微生物遺傳與變異優(yōu)秀課件

第七章微生物的遺傳與變異4/7/20231一、幾個(gè)概念1、遺傳

生物的上一代將自己的遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能，具有極其穩(wěn)定的特性。4/7/202322、遺傳型

某一生物所含有的遺傳信息即DNA中正確的核苷酸序列。生物體通過(guò)這個(gè)核苷酸序列控制蛋白質(zhì)或RNA的合成，一旦功能性蛋白合成，可調(diào)控基因表達(dá)。4/7/202333、表型

某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和，是遺傳型在合適環(huán)境條件下的具體體現(xiàn)。是一種現(xiàn)實(shí)性。4/7/202354、變異

是生物體在某種外因或內(nèi)因作用下引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，亦即遺傳型的改變。特點(diǎn)：幾率極低(一般為10-5～10-6)；性狀變化幅度大；變化后的新性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。4/7/202365、飾變指一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上的表型變化.特點(diǎn):整個(gè)群體幾乎每個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的變化;性狀變化的幅度小.因其遺傳物質(zhì)不變,因此飾變是不遺傳的.4/7/20237（二）質(zhì)粒

質(zhì)粒是細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，多為環(huán)狀雙螺旋DNA分子。質(zhì)?？梢宰陨韽?fù)制，隨宿主菌分裂傳到子代菌體。在一定條件下，質(zhì)?？梢赞D(zhuǎn)移，也可丟失。質(zhì)粒是自行復(fù)制單位，有的需與核質(zhì)染色體的復(fù)制同步，稱為嚴(yán)緊型復(fù)制。4/7/20239質(zhì)粒編碼細(xì)菌各種重要的生物學(xué)性狀.編碼性菌毛的質(zhì)粒稱致育質(zhì)?；騀質(zhì)粒;編碼細(xì)菌各種毒力因子的質(zhì)粒稱毒力質(zhì)?；騐i質(zhì)粒;而細(xì)菌對(duì)抗菌藥物或重金屬鹽類的抗性則有R質(zhì)粒所決定.一種質(zhì)?？赏瑫r(shí)具有幾種編碼功能.4/7/202310質(zhì)粒示意圖4/7/202311二、轉(zhuǎn)座因子和毒力島（一）轉(zhuǎn)座因子

近年來(lái)發(fā)現(xiàn)微生物的某些DNA片段作為一個(gè)獨(dú)立單位可以在染色體上移動(dòng)，此種移動(dòng)甚至發(fā)生在不同種細(xì)菌之間。這種可移動(dòng)的DNA片段稱之為轉(zhuǎn)座因子。細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子有三種類型：插入序列、轉(zhuǎn)座子以及某些特殊的噬菌體。4/7/202313（二）毒力島

毒力島是20世紀(jì)90年代提出的一個(gè)新概念。毒力島是指病原菌的某個(gè)或某些毒力基因群，分子結(jié)構(gòu)與功能有別于細(xì)菌染色體，但位于細(xì)菌染色體之內(nèi)，因此稱之為“島”。其生物學(xué)意義尚不清楚,推測(cè)其與細(xì)菌的毒力變異有關(guān)。4/7/202314第二節(jié)微生物的主要變異一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異

在外界環(huán)境條件影響下,微生物的形態(tài)往往會(huì)發(fā)生變化,但這些變異大多是暫時(shí)的;如果微生物在環(huán)境條件長(zhǎng)期變化的影響下,其改變的形態(tài)也是不易恢復(fù)的.（一）形態(tài)的變異（二）結(jié)構(gòu)與抗原性變異（三）菌落的變異4/7/202315（二）結(jié)構(gòu)與抗原性變異1莢膜變異:禽源性巴氏桿菌2芽胞變異:炭疽桿菌3鞭毛變異:變形桿菌4/7/202317R菌落S菌落（三）菌落的變異4/7/202318二、生化變異

（一）營(yíng)養(yǎng)缺陷型變異（二）抗藥性變異（三）抗噬菌體變異（四）毒力的變異4/7/202319二、遺傳性變異

由于微生物基因發(fā)生了改變，使其相應(yīng)的性狀也發(fā)生改變，并可以遺傳下去，這種變異稱為遺傳性變異。遺傳性變異的機(jī)理包括基因突變和基因重組兩方面。4/7/202321（一）基因突變

又稱為突變。是基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，如DNA分子上排列的堿基對(duì)發(fā)生的變化?；蛲蛔兛煞譃閴A基置換和移碼兩種類型。4/7/202322按其發(fā)生的原因，可分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變兩類。自發(fā)突變是指沒(méi)有人為影響的外界條件下，自然發(fā)生的突變，突變率一般是10-6～10-9。誘發(fā)突變是指微生物受某些物理、化學(xué)因素的作用發(fā)生了突變，這種現(xiàn)象稱為誘變。4/7/2023231、轉(zhuǎn)化肺炎雙球菌莢膜轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞直接吸收了來(lái)自供體細(xì)胞的DNA片段,并把它整合到自己基因組中,獲得了供體細(xì)胞部分遺傳性狀的現(xiàn)象.4/7/2023252、轉(zhuǎn)導(dǎo)以溫和噬菌體為媒介,把供體細(xì)胞中的DNA片段攜帶到受體細(xì)胞中,而使后者獲得了前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象.4/7/202326三、基因工程（一）基因工程的概念

基因工程，也稱遺傳工程?；蚬こ碳夹g(shù)是用人工方法將所需某一供體生物的遺傳物質(zhì)-DNA分子提出，在離體條件下進(jìn)行切割后，與作為載體的DNA分子連接，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，使外來(lái)的遺傳物質(zhì)在受體細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)，從而產(chǎn)生一種新物種。

4/7/202329（二）基因工程的應(yīng)用1．醫(yī)學(xué)方面：

人類的遺傳性疾病已發(fā)現(xiàn)多達(dá)3000多種。根據(jù)推理，可利用基因移植的方法，使健康基因代替遺傳病人的缺失基因，實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想尚需20-25年。4/7/2023302．農(nóng)業(yè)方面

可以通過(guò)基因工程手段將固氮菌的固氮基因移植到玉米、小麥等作物根際土壤細(xì)菌中去，或直接轉(zhuǎn)移到小麥、玉米等細(xì)胞內(nèi)，使之具有固氮能力，這樣可以大大減少氮肥供應(yīng)。4/7/2023313．環(huán)境保護(hù)方面

美國(guó)Chakrabartz等經(jīng)過(guò)多年研究，在1978年獲得能降解多種烴類的新菌株。4．其他

利用基因工程的方法生產(chǎn)基因工程苗、合成肽苗等。4/7/202332一、理論上的意義（一）奠定了分子生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)

①細(xì)菌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為單倍體的單細(xì)胞生物，一旦基因突變，即能表達(dá)出來(lái)。第四節(jié)微生物變異在理論和實(shí)踐上的意義4/7/202333

②細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖迅速。細(xì)菌在液體培養(yǎng)基中，周圍環(huán)境對(duì)其作用直接而均勻。在固體培養(yǎng)上能形成肉眼可見(jiàn)的具有一定特征的菌落。③細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單，有利于作營(yíng)養(yǎng)需要分析和代謝途徑的研究，容易獲得營(yíng)養(yǎng)缺陷。④細(xì)菌種類較多，其生物性狀又很豐富，便于選擇。4/7/202334（二）定向培育優(yōu)良菌種（毒種）

掌握微生物變異的規(guī)律，是育種工作的基礎(chǔ)。定向培育是指用某一特定環(huán)境長(zhǎng)期處理某一微生物群體，同時(shí)不斷對(duì)它們進(jìn)行移種、傳代，以達(dá)到積累和選擇理想的新菌株（毒種）的目的。近年來(lái)已開始用基因重組的方法，人工創(chuàng)造一些新菌種。4/7/202335二、實(shí)際應(yīng)用（一）診斷、防治傳染病1．在診斷方面細(xì)菌發(fā)生變異后，其形態(tài)、生理各種特性都與原來(lái)的菌種不同，往往出現(xiàn)一些非典型菌株，診斷傳染病時(shí)應(yīng)予注意。4/7/2023362．在預(yù)防方面無(wú)毒或弱毒菌株除可在自然界尋找到外，亦可用人工方法改變有毒菌株進(jìn)行定向培育。3．在治療方面由于耐藥株的不斷出現(xiàn)與增加，故選用抗菌藥物時(shí)，針對(duì)性要強(qiáng)，必要時(shí)先作藥敏試驗(yàn)，并正確掌握用藥時(shí)機(jī)和劑量，以達(dá)到將體內(nèi)病原菌全部消滅掉。4/7/202337（二）菌種的衰退復(fù)壯和保藏

1.衰退的防止不論在實(shí)驗(yàn)室還是在生產(chǎn)中:A必須嚴(yán)格控制菌種的移種代數(shù)，即盡量避免不必要的移種和傳代，以降低突變幾率;B創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件;C采用有效的菌種保存方法;D利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行傳代接種。4/7/2023382.菌種的復(fù)壯通過(guò)純種分離，可把退化菌種中的一部分仍保持原來(lái)有典型性狀的單細(xì)胞分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng)，就可恢復(fù)原菌株的典型性狀。對(duì)于退化的病原微生物菌株，可通過(guò)接種敏感的動(dòng)物以提高菌株的毒性。4/7/2023393.菌種的保藏通過(guò)菌種選育獲得的較為理想的生產(chǎn)菌株后，如何在生產(chǎn)過(guò)程中能比較長(zhǎng)時(shí)間地保持它的優(yōu)良性狀不衰退、不死亡、不被雜菌污染，這就是菌種保藏工作的目的。菌種保存的基本原理