84頁(yè)第84頁(yè)3.3.1誘變育種普通辦法1．出發(fā)菌株誘變處理：出發(fā)菌株選擇，誘變劑選擇，選擇最適誘變劑量2．突變體篩選：初篩、復(fù)篩。第85頁(yè)第85頁(yè)誘變育種基本規(guī)律第86頁(yè)第86頁(yè)誘變育種基本過(guò)程選擇選擇適當(dāng)出發(fā)菌株↓制備待處理菌懸液↓誘變處理↓篩選↓保藏和擴(kuò)大試驗(yàn)第87頁(yè)第87頁(yè)出發(fā)菌株選擇出發(fā)菌株——用來(lái)育種處理起始菌株。出發(fā)菌株應(yīng)具備：①對(duì)誘變劑敏感性高；②含有特定生產(chǎn)性狀能力或潛力；出發(fā)菌株起源：①自然界直接分離到野生型菌株；②歷經(jīng)生產(chǎn)考驗(yàn)菌株；③已經(jīng)歷多次育種處理菌株。第88頁(yè)第88頁(yè)3.3.2原生質(zhì)體融合育種融合環(huán)節(jié)：選擇親本、原生質(zhì)體制備、原生質(zhì)體融合、原生質(zhì)體再生、融合子檢出與鑒定。第89頁(yè)第89頁(yè)3.3.3基因工程(geneengineering)基因工程是指在基因水平上遺傳過(guò)程，它是用人為辦法將所需要某一供體生物遺傳物質(zhì)－DNA大分子提取出來(lái)，在離體條件下用適當(dāng)工具酶進(jìn)行切割后，把它與作為載體(vactor)DNA分子連接起來(lái)，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長(zhǎng)、繁殖受體菌中，讓外源遺傳物質(zhì)在其中進(jìn)行正常復(fù)制和表示，從而取得新物種一個(gè)育種技術(shù)。第90頁(yè)第90頁(yè)基因工程基本操作目的基因取得：從適當(dāng)供體細(xì)胞DNA中直接分離；通過(guò)反轉(zhuǎn)錄酶作用由mRNA合成cDNA；由化學(xué)辦法合成特定功效基因；載體選擇：目的基因與載體DNA體外重組：重組載體引入受體細(xì)胞。第91頁(yè)第91頁(yè)4菌種衰退、復(fù)壯和保藏

4.1菌種衰退(degeneration)菌種衰退和復(fù)壯遺傳性變異是絕正確，穩(wěn)定是相正確，退化變異是大量，而進(jìn)化性變異卻是個(gè)別，假如不進(jìn)行自覺(jué)、認(rèn)真人工選擇，大量自發(fā)突變株就會(huì)造成菌種衰退。衰退：菌種在培養(yǎng)或保藏過(guò)程中，由于自發(fā)突變存在，出現(xiàn)一些原有優(yōu)良生產(chǎn)性狀劣化、遺傳標(biāo)識(shí)丟失等現(xiàn)象。第92頁(yè)第92頁(yè)常見(jiàn)衰退現(xiàn)象菌落和細(xì)胞形態(tài)改變；生長(zhǎng)速度緩慢，產(chǎn)孢子越來(lái)越少；抵抗力、抗不良環(huán)境能力削弱等；代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力下降；其對(duì)宿主寄生能力下降等。第93頁(yè)第93頁(yè)衰退預(yù)防控制傳代次數(shù)；創(chuàng)造良好培養(yǎng)條件；利用不同類(lèi)型細(xì)胞進(jìn)行接種傳代；采取有效菌種保藏方法。第94頁(yè)第94頁(yè)4.2復(fù)壯(rejuvenation)狹義復(fù)壯僅是一個(gè)消極辦法，指是在菌種已發(fā)生衰退情況下，通過(guò)