微生物學(xué)-專業(yè)知識(shí)講解培訓(xùn)課件

微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解遺傳和變異是生命的最本質(zhì)特性之一。所謂遺傳（heredity），就是發(fā)生在親子之間即上下代間的關(guān)系，指上代生物如何將自身的一整套遺傳物質(zhì)穩(wěn)定地傳遞給下一代的行為或功能，具有及其穩(wěn)定的特性。2微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解遺傳型（genotype）：又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。表型（phenotype）：指某一生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特征的總和，是遺傳型在特定環(huán)境條件下通過(guò)代謝和發(fā)育所表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。3微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解變異（variation）：指生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變。特點(diǎn)是在群體中以極低的幾率出現(xiàn)，性狀變化幅度大，新性狀穩(wěn)定、可遺傳。飾變（modification）：是指外表的修飾性改變，是一種不涉及遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯水平的表型變化。特點(diǎn)是群體中幾乎每個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣變化，性狀變化幅度小，新性狀不可遺傳。4微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解Chapter8-1-遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)生物的遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？這是生命科學(xué)中的一個(gè)重大的基礎(chǔ)理論問(wèn)題，在研究這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中有一系列的實(shí)驗(yàn)和假說(shuō)，最后，利用微生物所做的3個(gè)著名實(shí)驗(yàn)真正證明核酸是遺傳物質(zhì)。5微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解一、3個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

（Threetraditionaltests）人物：F.Griffith，O.T.Avery；時(shí)間：1928，1944；材料：肺炎鏈球菌（S型菌株、R型菌株）；1、轉(zhuǎn)化（transformation）6微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)人物：A.D.Hershey、M.Chase

；時(shí)間：1952；材料：大腸桿菌，大腸桿菌噬菌體；7微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解3、植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)人物：H.Fraenkel-Conrat；時(shí)間：1956；材料：煙草花葉病毒，霍氏車前花葉病毒；8微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解二、遺傳物質(zhì)的存在方式大部分遺傳物質(zhì)集中在細(xì)胞核或核區(qū)中，還可能具有在細(xì)胞器、共生生物和質(zhì)粒上的遺傳物質(zhì)。核DNA往往和一定的蛋白質(zhì)結(jié)合形成一定形態(tài)，形成染色體。不同生物染色體的數(shù)目不同，營(yíng)養(yǎng)體染色體的套數(shù)也有不同。9微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解

核酸（DNA或RNA）存在的形式有單鏈、雙鏈、環(huán)狀、線狀等；不同生物的基因組的大小差別很大。

基因是有遺傳功能的核酸片斷，大約1~1.5kb。

密碼子是一個(gè)信息單位，由3個(gè)核苷酸組成，表示一個(gè)氨基酸或其他翻譯信息。

核苷酸是組成核酸的基礎(chǔ)單元，是最小的突變單位。10微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解質(zhì)粒：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。三、質(zhì)粒（plasmid）質(zhì)粒通常以共價(jià)閉合環(huán)狀（covalentlyclosedcircle，簡(jiǎn)稱CCC）的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；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微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解又稱F質(zhì)粒、性因子，大小約100kb，為cccDNA，含有與質(zhì)粒復(fù)制和轉(zhuǎn)移有關(guān)的許多基因，與大腸桿菌的接合作用有關(guān)。能以游離狀態(tài)和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)存在于細(xì)胞中。A、致育因子（fertilityfactor，F(xiàn)因子）12微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解B、抗性因子（resistancefactor，R因子）也稱R質(zhì)粒，包括抗藥性和抗重金屬兩大類?？剐再|(zhì)粒可以用做遺傳標(biāo)記，但其在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。R100質(zhì)粒（89kb）可使宿主具有的抗性：汞（mercuricion，mer）四環(huán)素（tetracycline，tet）鏈霉素(Streptomycin,Str)、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidicacid，fus）13微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解許多細(xì)菌能產(chǎn)生抑制或殺死其他近緣細(xì)菌或同種不同菌株的代謝物，稱為細(xì)菌素。細(xì)菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進(jìn)行命名，如大腸桿菌（E.coli）產(chǎn)生的細(xì)菌素為大腸桿菌素（colicins），而質(zhì)粒被稱為Col質(zhì)粒。C、產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（bacteriocinproductionplasmid）14微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解D、毒性質(zhì)粒（virulenceplasmid）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對(duì)宿主（動(dòng)物、植物）造成傷害。含編碼腸毒素質(zhì)粒的產(chǎn)毒素大腸桿菌引起人類和動(dòng)物腹瀉；蘇云金桿菌含有編碼δ內(nèi)毒素的質(zhì)粒，能殺死昆蟲；根癌土壤桿菌所含Ti質(zhì)粒引起雙子葉植物冠癭瘤。15微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解E、代謝質(zhì)粒（metabolicplasmid）質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進(jìn)行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。降解質(zhì)粒能將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡(jiǎn)單形式，在環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。比如假單胞菌具有降解一些有毒化合物，如芳香族化合物、辛烷和樟腦等的能力。16微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解F、隱秘質(zhì)粒（crypticplasmid）隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過(guò)物理的方法，例如用凝膠電泳檢測(cè)細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)，它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體17微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解Chapter8-2-基因突變（GeneMutation）基因突變是變異的一種，泛指細(xì)胞內(nèi)部遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生的的任何可遺傳性的改變。自發(fā)突變的幾率很低，可以通過(guò)誘變提高突變率，并采用一定的篩選方法，挑出符合目的的突變株用于研究和生產(chǎn)。18微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解自發(fā)突變（spontaneousmutation）：

生物體在無(wú)人工干預(yù)的條件下，由于環(huán)境因素或自身代謝物的影響、DNA復(fù)制過(guò)程的偶然錯(cuò)誤等而導(dǎo)致低頻率突變。誘發(fā)突變（inducedmutation）：

通過(guò)人為的方法，利用某些物理、化學(xué)或生物因素處理均勻而分散的微生物群體，突變以較高的頻率產(chǎn)生。一、突變類型（Typesofmutation）1、按突變發(fā)生的原因（basedonreason）19微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解2、按堿基成分改變的情況（basedonbaseschanging）pointmutationaberrationsubstitutiontransitiontransversionframe-shiftmutationduplicationdeletioninversiontranslocationinsertion20微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）某一野生型菌株因發(fā)生基因突變而喪失合成一種或幾種生長(zhǎng)因子的的能力，無(wú)法在基本培養(yǎng)基上正常生長(zhǎng)繁殖的突變型。它們可在加有相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)物的基本培養(yǎng)基上選出。3、按突變體表型特征的不同（basedoncharacteristicofphenotype）營(yíng)養(yǎng)缺陷型基因的表示方法：用所需營(yíng)養(yǎng)物的前3個(gè)英文小寫斜體字母表示；如：his-表示組氨酸缺陷型；21微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解（2）抗藥性突變型（resistantmutant）指野生型菌株因發(fā)生基因突變而產(chǎn)生對(duì)某種或某幾種藥物或致死物理因子的抗性的突變類型。它們可在加有相應(yīng)藥物或用相應(yīng)物理因子處理的培養(yǎng)基上選出?？剐酝蛔兓蛐偷谋硎痉椒ǎ河盟顾幍那?個(gè)英文小寫斜體字母加上“R”表示；如：strR表示對(duì)鏈霉素的抗性；

strS表示對(duì)鏈霉素的敏感性。22微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解（3）條件致死突變型（conditionallethalmutant）某菌株經(jīng)基因突變后，在某條件下可正常生長(zhǎng)繁殖并呈現(xiàn)固有的表型，在另一種條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)繁殖的突變類型。如溫度敏感突變株。（4）形態(tài)突變型（morphologicalmutant）指突變引起個(gè)體或菌落的變異的類型，如細(xì)胞鞭毛的有無(wú)；菌落顏色變化、表面形態(tài)變化等。23微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解自發(fā)性：突變可自發(fā)產(chǎn)生；非對(duì)應(yīng)性：突變性狀與引起突變的原因無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系；稀有性：自發(fā)突變的幾率在10-6~10-9；獨(dú)立性：某基因的突變率不受它種基因突變率的影響；可誘變性：可用誘變劑提高突變率（104~105）；穩(wěn)定性：基因突變后的遺傳性狀穩(wěn)定；可逆性：某性狀可發(fā)生回復(fù)突變。二、基因突變的特點(diǎn)24微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解證明基因突變的自發(fā)性和非對(duì)應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)舉例——變量實(shí)驗(yàn)（fluctuationtest）（1943）25微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解即堿基能以互變異構(gòu)體的不同形式存在，形成不同的堿基配對(duì)。ATACATATGCGCAT三、突變的機(jī)制

（Mechanismofgenemutation）1、互變異構(gòu)效應(yīng)26微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解自發(fā)突變的頻率很低，一般為10-6~10-9，許多化學(xué)、物理和生物因子能夠顯著提高突變頻率，稱為誘變劑。根據(jù)引起的不同突變結(jié)果，分為：堿基類似物、插入染料、直接與堿基起反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)和輻射與熱4種類型。2、誘變劑（mutagen）的影響27微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解（1）堿基類似物（baseanalog）T的類似物5-溴尿嘧啶（5-BU）5-BU有兩種形式：酮式，和A配對(duì)烯醇式，和G配對(duì)ATA5-BUATATG

5-BUGC通過(guò)細(xì)胞的代謝活動(dòng)滲入DNA分子中，引起間接的堿基置換。如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鳥嘌呤（8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP）。28微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解（2）直接與堿基起反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)亞硝酸使堿基發(fā)生氧化脫氨作用，把A變成HATHeTHkTATHkCHkCGCH有兩種形式：烯醇式He和酮式Hk，可與C配對(duì)。直接與一個(gè)或多個(gè)堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起堿基的直接置換。如亞硝酸、羥胺、烷化劑等。29微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解（3）插入染料（intercalatingdye）結(jié)構(gòu)和一個(gè)堿基對(duì)相似，能插入兩個(gè)堿基對(duì)之間在DNA復(fù)制時(shí)導(dǎo)致堿基對(duì)的缺失或增添。如溴化乙錠和吖啶橙。（4）輻射和熱（radiationandheat）如紫外線形成胸腺嘧啶二聚體，在DNA修復(fù)中導(dǎo)致突變；熱引起堿基的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致錯(cuò)配；此外，強(qiáng)烈的理化因子、轉(zhuǎn)座因子還會(huì)導(dǎo)致染色體大段損傷，如倒位、重復(fù)、插入等。30微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解很多種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機(jī)制導(dǎo)致DNA的突變，因此可以被利用來(lái)獲得各類遺傳突變，進(jìn)行誘變育種，還能對(duì)有害微生物進(jìn)行控制，但同時(shí)，這些物質(zhì)也危害人類自身的健康。3、誘變劑與致癌物質(zhì)——Ames試驗(yàn)31微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解人物：美國(guó)加利福尼亞大學(xué)，BruceAmes材料：鼠傷寒沙門氏菌（Salmonellatyphmurium）組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株（his-）艾姆氏試驗(yàn)（Amestest）：是一種利用細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境或食品中是否存在化學(xué)致癌劑的簡(jiǎn)便有效的方法。32微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解艾姆氏試驗(yàn)33微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解四、DNA損傷的修復(fù)

（ReparationofDNA）DNA損傷的類型很多，機(jī)體對(duì)其修復(fù)的方法也各異，比如有些DNA聚合酶本身就有3’→5’的外切酶活性。機(jī)體主要的修復(fù)方式有：光復(fù)活作用、暗修復(fù)作用、重組修復(fù)和SOS修復(fù)。34微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解光復(fù)活作用：把經(jīng)過(guò)紫外線照射后的微生物暴露在可見光下時(shí)，就可出現(xiàn)明顯降低其死亡率的現(xiàn)象?？梢姽庾贤夤釺T光解酶1、光復(fù)活作用（photoreactivation）條件：可見光，光解酶35微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解切除修復(fù)：又稱暗修復(fù)（darkrepair），是一種不依賴可見光，只通過(guò)酶切作用除去損傷部位，隨后又重新合成一段正常DNA鏈的修復(fù)方式。2、切除修復(fù)（excisionrepair）條件：內(nèi)切核酸酶、外切核酸酶、DNA聚合酶、連接酶36微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解自發(fā)突變生產(chǎn)中選擇定向培育誘發(fā)突變出發(fā)菌誘變條件篩選方案誘變劑種類誘變劑量樣品處理：表型延遲瓊脂塊培養(yǎng)法梯度平板法夾層平板法、影印平板法限量補(bǔ)充培養(yǎng)法五、突變與育種

（MutationandBreeding）37微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解春日霉素產(chǎn)生菌的孢子懸液誘變含供試菌種（拮抗對(duì)象）的瓊脂平板瓊脂塊培養(yǎng)法抑菌圈檢查38微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解Chapter8-3-基因重組（GeneRecombination）兩個(gè)獨(dú)立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過(guò)一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定的基因組的過(guò)程，稱為基因重組，是遺傳物質(zhì)在分子水平的雜交。39微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解接合：細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸（F因子介導(dǎo)）轉(zhuǎn)導(dǎo)：由缺陷噬菌體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化：游離DNA分子+感受態(tài)細(xì)胞原生質(zhì)體融合：雙親細(xì)胞準(zhǔn)性生殖有性生殖基因重組的方式40微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解1、轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)化（transformation）：受體菌（receptor）直接吸收供體菌（donorcell）的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。通過(guò)轉(zhuǎn)化方式形成的雜種后代稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。感受態(tài)（competent）：是指受體細(xì)胞最易接受外源DNA片段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。感受態(tài)細(xì)胞（competentcell）就是處于感受態(tài)的微生物細(xì)胞。41微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解接合（conjugation）：供體菌通過(guò)性菌毛與受體菌直接接觸，把F質(zhì)?；蚱鋽y帶的不同長(zhǎng)度的核基因組片段傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳性狀的現(xiàn)象。通過(guò)接合而獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞稱為接合子（conjugant）。2、接合（conjugation）42微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解A、F+×F-雜交結(jié)果：供體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為F+細(xì)胞接合過(guò)程中，F(xiàn)質(zhì)粒的一條單鏈在特定位點(diǎn)上斷裂，以滾環(huán)方式F質(zhì)粒復(fù)制，以線性方式轉(zhuǎn)移到F–中。44微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解B、Hfr×F-Hfr菌株—高頻重組菌株：F因子整合在染色體DNA上，在發(fā)生接合轉(zhuǎn)移過(guò)程，可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給F-細(xì)胞并發(fā)生重組。在Hfr和F–接合時(shí)，Hfr的染色體雙鏈中的一條單鏈在F質(zhì)粒處斷裂，由線狀變成環(huán)狀，質(zhì)粒中與性別有關(guān)的基因位于染色體末端，供體細(xì)胞的染色體DNA以線性方式向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移。雜交結(jié)果：受體細(xì)胞大多數(shù)仍然是F-45微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解C、F’×F-這種基因轉(zhuǎn)移過(guò)程又稱為性導(dǎo)（sexduction）、F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-duction），或F因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-mediatedtransduction）。攜帶F’質(zhì)粒的菌株稱為初生F’菌株（primaryF’-strain），通過(guò)F’菌株與F-菌株接合，后者也可成為F’菌株，是次生F’菌株（secondaryF’-strain），是一個(gè)部分雙倍體。雜交結(jié)果：受體細(xì)胞是F’46微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解3、轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：通過(guò)缺陷噬菌體（defectivephage）的媒介，把供體細(xì)胞的小片段DNA攜帶到受體細(xì)胞中，通過(guò)交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。由轉(zhuǎn)導(dǎo)作用而獲得部分新性狀的重組細(xì)胞稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）。47微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解將遺傳性狀不同的兩種菌（種間、種內(nèi)、屬間）融合為一個(gè)新細(xì)胞的技術(shù)。原生質(zhì)體的制備：去壁（溶菌酶，蝸牛酶）原生質(zhì)體融合和再生：誘導(dǎo)融合（PEG，電擊），再生培養(yǎng)基融合子的選擇：選擇標(biāo)記（營(yíng)養(yǎng)缺陷型、熒光染色）4、原生質(zhì)體融合48微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解Chapter8-4-基因工程（GeneticEngineering）

也稱重組DNA技術(shù)(recombinantDNAtechnology)，是指對(duì)遺傳信息的分子操作和施工，即把分離到的或合成的基因經(jīng)過(guò)改造，插入載體中，導(dǎo)入宿主細(xì)胞內(nèi)，使其擴(kuò)增和表達(dá)，從而獲得大量基因產(chǎn)物，或者令生物表現(xiàn)出新的性狀。49微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解基因工程操作的基本過(guò)程：基因分離體外重組重組載體的傳遞與篩選在特定的宿主中表達(dá)，得到基因工程產(chǎn)品50微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解Chapter8-5-菌種保藏（CulturePreservation）

由于微生物的變異，某些特征會(huì)在生長(zhǎng)繁殖中衰退或消失，這與在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中希望保持微生物的一些有利特征是矛盾的，因此，需要一定的方法來(lái)控制不利變異，這就涉及到菌種保藏和復(fù)壯。51微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解一、菌種的衰退和復(fù)壯衰退：是指由于自發(fā)突變而使某物種原有的一系列生物學(xué)特征發(fā)生量變或質(zhì)變的現(xiàn)象。復(fù)壯：是指在菌種已經(jīng)發(fā)生衰退的情況下，通過(guò)純種分離和測(cè)定典型性狀、生產(chǎn)性能等指標(biāo)，從群體中篩選出未退化的個(gè)體，以達(dá)到恢復(fù)原菌株固有性狀的措施。52微生物學(xué)專業(yè)知識(shí)講解防止衰退的方法：控制傳代次數(shù)；使用良好的培養(yǎng)條件；利用不易衰退的細(xì)