微生物遺傳育種和菌種保藏

第七章微生物的遺傳育種和菌種保藏本章主要內(nèi)容：微生物的遺傳育種菌種的退化、復(fù)壯和保藏第一節(jié)微生物的遺傳育種內(nèi)容提要：遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)微生物的基因組結(jié)構(gòu)基因突變和誘變育種細(xì)菌的基因重組一遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)（一）轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1944年實(shí)驗(yàn)材料：肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)方法：

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)S型菌無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料：肺炎雙球菌光滑型（S）粗糙型（R）有莢膜菌落光滑分泌毒素致病無莢膜菌落粗糙無毒不致病SⅠSⅡSⅢ三個(gè)血清型RⅠRⅡRⅢ三個(gè)血清型實(shí)驗(yàn)材料轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)活死死加活R菌或死S菌加活S菌加活R菌和熱死S菌抽血分離活的S菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)ＳⅢ〖熱死〗

無菌落生長

體外培養(yǎng)

ＲⅡ〖活菌〗

體外培養(yǎng)

ＲⅡ菌落

ＲⅡ菌落多ＳⅢ菌落少

體外混合培養(yǎng)ＳⅢ〖熱死〗

ＲⅡ〖活菌〗

說明：加熱殺死的S型細(xì)菌中可能存在某種物質(zhì)，能通過某種方式進(jìn)入R型細(xì)菌。轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（3）S型菌無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)大量R菌落活R菌S菌無細(xì)胞抽提液+活R菌+S菌DNAS菌落S菌PrS菌多糖R菌落活R菌+說明：遺傳因子是以DNA為物質(zhì)基礎(chǔ)。（二）噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)1952年P(guān)r只含S不含PDNA只含P不含S原理步驟1：用含同位素Ｓ35,

P32的放射性物質(zhì)標(biāo)記噬菌體吸附10分鐘后攪動(dòng)離心上清液沉淀2：讓噬菌體

感染大腸桿菌3：沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)，可產(chǎn)生大量的子代噬菌體。證明：在其DNA中，含有包括Pro外殼在內(nèi)的整套遺傳物質(zhì)。含15%放射性含85%放射性（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)1956年

植物病毒的蛋白質(zhì)和RNA可以人為地分開,同時(shí)又可把它們重新組合成具感染性的病毒.甲ＲＮＡ＋乙Ｐr→感染癥狀同甲病毒；分離得到甲病毒

乙ＲＮＡ＋甲Ｐr→感染癥狀同乙病毒；分離得到乙病毒

TMVHRVHRVTMV原始株拆開重建感染分離純化TMV:煙草花葉病毒HRV:霍氏車前花葉病毒（RNA)證明遺傳物質(zhì)是RNA二微生物的基因組結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)類型核染色體核外染色體真核生物細(xì)胞器原核真核生物質(zhì)粒基因是一段DNA染色體基因Ⅱ基因ⅠDNADNA就是脫氧核糖核酸（長鏈）腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因測序就是讀出A-C-G-T-G-G-A-C-G…...基因控制Pr因而控制性狀GATCTAGAUDNAmRNA天冬氨酸

質(zhì)粒：核外環(huán)狀小型雙鏈DNA獨(dú)立復(fù)制穩(wěn)定遺傳F因子與有性接合有關(guān)種類

R因子與抗藥性有關(guān)COL編碼免疫蛋白Ti質(zhì)粒誘癌質(zhì)粒降解散性質(zhì)粒：編碼降解有害物的酶用途基因工程中作為目的基因載體質(zhì)粒原核生物遺傳物質(zhì)存在的另一種方式三基因突變和誘變育種1微生物突變體的主要類型按突變實(shí)質(zhì)分形態(tài)突變型

生化突變型菌落形態(tài)突變型菌體形態(tài)突變型營養(yǎng)突變體(營養(yǎng)缺陷型)發(fā)酵突變體抗性突變體條件致死突變體抗原突變型產(chǎn)量突變型2突變的特點(diǎn)（經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明）

不對(duì)應(yīng)性

自發(fā)性

稀有性

獨(dú)立性

誘變性

穩(wěn)定性

可逆性

3突變與育種自發(fā)突變與育種從生產(chǎn)中選育定向培育優(yōu)良品種誘變育種誘變育種的基本環(huán)節(jié)誘變育種的原則誘變育種的基本環(huán)節(jié)大多死亡少數(shù)存活存活率多數(shù)未變少數(shù)突變突變率多數(shù)負(fù)變少數(shù)正變正變率多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大高產(chǎn)率投產(chǎn)率多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)出發(fā)菌株計(jì)算出誘變誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則選優(yōu)良的出發(fā)菌株選擇簡便有效的誘變劑處理單孢子（或單細(xì)胞）懸液選用最適劑量設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法Cncnc-micro利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)利用和創(chuàng)造形態(tài)，生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)四細(xì)菌的基因重組真核微生物基因重組在有性繁殖過程中發(fā)生，當(dāng)合子減數(shù)分裂時(shí)，兩染色體發(fā)生交換。原核微生物通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)等形式進(jìn)行一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)移和基因重組。（一）轉(zhuǎn)化1幾個(gè)概念：轉(zhuǎn)化：受體細(xì)胞直接吸收了來自供體細(xì)胞的

DNA片斷，并把它整合到自己的基因組中，細(xì)胞部分遺傳性狀發(fā)生變化的現(xiàn)象叫轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化是游離的ＤＮＡ片斷的轉(zhuǎn)移和重組游離的ＤＡＮ片斷叫轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子由供體提供自然情況下可由細(xì)菌細(xì)胞自行裂解產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室里通過提取獲得雙鏈ＤＮＡ有轉(zhuǎn)化能力，單鏈沒有

受體細(xì)胞能接受轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)，只有處于感受態(tài)的細(xì)菌才能接受轉(zhuǎn)化因子，感受態(tài)每個(gè)受體細(xì)胞表面約有30-80個(gè)轉(zhuǎn)化因子結(jié)合點(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)化因子結(jié)合到受體表面結(jié)合點(diǎn)上時(shí)，DNA一條鏈被受體細(xì)胞膜上的核酸酶分解，另一條鏈進(jìn)入受體細(xì)胞，通過整合與受體細(xì)胞進(jìn)行基因重組，有人發(fā)現(xiàn)DNA也可通過雙鏈形式進(jìn)入受體細(xì)胞形成雙倍體的轉(zhuǎn)化子。轉(zhuǎn)化過程

轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)

不需兩個(gè)細(xì)胞直接接觸，供體DNA提取出來，注入受體即可。（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)以溫和噬菌體為媒介，把供體細(xì)胞的DNA片斷轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，從而使后者獲得前者的部分遺傳性狀

普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)供體A-B+完全普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(鼠傷寒沙門氏菌)A+B-多數(shù)受體形成溶源菌A-B+A+B-少數(shù)受體A+B+經(jīng)重組形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子A:組氨酸B:色氨酸轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點(diǎn)

需要噬菌體做媒介，不需要細(xì)胞間直接接觸

噬菌體蛋白質(zhì)包裹寄主任何一部分DNA片段普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（三）接合供體菌和受體菌的完整細(xì)胞經(jīng)直接對(duì)接而傳遞大段DNA的過程。+A+B+C-D-A-B-C+D+接合及其發(fā)現(xiàn)A+B+C+D+A:生物素B:甲硫氨酸C:蘇氨酸D:賴氨酸三者根本區(qū)別在于DNA轉(zhuǎn)移的方式不同轉(zhuǎn)化：供體DNA片斷→注入受體細(xì)胞，通過細(xì)胞膜接合：供體進(jìn)入受體通過性纖毛轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體DNA片斷通過媒介－噬菌體攜帶進(jìn)入受體第二節(jié)菌種的退化、復(fù)壯和保藏一菌種的退化、防止及復(fù)壯（一）退化概念：變異導(dǎo)致某一或某些遺傳性狀的減退消失，或雜菌污染造成菌落的細(xì)胞形態(tài)不純。原因：基因突變質(zhì)粒消失變異菌株性狀分離環(huán)境條件變化（恢復(fù)正常條件，變異現(xiàn)象消失）（二）菌種退化的防止1少傳代2創(chuàng)造良好的環(huán)境條件3利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行接種傳代放線菌、霉菌用孢子、不用菌絲。4采用良好的保藏方法（三）菌種的復(fù)壯1純種的分離稀釋平板法、單孢子或單細(xì)胞分離。2改變營養(yǎng)條件不良環(huán)境條件常能引起菌種退化。3通過感染寄主復(fù)壯4淘汰已退化個(gè)體如淘汰“5406”放線菌可用－10℃～－30℃低溫處理5～7天，死亡率達(dá)80％，有健壯個(gè)體存在。二菌種保藏◆

菌種或培養(yǎng)物保藏是一項(xiàng)最重要的微生物學(xué)基礎(chǔ)工作，微生物菌種是珍貴的自然資源，具有重要意義。◆中國微生物菌種保藏委員會(huì)(CCCCM)◆

中國典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC)◆

美國典型菌種保藏中心(ATCC)◆

美國的北部地區(qū)研究實(shí)驗(yàn)室(NRRL)◆

荷蘭的霉菌中心保藏所(CBS)◆

英國的國家典型菌種保藏中心(NCTC)

◆日本的大阪發(fā)酵研究所(IFO)

◆國際微生物學(xué)聯(lián)合會(huì)(IAMS)還專門設(shè)立了世界菌種保藏聯(lián)合會(huì)(WFGC)，用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存世界上各保藏機(jī)構(gòu)提供的菌種數(shù)據(jù)資料，可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)查詢和索取，進(jìn)行微生物菌種的交流、研究和使用。原則：創(chuàng)造條件使其代謝活力減弱，生長繁殖受抑制。目的：菌種不死、不退、不雜。

利用低溫可抑菌。常用4℃～5℃冰箱。時(shí)間不超過3個(gè)月。

需傳代培養(yǎng)，是進(jìn)行微生物保藏的基本方法。常用的有瓊脂斜面、半固體瓊脂柱及液體培養(yǎng)等。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行移種。傳代十分繁瑣，容易污染，特別是會(huì)由于菌株的自發(fā)突變而導(dǎo)致菌種衰退，使菌株的形態(tài)、生理特性、代謝物的產(chǎn)量等發(fā)生變化

菌種低溫保藏法干燥保藏法斷絕水分，微生物代謝活力減弱。菌種——土壤、