单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,第九章,,微生物的遗传变异和育种,食品科学与工程学院 杨保伟,,,第九章 食品科学与工程学院 杨保伟,1,第九章 微生物的遗传变异和育种,第一节 遗传变异的物质基础,第二节 基因突变与基因重组,第三节 微生物育种,第四节 基因工程,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,,,第九章 微生物的遗传变异和育种第一节 遗传变异的物质基,2,基本内容：,遗传变异的物质基础（证明核酸是遗传变异物质的经典实验），细菌和真菌基因重组的原理和方法，微生物诱变育种的原理和方法，基因工程的基本原理，菌种的衰退、复壮和保藏方法重点与难点：,遗传变异的物质基础，基因突变及修复，细菌的基因重组，微生物诱变育种的原理和方法基本内容：重点与难点：,3,变异(,variation),：,生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，表现为亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传和变异是生物体最本质的属性之一遗传(,heredity,或,inheritance),：,讲的是亲子间的关系，指生物的上一代将自己的一整套遗传因子传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的特性。
变异(variation)：生物体在某种外因或内因的作用下所,4,第一节 遗传变异的物质基础,一、遗传变异的基本概念,1.遗传型(,genotype),又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因的总和遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息2.表型(,phenotype),,指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现它与遗传型不同,是一种现实性第一节 遗传变异的物质基础一、遗传变异的基本概念,5,第一节 遗传变异的物质基础,3.饰变(,modification),,指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻译水平上的表型变化特点：,整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；因遗传物质不变，故饰变不遗传第一节 遗传变异的物质基础3.饰变(modificatio,6,第一节 遗传变异的物质基础,二、证明核酸是遗传变异物质的经典实验,1、经典转化实验,肺炎链球菌：,S,型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，,有致病能力）,,R,型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，,无致病能力）,,,第一节 遗传变异的物质基础二、证明核酸是遗传变异物质的经典,7,第一节 遗传变异的物质基础,1928年，,F.Griffth,作了3组实验:,,,第一节 遗传变异的物质基础1928年，F.Griffth作,8,第一节 遗传变异的物质基础,1944年，,Avery,精确重复了转化实验，确定了转化因子,实验证明，将,R,菌转化为,S,菌的转化因子是,DNA。
第一节 遗传变异的物质基础1944年，Avery精确重复了,9,第一节 遗传变异的物质基础,实验证明，进入细菌细胞内部的物质是,DNADNA,包含有产生完整噬菌体的全部信息2、噬菌体感染实验,,,,第一节 遗传变异的物质基础实验证明，进入细菌细胞内部的物质,10,第一节 遗传变异的物质基础,3、植物病毒重建实验,实验证明，遗传信息的流向与,DNA,的传递是一致的第一节 遗传变异的物质基础3、植物病毒重建实验实验证明，遗,11,第一节 遗传变异的物质基础,三、遗传物质在细胞中的存在方式,,(,一）,7,个水平,1、细胞水平,2、细胞核水平,3、染色体水平,4、核酸水平,5、基因水平,6、密码水平,7、核苷酸水平,,,第一节 遗传变异的物质基础三、遗传物质在细胞中的存在方式,12,,,,染色体,基因,Ⅱ,基因,Ⅰ,DNA,基因是一段,DNA,,,染色体基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA,13,DNA,就是脱氧核糖核酸链,腺嘌呤（,A,）,鸟嘌呤（,G,）,胸腺嘧啶（,T,）,胞嘧啶（,C,）,,,,A,,T,,C,,G,,A,,A,,A,,T,,T,,T,,T,,T,,T,,A,,A,,A,,G,,G,,G,,G,,G,,C,,C,,C,,C,,C,,G,,C,基因测序,就是读出,A-C-G-T-G-G-A-C-G…...,,,DNA就是脱氧核糖核酸链腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（T,14,,,基因控制,Pr,因而控制性状,G A T,C T A,G A U,DNA,mRNA,天冬,氨酸,,,,基因控制Pr因而控制性状G A TC T,15,第一节 遗传变异的物质基础,1、细胞水平,真核微生物：细胞核,原核微生物：核区,细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的。
第一节 遗传变异的物质基础1、细胞水平,16,第一节 遗传变异的物质基础,2、细胞核水平,真核生物 细胞核 核染色体,原核生物 核区,DNA,链,核基因组,在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质第一节 遗传变异的物质基础2、细胞核水平核基因组在核基因组,17,第一节 遗传变异的物质基础,3、染色体水平,染色体是由,组蛋白与,DNA,构成的线状结构染色体的数目在不同的生物中是不同的染色体的倍数在同一生物的不同生活时期是不同的第一节 遗传变异的物质基础3、染色体水平,18,第一节 遗传变异的物质基础,4、核酸水平,核酸种类：,DNA，RNA,核酸结构：,双链、单链；,环状，线状，超螺旋状,DNA,长度：,因种而异,,,第一节 遗传变异的物质基础4、核酸水平,19,第一节 遗传变异的物质基础,5、基因水平,基因的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的,DNA,片段结构基因：,为细胞结构、组成(如细胞生化反应所需的酶),及完成细胞功能所需的蛋白质等进行编码的基因,调节基因：,用于编码调节蛋白的基因,操纵基因：,是位于启动子和结构基因之间的一段碱基顺序，,能与调节蛋白相结合，以此来决定结构基因的转,录是否能进行。
重复基因：,DNA,片段重复,跳跃基因：,可在,DNA,上转移位置的基因（,Tn,因子）,,,第一节 遗传变异的物质基础5、基因水平基因的物质基础是一个,20,第一节 遗传变异的物质基础,6、密码子水平,遗传密码就是指,DNA,链上各个核苷酸的特定排列顺序每个密码子,(codon),是由,3,个核苷酸顺序所决定的，它是负载遗传信息的基本单位各种生物都遵循着一套共同的密码由于,DNA,上的三联密码子要通过转录成,mRNA,密码后才能与氨基酸相对应，因此，三联密码子一般都用,mRNA,上的,3,个核苷酸顺序来表示第一节 遗传变异的物质基础6、密码子水平遗传密码就是指DN,21,第一节 遗传变异的物质基础,7、核苷酸水平,,核苷酸是最小突变单位和交换单位在绝大多数生物的,DNA,组分中,,,都只含腺苷酸,(AMP),、胸苷酸,(TMP),、鸟苷酸,(GMP),和胞苷酸,(CMP)4,种脱氧核苷酸第一节 遗传变异的物质基础7、核苷酸水平,22,第一节 遗传变异的物质基础,（二）原核生物的质粒,1、定义,质粒（,plasmid）：,一种独立于染色体外，能进行自主复制的,细胞质遗传因子,，存在于各种微生物细胞中。
质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势第一节 遗传变异的物质基础（二）原核生物的质粒,23,第一节 遗传变异的物质基础,2、结构特点,通常以共价闭合环状(,covalently closed circle，,简称,CCC),的超螺旋双链,DNA,分子存在于细胞中；,,也发现有线型双链,DNA,质粒和,RNA,质粒；,质粒分子的大小范围从1,kb,左右到1000,kb；,细菌质粒多在10,kb,以内,,,第一节 遗传变异的物质基础2、结构特点,24,,,食品微生物-第九章-微生物的遗传变异和育种课件,25,第一节 遗传变异的物质基础,①严谨型质粒(,stringent plasmid)：,复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数②松弛型质粒(,relaxed plasmid)：,复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数3、质粒的类型,①窄宿主范围质粒(,narrow host range plasmid),（只能在一种特定的宿主细胞中复制）,②广宿主范围质粒(,broad host range plasmid),（可以在许多种细菌中复制）,,,第一节 遗传变异的物质基础①严谨型质粒(stringent,26,第一节 遗传变异的物质基础,4、质粒在基因工程中的应用,质粒的优点：,（1）体积小，易分离和操作,（2）环状，稳定,（3）独立复制,（4）拷贝数多,（5）存在标记位点，易筛选,E. coli,的,pBR322,质粒是一个常用的克隆载体,,,第一节 遗传变异的物质基础4、质粒在基因工程中的应用,27,5、质粒的检测,提取所有胞内,DNA,后电镜观察；,,超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；,,对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，,如抗药性初步判断。
5、质粒的检测 提取所有胞内DNA后电镜观察； 超速离心或,28,第一节 遗传变异的物质基础,6、质粒的主要种类,①,F,因子,(fertility factor),②,R,因子,(resistance factor),③,Col,因子,(colicinogenic factor),④,Ti,质粒,(tumor inducing plasmid),⑤巨大质粒,(mega,质粒,),⑥降解性质粒,,,第一节 遗传变异的物质基础6、质粒的主要种类①F因子(fe,29,第一节 遗传变异的物质基础,①,F,因子,(fertility factor),又称致育因子或性因子是,E. coli,等细菌中决定性别的质粒约等于,2%,核染色体,DNA,的小型,cccDNA,分子量为,6.2×10,7,Da,94.5 kb,,其中有,1/3,的基因与接合作用有关第一节 遗传变异的物质基础①F因子(fertility f,30,第一节 遗传变异的物质基础,②,R,因子,(resistance factor),又称,R,质粒或抗性质粒多数,R,因子是由相连的两个,DNA,片段组成其一为,RTF,质粒,(resistance transfer factor,,抗性转移因子,),,它含有调节,DNA,复制和拷贝数的基因及转移基因；,RTF,决定性菌毛的形成，通过接合而传递。
其二为,抗性决定质粒,(r-determinant),,大小不固定,,,从几百万直至,100×10,6,Da,以上其上含有抗生素抗性基因,,,例如抗青霉素,(Pen),、安比西林,(Amp),、氯霉素,(Cam),、链霉素,(Str),、卡那霉素,(Kan),和磺胺,(Sul),等基因第一节 遗传变异的物质基础②R因子(resistance,31,第一节 遗传变异的物质基础,③,Col,因子,(colicinogenic factor),产大肠杆菌素因子许多细菌都能产生使其他原核生物致死的蛋白质类细菌毒素,(bacteriocin),大肠杆菌素,(colicin),是一种,E. coli,的某些菌株所分泌的细菌毒素,,,具有通过抑制复制、转录、翻译或能量代谢等而专一地杀死其他肠道细菌的功能凡带,Col,因子的菌株,,,由于质粒本身编码一种免疫蛋白,,,从而对大肠杆菌素有免疫作用,,,不受其伤害第一节 遗传变异的物质基础③Col因子(colicinog,32,第一节 遗传变异的物质基础,④,Ti,质粒,(tumor inducing plasmid),诱癌质粒根癌土壤杆菌,(Agrobacterium tumefaciens),可引起许多双子叶植物的根癌,,,它是由该菌的,Ti,质粒所引起。
当细菌侵入到植物细胞中后,,,将其,DNA,释放至植物细胞中,,,此时,,,含有复制基因的,Ti,质粒的小片段与植物细胞中的核染色体组发生整合,,,破坏控制细胞分裂的激素调节系统,,,从而使它转变成癌细胞第一节 遗传变异的物质基础④Ti质粒(tumor indu,33,Ti,质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体一些具有重要性状的外源基因可借,DNA,重组技术设法插入到,Ti,质粒中,,,并进一步使之整合到植物染色体上,,,以改变该植物的遗 传性,,,达到培育植物优良品种的目的第一节 遗传变异的物质基础,,,Ti质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体第一节 遗传变,34,第一节 遗传变异的物质基础,⑤巨大质粒,(mega,质粒,),为近年来在根瘤菌属,(Rhizobium),中发现的一种质粒,,,分子量为,200,～,300×10,6,Da,,比 一般质粒大几十倍至几百倍,,,故称巨大质粒,,,其上有一系列固氮基因第一节 遗传变异的物质基础⑤巨大质粒(mega质粒),35,⑥降解性质粒,只在假单胞菌属,(Pseudomonas),中发现它们的降解性质粒可编码一系列能降解复杂物质的酶,,,从而能利用一般细菌所难以分解的物质作碳源。
这些质粒以其所分解的底物命名,,,例如有分解,CAM(,樟脑,),质粒,,OCT(,辛烷,),质粒,,XYL(,二甲苯,),质粒,,SAL(,水杨酸,),质粒,,MDL(,扁桃酸,),质粒,,NAP(,萘,),质粒和,TOL(,甲苯,),质粒等第一节 遗传变异的物质基础,,,⑥降解性质粒第一节 遗传变异的物质基础,36,第二节 基因突变与基因重组,突变,(mutation),指遗传物质核酸,(DNA,或,RNA),中的核苷酸顺序突然发生了稳定的可遗传的变化突变包括,基因突变,(gene mutation,,又称点突变,),和,染色体畸变,(chromosomal aberration),两类,,,其中以点突变为常见第二节 基因突变与基因重组 突变(muta,37,基因突变,是由于,DNA,链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的第二节 基因突变与基因重组,染色体畸变,则是,DNA,的大段变化,(,损伤,),现象,,,表现为染色体的,插入,(insertion),、,缺失,(deletion),、,重复,(duplication),、易位,(translocation),和,倒位,(inversion),。
基因突变是由于DNA链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的,38,条件致死突变型（株）,一、基因突变,（一）基因突变的类型,突变株,表型,,选择性,突变株,非选择性,突变株,,营养缺陷型（株）,抗性缺陷型（株）,,形态突变型（株）,抗原突变型（株）,产量突变型（株）,按方法分：按突变株的表型是否能在选择,性培养基上加以鉴别来区分条件致死突变型（株）一、基因突变突变株选择性,39,形态突变型,菌落形态突变型,菌体形态突变型,,生化突变型,,营养突变体,(,营养缺陷型,),,发酵突变体,抗性突变体,条件致死突变体,抗原突变型,产量突变型,,,按突变,实质分,（,一）基因突变的类型,,,形态突变型 菌落形态突变型菌体形态突变型生化突变型营养突变体,40,第二节 基因突变与基因重组,1.,形态突变型,:,指突变引起细胞形态变化或引起菌落形态改变如细菌的鞭毛、芽孢或荚膜的有无,,,菌落的大小、外形的光滑,(S,型,),、粗糙,(R,型,),和颜色等的变异,;,放线菌或真菌产孢子的多少、外形或颜色的变异等一）基因突变的类型,,,第二节 基因突变与基因重组1.形态突变型:指突变引起细胞形,41,第二节 基因突变与基因重组,2.,生化突变型,:,指一类代谢途径发生变异但形态没有明显变化的突变型。
该突变型可进一步细分为,营养缺陷型,、,抗性突变型,和,抗原突变型,3,种类型①营养缺陷型,--,是一类重要的生化突变型由基因突变而引起代谢过程中某酶合成能力丧失的突变型,,,必须在原有培养基中添加细胞不能合成的营养成分才能正常生长 ,,（,一）基因突变的类型,,,第二节 基因突变与基因重组2.生化突变型:指一类代谢途径发,42,②,抗性突变型,--,是一类能抵抗有害理化因素的突变型据其抵抗的对象可分抗药性、抗紫外线或抗噬菌体等突变类型它在遗传学基本理论的研究中十分有用,,,常作为选择性标记菌种,③,抗原突变型,--,指细胞成分尤其是细胞表面成分,(,细胞壁、荚膜、鞭毛,),的细微改变而引起抗原性变化的突变型第二节 基因突变与基因重组,（,一）基因突变的类型,,,②抗性突变型--是一类能抵抗有害理化因素的突变型据其抵抗的,43,第二节 基因突变与基因重组,3.,致死突变型,--,由于基因突变而导致个体死亡的突变型4.,条件致死突变型,--,某菌株或病毒经基因突变后,,,在某种条件下可正常生长、繁殖并实现其表型,,,而在另一条件下却无法生长、繁殖的突变类型5.,其他突变型,--,如毒力、糖发酵能力、代谢产物的种类和产量以及对某种药物的依赖性突变型等。
一）基因突变的类型,,,第二节 基因突变与基因重组3.致死突变型--由于基因突变而,44,（二）突变率,,,出发菌株,,,,,,,,,,长出突变株,,,,含诱变剂的培养基,,,,,,,,,,,某一细胞或病毒粒在每一世代中发生某一性状突变的几率，称突变率二）突变率出发菌株 长出突变株含诱变剂的培养基,45,第二节 基因突变与基因重组,（三）基因突变的特点,1.,不对应性：,即突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系例如：细菌在有青霉素的环境下,,,出现了抗青霉素的突变体,;,在紫外线的作用下,,,出现了抗紫外线的突变体,;,在较高的培养温度下,,,出现了耐高温的突变体等从表面上看,,,会认为正是由于青霉素、紫外线或高温的“诱变”,,,才产生了相对应的突变性状事实恰恰相反,,,这类性状都可通过自发的或其他任何诱变因子诱发得到青霉素、紫外线或高温仅是起着淘汰原有非突变型,(,敏感型,),个体的作用第二节 基因突变与基因重组（三）基因突变的特点,46,第二节 基因突变与基因重组,2.,自发性,--,各种性状的突变,,,可以在没有人为的诱变因素处理下自发产生3.,稀有性,--,指自发突变的频率较低,,,而且稳定,,,一般在,10,-6,～,10,-9,间。
例如,,,突变率为,1×10,-8,,,就意味着,10,8,个细胞群体分裂成,2×10,8,个细胞时,,,平均会形成一个突变体,,,第二节 基因突变与基因重组2.自发性--各种性状的突变,可,47,第二节 基因突变与基因重组,4.,独立性,--,突变的发生一般是独立的,,,即在某一群体中,,,既可发生抗青霉素的突变型,,,也可发生抗链霉素或任何其他药物的抗药性某一基因的突变,,,即不提高也不降低其他任何基因的突变率突变不仅对某一细胞是随机的,,,且对某一基因也是随机的5.,诱变性,--,通过诱变剂的作用,,,可提高自发突变的频率,,,一般可提高,10,～,10,5,倍第二节 基因突变与基因重组4.独立性--突变的发生一般是独,48,第二节 基因突变与基因重组,6.,稳定性,--,由于突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的变化所以产生的新性状也是稳定和可遗传的7.,可逆性,--,由原始的野生型基因变异为突变型基因的过程称为正向突变,(forward mutation),,相反的过程则称为回复突变或回变,(back mutation,或,reverse mutation),实验证明,,,任何性状既有正向突变，也可发生回复突变。
第二节 基因突变与基因重组6.稳定性--由于突变的根源是遗,49,变 量 试 验,涂 布 试 验,影印培养试验,第二节 基因突变与基因重组,（四）基因突变自发性和不对应性的证明,,,变 量 试 验 涂 布 试 验 影印培养试验 第,50,,,,,,,大肠杆菌稀释培养物,,,,,,,,,10,ml,,10,ml,(,在同一个大管中作整体培养,),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3 7 1 4 4 3 5,抗噬菌体菌落数 抗噬菌体菌落数,变量试验,,,,,,,,,,,,,,,,,(,培养前先分成,50,小管,),这就说明,,,E.coli,抗噬菌体性状的突变,,,不是由所抗的环境因素,—,噬菌体诱导出来的,,,而是在它接触到噬菌体前,,,在某一次细胞分裂过程中随机地自发产生的这一自发突变发生得越早,,,则抗性菌落出现得越多,,,反之则越少,,,噬菌体在这里仅起着淘汰原始的未突变的敏感菌和鉴别抗噬菌体突变型的作用。
利用这一方法,,,还可计算出突变率大肠杆菌稀释培养物1010(在同一个大管中作整体培养),51,涂布试验,,,,涂布敏感菌,5×10,4,个,共,12,个平板,5×10,4,个菌落,5000,个细菌,/,菌落,,,喷入,T,1,保温,重新涂布后 喷入,T,1,保温,,6,个平板共,353,个菌落,,6,个平板共,28,个菌落,,,,,,,,,涂布试验 涂布敏感菌5×104个5×104个菌落喷入T1保温,52,,,,,影印培养,无药,培养基,含药,培养基,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,影印培养试验,,,,,原始敏,感菌种,,,,,,,影印培养无药含药影印培养试验原始敏,53,第二节 基因突变与基因重组,（五）基因突变及其机制,1.,诱发突变（,induced mutation),诱发突变简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段凡能显著提高突变频率的理化因子,,,都可称为诱变剂,(mutagen),碱基的置换,移码突变,染色体畸变,,,第二节 基因突变与基因重组（五）基因突变及其机制碱基的置换,54,①,碱基的置换,,,①碱基的置换,55,,,食品微生物-第九章-微生物的遗传变异和育种课件,56,直接引起置换的诱变剂,HNO,2,C,NH,2,,,腺嘌呤,C,O,,,次黄嘌呤,(Hk),,A,..,T,He,..,T,Hk,..,,T,Hk,..,,C,A,..,T,Hk,..,,C,G,..,,C,C,OH,,,次黄嘌呤,(He),①,碱基的置换,,,直接引起置换的诱变剂HNO2CNH2 腺嘌呤CO次黄嘌呤(H,57,间接引起置换的诱变剂,,C,O,H,T,：烯醇式,,C,T,： 酮式,O,,A,..,T,T,..,,A,G,..,,C,A,..,T,酮式,T,..,,G,烯醇式,①,碱基的置换,,,间接引起置换的诱变剂COHT：烯醇式CT ： 酮式OA..T,58,ＤＮＡ分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起,造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误,ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,ABC,AB+,ABC,ABC,CAB,CAB,CAB,CAB,CAB,ABC,BCA,BCA,BCA,BCA,BCA,BCA,BCA,增添一个碱基,缺少一个碱基,②移码突变,,,ＤＮＡ分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起造成突变点以后全部,59,,,食品微生物-第九章-微生物的遗传变异和育种课件,60,,,食品微生物-第九章-微生物的遗传变异和育种课件,61,③染色体畸变,,某些理化因子，如Ｘ射线，紫外线，亚硝酸等，除能引起点突变外，还会引起,DNA,分子大损伤，包括染色体易位，倒位，缺失，重复等，即为染色体畸变。
Cncnc-micro,,,,③染色体畸变 某些理化因子，如Ｘ射线，紫外线，亚硝酸等,62,紫外线诱变作用机理,使ＤＮＡ链裂断，破坏核糖和磷酸间的键联,引起胞嘧啶和尿嘧啶产生水合作用造成氢键断裂,能使胸腺嘧啶成二聚体，使ＤＮＡ结构发生改变,③染色体畸变,,,紫外线诱变作用机理 使ＤＮＡ链裂断，破坏核糖和磷酸间的键联引,63,第二节 基因突变与基因重组,2.,自发突变（,spontaneous mutation),指微生物在无人工干预下自然发生的低频率突变自发突变的原因：,①背景辐射和环境因素引起；,②微生物自身有害代谢产物引起；,③,DNA,复制过程中碱基配对错误第二节 基因突变与基因重组2.自发突变（spontaneo,64,（六）紫外线对,DNA,的损伤及其修复,嘧啶,,嘧啶二聚体,UV,1、光复活作用（,photoreactivation),嘧啶二聚体,,嘧啶,光解酶,,,（六）紫外线对DNA的损伤及其修复嘧啶嘧啶二聚体UV1、光复,65,2.,切除修复（,excision repair),是活细胞内一种用于对被,UV,等诱变剂损伤后,DNA,的修复方式之一，又称暗修复（,dark repair),。
不依赖可见光，只通过酶切作用去处嘧啶二聚体，随后重新合成一段正常,DNA,链的核酸修复方式六）紫外线对,DNA,的损伤及其修复,,,2.切除修复（excision repair)是活细胞内一种,66,第二节 基因突变与基因重组,二、基因重组（,gene recombination),凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起,,,经过遗传物质分子重新组合,,,形成新遗传型个体的方式,,,称,基因重组,1.,原核微生物的基因重组,,,在原核微生物中,,,基因重组主要有,转化,、,转导,、,接合,和,原生质体融合,4,种形式第二节 基因突变与基因重组二、基因重组（gene reco,67,第二节 基因突变与基因重组,①,转化,(transformation),受体细胞直接吸收了来自供体细胞的,DNA,片断，并把它整合到自己的基因组中，细胞部分遗传性状发生变化的现象转化的特点：,不需两个细胞直接接触，供体,DNA,提取出来，注入受体即可第二节 基因突变与基因重组①转化(transformati,68,转化是游离,DNA,片断的转移和重组,,,游离的,DNA,片断叫转化因子,转化因子由供体提供,,自然情况下转化因子可由细菌细胞自行裂解产生，实验室里通过提取获得,双链,DNA,有转化能力，单链没有,第二节 基因突变与基因重组,①,转化,(transformation),,,转化是游离DNA片断的转移和重组游离的DNA片断叫转化因子转,69,第二节 基因突变与基因重组,转化过程：,,每个受体细胞表面约有,30,～,80,个转化因子结合点，当转化因子结合到受体表面结合点上时，,DNA,一条链被受体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过整合与受体细胞进行基因重组。
受体细胞能接受转化的生理状态称为,感受态,，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子第二节 基因突变与基因重组转化过程： 受体细,70,,,,,转化,过程,,,转化,71,第二节 基因突变与基因重组,②,转导,(transduction),,通过噬菌体的媒介作用，把供体细胞的,DNA,片段携带到受体细胞中，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为,转导,获得新遗传性状的受体细胞,,,称为,转导子第二节 基因突变与基因重组②转导(transduction,72,细菌转导类型,普遍转导,局限转导,,,,完全普遍转导,流产普遍转导,低频转导,高频转导,第二节 基因突变与基因重组,,,细菌转导类型普遍转导局限转导完全普遍转导低频转导第二节 基,73,普遍转导（,generalized transduction）,噬菌体可以转导,供体菌染色体的任何部分,到受体细胞中的转导过程,普遍性转导的三种后果：,外源,DNA,被降解，转导失败进入受体的外源,DNA,通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子,流产转导,,,普遍转导（generalized transduction）,74,局限转导,温和噬菌体感染,,整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化,,溶源菌因诱导而发生裂解时，,在前噬菌体二侧的少数宿主,基因因偶尔发生的不正常切,割而连在噬菌体,DNA,上,部分缺陷的温和噬菌体,,把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中,,,,局限转导温和噬菌体感染整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发,75,局限转导与普遍转导的主要区别：,a）,局限转导中，宿主菌部分基因被转导，与噬菌体,DNA,连接，与噬菌体,DNA,一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。
而,普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因,b）,局限性转导颗粒携带,特定,的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性局限转导与普遍转导的主要区别：a）局限转导中，宿主菌部分基因,76,,溶源转变是,一个与转导相似又不同的现象,温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现象溶源转变的特点：,,1、,噬菌体不携带任何供体菌的基因；,2、噬菌体是完整的，而不是缺陷的；,3、,噬菌体基因的整合到宿主染色体上导致宿主获得新性状，无通过基因重组而形成的稳定转导子；,4、宿主获得新性状具有不稳定性溶源转变是一个与转导相似又不同的现象温和噬菌体感染细胞后使,77,第二节 基因突变与基因重组,③接合,(conjugation),通过供体菌和受体菌完整细胞间的直接接触而传递大段,DNA,的过程称为接合第二节 基因突变与基因重组③接合(conjugation),78,三者根本区别在于,DNA,转移的方式不同,,转化：,供体,DNA,片断→注入受体细胞,接合：,供体进入受体通过性纤毛,转导：,供体,DNA,片断通过媒介－噬菌体携带进入受体,Cncnc-micro,,,三者根本区别在于DNA转移的方式不同 转化：接合：转导：Cn,79,④,原生质体融合,第二节 基因突变与基因重组,通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲性状的稳定重组子的过程，称为,原生质体融合。
由此法获得的重组子，,称为融合子④原生质体融合第二节 基因突变与基因重组 通过,80,④,原生质体融合,,,④原生质体融合,81,二、真核微生物的基因重组,（一）有性杂交,细胞（＋）,细胞（－）,有性接合 染色体重组 新遗传型,,能产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以进行有性杂交,,,二、真核微生物的基因重组细胞（＋）有性接合 染色体重组,82,（二）准性杂交,细胞（＋）,细胞（＋）,准性接合 基因重组 新遗传型,在半知菌类中最为常见,菌丝联结 质配 核配 有丝分裂交换 单倍体杂合子,半知菌的准性生殖,二、真核微生物的基因重组,,,（二）准性杂交细胞（＋） 准性接合 基因重组,83,一、突变与育种,,1.,自发突变与育种,从生产中选育,定向培育优良品种,2.,诱变育种,,从青霉素的产量看诱变育种,诱变育种的基本环节,诱变育种的原则,,第三节 微生物育种,,,一、突变与育种1.自发突变与育种从生产中选育定向培育优良品种,84,1945,时间,1943,1943,1943,1947,1955,1971,1977,目前,发酵单位,(u/ml),100,250,500,～,850,～,850,～,8000,～,2,万,～,5,万,5,～,10,万,①,从青霉素的产量看诱变育种,,,1945时间194319431943194719551971,85,②,诱变育种的基本环节,,大多死亡,少数存活,存活率,,多数未变,少数突变,突变率,,多数负变,少数正变,正变率,多数幅度小,,少数幅度大,高产率,投产率,,多数不宜投产,少数适宜投产,出发菌株,计算出,诱变,,,②诱变育种的基本环节大多死亡少数存活存活率多数未变少数突变突,86,③,诱变育种工作中应考虑的几个原则,,,,选择优良的出发菌株,处理单孢子或单细胞悬液,选择简便有效、最适剂量的诱变剂,利用复合处理的协同效应,设计或采用高效筛选方案或方法,,,③诱变育种工作中应考虑的几个原则选择优良的出发菌株处理单孢子,87,单倍体纯种的菌株,采用具有优良性状的菌株,采用前体或最终产物代谢高的菌株,选对诱变剂敏感的菌株,/,已发生其他变异的菌株,选择优良的出发菌株,③,诱变育种工作中应考虑的几个原则,,,单倍体纯种的菌株采用具有优良性状的菌株采用前体或最终产物代谢,88,芽孢杆菌应处理芽孢,放线菌，霉菌应处理孢子,细菌指数期，放线菌霉菌要稍加萌发后使用,出发菌株应制成均匀悬夜,处理单孢子或单细胞悬液,③,诱变育种工作中应考虑的几个原则,,,芽孢杆菌应处理芽孢放线菌，霉菌应处理孢子细菌指数期，放线菌霉,89,诱变剂,,物理因素,化学因素,,,紫外线,激光,离子束,X,射线,r,射线,快中子,烷化剂,碱基类似物,吖啶化合物,选择简便有效、最适剂量的诱变剂,③,诱变育种工作中应考虑的几个原则,,,诱变剂物理因素化学因素紫外线烷化剂选择简便有效、最适剂量的诱,90,使用最佳诱变剂量：,,,剂量 = 强度（浓度）× 作用时间,合适剂量：,能扩大变异幅度又能促使 变异移向正变范围的剂量,选择简便有效、最适剂量的诱变剂,,,使用最佳诱变剂量：合适剂量：能扩大变异幅度又能促使,91,两种或多种诱变剂先后使用,同种诱变剂重复使用,两种或多种诱变剂同时使用,利用复合处理的协同效应,,,两种或多种诱变剂先后使用同种诱变剂重复使用两种或多种诱变剂同,92,设计或采用高效筛选方案或方法,,,设计或采用高效筛选方案或方法,93,第四节 基因工程,特点：,可设计性、稳定性、远缘性、风险性,一、基因工程,定义：,在基因水平上，改造遗传物质，从而使物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的生物新品系的技术。
第四节 基因工程特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性一、,94,获得目的基因,,选择基因载体,,体外重组,,外源基因导入（细菌、植物、动物、基因枪）,,筛选和鉴定,,应用,二、基因工程的基本操作,,,获得目的基因二、基因工程的基本操作,95,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行影响微生物菌种稳定性的因素,：,a）,变异；,b）,污染；,c）,死亡第五节 菌种的衰退、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工作,96,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,一、菌种的退化及其防治,1.,菌种退化,/,衰退（,degeneration),,生产菌株生产性状的劣化或遗传研究菌株遗传标记的丢失均称为,菌种退化,菌种退化是,指细胞群体,的变化,,,而不是指单个细胞的变化第五节 菌种的衰退、复壮和保藏一、菌种的退化及其防治,97,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,2.,菌种退化的表现,①,原有形态性状变得不典型；,②,生长速度变慢，产生的孢子变少；,③,代谢产物生产能力下降；,④,致病菌对宿主侵染力的下降；,⑤,对外界不良条件（低温、高温、噬菌体） 抵抗力的下降；,,,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏2.菌种退化的表现,98,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,3.,菌种退化的原因,菌种退化的一个重要原因是,基因突变,。
4.,菌种退化的防止,①,减少传代次数；,②,创造良好的培养条件；,③,利用单核体传代；,④,经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；,⑤采用有效的菌种保藏方法第五节 菌种的衰退、复壮和保藏3.菌种退化的原因,99,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,二、菌种的复壮,,1.,含义,①,从衰退的菌种群体中把少数个体找出来，重新获得具有原有典型性状的菌种②,有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体第五节 菌种的衰退、复壮和保藏二、菌种的复壮,100,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,二、菌种的复壮,2.,复壮的措施,①纯种分离,,常用的分离纯化的方法有平板稀释法、单细胞或单孢子分离法等②通过宿主体复壮,对于寄生性的退化菌株,,,可回接到相应寄主体上,,,以恢复或提高其寄生性能③淘汰已经衰退的个体第五节 菌种的衰退、复壮和保藏二、菌种的复壮,101,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,三、菌种的保藏,,目的：,在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用基本原则：,1、挑选典型菌种的优良纯种,2、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体,3、创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温）,4、尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株,,,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏三、菌种的保藏 目的：在一定,102,基本方法,,,培养基传代培养,（斜面、平板）,寄主传代培养,,低温,（液氮、低温冰箱）,干燥,（沙土管、真空干燥）,生活态,,,,休眠态,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,三、菌种的保藏,,,,基本方法培养基传代培养（斜面、平板）寄主传代培养低温（液氮、,103,,,食品微生物-第九章-微生物的遗传变异和育种课件,104,冷冻干燥保藏法和液氮保藏法,美国标准菌种收藏所,American Type Culture Collection,,,冷冻干燥保藏法和液氮保藏法美国标准菌种收藏所 America,105,小 结,1.,遗传变异的物质基础,,基本概念,（遗传型，表型，饰变），,证明核酸是遗传变异物质的经典实验,（经典转化实验，噬菌体感染实验，植物病毒重组实验），,遗传物质在细胞中的存在方式,，,细胞核外遗传物质,（质粒的种类及其组成和应用）。
小 结1. 遗传变异的物质基础,106,小 结,2.,基因突变,基因突变的类型，突变率，基因突变的特点，基因突变自发性和不对称性证明试验，基因突变的种类及其机制3.,基因重组,原核和真核微生物基因重组的形式、过程及其特点（重点是原核）小 结2. 基因突变3. 基因重组,107,小 结,3.,微生物育种,诱变育种的基本环节和基本原则4.,基因工程基本定义和操作程序,5.,菌种的衰退、复壮和保藏,菌种退化的表现、原因和防止措施，菌种复壮的措施，菌种保藏的目的、基本原则和方法小 结3.微生物育种4.基因工程基本定义和操作程序5.菌种的,108,复习思考题,1.,名词解释,遗传 变异 遗传型 表型 饰变 质粒,F,因子,R,因子,Col,因子 突变 染色体畸变 诱发突变 自发突变 基因重组 转化 感受态 转导 接合 原生质体融合 基因工程 菌种退化 菌种复壮,2.,简单题,(1),简述证明核酸是遗传变异物质的经典实验2),遗传物质在细胞中的存在方式有哪几种？请分别简述3),简述原核微生物质粒的特点、类型及其应用于基因工程的优点4),简述质粒的主要种类，各种质粒的特点及其应用。
5),简述基因突变的类型及其基本应用6),简述基因突变的特点复习思考题1. 名词解释2. 简单题,109,(7),简述证明基因突变自发性和不对称性的试验流程8),基因突变的种类及其相应的机制9),简述紫外线诱变作用机理10),简述基因自发突变的原因11),原核微生物基因重组的主要形式及其过程和特点12),真核微生物基因重组的主要形式及其过程13),简述诱变育种工作中应考虑的几个原则及其包含的内容14),简述基因工程的基本操作15),影响微生物菌种稳定性的因素16),简述菌种退化的表现及其防止措施17),简述菌种保藏的基本原则和方法7)简述证明基因突变自发性和不对称性的试验流程110,。