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1、第五章 微生物的遗传变异 与菌种选育,遗传(heredity) 微生物在一定环境条件下，子代在形态结构、生理生化特性等方面与亲代相似并能稳定的代代相传的特性,变异(variation) 微生物体在外因或内因的作用下，使子代微生物与亲代存在的差异,表型（phenotype） 指具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状 遗传型 + 环境条件 表型,第一节 微生物遗传变异 的物质基础 核 酸,一、证实核酸是遗传变异物质 基础的经典实验,（一）经典转化实验 （二）噬菌体感染实验 （三）植物病毒重建实验,（一）经典转化实验,1928年 F.Griffith 肺炎链球菌 S型菌株-菌株形成荚膜、菌
2、落表面光滑、致病 R型菌株-菌株不形成荚膜、菌落表面粗糙、不致病,平板培养实验,热死S菌 不生长 活 R 菌 长出R菌 热死S菌+活R菌 长出大量 R菌 S菌 活R菌 + S菌无细胞核酸抽提液 长出大量R菌和少量S菌,10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离,吸附,离心,沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体,（二）噬菌体感染实验,含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中,（三）植物病毒的重建实验,二、遗传物质在细胞内的存在形式,1.染色体:真核生物:DNA与组蛋白 原核生物:DNA或RNA 2.质粒:原核生物:DNA,第二节 微生物的基因突变,基因 是DNA分子上具有特定碱基顺序的片段
3、，是生物体内储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。,突变 指生物体的表型发生的可遗传的变化,一、基因突变类型,1、按突变的范围分： （1）基因突变（ 点突变) （2）染色体畸变,2、按突变引起的表型改变分：,形态突变型 致死突变型 条件致死突变型 营养缺陷突变型 抗性突变型 抗原突变型,3、按突变的条件和原因分：,自发突变 诱发突变,二、基因突变的特点,自发性：突变可以在没有人为诱变 因素处理下自发地产生。 稀有性：突变率低且稳定。突变的 几率：10 -9 -10-6 。 诱发性：诱变因素可提高突变率。,独立性：各种突变独立发生，不会 互相影响。 稳定性：变异性状稳定可遗传。 可逆性：
4、突变的基因与原始基因在 一定条件下互相转变。,三、基因突变的机制,自发突变 诱发突变,转换 碱基置换 颠换 点突变 缺失 移码突变 添加 诱变 缺失 重复 畸变 添加 插入 突变 易位 倒位 自发突变,第三节 微生物基因重组,原核生物的基因重组,把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组（gene recombination）或遗传重组 作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体,原核微生物遗传物质传递的方式 1、转化（transformation）,受体菌直接吸收来自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的
5、基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化 转化后的受体菌称为转化子（transformant）,2、转导（transduction）,以噬菌体为媒介，将供体菌的一部分遗传物质导入受体菌，使受体菌的遗传性状发生变异 获得新遗传性状的受体细胞称为转导子（transductant） 转导过程不需要细胞接触，而是以噬菌体为载体,3、 接合(conjugation）,通过供体菌与受体菌直接接触，传递遗传物质，使受体菌获得供体菌遗传性状的现象，称为接合 通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（conjugant）,4、溶源性转变,当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合
6、到宿主的核基因组上，而使后者获得新性状的现象，称为溶源转变。 性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。,与转导的区别： 1、当宿主丧失其原噬菌体时，通过溶源转 变而获得的新性状也随之消失。 2、温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基 因，是噬菌体自身基因使宿主获得新性状 3、获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是 转导子。,第四节 微生物的菌种选育,一、自然界工业菌种筛选程序 第一步：采样 第二步：增殖培养 第三步：培养分离 第四步：筛选 第五步：毒性试验,例：从自然界筛选工业化生产 酸奶用乳酸菌的程序,1、采样： 目的：采到含有乳酸菌的样品 要点：要有针对性 采用微生物无菌操作技术,2、增殖培
7、养： 目的:使乳酸菌增多 要点:选用适合乳酸菌生长的培养基 创造适合乳酸菌生长的培养条件,3、培养分离： 目的：得到乳酸菌的纯培养 要点：用乳酸菌分离培养基，采用划线法、稀释倾注平皿法等 采用合适的培养条件,4、筛选： 目的：选择产乳酸等特性优良的 乳酸菌株 要点：进行鉴定，确定是乳酸菌 生物学特性研究 生产特性研究,5、毒性试验： 目的：检查对人是否有毒害作用 要点：分离菌的致病性检测， 如致敏性、毒素检测,二、微生物的诱变育种,诱变育种步骤,第一步：出发菌株的选择 第二步：同步培养 第三步：处理菌悬液的制备 第四步：诱变处理 第五步：中间培养 第六步：分离和筛选,第五节 微生物菌种的保藏及
8、复壮,一、微生物菌种保藏,1.目的 （1）存活，不丢失，不污染 （2）防止优良性状丢失,2. 原理 （1）选用优良的纯种，最好是休眠体 （2）创造长期能降低微生物代谢强 度，难以发生突变的环境条件 如干燥、低温、加保护剂等,3. 菌种保藏的方法,（1） 斜面传代低温保藏法 方法：把菌种管置4冰箱保藏， 定时传代 保藏时间： 3-6月 适用范围：大多数微生物,（2）石蜡油低温保藏法 方法：将培养有微生物的培养基加石蜡油，橡皮塞取代棉塞封口、置于低温下保藏 保藏时间：1-2年 适用范围：丝状真菌,（3）干燥-载体保藏法 方法：将菌种置于土壤、细沙、麸皮 滤纸、硅胶等干燥材料上，干 燥环境保藏 保藏
9、时间：1-10年 适用范围：放线菌、芽孢菌和霉菌孢子,（4）真空冷冻干燥法 方法：将加有保护剂的菌液在冻 结状态下予以真空干燥 保藏时间：5-15年 适用范围：各种微生物,（5）液氮超低温保藏法 方法：将菌种置于保护剂中，预冻后 保存在液氮超低温（ -196) 容器中 保藏时间：15年以上 适用范围：各种微生物,4、国内外菌种保藏机构,中国微生物菌种保藏委员会(CCCCM) 美国的典型菌种保藏中心(ATCC) 英国国家典型菌种保藏所（NCTC） 法国里昂巴斯德研究所（IPL）,二、菌种的退化与复壮 1、菌种的退化（degeneration） 菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些
10、原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的退化,（1） 常见的退化现象, 菌落和细胞形态的改变 生长速度缓慢，产孢子越来越少 抵抗力减弱 代谢产物生产能力下降 对宿主寄生能力下降,（2） 防止菌种退化的方法, 合理的育种 选择和创造合适的培养条件 控制传代次数 采用不易退化的细胞进行传代 采用有效的菌种保藏方法,2、菌种的复壮（rejuvenation）,（1）概念：使退化的菌种恢复原来优良性状 狭义的复壮：从退化的群体中找出 未退化的个体 广义的复壮：利用自发突变不断地 从生产中选育优良菌种,（2）菌种的复壮措施, 纯种分离：采用平板划线法、涂 布法、倾注法等进行分离 通过寄主体内生长进行复壮 联合复壮：对退化菌株用高剂量 的紫外线等因素处理进行复壮,小结,第一节 微生物遗传变异的物质基础 一、证实核酸是遗传变异 物质基础的经典实验 二、遗传物质在细胞内的存在形式 第二节 微生物的基因突变 一、基因突变类型 二、基因突变的特点 三、基因突变的机制 第三节 微生物基因重组 原核生物的基因重组 4种方式,第四节 微生物的菌种选育 一、自然界工业菌种筛选程序 二、微生物的诱变育种 第五节 微生物菌种的保藏及复壮 一、微生物菌种保藏 二、菌种的退化与复壮,
