農(nóng)業(yè)微生物學(xué)課件

二、突變的類型按突變的條件和原因劃分，

自發(fā)突變誘發(fā)突變1、自發(fā)突變自發(fā)突變：是指某種微生物在自然條件下，沒有人工參與而發(fā)生的基因突變，自發(fā)突變的原因有：

多因素低劑量的誘變效應(yīng)

互變異構(gòu)效應(yīng)

環(huán)出效應(yīng)（1）多因素低劑量的誘變效應(yīng)

包括背景輻射、環(huán)境因素、有害代射產(chǎn)物的作用。不少自發(fā)突變是由一些原因不詳?shù)牡蛣┝空T變因素長期作用的綜合效應(yīng)。例如：充滿宇宙空間的各種短波輻射，自然界中存在的一些低濃度誘變物質(zhì)及微生物自身代謝活動所產(chǎn)生的一些誘變物質(zhì)(例如過氧化氫)的作用。

（3）環(huán)出效應(yīng)在DNA的復(fù)制過程中，如果其中某一單鏈上偶然產(chǎn)生一個小環(huán)，則會因在其上的基因越過復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失，從而造成自發(fā)突變。2、誘發(fā)突變

誘發(fā)突變是利用物理的或化學(xué)因素處理微生物群體，促使少數(shù)個體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)(主要是DNA)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，在基因內(nèi)部堿基配對發(fā)生差錯，從而引起微生物的遺傳性狀發(fā)生突變。凡能提高突變率的因素都稱誘發(fā)因素或誘變劑（mutagen）。物理誘變化學(xué)誘變復(fù)合處理定向培育（1）物理誘變利用物理因素引起基因突變的，稱物理誘變。物理誘變因素有：紫外線、X—射線，rγ—射線、β—射線和激光等。

（2）化學(xué)誘變利用化學(xué)物質(zhì)對微生物進行誘變，因而引起基因突變或真核生物染色體畸變的，稱為化學(xué)誘變。化學(xué)誘變物質(zhì)很多，常用的有。

（1）烷化劑：引起DNA中A和G，T和C堿基轉(zhuǎn)換（2）堿基類似物：以假亂真，如：5-Bu，2氨基嘌呤

（3）造成DNA增加或減少一、二個堿基(移碼突變)：丫啶類染料，氮芥類衍生物等（3）復(fù)合處理復(fù)合處理，往往能夠增強誘變效果。常用的有兩種或多種誘變劑先后使用；同一誘變劑的重復(fù)使用；兩種或多種誘變劑的同時使用。（4）定向培育定向育種法，就是逐步加大某一影響因素，使微生物對新的條件由不適應(yīng)到適應(yīng)，最后成為生活不可缺少的條件。如廢水中的酚、氰本來對微生物有較強的毒害作用但經(jīng)過逐步加入濃度定向馴化，即可篩選出能忍受300~500mg／L酚和20—30mg/l氰的菌株，這種菌將在凈化含酚和含氰廢水中起重要作用。

A、堿基置換也稱點突變只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。分為兩個亞類：

轉(zhuǎn)換(transition)——DNA鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤或一個嘧啶被另一個嘧啶所置換。

顛換(transversion)——一個嘌呤被一個嘧啶或一個嘧啶被一個嘌呤所置換。亞硝酸、各種烷化劑等誘變劑均可造成B、移碼突變指誘變劑使DNA分子中的一個或少數(shù)幾個核苷酸的增添（插失）或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)移錯誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株。吖啶類染料可造成。C、染色體畸變它既包括了染色體結(jié)構(gòu)上的缺失、重復(fù)、插入、易位和倒位，也包括染色體數(shù)目的變化。某些理化因子，如X射線等的輻射劑、烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點突變外，還會引起DNA的大損傷——染色體畸變。染色體的數(shù)量變異群體發(fā)病率1/650癥狀:眼裂小，舌常外伸并有舌裂，掌紋異常，生長遲緩，智力低下病因：47（2n+1),21號染色體多一條Down氏綜合癥

（21三體）生物的變異染色體的數(shù)量變異Down氏綜合癥

（21三體）生物的變異染色體的結(jié)構(gòu)變異人類的貓叫綜合癥：

第5號染色體缺失（短臂缺失）患兒發(fā)出咪咪聲，耳位低下，智商僅20～40.生物的變異附：紫外線的誘變機制

DNA損傷及其修復(fù)損傷類型很多，研究最多的是紫外線作用紫外線可造成DNA分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)，核酸與蛋白質(zhì)的交聯(lián)，胞嘧啶和鳥嘌呤的水合作用及胸腺嘧啶二聚體的形成等。主要作用是使同鏈DNA的相鄰嘧啶間形成共價結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體。

二聚體的出現(xiàn)會減弱雙鏈間氫鍵的作用，并引起雙鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形，阻礙堿基間的正常配對，從而可能引起突變或死亡。在互補雙鏈結(jié)構(gòu)間形成嘧啶二聚體的機會少，但一旦形成會妨礙雙鏈的解開因而影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并使細(xì)胞死亡。DNA的修復(fù)1、光復(fù)活（Photoreactivation)2、切除修復(fù)(Excisionrepair)3、重組修復(fù)(Recombinationrepair)4、SOS修復(fù)5、適應(yīng)性修復(fù)光復(fù)活修復(fù)它只作用于紫外線引起的DNA嘧啶二聚體?？梢姽猓?10鈉米）激活了光復(fù)活酶，光復(fù)活酶能直接修復(fù)DNA，不需切除部分堿基。重組修復(fù)受損傷的DNA先經(jīng)復(fù)制，染色體交換，使子鏈上的空隙部分面對正常的單鏈，DNA多聚酶修復(fù)空隙部分成為正常鏈。SOS修復(fù)SOS是緊急修復(fù)。SOS是一組基因，它是DNA修復(fù)最重要最廣泛的基因集團，通常稱為DNA緊急修復(fù)基因（SOSDNArepairgene)。它們?yōu)镈NA的損傷所誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的或新的修復(fù)酶。二、接合(Conjugation)接合指供體菌和受體菌的完整細(xì)胞經(jīng)直接接觸而傳遞大段DNA(包括質(zhì)粒)遺傳信息的現(xiàn)象，這是原核生物的有性生殖過程，通過性毛轉(zhuǎn)移DNA。真核微生物的基因重組是通過性孢子的接合進行。利用基因重組，可使一個菌種的性狀轉(zhuǎn)移到另一菌種中，從而培育出一種具有新的遺傳特性的菌種。

三、轉(zhuǎn)化（Transformation)轉(zhuǎn)化即受體細(xì)胞直接吸收了來自供體細(xì)胞的DNA片段，并把它整合到白己的基因組中，從而獲得了供體細(xì)胞部分遺傳性狀的現(xiàn)象

四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(Transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過溫和噬菌體的媒介，把供體細(xì)胞的DNA片段攜帶到受體細(xì)胞中，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)導(dǎo)又分為:普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：噬菌體可誤帶供體菌中的任何基因，并使受體菌實現(xiàn)各種性狀的轉(zhuǎn)導(dǎo)，稱為。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過某些溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。第四節(jié)：遺傳工程技術(shù)與環(huán)境保護中的應(yīng)用質(zhì)粒育種基因工程PCR一、質(zhì)粒育種質(zhì)粒的概念質(zhì)粒的類型質(zhì)粒的特性質(zhì)粒的應(yīng)用育種實例1、概念在原核微生物中獨立于染色體外的小型的帶有少量遺傳信息的環(huán)狀DNA分子?？蛇M行自我復(fù)制，有的獨立于細(xì)胞質(zhì)中，有的與和染色體整合，稱為附加體。2、種類F因子（又叫致育因子）R因子（又稱抗藥性因子）Col因子（大腸桿菌素因子）等等3、特性質(zhì)粒在原核微生物的生長中并不重要，常因某種因素影響發(fā)生質(zhì)粒丟失或轉(zhuǎn)移。某種細(xì)菌一旦喪失質(zhì)粒，只會喪失由該質(zhì)粒所決定的某些性狀，而菌體不會死亡。4、應(yīng)用由于質(zhì)粒從供體菌到受體菌中去，除了帶去自身所決定的性狀外，有時還會攜帶供體菌的一部分染色體基因，從而使受體菌又獲得了供體菌的部分性狀。所以在基因工程中常被用作基因轉(zhuǎn)移的運載工具----載體。5、育種實例多功能超級菌的構(gòu)建：解烷抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建脫色工程菌的構(gòu)建Q5T工程菌的構(gòu)建二、基因工程定義：它是用人工方法把我們所需的某一供體生物的遺傳物質(zhì)DNA大分子取出來，在離體條件下進行切割后，把它和作為載體的DNA分子連起來，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，以讓外來的遺傳物質(zhì)在其中“安家落戶”(進行正常的復(fù)制和表達)并使受體細(xì)胞表達出為供體細(xì)胞所應(yīng)有的部分遺傳性狀。理論上的三大發(fā)現(xiàn)為基因工程提供了理論基礎(chǔ)。技術(shù)上的三大發(fā)明為基因工程提供了技術(shù)保障。理論上的三大發(fā)現(xiàn)DNA為遺傳物質(zhì)：Avery的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和DNA半保留復(fù)制機制遺傳密碼與中心法則技術(shù)上的三大發(fā)明限制性內(nèi)切酶和連接酶：DNA的“手術(shù)刀”與“縫紉機”載體：運送遺傳物質(zhì)的工具，如質(zhì)粒、病毒等逆轉(zhuǎn)錄酶：從mRNA到DNA，使真核基因制備成為可能基因工程的主要操作步驟目的基因的獲得目的基因與載體的連接成重組DNA分子重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞篩選重組克隆基因表達與產(chǎn)物分離抽取DNA切下鼠DNA切開質(zhì)粒DNA將質(zhì)粒導(dǎo)入宿主細(xì)胞混合、連接培養(yǎng)基中加抗生素培養(yǎng)裂解細(xì)胞釋放DNA分子雜交分離擴增目的克隆三、PCRPolymerasechainreaction,又稱多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。1985年由關(guān)國Millus創(chuàng)立?；虻臄U增技術(shù)

——鏈?zhǔn)綌U增反應(yīng)5′3′3′5′5′3′3′5′+變性(94℃)復(fù)性(55℃)5′3′P13′5′+P2+P1P2延伸（72℃）PCRCncnc-micro四、整體動物克隆技術(shù)1938漢斯·斯皮曼建議用成年的細(xì)胞核植入卵子的辦法進行哺乳動物克隆

1962約翰·格登宣布他用一個成年細(xì)胞克隆出一只蝌蚪

1984斯蒂恩·威拉德森用胚胎細(xì)胞克隆出一只羊

1996用成年哺乳動物細(xì)胞克隆出的個體克隆羊Dolly出世2000美國科學(xué)家用無性繁殖技術(shù)成功地克隆出一只猴子2001年美、意科學(xué)家聯(lián)手展開克隆人的工作

1996-2000歐美日俄中國等多國科學(xué)家成功克隆多種動物“Clone”一詞源于1903年，是當(dāng)是園藝學(xué)中一種操作上世紀(jì)50年代科學(xué)家成功無性繁育出非洲瓜蟾生物克隆原理基因工程體細(xì)胞克隆技術(shù)－Dolly誕生記取出一個體細(xì)胞生產(chǎn)小羊胚胎體外培養(yǎng)植入母羊（第三只）細(xì)胞核置換取出一個卵細(xì)胞五、基因工程的應(yīng)用工業(yè)上的應(yīng)用農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用醫(yī)療上的應(yīng)用環(huán)境保護中的應(yīng)用1、基因工程在工業(yè)上的應(yīng)用實例1胰島素的提?。?00000胰臟只能提取3～4克，而用“工程菌”進行發(fā)酵生產(chǎn)，則只要幾升發(fā)酵液就可取得同樣數(shù)量的產(chǎn)品。實例2生長激素釋放因子（一種十四肽，能抑制其他激素的釋放和治療糖尿?。核瓉硪獜难虻哪X下垂體中提取，宰50萬頭羊也只能提取5毫克的產(chǎn)品，而現(xiàn)在只要用10L發(fā)酵液就可獲得同樣的產(chǎn)量。2、基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用例1：將木質(zhì)素分解酶的基因或纖維素分解酶的基因重組到酵母菌中，使酵母菌能充分利用稻草、木屑等地球上貯量極大并可永續(xù)利用的廉價原料來直接生產(chǎn)酒精，并可望為人類開辟一個取之不盡的新能源和化工原料來源。

例2：將固氮菌的固氮基因克隆到根際微生物或致瘤微生物，甚至作物的細(xì)胞中，以獲得能獨立固氮的新型作物品種。3、基因工程在醫(yī)療上的應(yīng)用親子鑒定、基因診斷和基因治療等。例如在1971年，有人對人類半乳糖血癥遺傳病患者的成纖維細(xì)胞進行過離體培養(yǎng)，然后將E.coli的DNA作為供體基因，并通過病毒作載體進行轉(zhuǎn)移，結(jié)果使這一細(xì)胞的遺傳病得到了“治療”，因而也能利用半乳糖了。4、基因工程在環(huán)境保護中的應(yīng)用