教学课件第八章微生物的遗传第八章

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1、第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第八章 微生物的遗传变异与育种理想的工业发酵菌种应符合以下要求遗传性状稳定；遗传性状稳定；生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；目标产物的产量尽可能接近理论转化率；目标产物的产量尽可能接近理论转化率；目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利于分离；于分离；尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并利于分离；量并利于分离；培养基成分简单、来源广、价格低廉；培养基成分简单、来源广、价格低廉；对温度、对温度、pHp

2、H、离子强度、剪切力等环境因素不敏感；、离子强度、剪切力等环境因素不敏感；对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传微生物的独特生物学特性（1 1）个体的体制极其简单；个体的体制极其简单；（2 2）营养体一般都是单倍体；营养体一般都是单倍体；（3 3）易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；（4 4）繁殖速度快；繁殖速度快；（5 5）易于积累不同的中间代谢产物或终产物；易于积累不同的中间代谢产物或终产物；（6 6）菌落形态特征的可见性和多样性；菌落形态特征的可见性和多样性；（7 7）环

3、境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性；和均一性；（8 8）易于形成营养缺陷型；易于形成营养缺陷型；（9 9）各种微生物一般都有相应的病毒；各种微生物一般都有相应的病毒；（1010） 存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传v微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的生物学基本理论问题中最热衷的研究对象研究对象研究对象研究对象。v对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进

4、了现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学和和生物工程学生物工程学生物工程学生物工程学的发展，而且的发展，而且为为育种工作育种工作育种工作育种工作提供了丰富的理论基础，促使育提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。发展。研究微生物遗传学的意义第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传遗传与变异的概念遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传遗传(heredity)(heredity)：亲代生物的性状在子

5、代得到表现；亲代生亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。特点：具稳定性。遗传型（遗传型（genotypegenotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；的全部基因的总和；-是一种内在可能性或潜是一种内在可能性或潜力。力。 遗传型遗传型 + 环境条件环境条件 表型表型表型（表型（phenotypephenotype）：）：指生物体所具有的一切外表特征和内在指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和特性的总和;-;-是一种现实存在，是具一

6、定遗传是一种现实存在，是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。代谢代谢发育发育第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传变变异异(variation):(variation):生生物物体体在在外外因因或或内内因因的的作作用用下下，遗遗传传物物质质的的结结构构或或数数量量发发生生改改变变。变变异异的的特特点点：a.a.在在群群体体中中以以极极低低的的几几率率出出现现，（一一般般为为1010-6-61010-10-10）；b.b.形形状状变变化化的的幅幅度大；度大； c. c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的

7、。饰饰变变（modificationmodification）：指指不不涉涉及及遗遗传传物物质质结结构构改改变变而而只只发发生生在在转转录录、转转译译水水平平上上的的表表型型变变化化。特特点点是是：a.a.几几乎乎整整个个群群体体中中的的每每一一个个个个体体都都发发生生同同样样的的变变化化；b.b.性性状状变变化化的的幅幅度度小小；c.c.因因遗遗传传物物质质不不变变，故故饰饰变变是是不不遗遗传传的的。引引起起饰饰变的因素消失后，表型即可恢复。变的因素消失后，表型即可恢复。例如：粘质沙雷氏菌：在例如：粘质沙雷氏菌：在2525下培养，产生深红色的灵下培养，产生深红色的灵杆菌素；在杆菌素；在373

8、7下培养，不产生色素；如果重新将温度下培养，不产生色素；如果重新将温度降到降到2525，又恢复产色素的能力。，又恢复产色素的能力。遗传与变异的概念遗传与变异的概念第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第一节 遗传变异的物质基础|种质连续理论：种质连续理论：1883188918831889年间年间WeissmannWeissmann提出。认为遗提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。传物质是一种具有特定分子结构的化合物。|基因学说：基因学说：19331933年摩尔根（年摩尔根（Thomas Hunt MorganThomas Hunt Morgan）发现）发现了染色体，并证明基因在染色体

9、上呈直线排列，提出了了染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。 但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。2020多种氨基酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数多种氨基酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得目几乎可以达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由多，一般仅由4 4种不同的核苷酸组成，它们通过排列核种不同的核苷酸组成，它们通过排列核组合只能产生较少种类的核酸，因此当时认为决定生物

10、组合只能产生较少种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基因，起活性成分是蛋白质。遗传型的染色体和基因，起活性成分是蛋白质。|DNADNA是遗传变异的物质基础的证明：是遗传变异的物质基础的证明：19441944年以后，先后年以后，先后有利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证有利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传与重建试验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。物质。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传1928年，年，Griff

11、ith进行了以下几组实验：进行了以下几组实验：（1）动物实验）动物实验对小鼠注射活对小鼠注射活RII菌或死菌或死SIII菌菌 小鼠存活小鼠存活对小鼠注射活对小鼠注射活SIII菌菌小鼠死亡小鼠死亡对小鼠注射活对小鼠注射活RII菌和热死菌和热死SIII菌菌 小鼠死亡小鼠死亡 抽取心血抽取心血 分离分离 活的活的SIII菌菌一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验研究对象：研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）（肺炎双球菌）SIII型菌株：型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性有荚膜，菌落表面光滑，有致病性RII型菌株：型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性无荚膜，

12、菌落表面粗糙，无致病性（一）经典转化实验（一）经典转化实验（transformationtransformation）第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传混合培养混合培养RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型热死菌型热死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死Griffith Griffith 转化试验示意转化试验示意第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（2）细菌培养实验（3）S型菌的无细胞抽提液试验型菌的无细胞抽提液试验以上实验说明：加热杀死的以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞型细菌细胞内可能存

13、在一种转化物质，它能通过某种方式内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入进入RII型细胞并使型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性型细胞获得稳定的遗传性状，转变为状，转变为SIII型细胞。型细胞。热死热死SIII菌菌不生长不生长活活 RII 菌菌长出长出RII菌菌热死热死SIII菌菌长出大量长出大量RII菌和菌和106SIII菌菌活活R菌菌+S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液长出大量长出大量R菌和少量菌和少量S菌菌+活活RII菌菌平皿培养平皿培养第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传|加加S菌菌DNA|加加S菌菌DNA及及DNA酶以外的酶酶以外的酶|加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶|加加S菌的

14、菌的RNA|加加S菌的蛋白质菌的蛋白质|加加S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活R菌菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌 1944年年、和和M。McCarty从从热热死死S型型S. pneumoniae中中提提纯纯了了可可能能作作为为转转化化因因子子的的各各种种成成分分，并并在在离离体体条条件件下下进进行行了了转转化试验：化试验：只只有有S型型细细菌菌的的DNA才才能能将将S. pneumoniae的的R型型转转化化为为S型型。且且DNA纯纯度度越越高高，转转化化效效率率也也越越高高。说说明明S型型菌菌株株转转移移给给R型型菌株的，是遗传因子。菌株的，是遗传因子。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（二）

15、噬菌体感染实验|A. D. Hershey和M. Chase， 1952年（1）含）含32PDNA的一组：放射性的一组：放射性85%在沉淀中在沉淀中10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱使空壳脱离离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步沉淀细胞进一步培养后，可产生培养后，可产生大量完整的子代大量完整的子代噬菌体噬菌体上清液中含上清液中含15%放射性放射性沉淀中含沉淀中含85%放射性放射性第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传沉淀中含沉淀中含25%放射性放射性以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验（2）含）含35S蛋白质的一组：放射性蛋白质的一组：放射性75%在上清液中在上清液中10分钟后分钟后用捣碎器

16、用捣碎器使空壳脱使空壳脱离离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步沉淀细胞进一步培养后，可产生培养后，可产生大量完整的子代大量完整的子代噬菌体噬菌体上清液中含上清液中含75%放射性放射性第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（三）植物病毒的重建实验|为了证明核酸是遗传物质，H. Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。|将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传MTV

17、 HRVHRV MTV（1）RNA（TMV） 蛋蛋白质（白质（HRV）（2）RNA（HRV） 蛋蛋白质（白质（TMV）用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：（1）表现）表现TMV的典型症的典型症状病分离到正常状病分离到正常TMV粒粒子子（2）表现）表现HRV的典型症的典型症状病分离到正常状病分离到正常HRV粒粒子。子。 上述结果说明，在上述结果说明，在RNA病病毒中，遗传的物质基础也是核毒中，遗传的物质基础也是核酸。酸。选用选用TMV和霍氏车前花叶和霍氏车前花叶病毒（病毒（HRV），分别拆分），分别拆分取得各自的取得各自的RNA和蛋白质，和蛋白质，将两种将两种RNA分别与对方的分别与

18、对方的蛋白质外壳重建形成两种蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：杂合病毒：第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（一）核酸存在的七个水平及质粒（一）核酸存在的七个水平及质粒v细胞水平：细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核存在于细胞核或核质体，单核或多核v细胞核水平细胞核水平: 原与真核生物的细胞核结构不同，核外原与真核生物的细胞核结构不同，核外DNAv染色体水平染色体水平: 倍性倍性(真核真核)和染色体数和染色体数v核酸水平：核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或或RNA，复合或裸露，双链或单链复合或裸露，双链或单链v基因水平：基因水平：具

19、自主复制能力的遗传功能单位，长度与具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息量，转录信息量，转录翻译翻译v密码子水平：密码子水平：信息单位信息单位,起始和终止起始和终止,v核苷酸水平：核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基突变或交换单位，四种碱基二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传三、原核生物的质粒定义：定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋是一类小型闭合环状核外双螺旋DNADNA分子，能独立于细胞核进分子，能独立于细胞核进行自主复制。行自主复制。大小：大小：约为约为2-100102-100106 6DaltonDalton，上面携带有数个到数十个甚至上百个，上面携

20、带有数个到数十个甚至上百个基因。基因。性质：性质：可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可以通可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可以通过交换掺入染色体上，以过交换掺入染色体上，以附加体（附加体（episomeepisome）的形式存在；的形式存在；质粒是一种质粒是一种复制子（复制子（repliconreplicon），根据自我复制能力的不同，可把，根据自我复制能力的不同，可把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种，质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒严紧型质粒的复的复制受细胞核控制，与染色体制受细胞核控制，与染色体DNADNA复制相伴随复制相伴

21、随, ,一般一个寄主细胞内一般一个寄主细胞内只有少数几个（只有少数几个（1-51-5）个拷贝；）个拷贝；松弛型质粒松弛型质粒的复制不受细胞核控制，的复制不受细胞核控制，在染色体在染色体DNADNA复制停止的情况下仍可以进行复制，在细胞内的数量复制停止的情况下仍可以进行复制，在细胞内的数量可以达到可以达到10-20010-200个或更多。个或更多。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒转移时，它可

22、以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。对于细菌的生存并不是必要的对于细菌的生存并不是必要的功能多样化功能多样化功能：功能：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。固氮、产生酶类、降解功能等。重组：重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。存在范围存在范围：很多细菌如：很多细菌如E.coliE.coli、ShigellaShigell

23、a、S.aureusS.aureus、Streptococcus lactisStreptococcus lactis、根癌土壤杆菌等、根癌土壤杆菌等制备：制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、去除去除RNARNA和蛋白质等步骤。和蛋白质等步骤。鉴定：鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法三、原核生物的质粒第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传几种代表性质粒Figure. Representative FERTILITY PLASMID. A fertili

24、ty plasmid carries the genes for conjugation as well as a number of other genes. In this figure the fertility plasmid also carries antibiotic resistant genes. 1. F因子（因子（fertility factor）：）：又称致育因子或性因子，又称致育因子或性因子，62106Dalton，94.5kb，相当于核染色体相当于核染色体DNA2%的环状双的环状双链链DNA，足以编码足以编码94个中等大小多肽，其中个中等大小多肽，其中1/3基因（基

25、因（tra区）区）与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别。奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传最初发现于痢疾志贺氏菌（最初发现于痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriaeShigella dysenteriae），后来），后来发现还存在于发现还存在于SalmonellaSalmonella、VibrioVibrio、BacillusBacillus、PseudomonasPseudomonas和和StaphylococcusStaphylo

26、coccus中。中。R R因子由相连的两个因子由相连的两个DNADNA片段组成，即抗性转移因子片段组成，即抗性转移因子（resistenceresistence transfortransfor factor factor， RTF RTF ）和抗性决定和抗性决定R R因子（因子（r-determinantr-determinant），），RTFRTF为分子量约为为分子量约为111011106 6DaltonDalton，控制质粒控制质粒copycopy数及复制，抗性决定质粒数及复制，抗性决定质粒大小不固定，从几百万到大小不固定，从几百万到10010100106 6DaltonDalton以上

27、。其上带以上。其上带有其它抗生素的抗性基因。有其它抗生素的抗性基因。R-R-因子在细胞内的因子在细胞内的copycopy数可从数可从1212个到几十个，分为个到几十个，分为严紧型和松弛型两种，经氯霉素处理后，松弛型质粒可严紧型和松弛型两种，经氯霉素处理后，松弛型质粒可达达2000300020003000个个/ /细胞。细胞。2. R2. R因子（因子（resistance factorresistance factor）第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传|产大肠杆菌素因子。产大肠杆菌素因子。|大肠杆菌素是由大肠杆菌素是由E.coliE.coli的某些菌株所分泌的细菌素，能的某些菌株所分泌的细

28、菌素，能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。其分子量约其它肠道细菌。其分子量约4104104 4-810-8104 4DaltonDalton。大肠。大肠杆菌素都是由杆菌素都是由ColCol因子编码的。因子编码的。|ColCol因子可分为两类，分别以因子可分为两类，分别以ColE1ColE1和和ColIbColIb为代表。为代表。zColE1ColE1分子量约为分子量约为5105106 6DaltonDalton，无接合作用，是多，无接合作用，是多copycopy的；的； ColE1 ColE1研究得很多，并被广泛地用于

29、重组研究得很多，并被广泛地用于重组DNA DNA 的研究和用于体外复制系统上。的研究和用于体外复制系统上。zColIbColIb分子量约为分子量约为801080106 6DaltonDalton，它与，它与F F因子相似，因子相似，具有通过接合作用转移的功能，属于严紧型控制，具有通过接合作用转移的功能，属于严紧型控制，只有只有1-21-2个个copycopy。|凡带凡带ColCol因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，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。从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。3. Col3. Col因子（因子（colicino

30、genic factorcolicinogenic factor）第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传4. Ti4. Ti质粒（质粒（tumor inducing plasmidtumor inducing plasmid）即诱癌质粒即诱癌质粒。存在于根癌土壤杆菌（存在于根癌土壤杆菌（Agrobacterium tumefaciensAgrobacterium tumefaciens）中）中, ,可引起许多双子叶植物的根癌。可引起许多双子叶植物的根癌。当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌的当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌的DNADNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基因

31、的释放到植物细胞中。这时，含有复制基因的TiTi质粒的质粒的小片段与植物细胞中的核染色体发生整合，破坏控制细小片段与植物细胞中的核染色体发生整合，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。胞分裂的激素调节系统，从而使它转变成癌细胞。TiTi质粒长质粒长200kb200kb，是一个大型质粒。当前，是一个大型质粒。当前，TiTi质粒已成为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外源基因可借DNADNA重组技术设法插入到重组技术设法插入到TiTi质粒中，并进一质粒中，并进一步使之整合到植物染色体上，以改变该植物

32、的遗传性，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。达到培育植物优良品种的目的。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传|是近年来在是近年来在RhizobiumRhizobium（根瘤菌属）中发现的一种质粒，（根瘤菌属）中发现的一种质粒，分子量为分子量为20030010200300106 6DaltonDalton，比一般质粒大几十倍到，比一般质粒大几十倍到几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。6. 巨大质粒（mega质粒）5. 降解性质粒v降解性质粒降解性质粒只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解

33、只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做复杂物质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这些质粒以其所分解的底物命名，例如有分解碳源。这些质粒以其所分解的底物命名，例如有分解CAMCAM（樟樟脑）质粒，脑）质粒，XYLXYL（二甲苯）质粒，二甲苯）质粒，SALSAL（水杨酸）质粒，水杨酸）质粒，MDLMDL（扁桃酸）质粒，扁桃酸）质粒，NAPNAP（奈）质粒和奈）质粒和TOLTOL（甲苯）质粒等。甲苯）质粒等。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传基 因原核生物基因系统：原核生物基因系统： 启动子（基因）启动子（基因

34、） 操纵子操纵子 操纵子（基因）操纵子（基因）基因调控系统基因调控系统 结构基因结构基因 调节基因调节基因基因是能够表达和产生基因产物（蛋白质或基因是能够表达和产生基因产物（蛋白质或RNARNA）的）的DNADNA序序列。列。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传细胞水平：细胞水平：大部分或全部大部分或全部DNADNA都集中于细胞核或核质体都集中于细胞核或核质体中，不同种类微中，不同种类微生物或同种不同细胞中细胞核的数目不同；生物或同种不同细胞中细胞核的数目不同；染色体水平：染色体水平：真核微生物的每个细胞核内含有一定数量真核微生物的每个细胞核内含有一定数量的染色体；而原核微生物中一个核质体就是

35、一个裸露的、的染色体；而原核微生物中一个核质体就是一个裸露的、光学显微镜下不能看到的环状染色体光学显微镜下不能看到的环状染色体。一些真核生物和原核生物基因组的比较 生 物 单倍体的分子量 核苷酸 已知染色体数 约数（Da） 对数 基因数 人 32 35 1012 57 109 4000 黑腹果蝇 4 7.9 1010 8.0 107 50006000粗糙脉孢菌7 2.8 1010 4.5 107 500 大肠杆菌 1 2.5 109 3.8 106 1027 噬菌体T4 1 1.1 108 2.0 105 135 噬菌体 1 3.2 107 4.8 104 35噬菌体MS2 1 1.1 106

36、 3.5 103 3第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传密码子（密码子（codencoden）：）：由由3 3个核苷酸顺序决定，负载遗个核苷酸顺序决定，负载遗传信息的基本单位传信息的基本单位不对称转录：不对称转录：只有只有DNADNA双链的一股才作为有意义链双链的一股才作为有意义链被转录，这种现象又称不对称转录。被转录，这种现象又称不对称转录。起始密码子：起始密码子：AUGAUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸终止密码子：终止密码子：UAAUAA、UGAUGA、UAGUAG遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码指指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序链上各个核苷酸的特定排列顺序第第八八

37、章章微微生生物物的的遗遗传传核外核外DNA的种类的种类核外染色体核外染色体真真核核生生物物的的“质质粒粒”原原核核生生物物的质粒的质粒线粒体线粒体细胞质基因细胞质基因叶绿体叶绿体（质体）（质体）中心体中心体动动 体体共生生物：共生生物：卡巴颗粒卡巴颗粒酵母菌的酵母菌的2 m质粒质粒F因子因子R因子因子Col质粒质粒Ti质粒质粒巨大质粒巨大质粒降解性质粒降解性质粒第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第二节 基因突变和诱变育种=突变（突变（突变（突变（ mutation mutation mutation mutation ） 指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。指生物体的表型突然发生的可遗传的

38、变化。=染色体畸变染色体畸变细胞学上可以看到染色体的细胞学上可以看到染色体的变化变化=基因突变基因突变细胞学上看不到遗传物质的变细胞学上看不到遗传物质的变化化=突变体（突变体（mutantmutant） 发生了突变的微生物细胞或菌株发生了突变的微生物细胞或菌株=野生型（野生型（wild typewild type） 从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的 原始菌株原始菌株第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传依表型的改变分为：依表型的改变分为：|形态突变型形态突变型|营养缺陷型营养缺陷型因突变而丧失产生某种生物合成酶的能因突变而丧失产生某种生物合成酶

39、的能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。的突变类型。|发酵突变型发酵突变型丧失产生某种生物合成酶能力的突变型丧失产生某种生物合成酶能力的突变型|抗性突变型抗性突变型因突变而产生了对某种化学药物或致死因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性物理因子的抗性|条件致死突变型条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型|抗原突变型抗原突变型因突变而引起的抗原结构发生改变因突变而引起的抗原结构发生改变|产量突变型产量

40、突变型 （一）基因突变的类型第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：胞来分：选择性突变株（选择性突变株（selective mutant）：）：具有选择标具有选择标记（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变记（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、度、pH值等，就比较容易检出和分离到。值等，就比较容易检出和分离到。非选择性突变株（非选择性突变株（nonselective mutant）：无选：无选择标记（如产量突变型、抗原突

41、变型、形态突变择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌落并找出差异。菌落并找出差异。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（二）突变率(定义：定义：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。(突变率为突变率为108108是指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生是指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生一次突变。突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产一次突变。突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株（生突变株（mutantmuta

42、nt，即突变型）的数目来表示。如一个含，即突变型）的数目来表示。如一个含108108个细胞的群体，当其分裂为个细胞的群体，当其分裂为21082108个细胞时，即可平均个细胞时，即可平均发生一次突变的突变率也是发生一次突变的突变率也是108 108 。(突变率突变率= =突变细胞数突变细胞数/ /分裂前群体细胞数分裂前群体细胞数(突变是突变是独立独立独立独立的的的的。某一基因发生突变。某一基因发生突变不会影响不会影响不会影响不会影响其它基因其它基因其它基因其它基因的的突变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是突变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的，因为双重突变型的几率只

43、是各个突变几率的乘积。极低的，因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。(由于突变的几率一般都极低，因此，必须采用检出选择由于突变的几率一般都极低，因此，必须采用检出选择性突变株的手段，尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突变性突变株的手段，尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突变株（株（back mutantback mutant或或reverse mutantreverse mutant）或抗性突变株特别是）或抗性突变株特别是抗药性突变株的方法来加以确定。抗药性突变株的方法来加以确定。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传若干细菌某一性状的自发突变率|菌菌 名名 突变性状突变性状 变率变率|E. co

44、liE. coli抗抗T1T1噬菌体噬菌体3 103 1088|E. coliE. coli抗抗T3T3噬菌体噬菌体1 101 1077 |E. coliE. coli不发酵乳糖不发酵乳糖1 101 101010|E. coliE. coli 抗紫外线抗紫外线1 101 1055|Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus 抗青霉素抗青霉素1 101 1077|S. aureusS. aureus 抗链霉素抗链霉素1 101 1099 |Salmonella typhiSalmonella typhi抗抗2525 g/Lg/L链霉素链霉素1 101 1

45、066 |Bacillus megateriumBacillus megaterium 抗异烟肼抗异烟肼5 5 101055 第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（三）突变的特点适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。不不对对应应性性：突突变变的的性性状状与与突突变变原原因因之之间间无无直直接接的对应关系。的对应关系。自自发发性性：突突变变可可以以在在没没有有人人为为诱诱变变因因素素处处理理下下自发地产生。自发地产生。稀有性稀有性：突变率低且稳定。：突变率低且稳定。独立性独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。：各种突变独立发生，不会互相影响。可诱发性可诱发

46、性：诱变剂可提高突变率。：诱变剂可提高突变率。稳定性稳定性：变异性状稳定可遗传。：变异性状稳定可遗传。可逆性可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突称为正向突 变（变（forward mutation），），从突变株回到野生从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变（型的过程则称为回复突变或回变（back mutation或或reverse mutation）。）。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（四）基因突变的自发性和不对应性的证明&在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长时间内对这

47、种抗性产生的原因争论十分激烈。时间内对这种抗性产生的原因争论十分激烈。&一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种抗一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种抗性是由其环境（指其中所含的抵抗对象）诱发出来的，性是由其环境（指其中所含的抵抗对象）诱发出来的，突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认为这就是突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认为这就是“定向变异定向变异”，也有人称它为，也有人称它为“驯化驯化”或或“驯养驯养”。&另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境是另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与不相对的。由于其中有自发

48、突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等多种因素错综在一起，所以难以探究问题的选择条件等多种因素错综在一起，所以难以探究问题的实质。实质。&从从19431943年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要攻克了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难攻克了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题，终于解决了这场纷争。题，终于解决了这场纷争。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传|变量试验变量试验又称波动试又称波动试验或彷徨试验或彷徨试验。验。|19431943年，年，S. E. S. E. Luria Luria 和和M. M. Delbrck Delbrck

49、 根据统计学根据统计学原理，设计原理，设计了左方的实了左方的实验。验。1. 变量试验fluctuation test第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传2.涂布试验涂布试验原原理理与与变变量量试试验验相相同同，方方法法更更为为简简便便，且且可可计计算算突突变变率率。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传涂布试验中突变率的计算初始接种量：初始接种量：5 105 104 4 个个/ /皿皿培养培养5 5小时，繁殖了小时，繁殖了12.312.3代，每个微菌落约含代，每个微菌落约含51005100个细菌个细菌这时，每个平皿上的细胞数为：这时，每个平皿上的细胞数为：5100 5 105100 5 104

50、4 2.6 10 2.6 108 8个个/ /皿皿在在6 6个平板上，比接种时增加的细胞数为：个平板上，比接种时增加的细胞数为：6 6 （2.6 102.6 108 8 5 5 104 104）= 15.6 = 15.6 10108 8在未涂布的平板上共发现在未涂布的平板上共发现2828个突变，故个突变，故突变率突变率 = 28/15.6 10 = 28/15.6 108 8 = 1.8 10 = 1.8 10 8 8第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传3. 平板影印培养试验（replica plating）|19521952年，年，J. LederbergJ. Lederberg夫妇的论文平

51、板影印培养法和细菌夫妇的论文平板影印培养法和细菌突变株的间接选择，更好地证明了微生物的抗药性是在未突变株的间接选择，更好地证明了微生物的抗药性是在未接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相干。干。|平板影印培养法平板影印培养法，是一种能达到在，是一种能达到在一系列培养皿一系列培养皿的的相同位置相同位置上上出现出现相同遗传型菌落相同遗传型菌落的接种培养方法：把长有许多菌落的的接种培养方法：把长有许多菌落的母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其沾上来自平板上的菌落。然后

52、可把这一沾上来自平板上的菌落。然后可把这一“印章印章”上的菌落一上的菌落一一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后，一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后，对各平板相同位置上的菌落作对比后，就可选出适当的突变对各平板相同位置上的菌落作对比后，就可选出适当的突变型菌株。据报道，用此法可把母平板上型菌株。据报道，用此法可把母平板上1020%1020%量的细菌转移量的细菌转移到丝绒布上，并可利用这一到丝绒布上，并可利用这一“印章印章”接种接种8 8个子培养皿。因个子培养皿。因此，通过影印培养法，就可以此，通过影印培养法，就可以从从从从在非选择性条件下生长的细在非选择性条件下生长

53、的细菌群体中，分离出各种类型的突变。菌群体中，分离出各种类型的突变。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传平板影印培养法4在根本未接触过任何一点链霉素的情况下，就可以筛选到大在根本未接触过任何一点链霉素的情况下，就可以筛选到大量抗链霉素的突变株，充分说明了突变是自发产生的，链霉素只量抗链霉素的突变株，充分说明了突变是自发产生的，链霉素只是起到了一种检出作用。是起到了一种检出作用。4平板影印培养不仅在微生物遗传理论的研究中有重要应用，平板影印培养不仅在微生物遗传理论的研究中有重要应用，而且在育种时间和其它研究中均有应用，值得很好地领会。而且在育种时间和其它研究中

54、均有应用，值得很好地领会。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（五）基因突变的机制|基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变又又可分为点突变和畸变。具体类型可分为点突变和畸变。具体类型可归纳如下：可归纳如下：第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传1. 诱变机制诱变剂（诱变剂（mutagenmutagen）：凡能提高突变率：凡能提高突变率的任何理化因子，就称为诱变剂的任何理化因子，就称为诱变剂. .种类：种类：诱变剂的种类很多，作用方式诱变剂的种类很多，作用方式多样。即使是同一种诱变剂，也常有多样。即使是同一种诱变剂，也常有几种作

55、用方式。几种作用方式。按照遗传物质结构变化的特点讨论几按照遗传物质结构变化的特点讨论几种有代表性的诱变剂的作用机制。种有代表性的诱变剂的作用机制。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（1）碱基置换（）碱基置换（substitution）|定义定义：对：对DNADNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤（伤（microlesionmicrolesion），一般也称点突变（），一般也称点突变（point point mutationmutation）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。|分类：分类：转换（转换（tr

56、ansitiontransition），），即即DNADNA链中的一个嘌呤被另链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换； 颠换（颠换（transversiontransversion），），即一个嘌呤被一个嘧啶即一个嘌呤被一个嘧啶, ,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。对某一具体诱变剂来说，对某一具体诱变剂来说，即可同时引起转换与颠即可同时引起转换与颠换，也可只具其中的一换，也可只具其中的一种功能。根据化学诱变种功能。根据化学诱变剂是剂是直接直接还是还是间接间接地引地引起置换，可把置换的机起置换，可把置换的机制分

57、成以下两类来讨论。制分成以下两类来讨论。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传直接引起置换的诱变剂|定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机体内或是在离体条件下均的诱变剂，不论在机体内或是在离体条件下均有作用。有作用。|种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-N-甲基甲基-N-N硝硝基基-N-N-亚硝基胍，亚硝基胍，N-N-甲基甲基-N-N-亚硝基脲，乙烯亚亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。胺，环氧

58、乙酸，氮芥等）。|作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起应，从而引起DNADNA复制时碱基配对的转换，并复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生变异。进一步使微生物发生变异。z羟胺只引起羟胺只引起GCA : TGCA : T，z其余都是可使其余都是可使GC=A : TGC=A : T发生互变的。发生互变的。z能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有（参见下表）。剂才有（参见下表）。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传若干诱变剂的作用机制及诱变功能若干诱变剂的作用机制及诱变功能诱变因素诱变因素在在DNA

59、上的初级效应上的初级效应遗传效应遗传效应碱基类似物碱基类似物掺入作用掺入作用AT=GC双向转换双向转换羟羟 胺胺与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应GCAT的转换的转换亚硝酸亚硝酸A、G、C的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用交交 联联AT=GC双向转换双向转换 缺失缺失烷化剂烷化剂烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是G）烷化磷酸基团烷化磷酸基团丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤糖糖磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂AT=GC双向转换双向转换ATTA的颠换的颠换GCCG的颠换的颠换巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类丫啶类碱基之间相互作用碱基之间相互作用 双链变形双链变形码组移动（或）码

60、组移动（或）紫外线紫外线嘧啶的水合物嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体交交 联联GCAT转换转换码组移动（或）码组移动（或）电离辐射电离辐射碱基的羟基化核降解碱基的羟基化核降解DNA降解降解 糖糖磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂丧失嘌呤丧失嘌呤AT=GC双向转换双向转换码组移动（或）码组移动（或）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）加热加热C脱氨基脱氨基CGTA转换转换Mu噬菌体噬菌体结合到一个基因中间结合到一个基因中间码组移动码组移动第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用 HNO2胞嘧啶（胞嘧

61、啶（C） 尿嘧啶（尿嘧啶（U） HNO2腺嘌呤（腺嘌呤（A） 次黄嘌呤（次黄嘌呤（H） HNO2鸟嘌呤（鸟嘌呤（G） 黄嘌呤（黄嘌呤（X）这些反应及形成物均可在这些反应及形成物均可在DNA复制中产生复制中产生影响，主要是使碱基对发生转换。影响，主要是使碱基对发生转换。碱基转换的分子机制以亚硝酸为例第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 腺嘌呤（腺嘌呤（A A）变成次黄嘌呤（）变成次黄嘌呤（H H）后引起的转换过程）后引起的转换过程腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He） He通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（通过互变异构效

62、应形成酮式次黄嘌呤（HK）DNA复制时，复制时，HK 与胞嘧啶（与胞嘧啶（C）配对配对 DNA第二次复制时，第二次复制时，C与与G正常配对，实现转换。正常配对，实现转换。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传亚硝酸引起的AT-GC转换细节第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传|这类诱变剂主要是一些这类诱变剂主要是一些碱基类似物碱基类似物 , ,如：如：5-5-溴尿溴尿嘧啶嘧啶(5-BU)(5-BU)和和5-5-氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（55AUAU）、）、叠氮胸腺叠氮胸腺嘧啶（嘧啶（AITAIT）等等等等； | 作用方式作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到通过活细胞的代谢活动参入到DNADNA分分子

63、中，主要是在子中，主要是在DNADNA复制时碱基类似物插入复制时碱基类似物插入DNADNA中，中，引起碱基对配对错误，造成碱基置换。引起碱基对配对错误，造成碱基置换。|以以5-5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(5-BU)(5-BU)为例：为例： 5-BU5-BU是是胸腺嘧啶胸腺嘧啶（T T）的）的类似物类似物 ，酮式的，酮式的5-BU5-BU可以和可以和A A配对，配对，烯醇烯醇式的式的5-BU5-BU|可以和可以和G G配对，在配对，在DNADNA分子复制的过程中，由于分子复制的过程中，由于5-5-BUBU的的插入和互变异构导致碱基置换。插入和互变异构导致碱基置换。间接引起置换的诱变剂第第八八章章微微生

64、生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传5-BU引起的转换第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传5-BU引起的转换|GCGC的掺入引起的的掺入引起的5-BU5-BU从上图中，还可以看到从上图中，还可以看到A A回复到回复到 的过程。通过这两个图示，就很容的过程。通过这两个图示，就很容T T易理解为什么同一种诱变剂既可造成正向突变，易理解为什么同一种诱变剂既可造成正向突变，又可使它产生回复突变的原因了。又可使它产生回复突变的原因了。|这类代谢类似物只这类代谢类似物只5-BU5-BU也可以知道，为什么像也可以知道，为什么像有对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起有对正在进行新陈代谢和繁

65、殖着的微生物才起作用，而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离作用，而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离分子却不起作用分子却不起作用DNADNA体的体的。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（2）移码突变|frame-shift mutation frame-shift mutation 或或 phase-shift mutation phase-shift mutation，指诱，指诱变剂使变剂使DNADNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译苷酸，从而使该部位后面的全部

66、遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。错误的一类突变。|由移码突变所产生的突变株，称为由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株移码突变株移码突变株移码突变株（frame-frame-shift mutantshift mutant）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是是DNADNA分子的微小损伤。分子的微小损伤。|丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫氨基丫啶等，以及一系列称为啶等，以及一系列称为ICRICR类的化合物，都是移码突变的类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。有效诱变剂。第第八八章章微微生生物

67、物的的遗遗传传图8-14能诱发移码突变的几种代表性化合物u引起移码突变的诱变剂：主要是引起移码突变的诱变剂：主要是吖啶类染料，吖啶类染料，如吖啶黄、吖啶橙等等。如吖啶黄、吖啶橙等等。u这类化合物都是平面型的三环分子，它们的结这类化合物都是平面型的三环分子，它们的结构与一个嘌呤构与一个嘌呤嘧啶对十分相似。嘧啶对十分相似。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传丫啶类化合物的诱变机制|至今还不很清楚。至今还不很清楚。|有人认为，由于它们是一种平面型三环分子，有人认为，由于它们是一种平面型三环分子，结构与一个结构与一个嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶对对对对十分相似，故能十分相似，故能嵌入嵌入两个相邻两个相邻DNADN

68、A碱基对之间，造成双螺旋的部分碱基对之间，造成双螺旋的部分解开（两个碱基对原来相距解开（两个碱基对原来相距0.34nm0.34nm，当嵌入一，当嵌入一个丫啶分子时，就变成个丫啶分子时，就变成0.68nm0.68nm），从而在），从而在DNADNA复制过程中，会使链上增添或缺失一个碱基，复制过程中，会使链上增添或缺失一个碱基，结果就引起了移码突变。结果就引起了移码突变。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传丫啶类化合物诱发的移码突变及其回复突变图示第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（ 3） 染 色 体 畸 变 （ chromosomal aberration）

69、|某些理化因子，如某些理化因子，如X X射线等的辐射及烷化剂、射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起DNADNA的大损伤（的大损伤（macrolesionmacrolesion）染色体畸变，染色体畸变，它包括：它包括：z染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：z缺失（缺失（deletiondeletion）z重复（重复（duplicationduplication）z易位（易位（translocationtranslocation）z倒位（倒位（inversioninversion）z染色体数目的变化染色体数目的变化第第八八章章微微生

70、生物物的的遗遗传传染色体结构上的变化|分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。|染色体内畸变染色体内畸变：只涉及一条染色体上的变化，：只涉及一条染色体上的变化，z如发生染色体的部分如发生染色体的部分缺失缺失或或重复重复时，其结果可造成基时，其结果可造成基因的减少或增加；因的减少或增加；z如发生如发生倒位倒位或或易位易位时，则可造成基因排列顺序的改变，时，则可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。但数目却不改变。z倒位倒位-是指断裂下来的一段染色体旋转是指断裂下来的一段染色体旋转180180 后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基后，重新插入到原来染色体

71、的原位置上，从而使其基因顺序与其它的基因顺序相反；因顺序与其它的基因顺序相反；z易位易位-是指断裂下来的一小段染色体再顺向或是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。|染色体间畸变染色体间畸变：指非同源染色体间的：指非同源染色体间的易位易位易位易位。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传染色体畸变染色体畸变第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 转座因子转座因子（transposible element）|由由4040年代年代B. McClintockB. McClintock对的遗传研究而发现染色体易位，对的遗传研究而发现染色体

72、易位，自自19671967年以来，已在微生物和其它生物中得到普遍证实，年以来，已在微生物和其它生物中得到普遍证实，并已成为分子遗传学研究中的一个热点。并已成为分子遗传学研究中的一个热点。|旧概念旧概念：基因是固定在染色体基因是固定在染色体DNADNA上的一些不可移动的核上的一些不可移动的核苷酸片段。苷酸片段。|新发现新发现：有些有些DNADNA片段不但可在染色体上移动，还可从一片段不但可在染色体上移动，还可从一个染色体跳到另一个染色体，从一个质粒跳到另一个质粒个染色体跳到另一个染色体，从一个质粒跳到另一个质粒或染色体，甚至还从一个细胞转移到另一个细胞。在这些或染色体，甚至还从一个细胞转移到另一

73、个细胞。在这些DNADNA顺序的跳跃过程中，往往导致顺序的跳跃过程中，往往导致DNADNA链的断裂或重接，从链的断裂或重接，从而产生重组交换或使某些基因启动或关闭，结果导致突变而产生重组交换或使某些基因启动或关闭，结果导致突变的发生。的发生。|转座因子（转座因子（transposible elementtransposible element）：在染色体组中或染在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段色体组间能改变自身位置的一段DNADNA顺序。也称作顺序。也称作跳跃基跳跃基因（因（jumping genejumping gene）或或可移动基因（可移动基因（movable genemov

74、able gene）。）。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传转座因子的种类（转座因子的种类（1 1）|插插入入序序列列（ISIS，insertion insertion sequencesequence）：特特点点是是分分子子量量最最小小（仅仅0.71.4kb0.71.4kb），只只能能引引起起转转座座（transpositiontransposition）效效应应而而不不含含其其它它基基因因。可可以以在在染染色色体体、F F因因子子等等质质粒粒上上发发现现它它们们。已已知知的的ISIS有有5 5种种，即即 IS1IS1、IS2IS2、IS3IS3、IS4IS4和和IS5IS5。E E .

75、. colicoli的的F F因因子子和和核核染染色色体体组组上上有有一一些些相相同同的的ISIS（如如IS2IS2，IS3IS3等等），通通过过这这些些同同源源序序列列间间的的重重组组，就就可可使使 F F因因子子插插入入到到E E . . colicoli的的核核染染色色体体组组上上，从从而而使使后后者者成成为为HfrHfr菌菌株株。因因ISIS在在染染色色体体组组上上插插入入的的位位置置和和方方向向的的不不同同，其其引引起起的的突突变变效效应应也也不不同同。ISIS引引起起的的突突变变可可以以回回复复，其其原原因因可可能能是是ISIS被被切切离离，如如果果因因切切离离部部位位有有误误而而

76、带带走走ISIS以以外外的的一一部部分分DNADNA序序列列，就就会会在在插插入入部位造成缺失，从而发生新的突变。部位造成缺失，从而发生新的突变。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传转座因子的种类（转座因子的种类（2 2）|转座子（转座子（TnTn，transposontransposon，又称转位子，又称转位子，易位子）易位子）：ISIS和和MuMu噬菌体相比，噬菌体相比，TnTn的分的分子量是居中的（一般为子量是居中的（一般为225kb225kb）。它含）。它含有几个至十几个基因，其中除了与转座有几个至十几个基因，其中除了与转座作用有关的基因外，还含有抗药基因或作用有关的基因外，还含有抗药

77、基因或乳糖发酵基因等其它基因。乳糖发酵基因等其它基因。TnTn虽能插到虽能插到受体受体DNADNA分子的许多位点上，但这些位分子的许多位点上，但这些位点似乎也不完全是随机的，其中某些区点似乎也不完全是随机的，其中某些区域更易插入。域更易插入。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传转座因子的种类（转座因子的种类（3 3）|MuMu噬菌体（即噬菌体（即 mutator phage mutator phage，诱变噬菌体），诱变噬菌体）：它是它是E . coliE . coli的一种温和噬菌体。与必须整合的一种温和噬菌体。与必须整合到宿主染色体特定位置上的一般温和噬菌体不到宿主染色体特定位置上的一般温

78、和噬菌体不同，同，MuMu噬菌体并没有一定的整合位置。与以上噬菌体并没有一定的整合位置。与以上的的ISIS和和TnTn两种转座因子相比，两种转座因子相比，MuMu噬菌体的分子噬菌体的分子量最大（量最大（37kb37kb），它含有），它含有2020多个基因。多个基因。MuMu噬菌噬菌体引起的转座可以引起插入突变，其中约有体引起的转座可以引起插入突变，其中约有2%2%是营养缺陷型突变。是营养缺陷型突变。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传2.自发突变机制|自发突变自发突变是指在没有人工参与下生物体自然是指在没有人工参与下生物体自然发生的突变。发生的突变。|几种自发突变的可能机制几种自发突变的可能机

79、制|微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应z过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。它对它对NeurosporaNeurospora（脉孢菌）有诱变作用，这种作用（脉孢菌）有诱变作用，这种作用可因同时加入过氧化氢酶而降低，如果在加入该酶可因同时加入过氧化氢酶而降低，如果在加入该酶的同时又加入酶抑制剂的同时又加入酶抑制剂KCNKCN，则又可提高突变率。，则又可提高突变率。这就说明，过氧化氢很可能是这就说明，过氧化氢很可能是“自发突变自发突变”中一种中一种内源性诱变剂。在许多微生物的陈旧培养物中易出内源性诱变剂。在许多微

80、生物的陈旧培养物中易出现自发突变株，可能也是同样的原因。现自发突变株，可能也是同样的原因。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传互变异构效应|碱基碱基T T、G G的第六位上是酮基，会以酮式或烯醇式两种互的第六位上是酮基，会以酮式或烯醇式两种互变异构的状态出现变异构的状态出现|C C、A A的第六位上是氨基，会以氨基式或亚氨基式两种互的第六位上是氨基，会以氨基式或亚氨基式两种互变异构的状态出现变异构的状态出现|平衡一般趋向于酮式或氨基式，在平衡一般趋向于酮式或氨基式，在DNADNA双链结构中一般总双链结构中一般总是以是以A AT T和和GCGC碱基配对的形式出现碱基配对的形式出现|在偶然情况下，

81、在在偶然情况下，在DNADNA复制到达这一位置的瞬间，在复制到达这一位置的瞬间，在T T以以稀有的烯醇式出现时，其相对位置上就出现稀有的烯醇式出现时，其相对位置上就出现G G|同样，如果同样，如果C C以稀有的亚氨基形式出现在以稀有的亚氨基形式出现在DNADNA复制到达这复制到达这一位置的瞬间，则在新合成一位置的瞬间，则在新合成DNADNA单链中与单链中与C C相对应的位置相对应的位置上就将是上就将是A A。这可能就是发生相应的自发突变的原因。这可能就是发生相应的自发突变的原因。|要预言在某一时间、某一基因发生自发突变是不可能的。要预言在某一时间、某一基因发生自发突变是不可能的。在运用数学方法

82、对这些偶然事件做大量统计分析后，可在运用数学方法对这些偶然事件做大量统计分析后，可以发现并掌握其中的规律。例如，据统计，碱基对发生以发现并掌握其中的规律。例如，据统计，碱基对发生自发突变的几率约为自发突变的几率约为10 10 8 8 10 10 9 9。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传环出效应|即环状突出效应。有即环状突出效应。有人提出，在人提出，在DNADNA的复制的复制过程中，如果其中某过程中，如果其中某一单链上偶然产生一一单链上偶然产生一个小环，则会因其上个小环，则会因其上的基因越过复制而发的基因越过复制而发生遗传缺失，从而造生遗传缺失，从而造成自发突变。下图就成自发突变。下图就是环

83、出效应的设想机是环出效应的设想机制。在上链中，标记制。在上链中，标记B B处发生处发生“环出环出”，故，故只有只有A A及及C C能获得复制，能获得复制， 从而发生自发突变。从而发生自发突变。而在下链中，复制仍而在下链中，复制仍正常进行正常进行第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（六）紫外线对DNA的损伤及其修复|已知的已知的DNADNA损伤类型很多，机体对其修复的方式也各异。损伤类型很多，机体对其修复的方式也各异。发现较早和研究得较深入的是紫外线（发现较早和研究得较深入的是紫外线（U.V.U.V.，ultraviolet rayultraviolet ray）的作用。）的作用。|嘧啶对紫外线

84、的敏感性要比嘌呤强得多。嘧啶的光化产物嘧啶对紫外线的敏感性要比嘌呤强得多。嘧啶的光化产物主要是二聚体和水合物。其中了解较清楚的是胸腺嘧啶二主要是二聚体和水合物。其中了解较清楚的是胸腺嘧啶二聚体的形成和消除。聚体的形成和消除。|紫外线的主要作用是使紫外线的主要作用是使同链同链同链同链DNADNA的相邻嘧啶的相邻嘧啶间间间间形成共价结形成共价结合的合的胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体。二聚体的出现会减弱双链间氢键的二聚体的出现会减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，作用，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡。在从而有可能引起突变或死亡。在

85、互补双链间互补双链间形成嘧啶二聚形成嘧啶二聚体的机会较少。但一旦形成，就会妨碍双链的解开，因而体的机会较少。但一旦形成，就会妨碍双链的解开，因而影响影响DNADNA的复制和转录，并使细胞死亡的复制和转录，并使细胞死亡。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传光复活作用（photoreactivation）|定义：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可定义：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象，称为光复活作用。明显降低其死亡率的现象，称为光复活作用。z这一现象最早是这一现象最早是A.Kelner（1949）在）在Strepo

86、tomyces griseus（灰色链霉菌）中发现的。后来，在许多微生物（灰色链霉菌）中发现的。后来，在许多微生物中都得到了证实。最明显的是在中都得到了证实。最明显的是在E.coli的实验中：的实验中：z对照：对照：8106个个/ml E.coli U.V. 100个个/ml E.coliz试验：试验：8106个个/ml E.coli U.V. 360490nm 2106个个/ml E.coliz 可见光，可见光，30分分|经紫外线照射后形成的带有胸腺嘧啶二聚体的经紫外线照射后形成的带有胸腺嘧啶二聚体的DNA分子，在分子，在黑暗下会被一种黑暗下会被一种光激活酶（光激活酶（photoreacti

87、vating enzyme）即光即光裂合酶（裂合酶（photolyase）结合，当形成的复合物暴露在可见光）结合，当形成的复合物暴露在可见光（300500nm）下时，此酶会因获得光能而发生解离，从而）下时，此酶会因获得光能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体。与此同时，光激活酶也从复合物使二聚体重新分解成单体。与此同时，光激活酶也从复合物中释放出来，以便重新执行功能。每一中释放出来，以便重新执行功能。每一E.coli细胞中约含有细胞中约含有25个光激活酶分子。个光激活酶分子。|由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，

88、只能在红光下照射及处理照射后的菌液。诱变育种时，只能在红光下照射及处理照射后的菌液。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传图图: :光复活作用光复活作用第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传暗修复作用（dark repair）|又称切除修复（又称切除修复（excision repairexcision repair）。是活细）。是活细胞内一种用于修复被紫外线等诱变剂（包括烷化胞内一种用于修复被紫外线等诱变剂（包括烷化剂、剂、X X射线和射线和射线等）损伤后的射线等）损伤后的DNADNA的机制。这的机制。这种修复作用与光无关。有四种酶参与种修复作用与光无关。有四种酶参与内切内切内切内切核酸酶核酸酶核

89、酸酶核酸酶在胸腺嘧啶二聚体的在胸腺嘧啶二聚体的55一侧切开一个一侧切开一个3-3-OHOH和和5-P5-P的单链缺口；的单链缺口；外切核酸酶外切核酸酶外切核酸酶外切核酸酶从从5-P5-P至至3-OH3-OH方向切除二聚体，并扩大缺口；方向切除二聚体，并扩大缺口；DNADNADNADNA聚合聚合聚合聚合酶酶酶酶以以DNADNA的另一条互补链为模板，从原有链上暴露的另一条互补链为模板，从原有链上暴露的的3-OH3-OH端起逐个延长，重新合成一段缺失的端起逐个延长，重新合成一段缺失的DNADNA链；链；通过通过连接酶连接酶连接酶连接酶的作用，把新合成的寡核苷酸的作用，把新合成的寡核苷酸的的3-OH3

90、-OH末端与原链的末端与原链的5-P5-P末端相连接，从而完末端相连接，从而完成了修复作用。成了修复作用。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传暗修复作用（dark repair）1、由、由核酸内切酶核酸内切酶切开二切开二聚体的聚体的5末端，形成末端，形成3OH和和5P的单链缺口的单链缺口2、核酸外切酶核酸外切酶从从5P到到3OH方向切除二聚体，方向切除二聚体，并扩大缺口。并扩大缺口。3、DNA聚合酶聚合酶以另一条以另一条互补链为模板，从原有互补链为模板，从原有链上暴露的链上暴露的3OH端起合端起合成缺失片段。成缺失片段。4、连接酶连接酶将新合成的将新合成的3OH与原有的与原有的5P相连接。相连

91、接。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传紫外诱变方法设备：设备：紫外灯、磁力搅拌器、暗室等，紫外灯、磁力搅拌器、暗室等，紫外灯：紫外灯：波长为波长为253253、7 7nm, nm, 功率是功率是1515W W处理时的照射距离：处理时的照射距离：2020cm 30cmcm 30cm样品：样品：要直接暴露在紫外灯下，厚度不能超过要直接暴露在紫外灯下，厚度不能超过3 3mmmm照射时，要用磁力搅拌器搅拌。照射时，要用磁力搅拌器搅拌。处理剂量：处理剂量：常用照射时间或死亡率作为相对剂量常用照射时间或死亡率作为相对剂量。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传z由于微生

92、物接受的照射剂量与灯的功率、照射由于微生物接受的照射剂量与灯的功率、照射距离、照射时间、菌液浓度、菌液厚度、细胞距离、照射时间、菌液浓度、菌液厚度、细胞本身特性等因素有关，所以单纯用时间表示照本身特性等因素有关，所以单纯用时间表示照射剂量并不完全可靠。一定的死亡率必定对应射剂量并不完全可靠。一定的死亡率必定对应一定的照射剂量，所以，在实际应用中，用死一定的照射剂量，所以，在实际应用中，用死亡率表示照射剂量更可靠。亡率表示照射剂量更可靠。z 通常先绘制照射时间与死亡率的关系曲线，通常先绘制照射时间与死亡率的关系曲线，然后选择合适的剂量。然后选择合适的剂量。z 生产上经常采用的剂量：生产上经常采用

93、的剂量： 死亡率为死亡率为70%80%70%80%左右。左右。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传诱诱变变育育种种：是是用用物物理理或或化化学学的的诱诱变变剂剂使使诱诱变变对对象象内内的的遗遗传传物物质质（DNA）的的分分子子结结构构发发生生改改变变，引引起起性性状状变变异异并并通通过过筛筛选选获获得得符符合合要要求求的的变变异异菌株的一种育种方法。菌株的一种育种方法。 l诱诱变变育育种种具具有有极极其其重重要要的的实实践践意意义义。当当前前发发酵酵工工业业和和其其他他微微生生物物生生产产部部门门所所使使用用的的高高产产菌菌株株，几几乎乎毫毫无无例例外外地地都都是是通通过过诱诱变变育育种种而而

94、明明显显提提高高其生产性能的。其生产性能的。（七）诱变育种第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 诱变育种的步骤诱变育种的步骤原始菌种原始菌种纯化化斜面斜面/肉肉汤培养培养单孢子子/单细胞胞悬液液诱变剂处理理平板分离平板分离移至斜面移至斜面小小试中中试初初筛复复筛计算存活率算存活率观察形察形态变异，异，挑挑单菌落菌落良种保藏良种保藏原菌种特性原菌种特性鉴定定第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传诱变育种的基本过程诱变育种的基本过程选择选择合适的出发菌株选择选择合适的出发菌株制备待处理的菌悬液制备待处理的菌悬液诱变处理诱变处理筛选筛选保藏和扩大试验保藏和扩大试验第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传

95、1.1.出发菌株的选择出发菌株的选择出发菌株用来育种处理的起始菌株出出发菌株菌株应具具备： 对诱变剂的敏感性高； 具有特定生产性状的能力或潜力； 出出发菌株的来源；菌株的来源； 自然界直接分离到的野生型菌株： 历经生产考验的菌株： 已经历多次育种处理的菌株：第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传2.2.制备细胞悬液制备细胞悬液要求：要求： 菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生长；菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生长； 细胞分散且为单细胞，以避免细胞分散且为单细胞，以避免表型迟延现象表型迟延现象（phenotypic lagphenotypic lag）; ;方法：方法： 玻璃珠打散玻璃珠打

96、散10-15min; 10-15min; 加加.3%.3%吐温吐温8080（表面活性剂）（表面活性剂） 用无菌脱脂棉过滤。用无菌脱脂棉过滤。 制备：制备： 物理诱变剂物理诱变剂生理盐水（生理盐水（0.85%NaCl) 0.85%NaCl) 化学诱变剂化学诱变剂缓冲液缓冲液 浓度：浓度： 细菌、放线菌细菌、放线菌 10 108 8个个/ml /ml 霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌 10 106 6个个/ml/ml第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传表型表型迟延延现象象:指某一突指某一突变在在DNA复制和复制和细胞分裂后，才胞分裂后，才在表型上在表型上显示出来，造成不示出来，造成不纯的菌落。的菌落。产生

97、原因：产生原因：分离性迟延现象分离性迟延现象;生理性迟延现象生理性迟延现象 3.3.诱变处理诱变处理( 诱变剂的作用：诱变剂的作用：提高突变的频率提高突变的频率 扩大产量变异的幅度扩大产量变异的幅度 使产量变异朝着正突变或负突变移动使产量变异朝着正突变或负突变移动( 剂量的表示法：剂量的表示法：不同种类和不同生长阶段的微不同种类和不同生长阶段的微生物对诱变剂的敏感程度不同，所以在诱变处理前，生物对诱变剂的敏感程度不同，所以在诱变处理前，一般应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲一般应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲线，选择合适的处理剂量。线，选择合适的处理剂量。致死率是最好的诱变致死率

98、是最好的诱变剂相对剂量的表示方法。剂相对剂量的表示方法。( 最适剂量的选择：最适剂量的选择：产量性状的育种中多倾向于产量性状的育种中多倾向于低剂量（致死率在低剂量（致死率在707080%80%）第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传选择诱变剂的种类选择诱变剂的种类：在选用理化因子作诱变剂时，：在选用理化因子作诱变剂时，在同样效果下，应选用在同样效果下，应选用最方便最方便的因素；而在同样方的因素；而在同样方便的情况下，则应选择便的情况下，则应选择最高效最高效的因素。在物理诱变的因素。在物理诱变剂中，尤以剂中，尤以紫外线紫外线为最方便，而在化学诱变剂中，为最方便，而在化学诱变剂中，一般可选用诱变效果

99、最为显著的一般可选用诱变效果最为显著的“超诱变剂超诱变剂”，如，如NTGNTG。简便有效的诱变方法：简便有效的诱变方法：紫外线的照射最为方便。紫外线的照射最为方便。化学诱变剂的种类、浓度和处理方法尤其是中止反化学诱变剂的种类、浓度和处理方法尤其是中止反映的方法很多，实际工作时可参看有关书籍。映的方法很多，实际工作时可参看有关书籍。一种一种较有效的简易处理方法的大致操作步骤是：先在平较有效的简易处理方法的大致操作步骤是：先在平板上涂上出发菌株细胞，然后在平板上均匀地放上板上涂上出发菌株细胞，然后在平板上均匀地放上几颗很小的诱变剂颗粒（也可放吸有诱变剂溶液的几颗很小的诱变剂颗粒（也可放吸有诱变剂溶

100、液的滤纸片），经培养后，在制菌圈的边缘挑取若干突滤纸片），经培养后，在制菌圈的边缘挑取若干突变菌落，分别制成悬浮液，然后将其涂在一般平板变菌落，分别制成悬浮液，然后将其涂在一般平板表面使长出许多单菌落，最后可用影印培养法或逐表面使长出许多单菌落，最后可用影印培养法或逐个检出法选出突变种。个检出法选出突变种。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传诱变处理方式：理方式： 单一因子一因子处理：理： 复合因子复合因子处理：理：先后使用先后使用 同同时使用使用 单一因子重复一因子重复使用使用两种以上因素两种以上因素第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传4. 菌种筛选4.1 筛选方案：方案：实际工作中，工作中

101、，为了提高了提高筛选效率，往往将效率，往往将筛选工作分工作分为初初筛和复和复筛两步两步进行。行。初初筛的目的：的目的：删去明确不符合要求的大部分菌株，把生去明确不符合要求的大部分菌株，把生产性状性状类似的菌株尽量保留下来，使似的菌株尽量保留下来，使优良性状的菌株不至于良性状的菌株不至于漏网；漏网；因此，初因此，初筛工作以量工作以量为主，主，测定的精确性定的精确性还在在其次；初其次；初筛手段手段应尽可能快速、尽可能快速、简单。复复筛的目的：确的目的：确认符合要求的菌株；符合要求的菌株；复复筛以以质为主，主，应精确精确测定每个菌株的生定每个菌株的生产指指标。筛 选 是 最 为 艰 难 的 也 是

102、最 为 重 要 的 步 骤 .常用诱变剂的使用方法第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传可见，设计和采用效率高的筛选方案和方法极其重要以选育高产突变株为例，诱变育种的基本环节概括如下第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第一轮：第一轮：一个出发菌株一个出发菌株选出选出200个菌株个菌株选出选出50株株选出选出5株株诱变处理初筛（每瓶一株）复筛（每瓶四株）第二轮：第二轮：5个出发菌株个出发菌株 选出选出50株株 选出选出5株株40株株40株株40株株40株株40株株诱变处理初筛复筛（每瓶一株）（每瓶四株）第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传4.2 4.2 变异菌的一般筛选方法变异菌的一般筛选方法4.

103、2.1 平皿快速检测法平皿快速检测法l变色圈法变色圈法l透明圈法透明圈法l生长圈法生长圈法l抑菌圈法抑菌圈法l梯度平板法梯度平板法4.2.2 摇瓶培养法摇瓶培养法第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传以以温度敏感突变温度敏感突变为例：为例：筛选方法筛选方法：用途用途：常用于提高代谢物产量：常用于提高代谢物产量原原因因：是是由由于于某某一一酶酶蛋蛋白白结结构构改改变后，在高温下活力丧失变后，在高温下活力丧失重重要要性性：如如果果此此酶酶为为蛋蛋白白质质、核核酸酸合合成成途途径径中中所所需需的的酶酶，则则此此变变异异株株在在高高温温下下的的表表型型就就是营养缺陷型。是营养缺陷型。条件抗性突变型的筛选

104、条件抗性突变型的筛选4.3 4.3 特殊变异菌的筛选方法特殊变异菌的筛选方法第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传u在在富含生物素的培养基中进行发酵时：富含生物素的培养基中进行发酵时：u先在先在30（允许条件）中进行培养以得到大量允许条件）中进行培养以得到大量菌细胞，适当时间后提高温度（菌细胞，适当时间后提高温度（ 40 ，非允许，非允许条件），即能获得谷氨酸的过量生产。条件），即能获得谷氨酸的过量生产。应用举例应用举例v由谷氨酸产生菌乳糖发酵短杆菌由谷氨酸产生菌乳糖发酵短杆菌2256，经，经诱变处理得到温度敏感变异株诱变处理得到温度敏感变异株Ts88:v30培养时能正常生长培养时能正常生长v4

105、0是死亡，但能在富含生物素的培养是死亡，但能在富含生物素的培养基中积累谷氨酸（而野生型却受生物素的基中积累谷氨酸（而野生型却受生物素的反馈抑制反馈抑制）。）。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传方法：梯度平板法（gradient plate）抗药性突变株的筛选抗药性突变株的筛选抗药性突变株的应用：抗药性突变株的应用：v作作为菌株的菌株的遗传标记v作作为生生产菌种（菌种（结构构类似物抗性似物抗性变异株）异株）第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传抗生素抗性变异株的筛选抗生素抗性变异株的筛选第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 与营养缺陷突变有关的三类遗传型个体：与营养缺陷突变有关的三类遗传型个体：

106、营养缺陷型养缺陷型：经诱变产生的一些合成能力出生的一些合成能力出现缺陷，缺陷，而必而必须在培养基内加入相在培养基内加入相应有机养分才能正常生有机养分才能正常生长的的变异菌株。异菌株。如：如：lys ， bio 野生型野生型：自然界分离到的任何微生物，在其自然界分离到的任何微生物，在其发生生营养缺陷突养缺陷突变前的原始菌株，前的原始菌株，为该微生物的野生型。微生物的野生型。 如：如：lys + ; bio + ;原养型原养型 ：指指营养缺陷型突养缺陷型突变菌株回复突菌株回复突变或重或重组后后产生的菌株，与野生型的表型相同。生的菌株，与野生型的表型相同。 4.3.4 4.3.4 营养缺陷型营养缺陷

107、型(auxotroph)(auxotroph)的筛选的筛选第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传与筛选营养缺陷型突变株有关的三类培养基基本培养基基本培养基（MM）：凡是能凡是能满足野生型菌株足野生型菌株营养要求养要求的的最低成分的最低成分的合成培养基合成培养基。 完全培养基完全培养基（CM）+：满足一切足一切营养缺陷营养缺陷型型菌菌株株生生长的天然或半的天然或半合成合成培养基。培养基。 补充培养基充培养基（SM）x：在：在MM中有中有针对性地加性地加入一或几种入一或几种营养成分以养成分以满足相足相应营养缺陷营养缺陷型型菌株菌株生生长的的合成合成培养基。培养基。 第第八八章章微微生生物物的的遗遗传

108、传营养缺陷型诱变筛选步骤及方法auxo的的鉴定定 诱变处理理auxo的的浓缩auxo的的检出出第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传缺陷型的浓缩抗生素法抗生素法原原理理：青青霉霉素素、制制霉霉菌菌素素等等抗抗生生素素作作用用于于生生长着着的的微微生生物物细胞胞，对休休止止态细胞无作用。胞无作用。 方方法法：将将菌菌培培养养在在含含抗抗生生素素的的MM基中基中第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传菌菌丝过滤法法u适用于适用于：丝状状（放（放线菌、霉菌）菌、霉菌） u原理：原理：基本培养基本培养基上只有基上只有发育成育成菌菌丝；auxo孢子可通子可通过滤膜，膜，野生型菌野生型菌丝不能不能通通过。第第八

109、八章章微微生生物物的的遗遗传传逐个检出法逐个检出法缺陷型的检出第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 影印平板培养法影印平板培养法第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传夹层培养法培养法第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传生生长谱法法方法方法简便；便； 回回变和和污染不影响染不影响 结果果 测定物定物质可可为粉末粉末 或或纸片片 缺陷型的鉴定测定一般应分两阶段：测定一般应分两阶段：第第一一阶阶段段：测测定定是是哪哪类类物物质质的的缺陷缺陷型；型；第第二二节段段：根根据据第第一一阶段段确确定定的的范范围，进一一步步确确定定是是哪哪种种具具体化合物的体化合物的缺陷缺陷型；型；第第八八章章微微生生物物的的

110、遗遗传传组合合营养物法养物法步骤（以氨基酸缺陷型的鉴定为例）：步骤（以氨基酸缺陷型的鉴定为例）：a. 将多种将多种营养因子养因子编组；b. 将将组合液的合液的纸片放在涂菌的基本培养基片放在涂菌的基本培养基上培养；上培养；c. 结果分析；果分析； 一一组：1 2 3 4 5 二二组：2 6 7 8 9 三三组：3 7 10 11 12 四四组：4 8 11 1313 14 五五组：5 9 12 14 15营养因子分养因子分组编排排时注意；注意；1）每）每组内无重复的内无重复的营 养因子养因子 2）每）每组中中应包含只出包含只出 现一次的因子一次的因子 3）每）每组中其他因子中其他因子应 分分别出

111、出现二次二次如：如：第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 一一组：1 2 3 4 5 二二组：2 6 7 8 9 三三组：3 7 10 11 12 四四组：4 8 11 1313 14 五五组：5 9 12 14 15第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传组合补充培养基法组合补充培养基法将待测的菌点种到各种补充培养基上，逐个分析各菌的将待测的菌点种到各种补充培养基上，逐个分析各菌的缺陷缺陷类型，或快速分离出所需类型，或快速分离出所需缺陷缺陷类型的菌株。类型的菌株。ABFEDCHG第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传缺陷型的应用v作作为菌株的菌株的遗传标记：进行基因工程、行基因工程、诱变育种、育种

112、、v研究代研究代谢过程程时用作用作亲本本标记；v作作为生生产菌种：菌种：aa、核苷酸等生核苷酸等生产菌种；菌种； v作作为aa、维生素、碱基的生素、碱基的测定菌株。定菌株。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传Ames testAmes test：对化学诱变剂做检测：对化学诱变剂做检测菌种：鼠菌种：鼠伤寒沙寒沙门氏菌氏菌 his his - -； 原理：原理： his his - -在基在基本培养基上本培养基上不不长；而；而发生回复突生回复突变则长。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传Ames test Ames test 方法示意图方法示意图第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第三节 基因重组

113、|定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为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（基因重组（gene recombination）或遗传重组。）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。遗传型的个体。|重组与杂交的关系：重组与杂交的关系：I重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传物质重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传物质分子水平上的杂交而一般所说的杂交分子

114、水平上的杂交而一般所说的杂交（hybridization）则是细胞水平上的一个概念。则是细胞水平上的一个概念。I杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。I真核微生物中的有性杂交、准性杂交真核微生物中的有性杂交、准性杂交（parasexual hybridization）等及原核生物中的转化、转导、接合和原等及原核生物中的转化、转导、接合和原I生质体融合等都是基因重组在细胞水平上的反映。生质体融合等都是基因重组在细胞水平上的反映。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传微生物中各种形式基因重组的比较微生物中各种形式基因重组的比较重组范围重组

115、范围供体和受体的关系供体和受体的关系整套染色体整套染色体局部杂合局部杂合高频率高频率低频率低频率部分染色体部分染色体个别或少数基因个别或少数基因细胞融合细胞融合或联结或联结性细胞性细胞真菌的真菌的有性生有性生殖殖体细胞体细胞真菌的准真菌的准性生殖性生殖细胞间暂时沟通细胞间暂时沟通细菌的接合细菌的接合性导性导细胞间细胞间不接触不接触吸收游离吸收游离DNA片段片段转化转化噬菌体携带噬菌体携带DNA转导转导由噬菌体由噬菌体提供遗传提供遗传物质物质完整完整噬菌体噬菌体溶源转变溶源转变噬菌体噬菌体DNA转染转染第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传基因重组的意义基因重组的意义|基因重组是杂交育种的理论基础

116、。基因重组是杂交育种的理论基础。|杂交育种的优点：杂交育种的优点：由于杂交育种选用了已知性状的由于杂交育种选用了已知性状的供体菌和受体菌作为亲本，因此，不论在方向性还是供体菌和受体菌作为亲本，因此，不论在方向性还是自觉性方面，均比诱变育种前进了一大步。自觉性方面，均比诱变育种前进了一大步。|利用杂交育种往往还可以消除某一菌株在经过长期利用杂交育种往往还可以消除某一菌株在经过长期诱变处理后所出现的产量上升缓慢的现象，因此，它诱变处理后所出现的产量上升缓慢的现象，因此，它是一种重要的育种手段。是一种重要的育种手段。|杂交育种的缺点：杂交育种的缺点：由于杂交育种的方法较复杂，工作由于杂交育种的方法较

117、复杂，工作进展较慢，还很难像诱变育种技术那样得到普遍的推进展较慢，还很难像诱变育种技术那样得到普遍的推广和使用，尤其在原核生物的领域中，应用转化、转广和使用，尤其在原核生物的领域中，应用转化、转导或接合等重组技术来培育可应用于生产实践上的高导或接合等重组技术来培育可应用于生产实践上的高产菌株的例子还不多见。到了产菌株的例子还不多见。到了70年代后期，由于原生年代后期，由于原生质体融合技术获得巨大的成功后，才使重组育种技术质体融合技术获得巨大的成功后，才使重组育种技术获得了飞速的发展。获得了飞速的发展。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传生生长快、快、产量低量低生生长慢、慢、产量高量高基因重基因

118、重组生生长快、快、产量高量高第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组|基因重组的方式基因重组的方式z转化转化z转导转导z接合接合z原生质体融合原生质体融合第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 R型活菌型活菌+S型死菌型死菌 S型活菌型活菌定义定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而片段，并把它整合到自己的基因组中，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。转化后的的受体菌称为后的的受体

119、菌称为转化子（转化子（transformant）。）。有关名词：有关名词：受体菌：受体菌：recipient/receptor，转化基因的接受者转化基因的接受者供体菌：供体菌：donor，转化基因的提供者转化基因的提供者转化因子：转化因子：来自供体菌的来自供体菌的DNA片段片段转化子转化子：transformant，将转化基因重组进入自身染将转化基因重组进入自身染色体组的重组子色体组的重组子（一）转化（transformation）1、转化及其发现、转化及其发现第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 受体细胞要处于感受态受体细胞要处于感受态.感受态感受态：competence，受体细胞能从环境吸

120、取外源受体细胞能从环境吸取外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态片段并实现其转化的一种生理状态供体供体DNA片段（片段（转化因子转化因子）大小适宜，分子量一般为大小适宜，分子量一般为1 107 D 左右左右 菌株间的亲缘关系密切菌株间的亲缘关系密切2、转化发生的条件 3 3、转化的类型、转化的类型根据感受态建立的方式，可以分为：根据感受态建立的方式，可以分为：自然遗传转化自然遗传转化natural genetic transformation人工转化人工转化artificial transformation第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 感受态|出现时间：出现时间：只在细菌生长的某一时

121、期出现；不同菌种的感受态只在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的感受态出现在不同生长时期出现在不同生长时期zStreptococcus pneumoniae的感受态出现在生长曲线中的指的感受态出现在生长曲线中的指数期的中期，数期的中期，zBacillus的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。z感受态由细胞的遗传性决定，但同时也受环境因子的影响：感受态由细胞的遗传性决定，但同时也受环境因子的影响：cAMP、Ca2+等最明显。如用等最明显。如用CaCl2 处理处理E. coli可以诱发其产可以诱发其产生感受态。生感受态。|感受态细胞的比例：感受态细胞

122、的比例：当处于感受态高峰时，群体中呈感受态的当处于感受态高峰时，群体中呈感受态的细胞因菌种而不同细胞因菌种而不同.zBacillus subtilis不超过不超过1015%zStreptococcus pneumonia和和Haemophilus influenzae（流感（流感嗜血杆菌）达到嗜血杆菌）达到100%|转化转化DNA的最低浓度：的最低浓度：在群体中含有在群体中含有15%感受态细胞时，感受态细胞时，0.1 gDNA/ml细胞悬液即可有效发生转化细胞悬液即可有效发生转化第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传感受态因子：感受态因子：细胞外蛋白，细胞外蛋白，Streptococcus pn

123、eumonia和和Bacillus中分离的分子量为中分离的分子量为5,00010,000Dalton，可能存在于细胞膜上，可，可能存在于细胞膜上，可催化外来催化外来DNA分子的吸收或降解细胞表面某种分子的吸收或降解细胞表面某种成分，以让细胞表面的成分，以让细胞表面的DNA受体显露出来；也受体显露出来；也可能是一种自溶酶。对不同细菌，每个细胞上可能是一种自溶酶。对不同细菌，每个细胞上的的DNA结合位点数不同。有人计算，在结合位点数不同。有人计算，在H. Influenzae上有上有410个，而在个，而在S. Pneumonia上则上则有有3080个。个。S. Pneumonia的感受态细胞中提取

124、的感受态细胞中提取的感受态因子可使同菌株的非感受态细胞变成的感受态因子可使同菌株的非感受态细胞变成感受态的，而感受态的，而Bacillus subtilis的感受态因子则无的感受态因子则无此功能。此功能。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传转化因子|转化因子：本质是供体转化因子：本质是供体DNA片段片段z一般的转化因子都是线状双链一般的转化因子都是线状双链DNA；也有少数报道认为；也有少数报道认为线状单链线状单链DNA也有转化作用。也有转化作用。z大小：经过多次提纯操作后，每一转化大小：经过多次提纯操作后，每一转化DNA片段的分子片段的分子量都小于量都小于1107，即约占细菌核染色体组的，即约

125、占细菌核染色体组的0.3%，其上平，其上平均约含均约含15个基因。而粗制的个基因。而粗制的DNA则分子量较大。则分子量较大。z吸收数量：每个感受态细胞约可掺入吸收数量：每个感受态细胞约可掺入10个转化因子。个转化因子。z转化频率：转化频率：一般只有一般只有0.11%，最高时亦达，最高时亦达10%左右。据左右。据研究，呈质粒形式研究，呈质粒形式（双链闭合环状）的转化因子，其转的转化因子，其转化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与受体染化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与受体染色体进行交换、整合即可进行复制和表达）。色体进行交换、整合即可进行复制和表达）。第第八八章章微微生生物物的的遗遗

126、传传转化的过程以以S. Pneumonia strr（肺炎链球菌抗链霉素菌株）为例，大致可分为六（肺炎链球菌抗链霉素菌株）为例，大致可分为六阶段：阶段：吸附：吸附：双链双链DNA片段与细胞表面的特定位点（主要在新形成细胞壁片段与细胞表面的特定位点（主要在新形成细胞壁的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可促进这一过程。在吸附的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可促进这一过程。在吸附过程的前阶段，如外界加入过程的前阶段，如外界加入DNA酶，就会减少转化子的产生。稍后，酶，就会减少转化子的产生。稍后，DNA酶即无影响，说明此时该转化因子已进入细胞；酶即无影响，说明此时该转化因子已进入细胞；切割：切割

127、：在吸附位点上的在吸附位点上的DNA被核酸内切酶分解，形成平均分子量为被核酸内切酶分解，形成平均分子量为45106的的DNA片段；片段；入胞：入胞：DNA双链中的一条单链被膜上的另一种核酸酶切除，另一条双链中的一条单链被膜上的另一种核酸酶切除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。分子量小于单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。分子量小于5105的的DNA片段不能进入细胞。这时如用低浓度溶菌酶处理，因它提高了片段不能进入细胞。这时如用低浓度溶菌酶处理，因它提高了细胞壁的通透性，故可提高转化频率；细胞壁的通透性，故可提高转化频率；重组：重组：来自供体菌的单链来自供体菌的单链DNA片段在细胞

128、内与受体细胞核染色体组片段在细胞内与受体细胞核染色体组上的同源区配对，接着受体染色体组上的相应单链片段被切除，并上的同源区配对，接着受体染色体组上的相应单链片段被切除，并被外来的单链被外来的单链DNA交换、整合和取代，于是形成了一个杂合交换、整合和取代，于是形成了一个杂合DNA区区段（段（heterozygous region）。在这一过程中，有核酸酶、）。在这一过程中，有核酸酶、DNA聚合聚合酶和酶和DNA连接酶的参与；连接酶的参与；复制复制：受体菌的染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之：受体菌的染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一获得了供体菌的转化基因，另一个未获供体基因

129、；一获得了供体菌的转化基因，另一个未获供体基因；转化子形成：转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体基因，这就是当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体基因，这就是转化子；另一个细胞与原始受体菌一样。转化子；另一个细胞与原始受体菌一样。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传降解降解吸附吸附切割成切割成45106单链入胞单链入胞同源部同源部分配对、分配对、整合整合复制分裂，只复制分裂，只有一个子代有一个子代DNA分子获得分子获得供体基因供体基因非转化子非转化子转化子转化子第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传转化的过程strrstrr第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传自然转化的普遍性 到目前为止，

130、已发现能发生转化作用的菌属主要有：到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：4 Streptococcus pneumoniae、Haemophilus（嗜血杆菌（嗜血杆菌属）、属）、Bacillus、Neisseria（奈瑟氏球菌属）、（奈瑟氏球菌属）、Rhizobium（根瘤菌属）、（根瘤菌属）、Staphylococcus、Pseudomonas和和Xanthomonas中多见。中多见。4 在若干放线菌和蓝细菌以及在若干放线菌和蓝细菌以及Saccharomyces cerevisiae、Neurospora crassa（粗糙脉胞菌）和（粗糙脉胞菌）和Aspergillus nige

131、r中，中，也有转化现象。也有转化现象。4 肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面由于外来由于外来DNA难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线形常存在可降解线形DNA的核酸酶。如果用的核酸酶。如果用CaCl2处理处理E. coli的球状体，就可以使之发生低频率的转化。另外，可的球状体，就可以使之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的原生质体进行转化。利用霉菌的原生质体进行转化。4 两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘关系有着密切

132、的关系。但即使在转化率极高的程中的亲缘关系有着密切的关系。但即使在转化率极高的菌种中，其不同菌株间也不一定都能发生转化。菌种中，其不同菌株间也不一定都能发生转化。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传人工转化 人工转化人工转化是通过人为诱导的方法，使细胞具是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取有摄取DNA的能力，或人工地将的能力，或人工地将DNA导入细胞内。导入细胞内。 方法：方法：CaCl2处理细胞，使其成为能摄取外源处理细胞，使其成为能摄取外源DNA的的感受态状态感受态状态.电穿孔法电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击：用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包

133、破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括括DNA ）能通过这些小孔进入细胞。）能通过这些小孔进入细胞。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传可转化的形状荚膜多糖的合成荚膜多糖的合成专一性酶的合成专一性酶的合成专一性蛋白质的合成专一性蛋白质的合成抗药性抗药性第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传4.转染（transfectiontransfection）|定义：定义：z把噬菌体或其它病毒的把噬菌体或其它病毒的DNA（或（或RNA）抽提出）抽提出来，让它去感染感受态的宿主细胞，并进而产来，让它去感染感受态的宿主细胞，并进而产生正常的噬菌体或病毒的后代，这种现象称为生正常的噬菌体或病毒的后代，这种现象称

134、为转染（转染（transfection）。）。|与转化的区别：与转化的区别：z病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌z中间不发生任何遗传因子的交换或整合中间不发生任何遗传因子的交换或整合z最后不产生具有杂种性质的转化子最后不产生具有杂种性质的转化子第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传Tryhis+Try+hisTry+his+混合培养AB三、转导（transduction）J.Lederberg等（等（1952）在）在Salmonella typhimurium（鼠（鼠伤寒沙门氏菌）中发现的。伤寒沙门氏菌）中发现的。 1.转导及其发现转导及其发现第第八八章章微微生生物

135、物的的遗遗传传ABTry+his+Tryhis+Try+his定义：定义：以温和以温和噬菌体噬菌体为媒介，将供体媒介，将供体细胞的胞的DNA片段携片段携带到受体到受体细胞中，通胞中，通过交交换与整合，从而与整合，从而使后者使后者获得前者部分得前者部分遗传性状的性状的现象，称象，称为转导。获得新得新遗传性状的受体性状的受体细胞，称胞，称转导子。子。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传2.转导的种类 完全普遍转导完全普遍转导 普遍转导普遍转导 流产普遍转导转导流产普遍转导转导 转导转导 低频转导低频转导 局限转导局限转导 高频转导高频转导第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传过程：过程：供体菌供体菌

136、 正常噬菌体正常噬菌体 + + 完全缺陷噬菌体完全缺陷噬菌体 少量裂解物少量裂解物 + + 大量受体菌大量受体菌 遗传稳定的转导子遗传稳定的转导子（1） 普遍性转导（generalized transduction）|定定义义：通通过过完完全全缺缺陷陷噬噬菌菌体体对对供供体体菌菌任任何何DNADNA小小片片段段的的“误误包包”而而实实现现其其遗遗传传性性状状传传递递至至受受体体菌菌的的转转导导现现象象，称称为为普普遍性转导遍性转导。|完完全全( (普普遍遍性性) )转转导导：complete complete transductiontransduction。19521952年年发发现现，在在

137、Salmonella Salmonella typhimuriumtyphimurium中中存存在在转转导导现现象象。在在它它的的完完全全普遍性转导实验中：普遍性转导实验中：v以其野生型菌株作为供体菌以其野生型菌株作为供体菌v营养缺陷型菌株作为受体菌营养缺陷型菌株作为受体菌vP22P22噬噬菌菌体体作作为为转转导导媒媒介介，对对供供体体菌菌是是烈烈性性噬噬菌菌体体，对对受体菌是温和噬菌体受体菌是温和噬菌体裂解裂解第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传完全普遍转导第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（1） 普遍性转导（generalized transduction）过程：过程：P22在供体菌内增

138、殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬在供体菌内增殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬菌体成熟与包装之际，极少数（菌体成熟与包装之际，极少数（10 6 10 8）噬菌）噬菌体的衣壳将与噬菌体头部核心大小相似的一段供体体的衣壳将与噬菌体头部核心大小相似的一段供体DNA片段误包入其中，形成了一个完全不含噬菌体自片段误包入其中，形成了一个完全不含噬菌体自身身DNA的缺陷噬菌体。的缺陷噬菌体。供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量受体菌群体相供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量受体菌群体相混，混，使其使其感染复数（）感染复数（）1，这种完全缺陷噬菌体就会这种完全缺陷噬菌体就会将这一外源将这一外源DNA片段导入受体细胞

139、内。片段导入受体细胞内。在这种情况下，由于一个受体细胞只感染了一个完全在这种情况下，由于一个受体细胞只感染了一个完全缺陷噬菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也缺陷噬菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；不显示其免疫性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而由于导入的外源而由于导入的外源DNA片段可与受体细胞核染色体组片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对，在通过双交换而整合到受体菌染上的同源区段配对，在通过双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后者成为一个色体组中，所以使后者成为一个遗传性状稳定的转导遗传性状稳定的转导子。子。第第八八章章微微生

140、生物物的的遗遗传传感染复数（，multiplicity of infection）感感染染复复数数由由于于每每一一宿宿主主细细胞胞表表面面的的特特异异性性受受体体有有限限，因因此此所所能能吸吸附附的的噬噬菌菌体体数数目目也也有有一一个个限限量量。每每一一敏敏感感细细胞胞所所能能吸吸附附的的噬噬菌菌体体的的数数量一般很大，可达量一般很大，可达250360。由由于于超超的的外外源源噬噬菌菌体体吸吸附附而而引引起起的的、不不能能产产生生子子代代噬噬菌菌体体的的裂裂解解，称称为为自自外外裂裂解解（lysis from without）。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传噬菌体裂解第一个宿主时可能有三

141、种情况：噬菌体裂解第一个宿主时可能有三种情况：1 1）包入的完全是噬菌体的）包入的完全是噬菌体的DNADNA（正常噬菌（正常噬菌体）体）2 2）包入的完全是细菌）包入的完全是细菌DNADNA（完全缺陷噬菌（完全缺陷噬菌体）体）3 3）部分带有噬菌体基因的）部分带有噬菌体基因的DNADNA（部分缺陷（部分缺陷噬菌体）噬菌体）转导分别是由后两种噬菌体参与进行的。转导分别是由后两种噬菌体参与进行的。噬菌体裂解第一个宿主第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传一个稳定的转导子的形成1.第一次交换第一次交换2.第二次交换第二次交换3.交换完成，外源交换完成，外源DNA掺入

142、染色体组中掺入染色体组中第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传1.2流产普遍性转导（abortive transduction）|概念：概念：受体菌经转导获得的供体受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现象就称为转译（性状表达），这种现象就称为流产转导流产转导。|现象：现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源这段外源DNA分配给一个子细胞，而另一子细胞仅获得供分配给一个子细胞，而另一子细胞

143、仅获得供体基因的产物体基因的产物酶，在表型上表现出轻微的供体菌特征，酶，在表型上表现出轻微的供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释每经过一次分裂，就受到一次稀释.所以，能所以，能在选择性在选择性培养基平培养基平板上形成板上形成微小菌落微小菌落就是流产就是流产转导的特转导的特点。点。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传2. 局限性转导|定义定义：通过：通过部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。现象。|特点特点v噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬

144、菌体v只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两侧的基因）体整合位点两侧的基因）v该特定基因由该特定基因由部分缺陷的噬菌体部分缺陷的噬菌体携带携带v缺陷噬菌体使由于其在形成过程中所发生的低缺陷噬菌体使由于其在形成过程中所发生的低频率（约频率（约10 5）“误切误切”，或由于，或由于双重溶源菌双重溶源菌的裂解而形成（约形成的裂解而形成（约形成50%缺陷噬菌体）缺陷噬菌体）|分类分类：低频转导与高频转导：低频转导与高频转导第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传转导的过程该该溶溶源源菌菌被被诱诱导导裂裂解解时时，有有极极少少数数（ 10 5）的的前前噬

145、噬菌菌体体（prophage）发发生生不不正正常常切切离离（abnormal excesion），其其结结果果会会将将插插入入位位点点两两侧侧之之一一的的少少数数宿宿主主基基因因（如如E.coli 前前噬噬菌菌体体的的两两侧侧分分别别为为发发酵酵半半乳乳糖糖的的gal基基因因或或合合成成生生物物素素的的bio基基因因）连连接接到到噬噬菌菌体体DNA上上（而而噬噬菌菌体体也也将将相相应应的的一一段段DNA遗遗留留在在宿宿主主的的染染色色体体组组上上），通通过过衣衣壳壳的的“误误包包”，就就形形成成了了一一种种特特殊殊的的噬噬菌菌体体缺缺陷陷噬噬菌菌体体（defective phage）。它它们们

146、没没有有将将宿宿主主溶溶源源化化的的能能力力，而而是是使使宿宿主主成成为为一一个个局局限限转转导导子，对子，对 噬菌体没有免疫性。噬菌体没有免疫性。温温和和噬噬菌菌体体感感染染受受体体菌菌后后，其其DNA会会开开环环，以以线线状状形形式式整整合合到到宿宿主主染染色色体体的的特特定定位位点点上上，从从而而使使宿宿主主细细胞胞发发生生溶溶源源化化，并并获获得得对对相同温和噬菌体的免疫性。相同温和噬菌体的免疫性。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传2.1低频转导（LFT，low frequency transduction）u一般的转导现象中，从宿主染色体上切离一般的转导现象中，从宿主染色体上切离时

147、发生不正常切离的频率极低，故这种裂解时发生不正常切离的频率极低，故这种裂解物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低的（物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低的（10 4 10 6）。把这种裂解物称为）。把这种裂解物称为LFT（低频转导）裂解（低频转导）裂解。u用用LFT裂解物以裂解物以低低 m. o. i（感染复数）（感染复数）感感染宿主，就可获得极少量的局限转导子，即染宿主，就可获得极少量的局限转导子，即低频转导低频转导。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传E.coli K12 ( )gal+(供体菌供体菌) (大量大量) + dgal+（105）E.coliK12Sgal(受体菌受体菌) E.coliK

148、12Sgal/ dgal+E.coliK12Sgal/ dgal+/ E.coliK12Sgal/ dgal+/ （双重容源菌供体）（双重容源菌供体） (50%) + dgal+（50%）E.coliK12Sgal(受体菌受体菌) E.coliK12Sgal/ dgal+（转导子转导子） （双重容源（双重容源转导子）转导子）高频转导和低频转导图解低频转导高频转导U.V.U.V.第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传双重容源菌双重容源菌【E.coliK12( / dg)】转导噬菌体（转导噬菌体（ dg） + 辅助噬菌体（辅助噬菌体（ ）转导子菌落转导子菌落噬菌斑噬菌斑U.V.附附第第八八章章微微生

149、生物物的的遗遗传传|当当用用LFTLFT裂裂解解物物以以高高m. m. o. o. i i 感感染染E. E. coli coli galgal（不不发发酵酵半半乳乳糖糖的的营营养养缺缺陷陷型型）菌菌株株时时，凡凡是是感感染染有有dgaldgal噬噬菌菌体体任任一一细细胞胞，几几乎乎都都同同时时感感染染有有正正常常的的 噬噬菌菌体体。这这时时 与与dgaldgal同同时时整整合合在在一一个个受受体体菌菌的的核核染染色色体体组组上上，从从而而使使它它成成为为一一个个双双重重溶溶源源菌菌（double double lysogenlysogen）。当当双双重重溶溶源源菌菌被被紫紫外外线线等等诱诱导

150、导时时，其其中中的的正正正正常常常常 噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体的的的的基基基基因因因因可可可可补补补补偿偿偿偿dgaldgaldgaldgal缺缺缺缺失失失失的的的的部部部部分分分分基基基基因因因因功功功功能能能能，因因而而两两种种噬噬菌菌体体就就同同时时获获得得复复制制的的机机会会。所所以以在在双双重重溶溶源源菌菌中中的的正正常常 噬噬菌菌体体被被称称为为助助体体（或或辅辅助助）噬噬菌菌体（体（helper phagehelper phage）。|双双重重溶溶源源菌菌的的裂裂解解物物中中含含有有等等量量的的 和和dgaldgal粒粒子子，称称为为HFTHFT（高频转导）裂解物。（高频转导）裂

151、解物。|用用HFTHFT裂裂解解物物以以低低 m. m. o. o. I I 感感染染另另一一个个E. E. coli coli galgal（不不发发酵酵半半乳乳糖糖的的营营养养缺缺陷陷型型）受受体体菌菌，就就可可以以高高频频率率地地把把它它转转化化为能发酵半乳糖的为能发酵半乳糖的E. coli galE. coli gal+ + 转导子。是为转导子。是为高频转导高频转导2.2 高频转导（HFT，high frequency transduction）第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传比较项目比较项目普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导转导的基因转导的基因供体染色体或染色供体染色体或染

152、色体外的任何基因体外的任何基因供体染色体上与原噬菌体紧供体染色体上与原噬菌体紧密连锁的少数几个个别基因密连锁的少数几个个别基因噬菌体寄生噬菌体寄生的位置的位置不结合在寄主染色不结合在寄主染色体特定位置上体特定位置上结合在寄主染色体特定位置结合在寄主染色体特定位置上上获得转导噬获得转导噬菌体的方法菌体的方法通过敏感菌的裂解通过敏感菌的裂解或容源菌的诱导或容源菌的诱导紫外线诱导容源菌紫外线诱导容源菌转导子的区转导子的区别别一般稳定，非溶原一般稳定，非溶原性（不表现出任何性（不表现出任何噬菌体的性状，包噬菌体的性状，包括免疫性）括免疫性）一般不稳定，呈缺陷溶原性一般不稳定，呈缺陷溶原性（对同源噬菌体

153、具有免疫性，（对同源噬菌体具有免疫性，但不表现出其它噬菌体的性但不表现出其它噬菌体的性状）状）普遍性转导和局限性转导的比较第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传3.溶源转变|概念：概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，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到宿主的核基因组上，而使后因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。转变。|性质：性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。表面上与转导相似，而本质上不同于转导。|区别：区别：z当宿主丧失其原噬菌体时，通过溶源转变而获得

154、的新性状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也随之消失z温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基因，是噬菌体自身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基因使宿主获得新性状z温和噬菌体使完整的，不是缺陷的温和噬菌体使完整的，不是缺陷的z获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传典型实例|Corynebacterium diphtheriae（白喉棒杆菌）：白（白喉棒杆菌）：白喉毒素喉毒素/ 温和噬菌体温和噬菌体|Clostridium botulinum（肉毒梭菌）：（

155、肉毒梭菌）：C型或型或D型型肉毒毒素肉毒毒素|Salmonella anatum（鸭沙门氏菌）：细胞表面多（鸭沙门氏菌）：细胞表面多糖糖/E15噬菌体噬菌体|Streptomyces erythreus（红霉素链霉菌）：合霉（红霉素链霉菌）：合霉素合成和气生菌丝形成素合成和气生菌丝形成/P4温和噬菌体温和噬菌体第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（二）接合（conjugation）|定义：供体菌（定义：供体菌（“雄雄”）通过其性菌毛与受体菌（）通过其性菌毛与受体菌（“雌雌”）相接触，前者传递不同长度的相接触，前者传递不同长度的DNA给后者，并在后者细胞中给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步

156、与核染色体发生交换、整合，从而使后进行双链化或进一步与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。者获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。|通过接合而获得新性状的受体细胞就是通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（接合子（conjugant）|研究方法：研究方法：1946年年J.Lederberg等采用等采用E.coli的两株营养缺陷的两株营养缺陷型进行实验，奠定了型进行实验，奠定了方法学基础方法学基础；也为以后的微生物遗传学；也为以后的微生物遗传学提供了必要的条件。提供了必要的条件。|存在范围：存在范围：z细菌：细菌：G 较为多见如较为多见如E. coli、Sa

157、lmonella、Shigella、Serratia、Vibrio 、Azotobacter 、Klebsiella和和Pseudomonas等最为常见等最为常见z放线菌：放线菌：Streptomyces 、Nocardiaz接合还可发生在不同属的菌种之间，如接合还可发生在不同属的菌种之间，如E. coli与与Salmonella typhimurium之间或之间或S. typhimurium与与Shigella dysenteriae之间之间|E. coli的的F因子：决定性别的质粒，属于附加体（因子：决定性别的质粒，属于附加体（episome），），可以通过接合作用获得，也可以通过丫啶类化

158、合物、溴化乙可以通过接合作用获得，也可以通过丫啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素锭或丝裂霉素C的处理而消除。的处理而消除。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传接合接合两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的基两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的基因重组方式。因重组方式。通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（子（conjugant）1946年用年用E.coli的两个营养缺陷型所作的实验：的两个营养缺陷型所作的实验：Met+bio+thr+leu+Metbiothr+leu+Met+bio+thrleuMet.bio.thr.leu混合培养离心洗涤后1、接

159、合及其发现AB第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传AB过滤器U型管实验第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 接合接合 供体与受体供体与受体细胞胞直接接触，借性菌直接接触，借性菌毛毛传递DNA，在，在受体受体细胞中胞中发生交生交换、整合，使之、整合，使之获得供体菌的得供体菌的遗传性性状的状的现象，称象，称为接接合。通合。通过接合而接合而获得新性状的受体得新性状的受体细胞就称接合子。胞就称接合子。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传F因子的存在方式第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传根据根据F因子在因子在E. coli中的有无，及与染色中的有无，及与染色体的关系

160、，可将体的关系，可将E. coli分为四种类型：分为四种类型： F （“雌性雌性”）菌株：）菌株：细胞中不含有细胞中不含有F因子，因子，细胞表面不具有有性纤毛。细胞表面不具有有性纤毛。可可以以通通过过与与F+、F或或Hfr菌菌株株接接合合而而接接受受供供体体菌菌的的F因因子子、 F因因子子或或Hfr菌菌株株的的部部分分或或全全部部遗遗传传信信息息，相相应应地地可可以以转转变变成成F+菌菌株株、 F菌菌株或重组子。株或重组子。据据估估计计，从从自自然然界界分分离离到到的的2000株株E. coli中中约约有有30%是是F菌株。菌株。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 F+（“雄性雄性”）菌株：

161、）菌株：细胞内含有（细胞内含有（14个）游离的个）游离的F因子，因子，细胞表面存在与细胞表面存在与F因子数目相当的性菌毛。因子数目相当的性菌毛。与与F 相相接接触触时时，可可通通过过性性菌菌毛毛将将F因因子子转转移移到到F 细细胞胞中中，使使之之也也变变成成F+菌菌株株。 F因因子子以以很很高高的的频频率率传传递递，但但含含F因因子子的的宿主细胞的染色体宿主细胞的染色体DNA一般并不被转移。一般并不被转移。F+ F F+ F 第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传Hfr F H fr + F （在大多数情况下）（在大多数情况下） Hfr F H fr + Hfr （在极少数情况下）（在极少数情况

162、下）Hfr（高频重组，（高频重组，high frequency recombination）菌株：）菌株：u 含有与染色体特定位点整合的含有与染色体特定位点整合的F因子。因子。u 因该菌株与因该菌株与F 接合后的重组频率比接合后的重组频率比F+ 菌株高几百倍菌株高几百倍而得名。而得名。u Hfr菌株与菌株与F菌株接合时，菌株接合时，Hfr染色体双链中的一条单染色体双链中的一条单链在链在F因子处发生断裂，因子处发生断裂，F因子位于线状单链因子位于线状单链DNA的两端，的两端，整段单链线状染色体从整段单链线状染色体从5端开始等速进入端开始等速进入F细胞，在没有细胞，在没有外界干扰的情况下，全部转移

163、过程的完成需要约外界干扰的情况下，全部转移过程的完成需要约120分钟。分钟。由于种种原因由于种种原因DNA转移过程常会发生中断，所以越是前端转移过程常会发生中断，所以越是前端的基因进入的基因进入F 细胞的机会越大。细胞的机会越大。F因子位于线状因子位于线状DNA的末的末端，进入受体细胞的机会最小，故这种接合引起转性的频端，进入受体细胞的机会最小，故这种接合引起转性的频率最低，但可以出现各种重组子。率最低，但可以出现各种重组子。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传F菌株：菌株：细细胞胞中中含含有有游游离离的的、带带小小段段染染色色体体基基因因的的环环状状F因因子子，可可与与F 菌株接合，使其成为

164、菌株接合，使其成为F菌株。菌株。F菌菌株株的的形形成成：由由Hfr菌菌株株中中的的F因因子子在在不不正正常常切切离离而而脱脱离离核核染染色色体体组组时时所所形形成成，并并因因此此造造成成细细胞胞染染色色体体发发生生缺缺失失， F因子也缺失一段因子也缺失一段DNA.由由Hfr异常释放所生成的异常释放所生成的F菌株，称为菌株，称为初生初生F菌株菌株；由由F 接受外来接受外来F因子所产生的因子所产生的F叫作叫作次生次生F细胞细胞；F因因子子转转导导Fmediated transduction: 利利用用F菌菌株株与与F接接合合可可将将供供体体染染色色体体DNA传传入入F 菌菌株株，从从而而使使F 既

165、既获获得得供供体体菌菌的的若若干干遗遗传传特特性性，又又可可获获得得F因因子子。这这种种接接合合方方式式叫叫做做F因因子子转转导导,又又称称性性导导sexduction. 因因为为F因因子子可可在在细细菌菌的的染染色色体体多多位位点点整整合合，所所以以F因因子子转转导导可可实实现现不不同同基基因因的的转移和重组。转移和重组。F F F + F第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传F因子转导（F-duction）|通过通过F菌株与与菌株与与F菌株间的接合，就可以使后者转变成菌株间的接合，就可以使后者转变成F菌株，为菌株，为次生次生F菌株菌株。它是一个。它是一个部分双倍体部分双倍体，具有一，具有一个

166、不完整的个不完整的F因子，缺少部分基因，仍可进行与因子，缺少部分基因，仍可进行与F菌株菌株间的接合。间的接合。|由由F因子来传递供体基因的方式，称为因子来传递供体基因的方式，称为F因子转导、性导因子转导、性导（sexduction）或）或F因子媒介的转导（因子媒介的转导（Fmediated transduction）。）。图 ：初生F菌株和次生F菌株的由来第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传接合的一般过程|接合时接合时F+细胞与细胞与F 细胞相遇，性菌毛与细胞相遇，性菌毛与F 细胞表面发生细胞表面发生吸附而形成接合管；吸附而形成接合管；|F+细胞内，细胞内，F因子的一条因子的一条DNA单链在特

167、定的位点上发生断单链在特定的位点上发生断裂；裂；|断裂后的单链逐步解开，同时以另一条留存的环状单链断裂后的单链逐步解开，同时以另一条留存的环状单链做模板，通过模板的滚动，一方面把解开的单链以做模板，通过模板的滚动，一方面把解开的单链以5为先为先导通过性菌毛推入导通过性菌毛推入F 细胞中，另一方面，在供体细胞内细胞中，另一方面，在供体细胞内以滚动的环状模板重新合成一条互补的环状单链，以取以滚动的环状模板重新合成一条互补的环状单链，以取代传递到代传递到F 细胞中的那条单链。这种细胞中的那条单链。这种DNA复制机制称为复制机制称为滚环模型（滚环模型（rolling circle model）；）；|

168、在在F 细胞中，以外来的供体细胞中，以外来的供体DNA线状单链为模板合成一线状单链为模板合成一条互补单链，并随之恢复成环状双链条互补单链，并随之恢复成环状双链F因子。因子。|至此，原来的至此，原来的F 菌株变成了菌株变成了F+ 菌株。原来的供体仍为菌株。原来的供体仍为F+ 菌株。菌株。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传接合中断试验与染色体图|HfrHfr菌菌株株与与F F 菌菌株株接接合合与与F F+ + 菌菌株株相相似似，区区别别在在于于F F因因子子被被分分隔隔在在核核染染色色体体组组两两端端，F F因因子子的的头头先先进进入入受受体体细细胞胞，然然后后是是核核染染色色体体组组，只只有有

169、核核染染色色体体组组完完全全进进入入受受体体细细胞胞之之后，后，F F因子的尾才能进入受体菌细胞，完成因子的尾才能进入受体菌细胞，完成DNADNA的传递。的传递。|HfrHfr菌菌株株与与F F 菌菌株株的的接接合合随随时时都都可可能能被被中中断断，所所以以极极少少出现转性的结果，而是形成各种各样的重组子。出现转性的结果，而是形成各种各样的重组子。|接接合合中中断断试试验验：由由WollmanWollman和和JacobJacob首首创创（19551955），首首先先认识了原核微生物染色体的环状特性。认识了原核微生物染色体的环状特性。|原原理理：接接合合试试验验的的DNADNA转转移移过过程程

170、存存在在着着严严格格的的顺顺序序性性，在在接接合合进进行行中中采采用用定定时时人人为为中中断断的的方方法法，可可以以获获得得呈呈现现不不同同数数量量 Hfr Hfr 性性状状的的 F F 接接合合子子，据据此此，可可以以选选定定几几种种有有特特定定整整合合位位点点的的 Hfr Hfr 菌菌株株，使使之之与与F F菌菌株株进进行行接接合合，并并在在不不同同时时间间使使其其中中断断，最最后后，根根据据F F中中出出现现HfrHfr菌菌株株中中各各种种形形状状的的时时间间顺顺序序（分分钟钟），可可以以绘绘出出较较为为完完整整的的环环状状染色体图（染色体图（chromosome mapchromoso

171、me map）。|到到19831983年年E. coliE. coli染色体上已定位染色体上已定位10271027个基因。个基因。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传接合中断试验接合中断试验HfrHfr中中F F因子的整合、断裂和转移因子的整合、断裂和转移abcde第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传（四）原生质体融合protoplast fusion|概念：概念：通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子

172、（fusant）的过程，称为原生质体融合。）的过程，称为原生质体融合。|适用范围：适用范围：各种生物细胞都能进行原生质体融合，各种生物细胞都能进行原生质体融合，包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植物和人体的不同细胞。物和人体的不同细胞。|意义：意义：70年代后发展的一种育种新技术，继转化、年代后发展的一种育种新技术，继转化、转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间进行，还能做到属间、科间甚至更远缘的微生进行，还能做到属间、科间甚至更

173、远缘的微生物或高等生物细胞间的融合。物或高等生物细胞间的融合。|发展点：发展点：有关原生质体融合的遗传机制，尚未研有关原生质体融合的遗传机制，尚未研究清楚，目前还在探索中。究清楚，目前还在探索中。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传l原生质体融合的优点：原生质体融合的优点： 可以提高重组率可以提高重组率 双亲可以少带标记或不带标记双亲可以少带标记或不带标记 可进行多亲本融合可进行多亲本融合 有利于不同种间、属间微生物的杂交有利于不同种间、属间微生物的杂交 通过原生质体融合提高产量通过原生质体融合提高产量 第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传原生质体融合的主要步骤|选择亲株选择亲株 制备原生质体

174、制备原生质体原生质体融原生质体融合合 原生质体原生质体 再生再生 筛选优良性状的筛选优良性状的融合重组子融合重组子第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传二、真核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组 主要方式：主要方式：有性杂交有性杂交准性杂交准性杂交原生质体融合（略）原生质体融合（略）转化（略）转化（略）（一）有性杂交（一）有性杂交一般指性细胞间的接合和随之发生的染色体重组，一般指性细胞间的接合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的过程。并产生新遗传型后代的过程。凡是能产生有性孢子的酵母菌或霉菌，原则上都凡是能产生有性孢子的酵母菌或霉菌，原则上都能采用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂

175、交能采用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂交方法进行育种。方法进行育种。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传酵母菌的有性杂交育种（一）酵母菌的（一）酵母菌的生活史生活史（复习）（复习）（二）酵母菌有性杂交技术（二）酵母菌有性杂交技术酵母菌有性杂交程序一般为酵母菌有性杂交程序一般为：亲本的单倍化亲本的单倍化有性杂交有性杂交杂交后代的检出杂交后代的检出筛选优良性状个体筛选优良性状个体第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传1.亲本的单倍化亲本的单倍化1)杂交亲本单倍体细胞的分离杂交亲本单倍体细胞的分离A.子囊的形成子囊的形成a.形成子囊的条件形成子囊的条件b.一般方法一般方法1.A . 单倍体子囊孢子

176、的分离单倍体子囊孢子的分离a.显微操作器分离单倍体子囊孢子法显微操作器分离单倍体子囊孢子法b.酶法酶法c.机械研磨法机械研磨法2.B. 单倍体菌株的确定单倍体菌株的确定a.单倍体细胞与二倍体细胞在单倍体细胞与二倍体细胞在形态方面的区别形态方面的区别b.生孢子能力的测定生孢子能力的测定c.单倍体细胞结合型的确定单倍体细胞结合型的确定1. 2) 杂交亲本单倍体细胞遗传标记的制作杂交亲本单倍体细胞遗传标记的制作酵母菌有性杂交的方法第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传1.可口可乐可口可乐2.酵母菌有性杂交酵母菌有性杂交孢子杂交法孢子杂交法群体交配法群体交配法单倍体细胞杂交法单倍体细胞杂交法3.杂交后代

177、的检出杂交后代的检出4.筛选优良性状个体筛选优良性状个体第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传S. Cerevisiae 的双倍体和单倍体细胞的比较|项项 目目双倍体双倍体 单倍体单倍体|细细 胞胞大，椭圆形大，椭圆形小，球形小，球形|菌菌 落落大，形态均一大，形态均一 小，形态变化较多小，形态变化较多|液体培养液体培养 繁殖快，细胞较分散繁殖快，细胞较分散 繁殖较慢，细胞常聚集成团繁殖较慢，细胞常聚集成团在产孢子培养基上在产孢子培养基上 形成子囊及子囊孢子形成子囊及子囊孢子不形成子囊不形成子囊自自 或或然然 人人破破 工工壁壁 破壁破壁减数分裂减数分裂接合接合子囊孢子发芽子囊孢子发芽第第八八章

178、章微微生生物物的的遗遗传传（二）准性生殖（parasexualhybridization）定义和意义：定义和意义：类似于有性生殖但更原始的生殖方式，是通过类似于有性生殖但更原始的生殖方式，是通过同一物种两个不同菌株的体细胞发生融合，不同一物种两个不同菌株的体细胞发生融合，不经过减数分裂而导致低频率基因重组并产生重经过减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。组子。为半知菌育种提供了一个重要手段。为半知菌育种提供了一个重要手段。存在范围：存在范围：常见于一些真菌尤其是半知常见于一些真菌尤其是半知 菌中菌中准性生殖的过程准性生殖的过程：第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传准性生殖的过程菌菌丝联结

179、异核体形异核体形成（成（质配）配） 核配形成核配形成杂合二倍体合二倍体体体细胞交胞交换和和单倍体倍体化化。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传异核体：异核体：同一菌同一菌丝有不同有不同遗传性状的核在同一性状的核在同一 细胞胞质中生中生长。 同核体：同核体：同一菌同一菌丝中只有一种核。中只有一种核。异核体的特点：异核体的特点：1）具有感受性的两种菌）具有感受性的两种菌丝间才可形成异核体；才可形成异核体； 2）具有野生型性状，可在基本培养基上生）具有野生型性状，可在基本培养基上生长 ； （基因互（基因互补功能）功能） 3）大多数异核体的分生）大多数异核体的分生孢子不能在基本培养基子不能在基本培养基

180、 上生上生长；如能生；如能生长，则为异核体、或异核体、或为杂合合 二倍体（重二倍体（重组子）。子）。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传体细胞交换和单倍体化 杂合体合体细胞中有极少数胞中有极少数细胞核在胞核在进行有行有丝分分裂的裂的过程中，能程中，能发生体生体细胞染色体胞染色体间的交的交换、分、分离（离（单倍体化）而倍体化）而产生具有新性状的生具有新性状的单倍体倍体杂合合子、双倍体及非整倍体。子、双倍体及非整倍体。ABA+B（同核体）（同核体）（异核体）（异核体）AABBABAABB（杂合二倍体）合二倍体）单倍体倍体杂合子合子第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传准性生殖与有性生殖的比较项项 目

181、目准性生殖准性生殖有性生殖有性生殖参与接合的亲本细胞参与接合的亲本细胞形态相同的体细胞形态相同的体细胞形态或生理上有分形态或生理上有分化的性细胞化的性细胞独立生活的异核体阶段独立生活的异核体阶段有有无无接合后双倍体细胞形态接合后双倍体细胞形态与单倍体基本相同与单倍体基本相同与单倍体明显不同与单倍体明显不同双倍体变单倍体的途径双倍体变单倍体的途径通过有丝分裂通过有丝分裂通过减数分裂通过减数分裂接合发生的几率接合发生的几率偶然发现，几率低偶然发现，几率低正常出现，几率高正常出现，几率高第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传准性杂交选择亲本：选择亲本：以来自不同菌株的合适的营养缺陷型为亲本以来自不同菌

182、株的合适的营养缺陷型为亲本强强制制异异合合：将将两两菌菌亲亲株株的的分分生生孢孢子子（106107）混混合合涂涂平平板板，并并做做各各单单亲亲本本对对照照， 平平板板上上长长出出的的菌菌落落是是异异核核体或杂合二倍体体或杂合二倍体移单菌落：移单菌落：纯化菌落，并将纯化后的菌落移入纯化菌落，并将纯化后的菌落移入斜面斜面验验稳稳定定性性：在在夹夹层层平平板板上上培培养养后后，再再倒倒上上一一层层+，再再培培养养后后若若出出现现大大量量新新菌菌落落，说说明明是是不不稳稳定定的的异异核核体体，反反之之是杂合二倍体是杂合二倍体促促进进变变异异：用用诱诱变变剂剂进进行行处处理理，以以促促进进染染色色体体发

183、发生生交交换换、染染色色体体在在子子细细胞胞分分配配不不均均、染染色色体体缺缺失失或或畸畸变变、点点突突变变等等，使分离后的子代提高增加新性状的可能使分离后的子代提高增加新性状的可能筛选：筛选：第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传Penicillum urticae 的准性杂交步骤第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传1.1.衰退（衰退（degenerationdegeneration） ：菌种在培养或保藏过：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的

184、衰退。称为菌种的衰退。衰退的原因：衰退的原因：基因突变，基因突变，分离现象。分离现象。常见的衰退现象：常见的衰退现象：菌落和细胞形态的改变；菌落和细胞形态的改变； 生长速度缓慢，产孢子越来越少；生长速度缓慢，产孢子越来越少； 抵抗力、抗不良环境能力减弱等。抵抗力、抗不良环境能力减弱等。代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降；代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降；第四节 菌种的衰退、复壮及保藏一、菌种的衰退与复壮的概念一、菌种的衰退与复壮的概念第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传2 2、 菌种的复壮菌种的复壮（rejuvenationrejuvenation）：使衰退的菌种恢复原：使衰退的菌种

185、恢复原来优良性状。来优良性状。狭义的复壮狭义的复壮是指在菌种已发生衰退的情况下，通是指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出未衰过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施；退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施；广义的复壮广义的复壮是指在菌种的生产性能未衰退前就有意识的经常、进行纯种的是指在菌种的生产性能未衰退前就有意识的经常、进行纯种的分离和生产性能测定工作，以期菌种的生产性能逐步提高。实分离和生产性能测定工作，以期菌种的生产性能逐步提高。实际上是利用自发突变（正变）不断地从生产中选种际上是利用

186、自发突变（正变）不断地从生产中选种. .菌种的复壮措施：菌种的复壮措施：纯种分离：纯种分离：（平板划线法、涂布法、倾注法、单细胞挑取法（平板划线法、涂布法、倾注法、单细胞挑取法等等）。）。 通过寄主体内生长进行复壮（通过寄主体内生长进行复壮（如如Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis的的复壮）复壮） ； 淘汰已衰退的个体淘汰已衰退的个体（采用比较激烈的理化条件进行处理，以（采用比较激烈的理化条件进行处理，以杀死生命力较差的已衰退个体）。杀死生命力较差的已衰退个体）。采用有效的菌种保藏方法。采用有效的菌种保藏方法。第第八八章章微微生生物物的的遗遗

187、传传3 3、防止菌种衰退的方法：、防止菌种衰退的方法： 控制传代次数（一般在控制传代次数（一般在DNADNA的复制过程中，的复制过程中，碱基的错配率是碱基的错配率是5x105x10-4-4，自发突变的频率为，自发突变的频率为1010- -8 81010-9-9，采用良好的菌种保藏方法，可以减少，采用良好的菌种保藏方法，可以减少移种和传代的数）；移种和传代的数）； 选择合适的培养条件；选择合适的培养条件； 采用不同类型的细胞进行传代（对丝状微采用不同类型的细胞进行传代（对丝状微生物而言，通常采用稳定的单核孢子进行接种）生物而言，通常采用稳定的单核孢子进行接种）； 采用有效的菌种保藏方法。采用有效

188、的菌种保藏方法。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传1. 1. 目的：目的：存活，不丢失，不污染存活，不丢失，不污染 防止优良性状丧失防止优良性状丧失 随时为生产、科研提供优良菌种随时为生产、科研提供优良菌种2. 2. 原理：原理：选用优良的纯种，（最好是休眠体，选用优良的纯种，（最好是休眠体，如分生孢子、芽胞等），创造降低微生物代如分生孢子、芽胞等），创造降低微生物代谢活动强度，生长繁殖受抑制，难以发生突谢活动强度，生长繁殖受抑制，难以发生突变的环境条件。（其环境要素是干燥、低温、变的环境条件。（其环境要素是干燥、低温、缺氧、缺营养缺氧、缺营养 以及添加保护剂等）以及添加保护剂等）二、菌种保

189、藏第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传 菌菌 连续在培养基上（内）移种连续在培养基上（内）移种 种种 生活态生活态 传代培养保藏法传代培养保藏法 连续在活宿主上（内）移种连续在活宿主上（内）移种 保保 固体斜面固体斜面 藏藏 湿法湿法 半固体琼脂柱半固体琼脂柱 方方 休眠态休眠态 液体介质（蒸馏水、糖液、其它溶液）液体介质（蒸馏水、糖液、其它溶液） 法法 干法干法 藏在玻璃管内藏在玻璃管内 吸附在合适的载体上吸附在合适的载体上3.菌种保藏的方法第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传3、方法：、方法：低温保藏法方法：菌种管置4冰箱保藏，定时传代 原理：低温下，微生物代谢强度明显下降 。石蜡油低温保

190、藏法：橡皮塞取代棉塞、加石蜡油。干燥保藏法干燥保藏法将菌种置于土壤、细纱、滤纸、硅胶等干燥材料将菌种置于土壤、细纱、滤纸、硅胶等干燥材料上保藏。如砂土管法，适用于放线菌、芽孢菌和上保藏。如砂土管法，适用于放线菌、芽孢菌和某些真菌保藏，保藏时间几至几十年。某些真菌保藏，保藏时间几至几十年。第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传真空冷冻干燥法真空冷冻干燥法加有保护剂的菌悬液在冻结状态下予以加有保护剂的菌悬液在冻结状态下予以真空干燥。真空干燥。适用于各种微生物，便于大量保藏，菌适用于各种微生物，便于大量保藏，菌种存活时间长，是目前最好的保藏方法。种存活时间长，是目前最好的保藏方法。液氮超低温保藏法液氮

191、超低温保藏法将菌种置于保护剂中，预冻后保存在液将菌种置于保护剂中，预冻后保存在液氮超低温冰箱中（氮超低温冰箱中（ 196）。）。适用于各种微生物的较理想的保藏方法。适用于各种微生物的较理想的保藏方法。 第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传v菌种保藏机构的任务菌种保藏机构的任务菌种保藏机构的任务菌种保藏机构的任务：广泛收集科研和广泛收集科研和生产菌种、菌株，并加以妥善保管，使之达到生产菌种、菌株，并加以妥善保管，使之达到不死、不衰、不乱以及便于研究、交换和使用不死、不衰、不乱以及便于研究、交换和使用的目的。的目的。v菌种保藏机构菌种保藏机构菌种保藏机构菌种保藏机构 中国微生物菌种保藏委员会中国微

192、生物菌种保藏委员会(CCCCM) 美国的典型菌种保藏中心美国的典型菌种保藏中心(ATCC) 英国国家典型菌种保藏所（英国国家典型菌种保藏所（NCTC） 法国里昂巴斯德研究所（法国里昂巴斯德研究所（IPL）国内外菌种保藏机构国内外菌种保藏机构第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传干法保藏菌种的方法干法保藏菌种的方法 滴入小试管（在放入大试管干燥器中）藏在玻璃管内 封入安培瓶 菌液直接真空干燥法（L-干燥法） 冷冻真空干燥法 细粒状载体（土壤、沙粒、土壤+沙粒） 球块状载体（硅胶、瓷球）合适的载体 有机基质（曲料、麦粒） 滤纸片 薄片状载体 明胶小片（滴在蜡纸板上干燥而成） 血清蛋白小片（乙烯薄膜 ） 第第八八章章微微生生物物的的遗遗传传几种常用菌种保藏方法的比较几种常用菌种保藏方法的比较方法名称主要措施适宜菌种保藏期评价冰箱保藏法（斜面）冰箱保藏法（半固体）石蜡油封藏法*沙土保藏法冷冻干燥法低温低温低温、缺氧干燥、无营养干燥、无氧、低温、有保护剂各大类细菌、酵母菌各大类*产孢子微生物各大类36月612月12年110年515年以上简便简便简便简便有效简便有效