微生物遺傳變異和菌種選育

微生物遺傳變異和菌種選育1第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日本章重點基因重組的形式及其異同基因突變與誘變育種菌種保藏方法遺傳變異質(zhì)粒遺傳物質(zhì)基礎(chǔ),原核、真核生物基因重組的方式基因工程及其操作步驟2第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日遺傳：生物繁衍后代使得子代與親代相似的現(xiàn)象變異：子代與親代之間、子代的不同個體間存在不同程度的差異3第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日現(xiàn)實生活中有哪些現(xiàn)象與遺傳變異

有關(guān)？

遺傳和變異現(xiàn)象.flv4第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、三個證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）R型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無致病能力）5第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日1928年，F(xiàn).Griffth作了3組實驗:6第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日Griffith

轉(zhuǎn)化試驗示意混合培養(yǎng)RII型活菌SIII型活菌SIII型熱死菌RII型活菌SIII型活菌健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死7第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日1944年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實驗，確定了轉(zhuǎn)化因子實驗證明，S菌轉(zhuǎn)移給R菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA8第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日2、噬菌體感染實驗實驗證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全部信息。9第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日（三）原核生物的質(zhì)粒1、定義質(zhì)粒（plasmid）：原核生物（細(xì)菌）細(xì)胞內(nèi)、染色體外，具有獨立自主復(fù)制能力的小型共價閉合環(huán)狀的DNA分子。主要存在于各種微生物細(xì)胞中。嚴(yán)緊型復(fù)制控制松弛型復(fù)制控制質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。10第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日2、結(jié)構(gòu)特點通常以共價閉合環(huán)狀的超螺旋雙鏈DNA分子（cccDNA）存在于細(xì)胞中，可游離存在，也可整合到宿主DNA上。

質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb

(細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）11第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用質(zhì)粒的優(yōu)點：（1）體積小，易分離和操作（2）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多（5）存在標(biāo)記位點，易篩選12第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日典型質(zhì)粒F質(zhì)粒：E.coli等細(xì)菌決定性別并有轉(zhuǎn)移能力的質(zhì)粒。R質(zhì)粒：抗藥性質(zhì)粒。Col質(zhì)粒：大腸桿菌素質(zhì)粒。能抑制或殺死其它近緣細(xì)菌。Ti質(zhì)粒Ri質(zhì)粒Mega質(zhì)粒降解性質(zhì)粒13第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)基因突變和誘變育種第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日表型改變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點：暫時性、不可遺傳性基因型（遺傳型）變異：遺傳物質(zhì)改變（基因重組，基因突變，染色體數(shù)目變化），導(dǎo)致表型改變自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9粘質(zhì)沙雷氏菌Serratiaarcescens產(chǎn)色素：斜面培養(yǎng)25°C斜面培養(yǎng)

37°C液體培養(yǎng)25°C液體培養(yǎng)

37°C.

15第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日基因突變狹義：點突變廣義：基因突變和染色體畸變野生型（原始性狀）基因突變突變型（新性狀）現(xiàn)實生活中，你見到過哪些基因突變現(xiàn)象，或是看到過哪些基因突變現(xiàn)象的報導(dǎo)？基因突變.flv一、基因突變

細(xì)胞內(nèi)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。自發(fā)或誘變產(chǎn)生16第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日植物形態(tài)的變異17第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日動物形態(tài)的變異18第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日白化病白化病是由于酪氨酸酶缺乏或功能減退引起的一種皮膚及附屬器官黑色素缺乏或合成障礙所導(dǎo)致的遺傳性白斑病。患者視網(wǎng)膜無色素，虹膜和瞳孔呈現(xiàn)淡粉色，怕光。皮膚、眉毛、頭發(fā)及其他體毛都呈白色或黃白色。白化病屬于家族遺傳性疾病，為常染色體隱性遺傳，常發(fā)生于近親結(jié)婚的人群中。白化病遺傳圖譜：患者雙親均攜帶白化病基因，本身不發(fā)病。如果夫婦雙方同時將所攜帶的致病基因傳給子女，子女就會患病。19第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日20第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日（一）突變類型21第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日營養(yǎng)缺陷型:微生物因發(fā)生突變，代謝中缺少酶而不能合成某種生長因子（維生素或氨基酸），因而無法在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的突變類型。（二）突變率每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率（一般為10-6-10-9

）22第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日（三）基因突變特點

1、不對應(yīng)性：突變的性狀與突變原因無直接的對應(yīng)關(guān)系

2、自發(fā)性：

各種突變可以在沒有人為的誘變因素下自發(fā)發(fā)生。

3、稀有性：

自發(fā)突變頻率較低，一般10-9~10-6

。

4、獨立性：不影響其他基因的突變率

5、誘變性：人為的物理或化學(xué)因素處理提高突變率

23第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日6、穩(wěn)定性：

遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生的穩(wěn)定變化，因而產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定的，可遺傳的。7、可逆性

24第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日（五）基因突變及其機(jī)制25第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日1、誘發(fā)突變：人為的物理、化學(xué)因素處理，提高突變率的方法（紫外線、X射線、激光等）（1）堿基的置換26第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日堿基的置換引起的突變27第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日（2）移碼突變：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯誤錯誤+錯誤-+正常---正常+++正常28第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日（3）染色體畸變：缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位29第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、突變與育種菌種工作包括三方面：選種、育種、復(fù)壯和保藏。

選種—從自然界和生產(chǎn)中選擇符合需要菌種。

育種—進(jìn)一步提高已有菌種某種性能，使更符合要求。

30第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日（一）自發(fā)突變與育種：從生產(chǎn)中育種定向培育優(yōu)良菌種（二）誘變育種1、誘變育種的基本環(huán)節(jié)出發(fā)菌株→純化→斜面→菌懸液→誘變處理→平板分離→斜面（初篩）→斜面（復(fù)篩）→保藏及擴(kuò)大試驗（再復(fù)篩）

31第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日2、誘變育種的原則（1）使用簡便有效的誘變劑誘變劑物理因素化學(xué)因素紫外線激光離子束X射線r射線快中子烷化劑堿基類似物吖啶化合物32第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日（2）、選用優(yōu)良的出發(fā)菌株

用作出發(fā)菌株有：野生型菌株；生產(chǎn)菌株；經(jīng)過誘變的菌株。

一般要求生長快，營養(yǎng)要求粗放，發(fā)育早，產(chǎn)孢子多，對誘變劑敏感性高，已能積累少量產(chǎn)品或前體物的菌株。

33第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日（4）選擇合適的誘變劑量：在產(chǎn)量性狀的誘變育種中，凡在提高誘變率的基礎(chǔ)上，既能擴(kuò)大變異幅度，又能促使變異移向正變范圍的劑量，就是合適的劑量。（5）充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)采用復(fù)合處理，包括誘變劑先后使用，同時使用和重復(fù)使用，提高效果。

34第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)基因重組和雜交育種

基因重組generecombination：兩個獨立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組（帶有雙親遺傳信息）的過程，稱為基因重組。雜交：細(xì)胞水平。細(xì)胞水平上的雜交包含了分子水平上的重組。我國首個基因重組人源化單克隆抗體藥物上市.mp435第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日（三）接合(conjugation)供體菌通過性菌毛與受體菌直接接觸把遺傳物質(zhì)傳遞給受體菌，使受體菌獲得新遺傳性狀的過程轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)36第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日雜交育種：不同種群、不同基因型個體間進(jìn)行雜交，并在其雜種后代中通過選擇而育成純合品種的方法。37第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日雜交水稻指選用兩個在遺傳上有一定差異，同時它們的優(yōu)良性狀又能互補(bǔ)的水稻品種，進(jìn)行雜交，生產(chǎn)具有雜種優(yōu)勢的第一代雜交種，用于生產(chǎn)，這就是雜交水稻。38第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日基因工程定義：又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)。所謂基因工程是在分子水平上對基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技術(shù)，是將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作?；蚬こ痰闹饕僮鞑襟E.flv操作步驟：目的基因的取得、載體的選擇、目的基因與載體的體外連接、重組載體導(dǎo)入受體細(xì)胞、篩選與鑒定39第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用-乙肝疫苗.flv基因工程的應(yīng)用與發(fā)展前景.flv40第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否則生產(chǎn)或科研都無法正常進(jìn)行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：a）變異；b）污染；c）死亡。41第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因：基因突變，培養(yǎng)、保藏條件不適，雜菌污染純菌種自發(fā)突變不純菌種突變個體傳代增殖原始個體衰退菌種衰退：由于自發(fā)突變而使菌種原有生物學(xué)性狀發(fā)生量變或質(zhì)變的現(xiàn)象。衰退表現(xiàn)：產(chǎn)量減少，形態(tài)、生長速度、感染力、適應(yīng)性不典型（衰退）42第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日1）從衰退的菌種群體中把少數(shù)個體再找出來，重新獲得具有原有典型性狀的菌種。a）純種分離；b）通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯（寄生性微生物）2）有意識地利用微生物會發(fā)生自發(fā)突變的特性，在日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選“正變”個體。菌種的復(fù)壯：3）、淘汰已退化個體43第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、防止衰退的措施1）減少傳代次數(shù)；2）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；3）利用不易衰退的細(xì)胞傳代4）采用有效的菌種保藏方法44第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日三、菌種保藏目的：保持菌種生產(chǎn)穩(wěn)定、不污染雜菌、不死亡以供研究、生產(chǎn)、交換之用基本原則：1、挑選典型菌種的優(yōu)良純種2、盡量使用分生孢子、芽孢等休眠體3、創(chuàng)造有利于休眠的保藏環(huán)境（如干燥、低溫）4、盡可能多的采用不同的手段保藏一些比較重要的微生物菌株基本原理（方法）：低溫保藏，干燥保藏，隔絕空氣保藏，活體保藏。45第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日46第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日冷凍干燥保藏法和液氮保藏法47第四十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日液氮：氮氣在低溫下形成的液體形態(tài)。氮的沸點為-196°C，皮膚一旦接觸會嚴(yán)重凍傷工業(yè)上可作制冷劑，用來迅速冷凍生物組織，防止組織被破壞。用于工業(yè)制氮肥。保存活體組織，生物樣品以及精子和卵子的儲存；冷凍手術(shù)用以治療乳腺癌。以色列醫(yī)療公司IceCure2012年開發(fā)出一種利用冷凍療法治療乳腺癌的最新技術(shù)，用液氮將乳腺癌細(xì)胞冷凍并且殺死外科手術(shù)中冷凍皮膚幫助止血。48第四十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日1、細(xì)胞水平真核微生物：細(xì)胞核原核微生物：核區(qū)細(xì)胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的49第四十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日2、細(xì)胞核水平真核生物細(xì)胞核核染色體原核生物