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1、第八章第八章 微生物的遗传变异与育种微生物的遗传变异与育种教学目标与要求：教学目标与要求：教学目标与要求：教学目标与要求：掌握微生物遗传变异的机制和规律。掌握微生物遗传变异的机制和规律。掌握微生物遗传变异的机制和规律。掌握微生物遗传变异的机制和规律。掌握微生物的突变，细菌的基因重组，并了解其在掌握微生物的突变，细菌的基因重组，并了解其在掌握微生物的突变，细菌的基因重组，并了解其在掌握微生物的突变，细菌的基因重组，并了解其在工农业生产和科研中的应用。工农业生产和科研中的应用。工农业生产和科研中的应用。工农业生产和科研中的应用。 掌握微生物菌种复壮和保藏的基本知识与方法。掌握微生物菌种复壮和保藏的
2、基本知识与方法。掌握微生物菌种复壮和保藏的基本知识与方法。掌握微生物菌种复壮和保藏的基本知识与方法。了解现代育种技术。了解现代育种技术。了解现代育种技术。了解现代育种技术。本章的难点：本章的难点：本章的难点：本章的难点：微生物基因突变的机制和细菌的基因重组微生物基因突变的机制和细菌的基因重组微生物基因突变的机制和细菌的基因重组微生物基因突变的机制和细菌的基因重组第八章第八章 微生物的遗传变异与育种微生物的遗传变异与育种第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 一、什么是遗传与变异一、什么是遗传与变异 遗传和变异是生物界最本质的属性之遗传和变异是生物界最本质的属性之一。遗传是亲代和子代
3、生物学特性传递的一。遗传是亲代和子代生物学特性传递的过程，使亲代的特性在子代中重现。遗传过程，使亲代的特性在子代中重现。遗传学是研究生物遗传机制的科学。学是研究生物遗传机制的科学。 有关微生物的遗传变异现象，早在巴斯德有关微生物的遗传变异现象，早在巴斯德时代就已开始了研究，如柯赫从患炭疽病的羊时代就已开始了研究，如柯赫从患炭疽病的羊体中分离出了炭疽杆菌；巴斯德利用变异的炭体中分离出了炭疽杆菌；巴斯德利用变异的炭疽杆菌制成了疫苗防治炭疽病等。疽杆菌制成了疫苗防治炭疽病等。 2020世纪世纪4040年代起，由于细菌杂交试验的成年代起，由于细菌杂交试验的成功，使微生物遗传学有了飞速的发展，并一跃功，
4、使微生物遗传学有了飞速的发展，并一跃成为成为2020世纪世纪7070年代后生物科学中发展最为迅速年代后生物科学中发展最为迅速的学科之一。的学科之一。 微生物为什么是研究遗传学和生命科学有微生物为什么是研究遗传学和生命科学有关基本理论问题的最好的对象和实验材料？为关基本理论问题的最好的对象和实验材料？为什么说它为分子遗传学、分子生物学、生物工什么说它为分子遗传学、分子生物学、生物工程等作出了巨大的贡献？程等作出了巨大的贡献？1 1、微生物的结构较为简单，多数为单细胞或、微生物的结构较为简单，多数为单细胞或简单的多细胞，有的甚至是分子生物（如病毒，简单的多细胞，有的甚至是分子生物（如病毒，类病毒等
5、）。这样就使得遗传学的研究在分子水类病毒等）。这样就使得遗传学的研究在分子水平上进行提供了可能和方便，从而推动和促进了平上进行提供了可能和方便，从而推动和促进了分子遗传学与分子生物学的诞生和发展。分子遗传学与分子生物学的诞生和发展。2 2、微生物营养体绝大多数是单倍体，核结构较、微生物营养体绝大多数是单倍体，核结构较为简单，核中为简单，核中DNADNA发生的变化，一般都能在遗传发生的变化，一般都能在遗传性状上表现出来。性状上表现出来。 它是分子生物学、分子遗传学等现代生物技它是分子生物学、分子遗传学等现代生物技术进一步研究和发展的有力工具。术进一步研究和发展的有力工具。3 3、微生物的繁殖速度
6、快，传代时间短。、微生物的繁殖速度快，传代时间短。 （如：（如：E.coliE.coli每每2020即可繁殖一代即可繁殖一代 ）4 4、微生物的突变体容易被识别。、微生物的突变体容易被识别。营养要求简单、易形成肉眼可见的菌落，环境营养要求简单、易形成肉眼可见的菌落，环境条件对各个体的作用直接而均匀，存在着多种条件对各个体的作用直接而均匀，存在着多种原始的进化类型等。为分子生物学和分子遗传原始的进化类型等。为分子生物学和分子遗传学的创立和发展提供了基础和依据。学的创立和发展提供了基础和依据。微生物是微生物是分子生物学和分子生物学和遗传学研究中的明星遗传学研究中的明星有关遗传变异的几个基本概念有关
7、遗传变异的几个基本概念遗传性遗传性遗传性遗传性：是指亲代生物传给子代生物的一套实现与其相同性状是指亲代生物传给子代生物的一套实现与其相同性状是指亲代生物传给子代生物的一套实现与其相同性状是指亲代生物传给子代生物的一套实现与其相同性状的遗传信息，这种信息只有当子代个体生活在合适的的遗传信息，这种信息只有当子代个体生活在合适的的遗传信息，这种信息只有当子代个体生活在合适的的遗传信息，这种信息只有当子代个体生活在合适的环境条件下时，才能转化为具体的性状。和一切生物环境条件下时，才能转化为具体的性状。和一切生物环境条件下时，才能转化为具体的性状。和一切生物环境条件下时，才能转化为具体的性状。和一切生物
8、一样，微生物的遗传性是相对稳定的。一样，微生物的遗传性是相对稳定的。一样，微生物的遗传性是相对稳定的。一样，微生物的遗传性是相对稳定的。变异性：变异性：变异性：变异性：凡是在遗传物质水平上发生了改变，从而引起某些相凡是在遗传物质水平上发生了改变，从而引起某些相凡是在遗传物质水平上发生了改变，从而引起某些相凡是在遗传物质水平上发生了改变，从而引起某些相应性状发生改变的特性，称为变异性。这种变异性是应性状发生改变的特性，称为变异性。这种变异性是应性状发生改变的特性，称为变异性。这种变异性是应性状发生改变的特性，称为变异性。这种变异性是可以遗传的。可以遗传的。可以遗传的。可以遗传的。遗传性与变异性：
9、遗传性与变异性：遗传性与变异性：遗传性与变异性： 基因型与表型：基因型与表型：基因型：基因型：又称为又称为遗传型遗传型 和和因子型因子型。是生物体一。是生物体一切遗传基础的总和。生物的遗传性具有其特定切遗传基础的总和。生物的遗传性具有其特定的物质基础。在亲代传给子代的遗传物质中携的物质基础。在亲代传给子代的遗传物质中携带着它的全部遗传因子，即带着它的全部遗传因子，即基因基因。基因决定着。基因决定着生物的遗传类型。生物的遗传类型。表型：表型：在合适的外界环境条件下，特定遗传型在合适的外界环境条件下，特定遗传型的个体通过新陈代谢和生长发育所表现出来的的个体通过新陈代谢和生长发育所表现出来的种种具体
10、的性状。就称为该生物的表型（又叫种种具体的性状。就称为该生物的表型（又叫表现型、现象型）。遗传型相同的个体在不同表现型、现象型）。遗传型相同的个体在不同的环境条件下会呈现不同的表型。的环境条件下会呈现不同的表型。注：表型的改变不能称为变异，它是不涉及注：表型的改变不能称为变异，它是不涉及遗传物质的结构或复制过程改变的变化（易遗传物质的结构或复制过程改变的变化（易发生于转录或转译水平上的暂时性的变化，发生于转录或转译水平上的暂时性的变化，又叫做又叫做饰变饰变）。）。饰变：饰变：指生物体由于非遗传因素引起的表型指生物体由于非遗传因素引起的表型改变，变化发生在转录、转译水平，特点是改变，变化发生在转
11、录、转译水平，特点是几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化，性状变化的幅度小，不遗传，引起饰变化，性状变化的幅度小，不遗传，引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。变的因素消失后，表型即可恢复。 举例：举例： 25252525深红色菌落（灵杆菌素）深红色菌落（灵杆菌素）深红色菌落（灵杆菌素）深红色菌落（灵杆菌素） 粘质赛氏杆菌粘质赛氏杆菌粘质赛氏杆菌粘质赛氏杆菌 （饰变）（饰变）（饰变）（饰变） 25252525深红色菌落深红色菌落深红色菌落深红色菌落 （饰变）（饰变）（饰变）（饰变） 37373737 无色素（表型的改变）无色素（表型的改变）无色素（表型
12、的改变）无色素（表型的改变） 25252525无色素（遗传性变异）无色素（遗传性变异）无色素（遗传性变异）无色素（遗传性变异） 基因型的改变基因型的改变基因型的改变基因型的改变表型饰变表型饰变：表型的差异只与环表型的差异只与环境有关境有关特点：特点：暂时性、不暂时性、不可遗传性、表现为可遗传性、表现为全部个体的行为全部个体的行为遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变遗传物质改变，导致表型改变遗传物质改变，导致表型改变遗传物质改变，导致表型改变特点：特点：特点：特点：遗传性
13、、群体中极少数个体的行为遗传性、群体中极少数个体的行为遗传性、群体中极少数个体的行为遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频（自发突变频（自发突变频（自发突变频率通常为率通常为率通常为率通常为10101010-6-6-6-6-10-10-10-10-9-9-9-9）二、核酸是遗传变异的物质基础二、核酸是遗传变异的物质基础在生物体中是否存在着专门执行遗传变异功能的物在生物体中是否存在着专门执行遗传变异功能的物在生物体中是否存在着专门执行遗传变异功能的物在生物体中是否存在着专门执行遗传变异功能的物质问题，是生物学界长期争论不休的重大问题之一。质问题，是生物学界长期争论不休的重大问题之一。质问题，
14、是生物学界长期争论不休的重大问题之一。质问题，是生物学界长期争论不休的重大问题之一。直到直到直到直到20202020世纪世纪世纪世纪40404040年代研究了微生物的转化及其化学本年代研究了微生物的转化及其化学本年代研究了微生物的转化及其化学本年代研究了微生物的转化及其化学本质、噬菌体的感染机制和植物病毒的拆开及重建实质、噬菌体的感染机制和植物病毒的拆开及重建实质、噬菌体的感染机制和植物病毒的拆开及重建实质、噬菌体的感染机制和植物病毒的拆开及重建实验后，才以无可辨驳的事实确立了核酸，尤其是脱验后，才以无可辨驳的事实确立了核酸，尤其是脱验后，才以无可辨驳的事实确立了核酸，尤其是脱验后，才以无可辨
15、驳的事实确立了核酸，尤其是脱氧核糖核酸（氧核糖核酸（氧核糖核酸（氧核糖核酸（DNADNADNADNA）是一切生物遗传变异的物质基础是一切生物遗传变异的物质基础是一切生物遗传变异的物质基础是一切生物遗传变异的物质基础这一科学的结论，同时也使生物学发展到分子生物这一科学的结论，同时也使生物学发展到分子生物这一科学的结论，同时也使生物学发展到分子生物这一科学的结论，同时也使生物学发展到分子生物学的崭新阶段。下面就让我们看一下证明核酸是遗学的崭新阶段。下面就让我们看一下证明核酸是遗学的崭新阶段。下面就让我们看一下证明核酸是遗学的崭新阶段。下面就让我们看一下证明核酸是遗传变异物质基础的三个经典实验。传变
16、异物质基础的三个经典实验。传变异物质基础的三个经典实验。传变异物质基础的三个经典实验。（一）（一） 转化实验转化实验 转化现象是由英国的细菌学家格里菲斯在转化现象是由英国的细菌学家格里菲斯在19281928年首次发现的。肺炎球菌是一种病原菌，存在年首次发现的。肺炎球菌是一种病原菌，存在着两种不同类型。着两种不同类型。 光滑型（光滑型（光滑型（光滑型（SmoothSmoothSmoothSmooth）S S S S型：型：型：型：SSSS、 （有荚膜、能使人和动物致病）有荚膜、能使人和动物致病）有荚膜、能使人和动物致病）有荚膜、能使人和动物致病）肺炎球菌肺炎球菌肺炎球菌肺炎球菌 粗糙型（粗糙型（
17、粗糙型（粗糙型（RoughRoughRoughRough） R R R R型：型：型：型：RRRR、 （无荚膜、不使人和动物发病）无荚膜、不使人和动物发病）无荚膜、不使人和动物发病）无荚膜、不使人和动物发病）格里菲斯的格里菲斯的转化实验转化实验离体条件下的实验：离体条件下的实验：离体条件下的实验：离体条件下的实验： 加热杀死的加热杀死的加热杀死的加热杀死的 SSSS不生长不生长不生长不生长 SSSS SSSS、R R R R 各自保持着遗各自保持着遗各自保持着遗各自保持着遗 传特性传特性传特性传特性 RRRR R R R R 长出长出长出长出R R R R 在这里在这里在这里在这里SSSS菌已
18、被加热杀死，当然不能死而复生。因此菌已被加热杀死，当然不能死而复生。因此菌已被加热杀死，当然不能死而复生。因此菌已被加热杀死，当然不能死而复生。因此所分离到的活的所分离到的活的所分离到的活的所分离到的活的SSSS菌只能是菌只能是菌只能是菌只能是RRRR的变异菌株，而这又是的变异菌株，而这又是的变异菌株，而这又是的变异菌株，而这又是在在在在SSSS型肺炎球菌的称为转化因子的物质的作用下发生型肺炎球菌的称为转化因子的物质的作用下发生型肺炎球菌的称为转化因子的物质的作用下发生型肺炎球菌的称为转化因子的物质的作用下发生的。至于这种转化因子到底是什么化学成分的物质，在的。至于这种转化因子到底是什么化学成
19、分的物质，在的。至于这种转化因子到底是什么化学成分的物质，在的。至于这种转化因子到底是什么化学成分的物质，在当时格里菲斯并未做出回答。当时格里菲斯并未做出回答。当时格里菲斯并未做出回答。当时格里菲斯并未做出回答。vv加加加加S S菌菌菌菌DNADNAvv加加加加S S菌菌菌菌DNADNA及及及及DNADNA酶以酶以酶以酶以 外的酶外的酶外的酶外的酶vv加加加加S S菌的菌的菌的菌的DNADNA和和和和DNADNA酶酶酶酶vv加加加加S S菌的菌的菌的菌的RNARNAvv加加加加S S菌的蛋白质菌的蛋白质菌的蛋白质菌的蛋白质vv加加加加S S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活活
20、活R R R R菌菌菌菌长出长出长出长出S S S S菌菌菌菌只有只有只有只有R R R R菌菌菌菌19441944年年年年 O.T.AveryO.T.Avery、 C.M.MacLeodC.M.MacLeod和和和和 MM。 McCartyMcCarty从从从从热热热热死死死死的的的的S S S S型型型型中中中中提提提提纯纯纯纯了了了了可可可可能能能能作作作作为为为为转转转转化化化化因因因因子子子子的的的的各各各各种种种种成成成成分，在离体条件下进行了转化试验：分，在离体条件下进行了转化试验：分，在离体条件下进行了转化试验：分，在离体条件下进行了转化试验：只只只只有有有有S S S S型型
21、型型细细细细菌菌菌菌的的的的DNADNA才才才才能能能能将将将将S. S. PneumoniaePneumoniae的的的的R R R R型型型型转转转转化化化化为为为为S S S S型型型型。且且且且DNADNA纯纯纯纯度度度度越越越越高高高高，转转转转化化化化效效效效率率率率也也也也越越越越高高高高。说说说说明明明明S S S S型菌株转移给型菌株转移给型菌株转移给型菌株转移给R R R R型菌株的，是遗传因子。型菌株的，是遗传因子。型菌株的，是遗传因子。型菌株的，是遗传因子。实验证明，将实验证明，将实验证明，将实验证明，将R R菌转化为菌转化为菌转化为菌转化为S S菌的转化因子是菌的转化
22、因子是菌的转化因子是菌的转化因子是DNADNA（二）（二） 噬菌体感染实验噬菌体感染实验 由于当时传统的看法认为决定生物体内的由于当时传统的看法认为决定生物体内的遗传物质是蛋白质而不是遗传物质是蛋白质而不是DNADNA，因此完全有必因此完全有必要再次用实验证明要再次用实验证明DNADNA是遗传物质。是遗传物质。 细菌病毒细菌病毒T T系列噬菌体感染寄主后的增殖过程系列噬菌体感染寄主后的增殖过程? ?吸附吸附（注入）侵入脱壳（注入）侵入脱壳生物合成生物合成装配装配释放释放 ，包括五个连续的过程。，包括五个连续的过程。 T T2 2噬菌体在感染寄主的过程中，蛋白噬菌体在感染寄主的过程中，蛋白质外壳
23、吸附在寄主细胞的外表面，只有质外壳吸附在寄主细胞的外表面，只有DNADNA核心才能侵入到寄主细胞内。可是经增殖核心才能侵入到寄主细胞内。可是经增殖后的大量子代噬菌体都有着与亲代同样的后的大量子代噬菌体都有着与亲代同样的蛋白质外壳，这就说明噬菌体的蛋白质外壳，这就说明噬菌体的DNADNA可以决可以决定病毒蛋白质外壳的生物合成。定病毒蛋白质外壳的生物合成。 19521952年年A.Hershey.A.Hershey.和和 M.chase M.chase 用示踪用示踪原子的方法，以原子的方法，以E.coliE.coli T T2 2 噬菌体为实验噬菌体为实验材料，精确的证实了上述论点。材料，精确的证
24、实了上述论点。 蛋白质外壳蛋白质外壳 S S 用放射性用放射性 3535S S 噬菌体噬菌体 标记标记 核酸核酸 P P 同位素同位素 3232P P 2、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验2 2 2 2、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验（1 1 1 1）含）含）含）含32323232P-P-P-P-DNADNADNADNA的一组：的一组：的一组：的一组：放射性放射性放射性放射性85%85%85%85%在在在在沉淀中沉淀中沉淀中沉淀中（2 2 2 2）含）含）含）含35353535S-S-S-S-蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质的一的一的一的一组：放射性组：放射性组：放射性组
25、：放射性75%75%75%75%在上清液在上清液在上清液在上清液中中中中所以，进入所以，进入所以，进入所以，进入细胞的是噬细胞的是噬细胞的是噬细胞的是噬菌体的核酸菌体的核酸菌体的核酸菌体的核酸而不是蛋白而不是蛋白而不是蛋白而不是蛋白质质质质。实验证明，进入细菌细胞实验证明，进入细菌细胞实验证明，进入细菌细胞实验证明，进入细菌细胞内部的物质是内部的物质是内部的物质是内部的物质是DNADNA。DNADNA包含有产生完整噬菌包含有产生完整噬菌包含有产生完整噬菌包含有产生完整噬菌体的全部信息。体的全部信息。体的全部信息。体的全部信息。 这就有力地说明亲代的蛋白质外壳的这就有力地说明亲代的蛋白质外壳的确
26、没有进入菌体，没有参与子代噬菌体的确没有进入菌体，没有参与子代噬菌体的增殖。可是，最终从增殖。可是，最终从E.coliE.coli 细胞中释放出细胞中释放出来的却是一群完整成熟的与亲代有着同样来的却是一群完整成熟的与亲代有着同样蛋白质外壳的噬菌体颗粒。这就一步证实蛋白质外壳的噬菌体颗粒。这就一步证实了了DNADNA是噬菌体遗传信息的载体。是噬菌体遗传信息的载体。 （三）（三） 病毒的拆开和重建实验病毒的拆开和重建实验 有些病毒有些病毒有些病毒有些病毒不含不含不含不含DNADNADNADNA，只含只含只含只含RNA RNA RNA RNA ，对这些病毒来说对这些病毒来说对这些病毒来说对这些病毒来
27、说RNARNARNARNA是遗传物质。是遗传物质。是遗传物质。是遗传物质。1956195619561956年美国科学工作者年美国科学工作者年美国科学工作者年美国科学工作者H H H H、Fraenkel_ConratFraenkel_ConratFraenkel_ConratFraenkel_Conrat 用含用含用含用含RNARNARNARNA的烟草花叶病毒（的烟草花叶病毒（的烟草花叶病毒（的烟草花叶病毒（TMVTMVTMVTMV）进行了著名的植物病毒重建实验。烟草花叶病毒中进行了著名的植物病毒重建实验。烟草花叶病毒中进行了著名的植物病毒重建实验。烟草花叶病毒中进行了著名的植物病毒重建实验。
28、烟草花叶病毒中有许多不同的毒株，它们会对寄主（烟草）引起不有许多不同的毒株，它们会对寄主（烟草）引起不有许多不同的毒株，它们会对寄主（烟草）引起不有许多不同的毒株，它们会对寄主（烟草）引起不同的症状，而且各种毒株间在其蛋白质中的氨基酸同的症状，而且各种毒株间在其蛋白质中的氨基酸同的症状，而且各种毒株间在其蛋白质中的氨基酸同的症状，而且各种毒株间在其蛋白质中的氨基酸组分也各不相同。这类病毒的蛋白质和组分也各不相同。这类病毒的蛋白质和组分也各不相同。这类病毒的蛋白质和组分也各不相同。这类病毒的蛋白质和RNARNARNARNA可以人为可以人为可以人为可以人为的拆开，同时又可将它们重新组合成新的有感染
29、力的拆开，同时又可将它们重新组合成新的有感染力的拆开，同时又可将它们重新组合成新的有感染力的拆开，同时又可将它们重新组合成新的有感染力的病毒颗粒。的病毒颗粒。的病毒颗粒。的病毒颗粒。 这就充分说明，在这就充分说明，在这就充分说明，在这就充分说明，在RNARNARNARNA病毒中，遗传物质也是核病毒中，遗传物质也是核病毒中，遗传物质也是核病毒中，遗传物质也是核酸，这里只不过是酸，这里只不过是酸，这里只不过是酸，这里只不过是RNARNARNARNA罢了。罢了。罢了。罢了。 以上三个实验得出一个共同得结论即：只有以上三个实验得出一个共同得结论即：只有以上三个实验得出一个共同得结论即：只有以上三个实验
30、得出一个共同得结论即：只有核核核核酸酸酸酸才是生物才是生物才是生物才是生物遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础。三、三、DNADNA的结构和复制的结构和复制 除少数病毒的遗传物质是除少数病毒的遗传物质是除少数病毒的遗传物质是除少数病毒的遗传物质是RNARNARNARNA外，其余各种生物外，其余各种生物外，其余各种生物外，其余各种生物的遗传物质都是的遗传物质都是的遗传物质都是的遗传物质都是DNADNADNADNA。DNADNADNADNA有着不同于生物体内其他有着不同于生物体内其他有着不同于生物体内其他有着不同于生物体内其他物质的独特分子结构。物质的独特分子结
31、构。物质的独特分子结构。物质的独特分子结构。DNADNADNADNA的基本单位是由杂环碱的基本单位是由杂环碱的基本单位是由杂环碱的基本单位是由杂环碱基、脱氧核糖、磷酸所构成。碱基基、脱氧核糖、磷酸所构成。碱基基、脱氧核糖、磷酸所构成。碱基基、脱氧核糖、磷酸所构成。碱基- - - -糖的单位是糖的单位是糖的单位是糖的单位是核核核核苷苷苷苷，核苷糖环上的，核苷糖环上的，核苷糖环上的，核苷糖环上的C3C3C3C3或或或或C5C5C5C5位置经磷酸化后，就转变位置经磷酸化后，就转变位置经磷酸化后，就转变位置经磷酸化后，就转变成成成成核苷酸。核苷酸。核苷酸。核苷酸。 DNADNADNADNA是由许多核苷
32、酸组成的磷酸二酯多聚体。在是由许多核苷酸组成的磷酸二酯多聚体。在是由许多核苷酸组成的磷酸二酯多聚体。在是由许多核苷酸组成的磷酸二酯多聚体。在DNADNADNADNA中有四种碱基：腺嘌呤（中有四种碱基：腺嘌呤（中有四种碱基：腺嘌呤（中有四种碱基：腺嘌呤（A A A A）、）、）、）、鸟嘌呤（鸟嘌呤（鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G G G）、）、）、）、胞嘧啶（胞嘧啶（胞嘧啶（胞嘧啶（C C C C）、）、）、）、胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T T T）。）。）。）。 碱基碱基l l腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤AdenineAdenineA Al l鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤guaninegua
33、nineGGCT胸腺胸腺胸腺胸腺嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶thymthymineine胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶cytosinecytosine2.2.2.2.一个一个一个一个6 6 6 6位上是氨基的嘌呤必须和位上是氨基的嘌呤必须和位上是氨基的嘌呤必须和位上是氨基的嘌呤必须和6 6 6 6位上是酮基的嘧位上是酮基的嘧位上是酮基的嘧位上是酮基的嘧啶相配对，而一个啶相配对，而一个啶相配对，而一个啶相配对，而一个6 6 6 6位上是酮基的嘌呤必须和位上是酮基的嘌呤必须和位上是酮基的嘌呤必须和位上是酮基的嘌呤必须和6 6 6 6位上是位上是位上是位上是氨基的嘧啶相配对。氨基的嘧啶相配对。氨基的嘧啶相配对。氨基的
34、嘧啶相配对。两条两条DNADNA链上的碱基间配对必须严格遵循两链上的碱基间配对必须严格遵循两条原则：条原则：1.1.一条单链上的嘌呤必须和另一条单链上的嘧一条单链上的嘌呤必须和另一条单链上的嘧啶相配对；啶相配对；由此就决定了由此就决定了由此就决定了由此就决定了ATATATAT配对，配对，配对，配对，GCGCGCGC配对。两条单链间的碱配对。两条单链间的碱配对。两条单链间的碱配对。两条单链间的碱基种类虽然受上述规律的制约，但每条单链上的前后基种类虽然受上述规律的制约，但每条单链上的前后基种类虽然受上述规律的制约，但每条单链上的前后基种类虽然受上述规律的制约，但每条单链上的前后碱基种类则不受任何限
35、制，这就为生物的多样性提供碱基种类则不受任何限制，这就为生物的多样性提供碱基种类则不受任何限制，这就为生物的多样性提供碱基种类则不受任何限制，这就为生物的多样性提供了可能性。了可能性。了可能性。了可能性。DNADNA的双螺旋结构模型的双螺旋结构模型DNADNADNADNA是由一条多核苷酸链同另一条多核苷酸链相配对，是由一条多核苷酸链同另一条多核苷酸链相配对，是由一条多核苷酸链同另一条多核苷酸链相配对，是由一条多核苷酸链同另一条多核苷酸链相配对，两条多核苷酸链彼此互补，排列方向相反，并以右两条多核苷酸链彼此互补，排列方向相反，并以右两条多核苷酸链彼此互补，排列方向相反，并以右两条多核苷酸链彼此互
36、补，排列方向相反，并以右手旋转的方式围绕同一根主轴而形成的手旋转的方式围绕同一根主轴而形成的手旋转的方式围绕同一根主轴而形成的手旋转的方式围绕同一根主轴而形成的双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构。在在在在DNADNADNADNA复制过程当中，两条多核苷酸长链由于其间氢复制过程当中，两条多核苷酸长链由于其间氢复制过程当中，两条多核苷酸长链由于其间氢复制过程当中，两条多核苷酸长链由于其间氢键的断裂而彼此松开，随即各自以原有的核苷酸链键的断裂而彼此松开，随即各自以原有的核苷酸链键的断裂而彼此松开，随即各自以原有的核苷酸链键的断裂而彼此松开，随即各自以原有的核苷酸链为模版，根据碱基配对原则，吸收
37、细胞中游离的核为模版，根据碱基配对原则，吸收细胞中游离的核为模版，根据碱基配对原则，吸收细胞中游离的核为模版，根据碱基配对原则，吸收细胞中游离的核苷酸，按照原有链上核苷酸的排列顺序各自合成一苷酸，按照原有链上核苷酸的排列顺序各自合成一苷酸，按照原有链上核苷酸的排列顺序各自合成一苷酸，按照原有链上核苷酸的排列顺序各自合成一条新的条新的条新的条新的互补长链互补长链互补长链互补长链。 DNADNA这种独特的半保留复制方式这种独特的半保留复制方式, ,不仅保不仅保证了生物遗传性的相对稳定，同时也为生物证了生物遗传性的相对稳定，同时也为生物的多样性提供了可能，由此而创造了欣欣向的多样性提供了可能，由此而
38、创造了欣欣向荣的生命世界。荣的生命世界。基因突变基因突变基因突变基因突变野生型（原始性状）野生型（原始性状）野生型（原始性状）野生型（原始性状）基因突变基因突变基因突变基因突变突变型（新性状）突变型（新性状）第二节第二节 微生物的突变微生物的突变 微生物的变异微生物的变异微生物的变异微生物的变异 基因重组基因重组基因重组基因重组 突变突变就是由于生物体遗传物质中的核苷酸排列就是由于生物体遗传物质中的核苷酸排列顺序发生变化而引起的遗传性状的改变。顺序发生变化而引起的遗传性状的改变。 突变突变 基因突变基因突变基因突变基因突变（点突变（点突变（点突变（点突变） 染色体畸变染色体畸变染色体畸变染色体
39、畸变 对微生物最为重要对微生物最为重要对微生物最为重要对微生物最为重要 基因突变：是由于基因突变：是由于基因突变：是由于基因突变：是由于DNADNADNADNA链上的一对或少数几对碱基发链上的一对或少数几对碱基发链上的一对或少数几对碱基发链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的遗传性状的改变。从发生突变的原因生改变而引起的遗传性状的改变。从发生突变的原因生改变而引起的遗传性状的改变。从发生突变的原因生改变而引起的遗传性状的改变。从发生突变的原因来看基因突变有自发突变和诱发突变（诱变）来看基因突变有自发突变和诱发突变（诱变）来看基因突变有自发突变和诱发突变（诱变）来看基因突变有自发突变和诱发突变
40、（诱变） 碱基置换碱基置换碱基置换碱基置换移码突变移码突变移码突变移码突变一一 常用基因突变的符号和突变率常用基因突变的符号和突变率 常用基因突变的符号：常用基因突变的符号：每个基因座位用其英文每个基因座位用其英文每个基因座位用其英文每个基因座位用其英文单词的前三个字母的小写来表示，其座位上的不同基单词的前三个字母的小写来表示，其座位上的不同基单词的前三个字母的小写来表示，其座位上的不同基单词的前三个字母的小写来表示，其座位上的不同基因突变则在三个小写字母后加一个大写字母表示，如因突变则在三个小写字母后加一个大写字母表示，如因突变则在三个小写字母后加一个大写字母表示，如因突变则在三个小写字母后
41、加一个大写字母表示，如hisAhisAhisAhisA、hisBhisBhisBhisB代表组氨酸的代表组氨酸的代表组氨酸的代表组氨酸的A A A A和和和和B B B B基因；在三个字母的右基因；在三个字母的右基因；在三个字母的右基因；在三个字母的右上角可用不同符号表示微生物的突变型，如上角可用不同符号表示微生物的突变型，如上角可用不同符号表示微生物的突变型，如上角可用不同符号表示微生物的突变型，如hishishishis、hishishishis分别表示组氨酸原养型和缺陷型，分别表示组氨酸原养型和缺陷型，分别表示组氨酸原养型和缺陷型，分别表示组氨酸原养型和缺陷型，galgalgalgal、
42、galgalgalgal分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳糖，分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳糖，分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳糖，分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳糖，strstrstrstrs s s s、strstrstrstrr r r r分别表示对链霉素敏感和具有抗性。分别表示对链霉素敏感和具有抗性。分别表示对链霉素敏感和具有抗性。分别表示对链霉素敏感和具有抗性。 突变率突变率突变率突变率: : 是指每一细胞在每一世代中发生某是指每一细胞在每一世代中发生某是指每一细胞在每一世代中发生某是指每一细胞在每一世代中发生某性状性状性状性状突变的机率，也有用每单位群体在繁殖一代过程中所突
43、变的机率，也有用每单位群体在繁殖一代过程中所突变的机率，也有用每单位群体在繁殖一代过程中所突变的机率，也有用每单位群体在繁殖一代过程中所形成的突变体的数目来表示的。如：形成的突变体的数目来表示的。如：形成的突变体的数目来表示的。如：形成的突变体的数目来表示的。如：1 110108 8，为，为，为，为10108 8个个个个细胞分裂为细胞分裂为细胞分裂为细胞分裂为2 210108 8时，平均会形成一个突变体。时，平均会形成一个突变体。时，平均会形成一个突变体。时，平均会形成一个突变体。 二二 基因突变的类型基因突变的类型 1 1形态突变型：指发生细胞形态变化或引起形态突变型：指发生细胞形态变化或引
44、起菌落形态改变的那些突变体。如细菌的鞭菌落形态改变的那些突变体。如细菌的鞭毛、芽胞、荚膜或色素的有无，放线菌或毛、芽胞、荚膜或色素的有无，放线菌或真菌的产孢子情况和孢子颜色的变异，菌真菌的产孢子情况和孢子颜色的变异，菌落形态的光滑（落形态的光滑（S S型）或粗糙（型）或粗糙（R R型）、大型）、大或小，以及菌落颜色的种种变异等或小，以及菌落颜色的种种变异等 2 2 2 2条件致死突变型：温度敏感突变型就是一个典型条件致死突变型：温度敏感突变型就是一个典型条件致死突变型：温度敏感突变型就是一个典型条件致死突变型：温度敏感突变型就是一个典型的例子。它们在亲代能生长的温度范围内不能生长，的例子。它们
45、在亲代能生长的温度范围内不能生长，的例子。它们在亲代能生长的温度范围内不能生长，的例子。它们在亲代能生长的温度范围内不能生长，而只能在较低的温度下生长。其原因常常是因为在它而只能在较低的温度下生长。其原因常常是因为在它而只能在较低的温度下生长。其原因常常是因为在它而只能在较低的温度下生长。其原因常常是因为在它们体内某些酶蛋白的肽链中更换了几个们体内某些酶蛋白的肽链中更换了几个们体内某些酶蛋白的肽链中更换了几个们体内某些酶蛋白的肽链中更换了几个aaaaaaaa, , , ,从而大大从而大大从而大大从而大大降低了它们抗热性的缘故降低了它们抗热性的缘故降低了它们抗热性的缘故降低了它们抗热性的缘故 3
46、 3致死突变型：由于基因突变而造成个体致死突变型：由于基因突变而造成个体死死 亡亡的突变型的突变型 4 4 4 4营养缺陷型（又称为营养营养缺陷型（又称为营养营养缺陷型（又称为营养营养缺陷型（又称为营养突变型突变型突变型突变型）：是生化突变）：是生化突变）：是生化突变）：是生化突变型的一种。指的是某种微生物经基因突变后，由于代型的一种。指的是某种微生物经基因突变后，由于代型的一种。指的是某种微生物经基因突变后，由于代型的一种。指的是某种微生物经基因突变后，由于代谢过程中某种酶的丧失而成为必须添加某种营养成分谢过程中某种酶的丧失而成为必须添加某种营养成分谢过程中某种酶的丧失而成为必须添加某种营养
47、成分谢过程中某种酶的丧失而成为必须添加某种营养成分才能正常生长的突变类型。营养缺陷型的才能正常生长的突变类型。营养缺陷型的才能正常生长的突变类型。营养缺陷型的才能正常生长的突变类型。营养缺陷型的表示方法表示方法表示方法表示方法是：是：是：是：用所需生长因素的英文名词的前三个字母并在右上角用所需生长因素的英文名词的前三个字母并在右上角用所需生长因素的英文名词的前三个字母并在右上角用所需生长因素的英文名词的前三个字母并在右上角加上负号表示。如色加上负号表示。如色加上负号表示。如色加上负号表示。如色aaaaaaaa营养缺陷型可用营养缺陷型可用营养缺陷型可用营养缺陷型可用trptrptrptrp来表示
48、。来表示。来表示。来表示。营养缺陷型的种类很多，有些可以自发产生，而更多营养缺陷型的种类很多，有些可以自发产生，而更多营养缺陷型的种类很多，有些可以自发产生，而更多营养缺陷型的种类很多，有些可以自发产生，而更多的是可以人为地诱发产生。营养缺陷型可通过选择培的是可以人为地诱发产生。营养缺陷型可通过选择培的是可以人为地诱发产生。营养缺陷型可通过选择培的是可以人为地诱发产生。营养缺陷型可通过选择培养法检出，是进行微生物遗传和变异研究的极为重要养法检出，是进行微生物遗传和变异研究的极为重要养法检出，是进行微生物遗传和变异研究的极为重要养法检出，是进行微生物遗传和变异研究的极为重要的实验材料。的实验材料
49、。的实验材料。的实验材料。 5 5 5 5抗性突变型：这是一类抗药物，抗噬菌体、抗辐抗性突变型：这是一类抗药物，抗噬菌体、抗辐抗性突变型：这是一类抗药物，抗噬菌体、抗辐抗性突变型：这是一类抗药物，抗噬菌体、抗辐射等的突变体。这种类型最为常见也最易分离，一般射等的突变体。这种类型最为常见也最易分离，一般射等的突变体。这种类型最为常见也最易分离，一般射等的突变体。这种类型最为常见也最易分离，一般只需在含一定浓度的某药物或相应噬菌体的平板上涂只需在含一定浓度的某药物或相应噬菌体的平板上涂只需在含一定浓度的某药物或相应噬菌体的平板上涂只需在含一定浓度的某药物或相应噬菌体的平板上涂上大量的细胞群体，或经
50、一定剂量的射线照射后，经上大量的细胞群体，或经一定剂量的射线照射后，经上大量的细胞群体，或经一定剂量的射线照射后，经上大量的细胞群体，或经一定剂量的射线照射后，经培养即可获得抗性菌落。表示抗性突变体的方法是在培养即可获得抗性菌落。表示抗性突变体的方法是在培养即可获得抗性菌落。表示抗性突变体的方法是在培养即可获得抗性菌落。表示抗性突变体的方法是在所抗的药物英文名词的前三个字母的右上角加上一个所抗的药物英文名词的前三个字母的右上角加上一个所抗的药物英文名词的前三个字母的右上角加上一个所抗的药物英文名词的前三个字母的右上角加上一个r r r r字。字。字。字。R R R R来自英文名词来自英文名词来
51、自英文名词来自英文名词resistanceresistanceresistanceresistance（抵抗）。如抗链霉抵抗）。如抗链霉抵抗）。如抗链霉抵抗）。如抗链霉素的抗性突变体可用素的抗性突变体可用素的抗性突变体可用素的抗性突变体可用strstrstrstrr r r r表示表示表示表示 6 6其他突变型：如毒力、抗原性、糖发酵能力、其他突变型：如毒力、抗原性、糖发酵能力、代谢产物的种类和产量以及对药物依赖性等的代谢产物的种类和产量以及对药物依赖性等的突变体等。突变体等。 三三 突变的发生突变的发生 在人们认识在人们认识在人们认识在人们认识DNADNADNADNA是遗传物质以来，人们对突
52、变的原因是遗传物质以来，人们对突变的原因是遗传物质以来，人们对突变的原因是遗传物质以来，人们对突变的原因进行多方面的研究，其争议也较多，归纳起来不外乎进行多方面的研究，其争议也较多，归纳起来不外乎进行多方面的研究，其争议也较多，归纳起来不外乎进行多方面的研究，其争议也较多，归纳起来不外乎两种观点：两种观点：两种观点：两种观点：1 1 1 1、微生物突变的原因与结果间相对应即是微生物对、微生物突变的原因与结果间相对应即是微生物对、微生物突变的原因与结果间相对应即是微生物对、微生物突变的原因与结果间相对应即是微生物对环境的适应而发生的；环境的适应而发生的；环境的适应而发生的；环境的适应而发生的；（
53、一）基因突变的自发性和不对应性的证明一）基因突变的自发性和不对应性的证明2 2 2 2、微生物突变是自发的、偶然的、随机的和不定向的，、微生物突变是自发的、偶然的、随机的和不定向的，、微生物突变是自发的、偶然的、随机的和不定向的，、微生物突变是自发的、偶然的、随机的和不定向的，而且与环境是不相对应的即突变的原因与结果间是不相而且与环境是不相对应的即突变的原因与结果间是不相而且与环境是不相对应的即突变的原因与结果间是不相而且与环境是不相对应的即突变的原因与结果间是不相对应的。由于其中有自发突变、诱变、诱变剂及筛选条对应的。由于其中有自发突变、诱变、诱变剂及筛选条对应的。由于其中有自发突变、诱变、
54、诱变剂及筛选条对应的。由于其中有自发突变、诱变、诱变剂及筛选条件等的纠缠，所以难以探究问题的实质。从件等的纠缠，所以难以探究问题的实质。从件等的纠缠，所以难以探究问题的实质。从件等的纠缠，所以难以探究问题的实质。从1943194319431943年起，年起，年起，年起，通过几个严密的科学实验后，才使争议逐步解决。其中通过几个严密的科学实验后，才使争议逐步解决。其中通过几个严密的科学实验后，才使争议逐步解决。其中通过几个严密的科学实验后，才使争议逐步解决。其中以抗性突变的变量试验和影印培养试验较为重要。以抗性突变的变量试验和影印培养试验较为重要。以抗性突变的变量试验和影印培养试验较为重要。以抗性
55、突变的变量试验和影印培养试验较为重要。 1 1、变量试验：又称为波动试验和彷徨测试、变量试验：又称为波动试验和彷徨测试 是是19431943年由美国科学工作者鲁里亚和德尔年由美国科学工作者鲁里亚和德尔波留克根据统计学的理论而设计的。波留克根据统计学的理论而设计的。 Salvador LuriaSalvador LuriaSalvador LuriaSalvador LuriaMax DelbruckMax DelbruckMax DelbruckMax Delbruck变量实验（fluctuation analysis）2 2 涂布实验（涂布实验（19491949年）年） 其方法简便易行，使用
56、固体培养基。要点是：选用其方法简便易行，使用固体培养基。要点是：选用其方法简便易行，使用固体培养基。要点是：选用其方法简便易行，使用固体培养基。要点是：选用对对对对T T T T1 1 1 1噬菌体敏感的噬菌体敏感的噬菌体敏感的噬菌体敏感的E.coliE.coliE.coliE.coli菌株，等量的涂布在菌株，等量的涂布在菌株，等量的涂布在菌株，等量的涂布在12121212个平个平个平个平板上，培养板上，培养板上，培养板上，培养5h5h5h5h后，平板上长出了大量微菌落。取其中后，平板上长出了大量微菌落。取其中后，平板上长出了大量微菌落。取其中后，平板上长出了大量微菌落。取其中6 6 6 6个
57、平板用涂布器均匀涂布一遍，个平板用涂布器均匀涂布一遍，个平板用涂布器均匀涂布一遍，个平板用涂布器均匀涂布一遍，6 6 6 6个不涂布，然后同时个不涂布，然后同时个不涂布，然后同时个不涂布，然后同时喷上等量喷上等量喷上等量喷上等量T T T T1 1 1 1噬菌体。结果发现，涂布过的一组比未经噬菌体。结果发现，涂布过的一组比未经噬菌体。结果发现，涂布过的一组比未经噬菌体。结果发现，涂布过的一组比未经涂布的抗性菌落要高得多。由此进一步说明，这是因涂布的抗性菌落要高得多。由此进一步说明，这是因涂布的抗性菌落要高得多。由此进一步说明，这是因涂布的抗性菌落要高得多。由此进一步说明，这是因为在接触为在接触
58、为在接触为在接触T T T T1 1 1 1噬菌体之前，这种噬菌体之前，这种噬菌体之前，这种噬菌体之前，这种抗性突变体抗性突变体抗性突变体抗性突变体已经出现，已经出现，已经出现，已经出现，重新涂布将它们各自分开又各自形成菌落重新涂布将它们各自分开又各自形成菌落重新涂布将它们各自分开又各自形成菌落重新涂布将它们各自分开又各自形成菌落。 涂布试验进一步说明抗噬菌体突变体涂布试验进一步说明抗噬菌体突变体涂布试验进一步说明抗噬菌体突变体涂布试验进一步说明抗噬菌体突变体是发生在接触相是发生在接触相是发生在接触相是发生在接触相应的噬菌体之前应的噬菌体之前应的噬菌体之前应的噬菌体之前，噬菌体的加入只起甄别抗
59、噬菌体突变，噬菌体的加入只起甄别抗噬菌体突变，噬菌体的加入只起甄别抗噬菌体突变，噬菌体的加入只起甄别抗噬菌体突变型的作用，不是诱导突变的因素。型的作用，不是诱导突变的因素。型的作用，不是诱导突变的因素。型的作用，不是诱导突变的因素。 3 3、平板影印培养试验、平板影印培养试验19521952年莱德伯格夫妇设计了一种更为巧妙年莱德伯格夫妇设计了一种更为巧妙的方法的方法-影印培养法。这个名称的由来是影印培养法。这个名称的由来是由于这个试验所采用的接种方法和一般的由于这个试验所采用的接种方法和一般的不同不同, ,采用类似打印或盖图章的方法进行接采用类似打印或盖图章的方法进行接种。印章的做法是取一块比
60、培养皿略小的种。印章的做法是取一块比培养皿略小的木块木块, ,一端用绒布包起来一端用绒布包起来, ,绒布上有许多小绒布上有许多小的纤维的纤维, ,起着接种针的作用起着接种针的作用, ,用这种工具接用这种工具接种可以省去许多接种手续种可以省去许多接种手续 。Joshua LederbergJoshua Lederberg 通过影印培养试验令人信服地证实了微通过影印培养试验令人信服地证实了微生物的突变是自发的产生生物的突变是自发的产生, ,并与相应的环并与相应的环境因素毫不相干的论点。境因素毫不相干的论点。 突变的原因究竟是什么？突变的原因究竟是什么？ 从这个试验更可以说明，抗药性突变并不是从这个
61、试验更可以说明，抗药性突变并不是由于接触药物的结果。由于接触药物的结果。 四、突变是四、突变是DNADNA分子中碱基对发生变化的分子中碱基对发生变化的结果（突变的机制）结果（突变的机制） 随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到突变随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到突变随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到突变随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到突变是是是是DNADNADNADNA分子中碱基序列（对）发生变化的结果。分子中碱基序列（对）发生变化的结果。分子中碱基序列（对）发生变化的结果。分子中碱基序列（对）发生变化的结果。诱发突变是由人为地应用物理、化学因素引起，这些诱发突变是由人为地应用
62、物理、化学因素引起，这些诱发突变是由人为地应用物理、化学因素引起，这些诱发突变是由人为地应用物理、化学因素引起，这些人为人为人为人为地引起诱发突变的物理化学因素称为诱变剂地引起诱发突变的物理化学因素称为诱变剂地引起诱发突变的物理化学因素称为诱变剂地引起诱发突变的物理化学因素称为诱变剂。常用的诱变。常用的诱变。常用的诱变。常用的诱变剂有紫外线、剂有紫外线、剂有紫外线、剂有紫外线、5-5-5-5-溴尿嘧啶、亚硝酸、丫啶类染料等。溴尿嘧啶、亚硝酸、丫啶类染料等。溴尿嘧啶、亚硝酸、丫啶类染料等。溴尿嘧啶、亚硝酸、丫啶类染料等。 DNADNADNADNA分子中碱基对的变化可以在自然条件下自发进行，分子中
63、碱基对的变化可以在自然条件下自发进行，分子中碱基对的变化可以在自然条件下自发进行，分子中碱基对的变化可以在自然条件下自发进行，也可以人为地诱发引起。因此突变可以分为自发突变和也可以人为地诱发引起。因此突变可以分为自发突变和也可以人为地诱发引起。因此突变可以分为自发突变和也可以人为地诱发引起。因此突变可以分为自发突变和诱发突变。诱发突变。诱发突变。诱发突变。自发突变：自发突变：自发突变：自发突变：背景辐射背景辐射背景辐射背景辐射 ：自然界存在的短波辐射：自然界存在的短波辐射：自然界存在的短波辐射：自然界存在的短波辐射 微生物体内的代谢产物微生物体内的代谢产物微生物体内的代谢产物微生物体内的代谢产
64、物 碱基本身的互变异构碱基本身的互变异构碱基本身的互变异构碱基本身的互变异构基因突变及其机制基因突变及其机制基因突变及其机制基因突变及其机制（一）碱基置换（一）碱基置换： 是由于是由于DNADNA分子中的碱基对置换引起的。分子中的碱基对置换引起的。 包括转换包括转换包括转换包括转换和颠换和颠换和颠换和颠换 是是DNADNA分子的微小损伤分子的微小损伤碱基置换引起的突变碱基置换引起的突变( (二二) ) 自发突变：无人为因素下的低频率（约自发突变：无人为因素下的低频率（约10109 9 10106 6）（1 1）背景辐射）背景辐射 （2 2）有害产物积累）有害产物积累 （3 3）碱基错配）碱基错
65、配: :其中其中碱基本身的互变异构是导致碱基碱基本身的互变异构是导致碱基碱基本身的互变异构是导致碱基碱基本身的互变异构是导致碱基对置换的原因之一。对置换的原因之一。对置换的原因之一。对置换的原因之一。什么叫互变异构呢？什么叫互变异构呢？什么叫互变异构呢？什么叫互变异构呢？ 互变异构怎样引起碱基对置换呢？互变异构怎样引起碱基对置换呢？互变异构怎样引起碱基对置换呢？互变异构怎样引起碱基对置换呢？ 下面以胸腺嘧啶下面以胸腺嘧啶下面以胸腺嘧啶下面以胸腺嘧啶T T T T为例说明为例说明为例说明为例说明 自发自发突变突变突变突变原因：原因：T T T T在一般情况下以酮式结构存在，在一般情况下以酮式结构
66、存在，在一般情况下以酮式结构存在，在一般情况下以酮式结构存在，但是在极少数的情况下，分子中但是在极少数的情况下，分子中但是在极少数的情况下，分子中但是在极少数的情况下，分子中N N N N5 5 5 5位上的位上的位上的位上的H H H H能转移到能转移到能转移到能转移到C C C C6 6 6 6上，从而使上，从而使上，从而使上，从而使酮式转变为烯醇式，但是极快地酮式转变为烯醇式，但是极快地酮式转变为烯醇式，但是极快地酮式转变为烯醇式，但是极快地通过通过通过通过H H H H的移位，烯醇式又可恢复的移位，烯醇式又可恢复的移位，烯醇式又可恢复的移位，烯醇式又可恢复到酮式到酮式到酮式到酮式 。这
67、种碱基分子结构上的相互转变称为互变异构这种碱基分子结构上的相互转变称为互变异构这种碱基分子结构上的相互转变称为互变异构这种碱基分子结构上的相互转变称为互变异构。 由于互变异构，胸腺嘧啶本来与腺嘌呤由于互变异构，胸腺嘧啶本来与腺嘌呤由于互变异构，胸腺嘧啶本来与腺嘌呤由于互变异构，胸腺嘧啶本来与腺嘌呤（A A A A）配对，但在转变为烯醇式的一瞬配对，但在转变为烯醇式的一瞬配对，但在转变为烯醇式的一瞬配对，但在转变为烯醇式的一瞬间，如果刚好间，如果刚好间，如果刚好间，如果刚好DNADNADNADNA进行复制，进行复制，进行复制，进行复制，T T T T就不再与就不再与就不再与就不再与A A A A
68、配对而与配对而与配对而与配对而与G G G G配对。这样，当配对。这样，当配对。这样，当配对。这样，当DNADNADNADNA再次复再次复再次复再次复制时，通过制时，通过制时，通过制时，通过G G G G和和和和C C C C配对，就使配对，就使配对，就使配对，就使A A A A：T T T T转变成转变成转变成转变成G G G G C C C C。而而而而G G G G C C C C将是一个突变体将是一个突变体将是一个突变体将是一个突变体。 由于由于4 4个碱基均能以异构型存在，所以个碱基均能以异构型存在，所以在在DNADNA复制过程中，一个嘌呤可以被另一个复制过程中，一个嘌呤可以被另一个
69、嘌呤所替换，同样一个嘧啶也可被另一个嘧嘌呤所替换，同样一个嘧啶也可被另一个嘧啶所替代啶所替代 ; ;或者或者嘌呤被嘧啶、嘧啶被嘌呤所嘌呤被嘧啶、嘧啶被嘌呤所替代替代 。 - - 碱基置换碱基置换( (三三) ) 诱发突变诱发突变 突变可以通过诱导而加速产生。凡能提高基突变可以通过诱导而加速产生。凡能提高基因突变频率的因素统称为诱变剂。诱变剂的种因突变频率的因素统称为诱变剂。诱变剂的种类很多，主要包括类很多，主要包括物理因素物理因素和和化学因素化学因素。 1.1.物理因素：物理因素：紫外线紫外线 DNADNA对紫外线具有吸收能力对紫外线具有吸收能力, ,大剂量作大剂量作用可致菌体死亡用可致菌体死
70、亡, ,小剂量则可引起突变小剂量则可引起突变. . 紫外线对紫外线对紫外线对紫外线对DNADNADNADNA的损伤及其修复的损伤及其修复的损伤及其修复的损伤及其修复嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶水合物水合物水合物水合物UVUV光复活作用光复活作用光复活作用光复活作用嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶光解酶光解酶光解酶光解酶 2 2、化学诱变剂的作用、化学诱变剂的作用 常用的化学诱变剂有常用的化学诱变剂有常用的化学诱变剂有常用的化学诱变剂有碱基碱基碱基碱基结构类似物、亚硝酸、羟胺、结构类似物、亚硝酸、羟胺、结构类似物、亚硝酸、羟胺、
71、结构类似物、亚硝酸、羟胺、烷化剂等烷化剂等烷化剂等烷化剂等 。(1)(1)(1)(1)、碱基碱基碱基碱基类似物的代谢掺入类似物的代谢掺入类似物的代谢掺入类似物的代谢掺入 5-5-5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU5-BU5-BU5-BU）: : : :这是一种能增加这是一种能增加这是一种能增加这是一种能增加碱基碱基碱基碱基对置换机对置换机对置换机对置换机率的化学诱变剂。率的化学诱变剂。率的化学诱变剂。率的化学诱变剂。5-BU5-BU5-BU5-BU由于在结构上与由于在结构上与由于在结构上与由于在结构上与碱基碱基碱基碱基胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶（T T T T）相类
72、似，因此称为相类似，因此称为相类似，因此称为相类似，因此称为碱基碱基碱基碱基类似物。类似物。类似物。类似物。 由于由于5-BU5-BU在结构与在结构与T T相类似，因此当微生物相类似，因此当微生物在含有在含有5-BU5-BU的培养液中生长并合成的培养液中生长并合成DNADNA时，能以时，能以5-BU5-BU代替代替T T，并且与并且与A A配对，通过代谢掺于到配对，通过代谢掺于到DNADNA分子中，从而引起分子中，从而引起碱基碱基对的转换。对的转换。5-BU5-BU掺入掺入DNADNA这对细菌来说并无影响，问题在于这对细菌来说并无影响，问题在于5-BU5-BU也有酮也有酮式和烯醇式两种结构，并
73、且出现烯醇式的频率式和烯醇式两种结构，并且出现烯醇式的频率更高，这样也就增加了更高，这样也就增加了A A：TGTG C C的机率。的机率。 象象5-BU5-BU这类这类碱基碱基代谢类似物既可造成代谢类似物既可造成突变突变又又可产生可产生回复突变回复突变。回变回变的概率与的概率与突变突变概率相等。概率相等。 5-BU5-BU5-BU5-BU掺入而引起掺入而引起掺入而引起掺入而引起A A A A：TGTGTGTG C C C C的过程：如果一个的过程：如果一个的过程：如果一个的过程：如果一个5-BU5-BU5-BU5-BU分子分子分子分子以酮式状态掺入到以酮式状态掺入到以酮式状态掺入到以酮式状态掺
74、入到DNADNADNADNA的某一位置上，它就和的某一位置上，它就和的某一位置上，它就和的某一位置上，它就和A A A A配对。当配对。当配对。当配对。当这一这一这一这一DNADNADNADNA分子进行第二次复制时，如分子进行第二次复制时，如分子进行第二次复制时，如分子进行第二次复制时，如5-BU5-BU5-BU5-BU恰处于烯醇式恰处于烯醇式恰处于烯醇式恰处于烯醇式状态，则它就只能和状态，则它就只能和状态，则它就只能和状态，则它就只能和G G G G配对。到了第三次复制时，配对。到了第三次复制时，配对。到了第三次复制时，配对。到了第三次复制时，G G G G有按有按有按有按常规与常规与常规与
75、常规与C C C C配对。这样，原有的配对。这样，原有的配对。这样，原有的配对。这样，原有的A A A A：T T T T就转换成了就转换成了就转换成了就转换成了G G G G C,C,C,C,并随并随并随并随之带来某种性状的变异。同样之带来某种性状的变异。同样之带来某种性状的变异。同样之带来某种性状的变异。同样, 5-BU, 5-BU, 5-BU, 5-BU掺入也可以引起掺入也可以引起掺入也可以引起掺入也可以引起G G G G C C C C回复到回复到回复到回复到A A A A：T T T T 为什么象为什么象5-BU5-BU这类代谢类似物只这类代谢类似物只有对正在进行新陈有对正在进行新陈
76、代谢和繁殖着的微代谢和繁殖着的微生物才起作用。而生物才起作用。而对休止细胞，游离对休止细胞，游离的噬菌体颗粒或离的噬菌体颗粒或离体的体的DNADNA分子却不分子却不起作用起作用？ （2 2）亚硝酸）亚硝酸： 亚硝酸是一类对含有氨基的亚硝酸是一类对含有氨基的碱基碱基序列直接起序列直接起作用作用, ,而诱发而诱发碱基碱基对置换的化学诱变剂。亚硝对置换的化学诱变剂。亚硝酸的作用是使酸的作用是使DNADNA碱基碱基中的氨基氧化脱氨，脱中的氨基氧化脱氨，脱去的氨基被羟基取代，这样就使腺嘌呤（去的氨基被羟基取代，这样就使腺嘌呤（A A）转变成次黄嘌呤（转变成次黄嘌呤（H H）、）、胞嘧啶（胞嘧啶（C C）
77、转变成尿转变成尿嘧啶（嘧啶（U U）。）。而当而当AHAH和和CUCU后，由于后，由于H H和和C C配对，配对，U U与与A A配对，因此，当配对，因此，当DNADNA再次复制时，再次复制时，A A：TGC TGC 而而GC A:T GC A:T （四）移码突变：（四）移码突变： 移码突变是指移码突变是指DNADNA分子中多了或少了一二个或分子中多了或少了一二个或少数几个碱基对而引起的碱基对顺序的改变。少数几个碱基对而引起的碱基对顺序的改变。 以上的这个例子可以看出，下行由于多了一个碱基以上的这个例子可以看出，下行由于多了一个碱基以上的这个例子可以看出，下行由于多了一个碱基以上的这个例子可以
78、看出，下行由于多了一个碱基A A A A，就使得插入位点后密码的顺序发生了改变，而氨基，就使得插入位点后密码的顺序发生了改变，而氨基，就使得插入位点后密码的顺序发生了改变，而氨基，就使得插入位点后密码的顺序发生了改变，而氨基酸也发生了改变，而酸也发生了改变，而酸也发生了改变，而酸也发生了改变，而UAAUAAUAAUAA又是无义密码子。肽链形成到又是无义密码子。肽链形成到又是无义密码子。肽链形成到又是无义密码子。肽链形成到异亮就断了，这样势必会导致微生物突变体的出现。异亮就断了，这样势必会导致微生物突变体的出现。异亮就断了，这样势必会导致微生物突变体的出现。异亮就断了，这样势必会导致微生物突变体
79、的出现。 因此移码突变是由于因此移码突变是由于因此移码突变是由于因此移码突变是由于DNADNADNADNA分子中的一个或少数几个核分子中的一个或少数几个核分子中的一个或少数几个核分子中的一个或少数几个核苷酸的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传苷酸的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传苷酸的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传苷酸的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传密码的转录和转译发生错误，由这类突变产生的突变密码的转录和转译发生错误，由这类突变产生的突变密码的转录和转译发生错误，由这类突变产生的突变密码的转录和转译发生错误，由这类突变产生的突变体称为移码突变。体称为移码突变
80、。体称为移码突变。体称为移码突变。 （五）染色体畸变：缺失、插入、重复、易位、倒位五）染色体畸变：缺失、插入、重复、易位、倒位五、突变率五、突变率 所谓突变率，就是每一个细胞在每一世代或每次分裂所谓突变率，就是每一个细胞在每一世代或每次分裂所谓突变率，就是每一个细胞在每一世代或每次分裂所谓突变率，就是每一个细胞在每一世代或每次分裂时所产生的突变频率。不同微生物或同种微生物，在不时所产生的突变频率。不同微生物或同种微生物，在不时所产生的突变频率。不同微生物或同种微生物，在不时所产生的突变频率。不同微生物或同种微生物，在不同情况下突变率是不同的。一般说来，自发突变率约为同情况下突变率是不同的。一般
81、说来，自发突变率约为同情况下突变率是不同的。一般说来，自发突变率约为同情况下突变率是不同的。一般说来，自发突变率约为每个细胞每十万次到一亿次分裂产生一次突变，可用每个细胞每十万次到一亿次分裂产生一次突变，可用每个细胞每十万次到一亿次分裂产生一次突变，可用每个细胞每十万次到一亿次分裂产生一次突变，可用10101010-6-6-6-6-10-10-10-10-9-9-9-9表示每次细胞分裂的突变率。自发突变的机表示每次细胞分裂的突变率。自发突变的机表示每次细胞分裂的突变率。自发突变的机表示每次细胞分裂的突变率。自发突变的机率虽不算高，但是微生物的繁殖能力极强，从这个角度率虽不算高，但是微生物的繁殖
82、能力极强，从这个角度率虽不算高，但是微生物的繁殖能力极强，从这个角度率虽不算高，但是微生物的繁殖能力极强，从这个角度看，发生突变的机率还是相当可观的看，发生突变的机率还是相当可观的看，发生突变的机率还是相当可观的看，发生突变的机率还是相当可观的。 在在在在医医医医学学学学临临临临床床床床上上上上，为为为为了了了了对对对对付付付付病病病病原原原原微微微微生生生生物物物物可可可可能能能能出出出出现现现现的的的的对对对对抗抗抗抗药药药药性性性性的的的的突突突突变变变变，往往往往往往往往考考考考虑虑虑虑两两两两种种种种或或或或更更更更多多多多的的的的药药药药物物物物同同同同时时时时使使使使用用用用。我
83、我我我们们们们可可可可以以以以假假假假定定定定，某某某某种种种种病病病病原原原原微微微微生生生生物物物物对对对对甲甲甲甲种种种种药药药药物物物物的的的的抗抗抗抗性性性性突突突突变变变变率率率率为为为为101010106 6 6 6，对对对对乙乙乙乙种种种种药药药药物物物物的的的的抗抗抗抗性性性性突突突突变变变变率率率率为为为为101010108 8 8 8，那那那那么么么么，这这这这种种种种微微微微生生生生物物物物同同同同时时时时出出出出现现现现对对对对甲甲甲甲、乙乙乙乙两两两两种种种种药药药药物物物物具具具具有有有有抗抗抗抗性性性性突突突突变变变变概概概概率率率率是是是是101010106
84、6 6 6101010108 8 8 8=10=10=10=10-14-14-14-14。显显显显然然然然这这这这是是是是一一一一种种种种数数数数值值值值极极极极低低低低的的的的突突突突变变变变率率率率，用用用用这这这这种种种种方方方方式式式式使使使使用用用用药药药药物物物物，一一一一般般般般来来来来说说说说就就就就不不不不致致致致因因因因病病病病原原原原微微微微生生生生物物物物产产产产生抗药突变体而失效。生抗药突变体而失效。生抗药突变体而失效。生抗药突变体而失效。 六、微生物突变的规律六、微生物突变的规律 1 1 1 1、不对应性：、不对应性：、不对应性：、不对应性： 突变的性状与引起突变的
85、原因间无直接的对应关系。突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。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例如，细菌在有青霉素的环境下出现了抗青霉素的突例如，细菌在有青霉素的环境下出现了抗青霉素的突例如，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；变体；在紫外线的作用下，出现了抗紫外线的突变体；变体；在紫外线的作用下，出现了抗紫外线的突变体；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。表在较高的培养温度
86、下，出现了耐高温的突变体等。表在较高的培养温度下，出现了耐高温的突变体等。表在较高的培养温度下，出现了耐高温的突变体等。表面上看来，会认为是由青霉素、紫外线或高温的面上看来，会认为是由青霉素、紫外线或高温的面上看来，会认为是由青霉素、紫外线或高温的面上看来，会认为是由青霉素、紫外线或高温的“ “诱诱诱诱变变变变” ”，才产生了相对应的突变性状。但事实上，这类，才产生了相对应的突变性状。但事实上，这类，才产生了相对应的突变性状。但事实上，这类，才产生了相对应的突变性状。但事实上，这类性状都可通过自发的或其他任何诱变因子的诱发而获性状都可通过自发的或其他任何诱变因子的诱发而获性状都可通过自发的或其
87、他任何诱变因子的诱发而获性状都可通过自发的或其他任何诱变因子的诱发而获得。以上的青霉素、紫外线、高温以及以前讲的变量得。以上的青霉素、紫外线、高温以及以前讲的变量得。以上的青霉素、紫外线、高温以及以前讲的变量得。以上的青霉素、紫外线、高温以及以前讲的变量试验和影印培养试验中的噬菌体和链霉素仅是起着淘试验和影印培养试验中的噬菌体和链霉素仅是起着淘试验和影印培养试验中的噬菌体和链霉素仅是起着淘试验和影印培养试验中的噬菌体和链霉素仅是起着淘汰和检出突变体的作用。汰和检出突变体的作用。汰和检出突变体的作用。汰和检出突变体的作用。 2 2自发性：自发性： 各种性状的突变，可以在没有人为的诱变因素各种性状
88、的突变，可以在没有人为的诱变因素的处理下自发地产生。的处理下自发地产生。 3 3稀有性：稀有性： 自发突变虽可随时发生，但是突变的频率却是较自发突变虽可随时发生，但是突变的频率却是较低和稳定的，一般在低和稳定的，一般在1010-6-6-10-10-9-9间。但是某一微间。但是某一微生物的某一特定性状的突变率却是一定的。生物的某一特定性状的突变率却是一定的。 4 4独立性：独立性： 在群体上，各性状均可发生突变，而且这种突变在群体上，各性状均可发生突变，而且这种突变彼此是独立的、随机的和不定向的。彼此是独立的、随机的和不定向的。 5 5 5 5诱变性：诱变性：诱变性：诱变性： 某些外界的物理或化
89、学因素可显著提高突变的频率。某些外界的物理或化学因素可显著提高突变的频率。某些外界的物理或化学因素可显著提高突变的频率。某些外界的物理或化学因素可显著提高突变的频率。一般可提高一般可提高一般可提高一般可提高10101010101010106 6 6 6倍。不论是自变或是诱变所得到的倍。不论是自变或是诱变所得到的倍。不论是自变或是诱变所得到的倍。不论是自变或是诱变所得到的突变型，它们之间并没有本质上的差别。因为诱变剂突变型，它们之间并没有本质上的差别。因为诱变剂突变型，它们之间并没有本质上的差别。因为诱变剂突变型，它们之间并没有本质上的差别。因为诱变剂仅是起着提高突变率的作用。仅是起着提高突变率
90、的作用。仅是起着提高突变率的作用。仅是起着提高突变率的作用。 6 6 6 6稳定性：稳定性：稳定性：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，由于突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的变化，由于突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的变化，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，也是稳定的、可遗传的。所以产生的新性状，也是稳定的、可遗传的。所以产生的新性状，也是稳定的、可遗传的。所以产生的新性状，也是稳定的、可遗传的。 7 7 7 7可逆性可逆性可逆性可逆性( ( ( (回复突变回复突变回复突变回复突变) ) ) )： 由原始的野生型基因，变异为突变型基
91、因的过程为正向由原始的野生型基因，变异为突变型基因的过程为正向由原始的野生型基因，变异为突变型基因的过程为正向由原始的野生型基因，变异为突变型基因的过程为正向突变（正变）。相反的过程则称为回复突变（回变）。突变（正变）。相反的过程则称为回复突变（回变）。突变（正变）。相反的过程则称为回复突变（回变）。突变（正变）。相反的过程则称为回复突变（回变）。实验证明任何性状既有正向突变也可发生回复突变。即实验证明任何性状既有正向突变也可发生回复突变。即实验证明任何性状既有正向突变也可发生回复突变。即实验证明任何性状既有正向突变也可发生回复突变。即回变的频率与突变的频率相同。回变的频率与突变的频率相同。回
92、变的频率与突变的频率相同。回变的频率与突变的频率相同。 突变后的某一种性状回复到原有性状的现象叫回复突变突变后的某一种性状回复到原有性状的现象叫回复突变突变后的某一种性状回复到原有性状的现象叫回复突变突变后的某一种性状回复到原有性状的现象叫回复突变 （一）自发突变与育种（一）自发突变与育种（一）自发突变与育种（一）自发突变与育种： 选育选育选育选育 定向培育定向培育定向培育定向培育 是通过人工方法处理微生物是通过人工方法处理微生物是通过人工方法处理微生物是通过人工方法处理微生物, , , ,使之发生突变使之发生突变使之发生突变使之发生突变, , , ,并运用合理的筛选程序和方法并运用合理的筛选
93、程序和方法并运用合理的筛选程序和方法并运用合理的筛选程序和方法, , , ,把适合人类需把适合人类需把适合人类需把适合人类需要的优良菌株选育出来的过程。要的优良菌株选育出来的过程。要的优良菌株选育出来的过程。要的优良菌株选育出来的过程。 1 1 1 1、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节（二）诱变育种（二）诱变育种（二）诱变育种（二）诱变育种七、突变与育种七、突变与育种七、突变与育种七、突变与育种2 2 2 2、诱变育种的原则、诱变育种的原则、诱变育种的原则、诱变育种的原则诱变诱变诱变诱变剂剂物理因素物理因素物理因素物理因素化学因素化学因素化学因素化
94、学因素紫外线紫外线紫外线紫外线激光激光激光激光离子束离子束离子束离子束X X X X射线射线射线射线r r r r射线射线射线射线快中子快中子快中子快中子烷化剂烷化剂烷化剂烷化剂碱基类似物碱基类似物碱基类似物碱基类似物吖啶化合物吖啶化合物吖啶化合物吖啶化合物（1 1 1 1）使用简便有效的诱变剂）使用简便有效的诱变剂）使用简便有效的诱变剂）使用简便有效的诱变剂 （8 8 8 8）根据具体情况创造新型筛选方案）根据具体情况创造新型筛选方案）根据具体情况创造新型筛选方案）根据具体情况创造新型筛选方案（2 2 2 2）选用优良的出发菌株）选用优良的出发菌株）选用优良的出发菌株）选用优良的出发菌株（3
95、 3 3 3）处理单细胞或单孢子悬浮液）处理单细胞或单孢子悬浮液）处理单细胞或单孢子悬浮液）处理单细胞或单孢子悬浮液 （4 4 4 4）使用最佳诱变剂量）使用最佳诱变剂量）使用最佳诱变剂量）使用最佳诱变剂量剂量剂量剂量剂量 = = = = 强度（浓度）强度（浓度）强度（浓度）强度（浓度） 作用时间作用时间作用时间作用时间 相对剂量相对剂量相对剂量相对剂量 = = = = 杀菌率杀菌率杀菌率杀菌率 （5 5 5 5）利用协同效应）利用协同效应）利用协同效应）利用协同效应 （6 6 6 6）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标）寻找和利用形态、生理与产量间
96、的相关指标）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标 （7 7 7 7）设计高效率筛选方案）设计高效率筛选方案）设计高效率筛选方案）设计高效率筛选方案3、突变株的筛选、突变株的筛选:（1）产量突变株的筛选）产量突变株的筛选 （2）抗药性突变株的筛选）抗药性突变株的筛选 （3）营养缺陷型突变株的筛选）营养缺陷型突变株的筛选突变株的筛选方法突变株的筛选方法突变株的筛选方法突变株的筛选方法诱变诱变诱变诱变检出营养缺陷型检出营养缺陷型检出营养缺陷型检出营养缺陷型淘汰野生型淘汰野生型淘汰野生型淘汰野生型鉴定营养缺陷型鉴定营养缺陷型鉴定营养缺陷型鉴定营养缺陷型富集培养富集培养富集培养富集培养（抗生素法）（抗
97、生素法）（抗生素法）（抗生素法）（菌丝过滤法）（菌丝过滤法）（菌丝过滤法）（菌丝过滤法）夹层培养法夹层培养法夹层培养法夹层培养法限量补充培养法限量补充培养法限量补充培养法限量补充培养法逐个检出法逐个检出法逐个检出法逐个检出法影印平板法影印平板法影印平板法影印平板法生长谱法生长谱法生长谱法生长谱法 微生物突变体的筛选微生物突变体的筛选 微生物的突变体在科研和生产上应用很广，但发生微生物的突变体在科研和生产上应用很广，但发生微生物的突变体在科研和生产上应用很广，但发生微生物的突变体在科研和生产上应用很广，但发生的机率较低，所以必须通过一定的方法进行筛选，的机率较低，所以必须通过一定的方法进行筛选，
98、的机率较低，所以必须通过一定的方法进行筛选，的机率较低，所以必须通过一定的方法进行筛选，才能获得。这里只介绍青霉素浓缩法、菌丝过滤法才能获得。这里只介绍青霉素浓缩法、菌丝过滤法才能获得。这里只介绍青霉素浓缩法、菌丝过滤法才能获得。这里只介绍青霉素浓缩法、菌丝过滤法和梯度培养皿法。和梯度培养皿法。和梯度培养皿法。和梯度培养皿法。 概念概念: : （1 1 1 1）野生型）野生型）野生型）野生型相对于突变体而言，是指在突变体发生相对于突变体而言，是指在突变体发生相对于突变体而言，是指在突变体发生相对于突变体而言，是指在突变体发生变异前的原始菌株称为野生型菌株（原养型菌株）。在其变异前的原始菌株称为
99、野生型菌株（原养型菌株）。在其变异前的原始菌株称为野生型菌株（原养型菌株）。在其变异前的原始菌株称为野生型菌株（原养型菌株）。在其相应的基本培养基上生长，其遗传型应为相应的基本培养基上生长，其遗传型应为相应的基本培养基上生长，其遗传型应为相应的基本培养基上生长，其遗传型应为AAAAB B B B （2 2 2 2）基本培养基）基本培养基）基本培养基）基本培养基凡能满足某种野生型菌株营养凡能满足某种野生型菌株营养凡能满足某种野生型菌株营养凡能满足某种野生型菌株营养要求的最低成分的合成培养基，称为基本培养基，要求的最低成分的合成培养基，称为基本培养基，要求的最低成分的合成培养基，称为基本培养基，要
100、求的最低成分的合成培养基，称为基本培养基，常以常以常以常以“ “ ”表示；表示；表示；表示； （3）完全培养基）完全培养基如果在基本培养基中加入如果在基本培养基中加入一些富含一些富含aa、维生素和碱基之类的的天然物质维生素和碱基之类的的天然物质（如蛋白胨、酵母膏等），就可满足该种微生（如蛋白胨、酵母膏等），就可满足该种微生物的各种营养缺陷型的生长，这种培养基就叫物的各种营养缺陷型的生长，这种培养基就叫完全培养基，常用完全培养基，常用来表示来表示 （4）补充培养基）补充培养基如果在基本培养基中具有如果在基本培养基中具有针对性地只加上某一种或几种营养成分，以满针对性地只加上某一种或几种营养成分，以
101、满足相应的营养缺陷型生长的培养基称为补充培足相应的营养缺陷型生长的培养基称为补充培养基，可按所加成分相应的用养基，可按所加成分相应的用“A”或或 “B”等来表示。等来表示。 1 1、诱变处理、诱变处理： 紫外灯（紫外灯（紫外灯（紫外灯（15W15W15W15W）照距（照距（照距（照距（30cm30cm30cm30cm）1010101020202020但不长于但不长于但不长于但不长于20202020。取。取。取。取5ml5ml5ml5ml单细胞或孢子悬液，于直径单细胞或孢子悬液，于直径单细胞或孢子悬液，于直径单细胞或孢子悬液，于直径6cm6cm6cm6cm的平皿中的平皿中的平皿中的平皿中进行照射
102、均匀有效，同时用磁力搅拌或其它方法均匀进行照射均匀有效，同时用磁力搅拌或其它方法均匀进行照射均匀有效，同时用磁力搅拌或其它方法均匀进行照射均匀有效，同时用磁力搅拌或其它方法均匀搅拌。搅拌。搅拌。搅拌。2 2、淘汰野生型（浓缩缺陷型）：、淘汰野生型（浓缩缺陷型）： A A A A）青霉素浓缩法青霉素浓缩法青霉素浓缩法青霉素浓缩法 这种方法只适用于细菌。其原理是青霉素能抑制细这种方法只适用于细菌。其原理是青霉素能抑制细这种方法只适用于细菌。其原理是青霉素能抑制细这种方法只适用于细菌。其原理是青霉素能抑制细菌细胞壁的生物合成，因而能杀死生长繁殖着的细菌菌细胞壁的生物合成，因而能杀死生长繁殖着的细菌菌
103、细胞壁的生物合成，因而能杀死生长繁殖着的细菌菌细胞壁的生物合成，因而能杀死生长繁殖着的细菌而不能杀死休止状态的细菌。如果将诱变剂处理后的而不能杀死休止状态的细菌。如果将诱变剂处理后的而不能杀死休止状态的细菌。如果将诱变剂处理后的而不能杀死休止状态的细菌。如果将诱变剂处理后的细菌培养在含有青霉素的基本培养基中，就可以淘汰细菌培养在含有青霉素的基本培养基中，就可以淘汰细菌培养在含有青霉素的基本培养基中，就可以淘汰细菌培养在含有青霉素的基本培养基中，就可以淘汰大部分生长繁殖活跃的野生型细胞而达到大部分生长繁殖活跃的野生型细胞而达到大部分生长繁殖活跃的野生型细胞而达到大部分生长繁殖活跃的野生型细胞而达
104、到“ “浓缩浓缩浓缩浓缩” ”缺缺缺缺陷型的目的。陷型的目的。陷型的目的。陷型的目的。 B B）菌丝过滤法菌丝过滤法 把霉菌或放线菌的孢子放在基本培养基中培养。由把霉菌或放线菌的孢子放在基本培养基中培养。由把霉菌或放线菌的孢子放在基本培养基中培养。由把霉菌或放线菌的孢子放在基本培养基中培养。由于在这种培养基里只有野生型菌株的孢子才能萌发，于在这种培养基里只有野生型菌株的孢子才能萌发，于在这种培养基里只有野生型菌株的孢子才能萌发，于在这种培养基里只有野生型菌株的孢子才能萌发，而营养缺陷型的孢子不能萌发，或虽然萌发，但不能而营养缺陷型的孢子不能萌发，或虽然萌发，但不能而营养缺陷型的孢子不能萌发，或
105、虽然萌发，但不能而营养缺陷型的孢子不能萌发，或虽然萌发，但不能长成菌丝体，所以接着通过菌丝过滤也能达到淘汰野长成菌丝体，所以接着通过菌丝过滤也能达到淘汰野长成菌丝体，所以接着通过菌丝过滤也能达到淘汰野长成菌丝体，所以接着通过菌丝过滤也能达到淘汰野生型而保留营养缺陷型的目的。生型而保留营养缺陷型的目的。生型而保留营养缺陷型的目的。生型而保留营养缺陷型的目的。 C C）梯度培养皿法梯度培养皿法 这种方法常用于筛选抗性突变体。把含药物的培养这种方法常用于筛选抗性突变体。把含药物的培养这种方法常用于筛选抗性突变体。把含药物的培养这种方法常用于筛选抗性突变体。把含药物的培养基倒入斜放的培养皿中，待凝固后
106、基倒入斜放的培养皿中，待凝固后基倒入斜放的培养皿中，待凝固后基倒入斜放的培养皿中，待凝固后, , , ,放平并倒入不含药放平并倒入不含药放平并倒入不含药放平并倒入不含药物的培养基。接种细菌并经过一段时间培养后，就可物的培养基。接种细菌并经过一段时间培养后，就可物的培养基。接种细菌并经过一段时间培养后，就可物的培养基。接种细菌并经过一段时间培养后，就可得到不同程度的抗性突变体得到不同程度的抗性突变体得到不同程度的抗性突变体得到不同程度的抗性突变体 3 3、检出营养缺陷型、检出营养缺陷型A A）点种法点种法 把浓缩的菌液（细胞或孢子）在完全培养基上进行分把浓缩的菌液（细胞或孢子）在完全培养基上进行
107、分把浓缩的菌液（细胞或孢子）在完全培养基上进行分把浓缩的菌液（细胞或孢子）在完全培养基上进行分离培养，然后将平板上出现的菌落逐个地点种到基本培离培养，然后将平板上出现的菌落逐个地点种到基本培离培养，然后将平板上出现的菌落逐个地点种到基本培离培养，然后将平板上出现的菌落逐个地点种到基本培养基和完全培养基上，经过一定时间培养后，凡是在基养基和完全培养基上，经过一定时间培养后，凡是在基养基和完全培养基上，经过一定时间培养后，凡是在基养基和完全培养基上，经过一定时间培养后，凡是在基本培养基上不能生长，而在完全培养基上能生长的菌落，本培养基上不能生长，而在完全培养基上能生长的菌落，本培养基上不能生长，而
108、在完全培养基上能生长的菌落，本培养基上不能生长，而在完全培养基上能生长的菌落，经复证后便是营养缺陷型。经复证后便是营养缺陷型。经复证后便是营养缺陷型。经复证后便是营养缺陷型。 B B）影印法影印法C C）夹层检出法夹层检出法 D D）限量补充培养基检出法限量补充培养基检出法 4 4、鉴定缺陷型（常用生长图谱法）、鉴定缺陷型（常用生长图谱法） 生生生生长谱长谱法法法法 方法简便；方法简便；方法简便；方法简便； 回变和污染不影响回变和污染不影响回变和污染不影响回变和污染不影响 结果结果结果结果 测定物质可为粉末测定物质可为粉末测定物质可为粉末测定物质可为粉末 或纸片或纸片或纸片或纸片 缺陷型缺陷型
109、的鉴定的鉴定：测定一般应分两阶段：测定一般应分两阶段：测定一般应分两阶段：测定一般应分两阶段：第第第第一一一一阶阶阶阶段段段段：测测测测定定定定是是是是哪哪哪哪类类类类物物物物质质质质的的的的缺缺缺缺陷陷陷陷型；型；型；型；第第第第二二二二节节节节段段段段：根根根根据据据据第第第第一一一一阶阶阶阶段段段段确确确确定定定定的的的的范范范范围围围围，进进进进一一一一步步步步确确确确定定定定是是是是哪哪哪哪种种种种具具具具体体体体化化化化合合合合物物物物的缺陷型；的缺陷型；的缺陷型；的缺陷型；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，逐个分析将待测的菌点种到各种补充培养
110、基上，逐个分析将待测的菌点种到各种补充培养基上，逐个分析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类型，或快速分离出所需缺陷类型的各菌的缺陷类型，或快速分离出所需缺陷类型的各菌的缺陷类型，或快速分离出所需缺陷类型的各菌的缺陷类型，或快速分离出所需缺陷类型的菌株。菌株。菌株。菌株。ABFEDCHG缺陷型缺陷型的应用的应用作为菌株的遗传标记：进行基因工程、诱变作为菌株的遗传标记：进行基因工程、诱变作为菌株的遗传标记：进行基因工程、诱变作为菌株的遗传标记：进行基因工程、诱变育种、育种、育种、育种、研究代谢过程时用作亲本标记；研究代谢过程时用作亲本标记；研究代谢过程时用作亲本标记；研究代谢过
111、程时用作亲本标记；作为生产菌种：作为生产菌种：aaaa、核苷酸等生产菌种；核苷酸等生产菌种； 作为作为aaaa、维生素、碱基的测定菌株。维生素、碱基的测定菌株。第三节第三节 细菌的基因转移和重组细菌的基因转移和重组 微生物的变异除了可以通过碱基发生变化而产生外，微生物的变异除了可以通过碱基发生变化而产生外，微生物的变异除了可以通过碱基发生变化而产生外，微生物的变异除了可以通过碱基发生变化而产生外，还可以通过微生物间的基因转移和重组而产生。所谓基还可以通过微生物间的基因转移和重组而产生。所谓基还可以通过微生物间的基因转移和重组而产生。所谓基还可以通过微生物间的基因转移和重组而产生。所谓基因重组，
112、就是一个生物细胞的基因与另一个生物细胞的因重组，就是一个生物细胞的基因与另一个生物细胞的因重组，就是一个生物细胞的基因与另一个生物细胞的因重组，就是一个生物细胞的基因与另一个生物细胞的基因进行重新排列。通过重新组合可以使微生物在不发基因进行重新排列。通过重新组合可以使微生物在不发基因进行重新排列。通过重新组合可以使微生物在不发基因进行重新排列。通过重新组合可以使微生物在不发生突变的情况下也可以产生新的遗传型个体。生突变的情况下也可以产生新的遗传型个体。生突变的情况下也可以产生新的遗传型个体。生突变的情况下也可以产生新的遗传型个体。 在基因重组时，不发生任何碱基对结构上的变化。重在基因重组时，不
113、发生任何碱基对结构上的变化。重在基因重组时，不发生任何碱基对结构上的变化。重在基因重组时，不发生任何碱基对结构上的变化。重组后生物体新的遗传性状的出现完全是基因重组的结果组后生物体新的遗传性状的出现完全是基因重组的结果组后生物体新的遗传性状的出现完全是基因重组的结果组后生物体新的遗传性状的出现完全是基因重组的结果 真核微生物与原核微生物在基因重组的形式上有所真核微生物与原核微生物在基因重组的形式上有所真核微生物与原核微生物在基因重组的形式上有所真核微生物与原核微生物在基因重组的形式上有所不同。真核微生物的基因重组，在有性繁殖过程中发不同。真核微生物的基因重组，在有性繁殖过程中发不同。真核微生物
114、的基因重组，在有性繁殖过程中发不同。真核微生物的基因重组，在有性繁殖过程中发生。当真核微生物两个配子融合为一个合子并进行减生。当真核微生物两个配子融合为一个合子并进行减生。当真核微生物两个配子融合为一个合子并进行减生。当真核微生物两个配子融合为一个合子并进行减数分裂时，部分染色体发生交换，交换实际上就是基数分裂时，部分染色体发生交换，交换实际上就是基数分裂时，部分染色体发生交换，交换实际上就是基数分裂时，部分染色体发生交换，交换实际上就是基因重组，由此而产生的新的染色体就是重组染色体。因重组，由此而产生的新的染色体就是重组染色体。因重组，由此而产生的新的染色体就是重组染色体。因重组，由此而产生
115、的新的染色体就是重组染色体。 原核微生物的基因重组，通常只是部分遗传物原核微生物的基因重组，通常只是部分遗传物质的转移和重组，形成的是部分合子（半合子），质的转移和重组，形成的是部分合子（半合子），并且通过转化，接合和转导等形式进行。并且通过转化，接合和转导等形式进行。 转化转化就是游离的就是游离的DNADNA片段的转移和重组；片段的转移和重组； 接合接合就是通过细胞与细胞间的直接接触而进行就是通过细胞与细胞间的直接接触而进行的遗传物质的转移和重组；的遗传物质的转移和重组； 转导转导则是通过噬菌体携带而转移遗传物质的基则是通过噬菌体携带而转移遗传物质的基因重组。因重组。一、原核生物的基因重组一
116、、原核生物的基因重组供体菌供体菌受体菌受体菌受体菌受体菌DNA片段片段1928192819281928年，年，年，年，GriffithGriffithGriffithGriffith发现肺炎链球菌（发现肺炎链球菌（发现肺炎链球菌（发现肺炎链球菌（Streptococcus Streptococcus Streptococcus Streptococcus pneumoniaepneumoniaepneumoniaepneumoniae）的转化现象的转化现象的转化现象的转化现象, , , ,目前已知有二十多个种的细菌具有目前已知有二十多个种的细菌具有目前已知有二十多个种的细菌具有目前已知有二十多
117、个种的细菌具有自然转化的能力自然转化的能力自然转化的能力自然转化的能力（一）转化（一）转化 转转化化是是受受体体细细胞胞直直接接吸吸收收了了来来自自供供体体细细胞胞的的DNADNA片片段段，并并把把它它整整合合到到自自己己的的基基因因组组中中，从从而而获得了供体细胞部分遗传性状。获得了供体细胞部分遗传性状。 进行自然转化，需要二方面必要的条件：进行自然转化，需要二方面必要的条件：进行自然转化，需要二方面必要的条件：进行自然转化，需要二方面必要的条件： 自然感受态自然感受态自然感受态自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特的出现是细胞一定生长阶段的生理特 性，受细菌自身的基因控制；性，受细菌自
118、身的基因控制； 人工感受态人工感受态人工感受态人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有则是通过人为诱导的方法，使细胞具有则是通过人为诱导的方法，使细胞具有则是通过人为诱导的方法，使细胞具有 摄取摄取摄取摄取DNADNADNADNA的能力，或人为地将的能力，或人为地将的能力，或人为地将的能力，或人为地将DNADNADNADNA导入细胞内导入细胞内导入细胞内导入细胞内1 1、建立感受态的受体细胞、建立感受态的受体细胞感受态细胞：感受态细胞：感受态细胞：感受态细胞：凡是能吸收外来的凡是能吸收外来的凡是能吸收外来的凡是能吸收外来的DNADNADNADNA片段，并把它整合片段，并把它整合片段，并把它
119、整合片段，并把它整合到自己的染色体组上以实现转化的受体细胞，叫感受态到自己的染色体组上以实现转化的受体细胞，叫感受态到自己的染色体组上以实现转化的受体细胞，叫感受态到自己的染色体组上以实现转化的受体细胞，叫感受态细胞（具有摄取外源细胞（具有摄取外源细胞（具有摄取外源细胞（具有摄取外源DNADNADNADNA能力的细胞能力的细胞能力的细胞能力的细胞) ) ) ) 。2 2、要有外源游离的、要有外源游离的、要有外源游离的、要有外源游离的DNADNA分子（即转化因子）分子（即转化因子）分子（即转化因子）分子（即转化因子） 感受态是由受体细胞遗传性决定的，但是同时也受细感受态是由受体细胞遗传性决定的，
120、但是同时也受细感受态是由受体细胞遗传性决定的，但是同时也受细感受态是由受体细胞遗传性决定的，但是同时也受细胞的生理状态、菌龄和培养条件的影响。胞的生理状态、菌龄和培养条件的影响。胞的生理状态、菌龄和培养条件的影响。胞的生理状态、菌龄和培养条件的影响。 来自供体细胞的具有转化活性的游离的来自供体细胞的具有转化活性的游离的DNADNA片片段称为段称为转化因子转化因子。在自然条件下，转化因子可以。在自然条件下，转化因子可以由于细菌细胞的解体而产生。当细菌细胞解体时，由于细菌细胞的解体而产生。当细菌细胞解体时，细胞中的细胞中的DNADNA可以断裂为可以断裂为100100个左右的片段，每一个左右的片段，
121、每一个片段至少有个片段至少有2020个基因。在实验室内，转化因子个基因。在实验室内，转化因子可通过提取获得。可通过提取获得。 具有转化能力的具有转化能力的具有转化能力的具有转化能力的DNADNADNADNA片段应该是双链的片段应该是双链的片段应该是双链的片段应该是双链的DNADNADNADNA片段，单片段，单片段，单片段，单链的链的链的链的DNADNADNADNA片段转化能力很弱，或者根本没有转化能力。片段转化能力很弱，或者根本没有转化能力。片段转化能力很弱，或者根本没有转化能力。片段转化能力很弱，或者根本没有转化能力。这是由于单链这是由于单链这是由于单链这是由于单链DNADNADNADNA片
122、段很难结合到受体细胞表面，而这片段很难结合到受体细胞表面，而这片段很难结合到受体细胞表面，而这片段很难结合到受体细胞表面，而这一结合又是转化不可或缺的一结合又是转化不可或缺的一结合又是转化不可或缺的一结合又是转化不可或缺的 。 只有处于只有处于感受态感受态的细菌才能接受的细菌才能接受转化因子转化因子。肺。肺炎球菌的感受态出现在对数期的中后期，从出现炎球菌的感受态出现在对数期的中后期，从出现到消失的时间约为到消失的时间约为40min40min，处于感受态的肺炎球处于感受态的肺炎球菌每个细胞表面约有菌每个细胞表面约有30308080个能结合转化因子的个能结合转化因子的结合点。结合点。 当当转化因子
123、转化因子结合在受体细胞的结合点上时，结合在受体细胞的结合点上时，DNADNA中的一个链可被受体细胞细胞膜上的核酸酶中的一个链可被受体细胞细胞膜上的核酸酶分解，而另一个链进入受体细胞，并且通过整合分解，而另一个链进入受体细胞，并且通过整合作用与受体细胞的作用与受体细胞的DNADNA进行基因重组。进行基因重组。 其大体过程是这样的其大体过程是这样的: : -噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体DNADNADNADNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染转染( (transfectiontra
124、nsfection) )：转染的特点：提纯的噬菌体转染的特点：提纯的噬菌体转染的特点：提纯的噬菌体转染的特点：提纯的噬菌体DNADNADNADNA以转化的（而非感染）以转化的（而非感染）以转化的（而非感染）以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。转化过程的特点：转化过程的特点：转化过程的特点：转化过程的特点：a a a a）对核酸酶敏感；对核酸酶敏感；对核酸酶敏感；对核酸酶敏感；b b b b）不需要活的不需要活的不需要活的不需要活的DNADNADNADN
125、A供体细胞；供体细胞；供体细胞；供体细胞；c c c c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；株和转化受体菌株之间的亲源关系；株和转化受体菌株之间的亲源关系；株和转化受体菌株之间的亲源关系； d d d d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多通常情况下质粒的自然转化效率要低得多通常情况下质粒的自然转化效率要低得多通常情况下质粒的自然转化效率要低得多人工转化人工转化用用CaClCaCl2 2处理细胞，电穿孔等
126、是常用的人工转化手段。处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。手段，是基因工程的奠基石和基础技术。手段，是基因工程的奠基石和基础技术。手段，是基因工程的奠基石和基础技术。不是由细菌自身的基因所控制；不是由细菌自身的基因所控制；用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一用多种不同的技术
127、处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源种可以摄取外源种可以摄取外源种可以摄取外源DNADNADNADNA的的的的“ “人工感受态人工感受态人工感受态人工感受态” ”。质粒的转化效率高质粒的转化效率高质粒的转化效率高质粒的转化效率高（二）细菌的转导（二）细菌的转导（transductiontransduction）由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式 一个细胞的一个细胞的一个细胞的一个细胞的DNADNADNADNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中通过病毒载体的
128、感染转移到另一个细胞中细菌转导的类型：细菌转导的类型：细菌转导的类型：细菌转导的类型：普遍普遍普遍普遍转导转导转导转导局限局限局限局限转导转导转导转导完全普遍转导完全普遍转导完全普遍转导完全普遍转导流产普遍转导流产普遍转导流产普遍转导流产普遍转导低频转导低频转导低频转导低频转导高频转导高频转导高频转导高频转导局限转导与普遍转导的比较局限转导与普遍转导的比较局限转导与普遍转导的比较局限转导与普遍转导的比较溶源转变溶源转变溶源转变溶源转变（三）接合（三）接合（三）接合（三）接合(conjugation)(conjugation)(conjugation)(conjugation)通过细胞与细胞的直
129、接接触而产生的遗传信息的转移通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。和重组过程。和重组过程。和重组过程。19461946年，年，Joshua Joshua LederbergLederberg 和和Edward Edward L.TaturmL.Taturm认为细菌的转化有些与高等动物、认为细菌的转化有些与高等动物、植物的接合相类似。因此他们设计了一个实植物的接合相类似。因此他们设计了一个实验来观察细菌是否存在接合现象。验来观察细菌是否存在接合现象。 中间平板上长出的原中间平板上长出的
130、原养型菌落是两菌株之养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和间发生了遗传交换和重组所致。重组所致。用用用用E.coliE.coliE.coliE.coli K K K K12121212的两类营养缺陷型作为的两类营养缺陷型作为的两类营养缺陷型作为的两类营养缺陷型作为实验材料：实验材料：实验材料：实验材料：E.coliE.coliE.coliE.coli K K K K12121212的苏氨酸（的苏氨酸（的苏氨酸（的苏氨酸（thrthrthrthr）、）、）、）、赖氨酸（赖氨酸（赖氨酸（赖氨酸（leuleuleuleu）的营养缺陷型的营养缺陷型的营养缺陷型的营养缺陷型和和和和E.coliE.coli
131、E.coliE.coli K K K K12121212的生物素（的生物素（的生物素（的生物素（biobiobiobio）、）、）、）、甲甲甲甲硫氨酸（硫氨酸（硫氨酸（硫氨酸（metmetmetmet）的营养缺陷型。为了的营养缺陷型。为了的营养缺陷型。为了的营养缺陷型。为了简化起见，这里分别用简化起见，这里分别用简化起见，这里分别用简化起见，这里分别用ABCDABCDABCDABCD来表示这来表示这来表示这来表示这两种营养缺陷型所需的共同的四种生两种营养缺陷型所需的共同的四种生两种营养缺陷型所需的共同的四种生两种营养缺陷型所需的共同的四种生长因素长因素长因素长因素 。 由于这两种营养缺陷型通过
132、接合，相互进行遗传物由于这两种营养缺陷型通过接合，相互进行遗传物由于这两种营养缺陷型通过接合，相互进行遗传物由于这两种营养缺陷型通过接合，相互进行遗传物质的转移和重组，从而使双方的遗传特性发生改变。质的转移和重组，从而使双方的遗传特性发生改变。质的转移和重组，从而使双方的遗传特性发生改变。质的转移和重组，从而使双方的遗传特性发生改变。 为了排除这是由于转化的可能性，有人设计了为了排除这是由于转化的可能性，有人设计了为了排除这是由于转化的可能性，有人设计了为了排除这是由于转化的可能性，有人设计了U U U U形管形管形管形管实验。实验。实验。实验。 经过一段时间的培经过一段时间的培养，从养，从U
133、 U形管的两端形管的两端取出的细菌都不能在取出的细菌都不能在基本培养基中生长。基本培养基中生长。U U形管实验充分说明形管实验充分说明了不让细菌接触，遗了不让细菌接触，遗传物质就无法转移，传物质就无法转移，因而否定了这是转化因而否定了这是转化的结果。的结果。 后来，随着电子显微镜的广泛应用，科学工作者得到后来，随着电子显微镜的广泛应用，科学工作者得到后来，随着电子显微镜的广泛应用，科学工作者得到后来，随着电子显微镜的广泛应用，科学工作者得到了了了了E.coliE.coliE.coliE.coli接合的电子显微镜摄影图像，从而更进一步接合的电子显微镜摄影图像，从而更进一步接合的电子显微镜摄影图像
134、，从而更进一步接合的电子显微镜摄影图像，从而更进一步证实了细菌接合的客观存在。证实了细菌接合的客观存在。证实了细菌接合的客观存在。证实了细菌接合的客观存在。 从电子显微摄影图像上可从电子显微摄影图像上可从电子显微摄影图像上可从电子显微摄影图像上可以看到以看到以看到以看到E.coliE.coliE.coliE.coli的接合与性纤的接合与性纤的接合与性纤的接合与性纤毛有关。性纤毛是中空的，毛有关。性纤毛是中空的，毛有关。性纤毛是中空的，毛有关。性纤毛是中空的，遗传物质可以通过性纤毛进遗传物质可以通过性纤毛进遗传物质可以通过性纤毛进遗传物质可以通过性纤毛进行转移。不久又发现能进行行转移。不久又发现
135、能进行行转移。不久又发现能进行行转移。不久又发现能进行结合的结合的结合的结合的E.coliE.coliE.coliE.coli有有有有和和和和之分，之分，之分，之分，而这些又取决于是否有而这些又取决于是否有而这些又取决于是否有而这些又取决于是否有F F F F因因因因子的存在。子的存在。子的存在。子的存在。 凡有凡有凡有凡有F F F F因子的菌株，其细胞表面就产生因子的菌株，其细胞表面就产生因子的菌株，其细胞表面就产生因子的菌株，其细胞表面就产生1 1 1 14 4 4 4条中空而条中空而条中空而条中空而细长的丝状物，即性纤毛。有细长的丝状物，即性纤毛。有细长的丝状物，即性纤毛。有细长的丝状
136、物，即性纤毛。有F F F F因子的为因子的为因子的为因子的为性，即供体性，即供体性，即供体性，即供体菌株，无菌株，无菌株，无菌株，无F F F F因子的为因子的为因子的为因子的为，即为受体菌株。，即为受体菌株。，即为受体菌株。，即为受体菌株。 胞质桥胞质桥胞质桥胞质桥F F F F因子和接合因子和接合因子和接合因子和接合 F F F F因子又称为致育因子因子又称为致育因子因子又称为致育因子因子又称为致育因子, , , ,这是一种存在于细菌染色体这是一种存在于细菌染色体这是一种存在于细菌染色体这是一种存在于细菌染色体外的小型的独立的环状外的小型的独立的环状外的小型的独立的环状外的小型的独立的环
137、状DNADNADNADNA单位，它具有控制本身复制单位，它具有控制本身复制单位，它具有控制本身复制单位，它具有控制本身复制和转移的到其它细胞中去的能力。此外，在其上还带和转移的到其它细胞中去的能力。此外，在其上还带和转移的到其它细胞中去的能力。此外，在其上还带和转移的到其它细胞中去的能力。此外，在其上还带有一些对生命活动来说不是很重要的基因，能编码有一些对生命活动来说不是很重要的基因，能编码有一些对生命活动来说不是很重要的基因，能编码有一些对生命活动来说不是很重要的基因，能编码4040404060606060种蛋白质。一般每个细胞具有种蛋白质。一般每个细胞具有种蛋白质。一般每个细胞具有种蛋白质
138、。一般每个细胞具有1 1 1 14 4 4 4个个个个F F F F因子。因子。因子。因子。 F F F F因子为附加体的质粒因子为附加体的质粒因子为附加体的质粒因子为附加体的质粒既可以脱离染色体在细胞内独立存在，既可以脱离染色体在细胞内独立存在，既可以脱离染色体在细胞内独立存在，既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上也可插入（整合）到染色体上也可插入（整合）到染色体上也可插入（整合）到染色体上F F因子的四种细胞形式因子的四种细胞形式 a a）F F- -菌株菌株菌株菌株(“(“雌性雌性雌性雌性” ”菌株菌株菌株菌株) )，不含不含不含不含F F因子，因子，因子，因子，
139、没有性菌毛，但可以通过接合作用接没有性菌毛，但可以通过接合作用接没有性菌毛，但可以通过接合作用接没有性菌毛，但可以通过接合作用接收收收收F F因子而变成因子而变成因子而变成因子而变成F F+ +菌株菌株菌株菌株；b b）F F+ +菌株菌株菌株菌株(“(“雄性雄性雄性雄性” ”菌株菌株菌株菌株) )， F F因子独立因子独立因子独立因子独立存在，细胞表面有性菌毛。存在，细胞表面有性菌毛。存在，细胞表面有性菌毛。存在，细胞表面有性菌毛。c c c c）HfrHfrHfrHfr菌株菌株菌株菌株，F F F F因子插入到染色体因子插入到染色体因子插入到染色体因子插入到染色体DNADNADNADNA上
140、上上上，细胞表面有性菌毛。，细胞表面有性菌毛。，细胞表面有性菌毛。，细胞表面有性菌毛。d d d d）FFFF菌株菌株菌株菌株，HfrHfr菌株内的菌株内的菌株内的菌株内的F F因子因不因子因不因子因不因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离正常切割而脱离染色体时，形成游离正常切割而脱离染色体时，形成游离正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的的但携带一小段染色体基因的的但携带一小段染色体基因的的但携带一小段染色体基因的F F因子，因子，因子，因子，特称为特称为特称为特称为FF因因因因 子。子。子。子。 细胞表面同样有性菌细胞表面同样有性菌细胞表面同样有性菌细胞表面同样有性菌
141、毛。毛。毛。毛。在在在在E.coliE.coliE.coliE.coli中根据是否含有中根据是否含有中根据是否含有中根据是否含有F F F F因子将其分为因子将其分为因子将其分为因子将其分为和和和和 1 1） F F+ +F F- -杂交杂交理化因子的处理可将理化因子的处理可将F F因子消除而使因子消除而使F F+ +菌株变成菌株变成F F- -菌株菌株F+菌株的菌株的F因子向因子向F-细胞转移，但含细胞转移，但含F因子的宿主细胞因子的宿主细胞的染色体的染色体DNA一般不被转移。一般不被转移。a a a a）F F F F+ + + +细菌通过性毛与细菌通过性毛与细菌通过性毛与细菌通过性毛与F
142、 F F F- - - -细菌接触并细菌接触并细菌接触并细菌接触并发生相互作用；发生相互作用；发生相互作用；发生相互作用；b b b b）F F F F+ + + +细菌的细菌的细菌的细菌的F F F F因子出现缺口，双链因子出现缺口，双链因子出现缺口，双链因子出现缺口，双链之一被切断，从断端转移之一被切断，从断端转移之一被切断，从断端转移之一被切断，从断端转移F F F F因子的因子的因子的因子的一条链到一条链到一条链到一条链到F F F F- - - -细菌中。细菌中。细菌中。细菌中。 c c c c）F F F F因子的一条链一进入因子的一条链一进入因子的一条链一进入因子的一条链一进入F
143、 F F F- - - -细菌中，细菌中，细菌中，细菌中，就在就在就在就在F F F F- - - -细菌中复制新的细菌中复制新的细菌中复制新的细菌中复制新的 F F F F因子。因子。因子。因子。d d d d）复制完成后，复制完成后，复制完成后，复制完成后， F F F F- - - -细菌变成细菌变成细菌变成细菌变成F F F F+ + + + ，同时原有同时原有同时原有同时原有F F F F+ + + +细胞也完成细胞也完成细胞也完成细胞也完成F F F F因子另一条链的因子另一条链的因子另一条链的因子另一条链的复制，所以转移是复制，所以转移是复制，所以转移是复制，所以转移是F F F
144、 F+ + + +的拷贝。的拷贝。的拷贝。的拷贝。所以最终所以最终所以最终所以最终杂交的结果杂交的结果杂交的结果杂交的结果是是是是F F F F- - - -细菌变成细菌变成细菌变成细菌变成F F F F+ + + +细菌，而原有的细菌，而原有的细菌，而原有的细菌，而原有的F F F F+ + + +细菌则不变。细菌则不变。细菌则不变。细菌则不变。HfrHfr菌株的菌株的F F因子插入到染色体因子插入到染色体DNADNA上，因此上，因此只要发生接合转只要发生接合转只要发生接合转只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给移过程，就可以把
145、部分甚至全部细菌染色体传递给移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F F F F- - - -细胞并细胞并细胞并细胞并发生重组，由此而得名为发生重组，由此而得名为发生重组，由此而得名为发生重组，由此而得名为高频重组菌株高频重组菌株。2 2）HfrHfr F-杂交杂交Hfr菌株仍然保持着菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有细胞的特征，具有F性菌毛，性菌毛，并象并象F+一样与一样与F-细胞进行接合。细胞进行接合。所不同的是，当所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，生缺口后，F因子的先导区因子的先导区(leading region)结合着结合着染色体染色
146、体DNA向受体细胞转移。向受体细胞转移。F因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子因子不易转入受体细胞中。不易转入受体细胞中。HfrF-杂交后的受体细胞杂交后的受体细胞(或接合子或接合子)大多数仍然是大多数仍然是F-。染色体上越靠近染色体上越靠近染色体上越靠近染色体上越靠近F F F F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，因子的先导区的基因，进入的机会就越多，因子的先导区的基因，进入的机会就越多，因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在在在在F F F F- - -
147、-中出现重组子的的时间就越早，频率高。中出现重组子的的时间就越早，频率高。中出现重组子的的时间就越早，频率高。中出现重组子的的时间就越早，频率高。中断杂交（中断杂交（中断杂交（中断杂交（interrupted matinginterrupted matinginterrupted matinginterrupted mating）技术技术技术技术利用利用利用利用HfrHfrHfrHfr F F F F- - - -的接合过程，的接合过程，的接合过程，的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌
148、以分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间( ( ( (分钟分钟分钟分钟) ) ) )为为为为单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。大肠杆菌基因组很大（大肠杆菌基因组很大（全部转移全部转移全部转移全部转移需要需要需要需要100100100100分钟分钟分
149、钟分钟），其遗传图谱须用），其遗传图谱须用多株多株F F因子整合在不同位置的因子整合在不同位置的HfrHfr菌才能完成菌才能完成3 3）FFF-杂交杂交HfrHfr菌株内的菌株内的F F因子因不正常切割而因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带脱离染色体时，形成游离的但携带一小段细菌染色体基因的一小段细菌染色体基因的F F因子，特因子，特称为称为FF因子因子。FFFF- -与与与与F F+ +FF- -的不同：的不同：的不同：的不同：供体的部分染色体基因随供体的部分染色体基因随供体的部分染色体基因随供体的部分染色体基因随FFFF一起转入受体一起转入受体一起转入受体一起转入受体细胞细胞细
150、胞细胞a a a a）与染色体发生重组；与染色体发生重组；与染色体发生重组；与染色体发生重组；b b b b）继续存在于继续存在于继续存在于继续存在于FFFF因子上，形成一种部分因子上，形成一种部分因子上，形成一种部分因子上，形成一种部分二倍体；二倍体；二倍体；二倍体；二二 其它种类的质粒其它种类的质粒 细菌的重组，除起主导作用的细菌的重组，除起主导作用的F F因子外，还有因子外，还有其它的质粒附加体能在细胞间传递。目前研其它的质粒附加体能在细胞间传递。目前研究的较多的有究的较多的有R R因子、大肠杆菌素因子和降解因子、大肠杆菌素因子和降解质粒等。质粒等。 （一）原核生物的质粒（一）原核生物的
151、质粒1 1、定义、定义、定义、定义质粒（质粒（质粒（质粒（plasmidplasmid）：）：）：）：一种独立于染色体外，能进行自主一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。复制的细胞质遗传因子，主要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；质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；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在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿
152、主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。机能，从而使宿主得到生长优势。机能，从而使宿主得到生长优势。机能，从而使宿主得到生长优势。2 2 2 2、结构特点、结构特点、结构特点、结构特点通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状(covalently (covalently (covalently (covalently closed circleclosed circleclosed circleclosed circle，简称简称简称简称CCC)CCC)CCC)CCC)的超螺旋的超螺旋的超螺旋的超螺旋双链双链双链双链DNADNADNADNA分子存在于细胞中；
153、分子存在于细胞中；分子存在于细胞中；分子存在于细胞中；也发现有线型双链也发现有线型双链也发现有线型双链也发现有线型双链DNADNADNADNA质粒和质粒和质粒和质粒和RNARNARNARNA质粒；质粒；质粒；质粒；质粒分子的大小范围从质粒分子的大小范围从质粒分子的大小范围从质粒分子的大小范围从1kb1kb1kb1kb左右到左右到左右到左右到1000kb1000kb1000kb1000kb； （细菌质粒多在（细菌质粒多在（细菌质粒多在（细菌质粒多在10kb10kb10kb10kb以内）以内）以内）以内）3 3、质粒的主要种类、质粒的主要种类质粒所编码质粒所编码质粒所编码质粒所编码的功能和赋的功能
154、和赋的功能和赋的功能和赋予宿主的表予宿主的表予宿主的表予宿主的表型效应型效应型效应型效应致育因子致育因子（Fertility factorFertility factorFertility factorFertility factor，F F F F因子）因子）因子）因子）抗性因子抗性因子（Resistance factorResistance factorResistance factorResistance factor，R R R R因子）因子）因子）因子）产细菌素的质粒产细菌素的质粒毒性质粒毒性质粒（virulence plasmidvirulence plasmidvirulence
155、 plasmidvirulence plasmid）代谢质粒代谢质粒（Metabolic plasmidMetabolic plasmidMetabolic plasmidMetabolic plasmid）隐秘质粒隐秘质粒隐秘质粒隐秘质粒（cryptic plasmidcryptic plasmidcryptic plasmidcryptic plasmid）（1）致育因子致育因子(Fertility factor，F因子因子)又称又称又称又称F F F F质粒，其大小约质粒，其大小约质粒，其大小约质粒，其大小约100kb100kb100kb100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌这是最早发
156、现的一种与大肠杆菌这是最早发现的一种与大肠杆菌这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（的有性生殖现象（的有性生殖现象（的有性生殖现象（接合作用接合作用接合作用接合作用）有关的质粒。）有关的质粒。）有关的质粒。）有关的质粒。携带携带携带携带F F F F质粒的菌株称为质粒的菌株称为质粒的菌株称为质粒的菌株称为F F F F+ + + +菌株菌株菌株菌株（相当于雄性），无（相当于雄性），无（相当于雄性），无（相当于雄性），无F F F F质粒的质粒的质粒的质粒的菌株称为菌株称为菌株称为菌株称为F F F F- - - -菌株（相当于雌性）菌株（相当于雌性）菌株（相当于雌性）菌株（相当于雌性）。
157、F F因子能以游离状态因子能以游离状态(F+)(F+)和以和以与染色体相结合的状态与染色体相结合的状态( (HfrHfr) )存在于细胞中，所以存在于细胞中，所以又称之为附加体又称之为附加体( (episomeepisome) )。（2）抗性因子（抗性因子（Resistance factor，R因子）因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称包括抗药性和抗重金属二大类，简称包括抗药性和抗重金属二大类，简称包括抗药性和抗重金属二大类，简称R R R R质粒。质粒。质粒。质粒。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。R R R R质粒
158、质粒质粒质粒抗性转移因子（抗性转移因子（抗性转移因子（抗性转移因子（RTFRTFRTFRTF）：转移和复制基因转移和复制基因转移和复制基因转移和复制基因抗性决定因子抗性决定因子抗性决定因子抗性决定因子：抗性基因：抗性基因：抗性基因：抗性基因（3）产细菌素的质粒（产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）（4 4）毒性质粒（毒性质粒（virulence plasmidvirulence plasmid）许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对
159、宿主（动物、植物）造成伤害。宿主（动物、植物）造成伤害。产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒。素编码的质粒。素编码的质粒。素编码的质粒。苏云金杆菌含有编码苏云金杆菌含有编码内毒素内毒素( (伴孢伴孢晶体中晶体中) )的质粒的质粒根癌土壤杆菌所含根癌土壤杆菌所含根癌土壤杆菌所含根癌土壤杆菌
160、所含TiTiTiTi质粒是引起双子叶植物冠质粒是引起双子叶植物冠质粒是引起双子叶植物冠质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子瘿瘤的致病因子瘿瘤的致病因子瘿瘤的致病因子（5）代谢质粒（代谢质粒（Metabolic plasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）
161、等。线菌）等。线菌）等。线菌）等。将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式用的简单形式用的简单形式用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。环境保护方面具有重要的意义。环境保护方面具有重要的意义。环境保护方面具有重要的意义。降解质粒：降解质粒：降解质粒：降解质粒：假单胞菌：假单胞菌：假单胞菌：假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，具有降解一些有毒化合物，具有降解一些有毒化合物，具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物如芳香簇化合物如芳香簇化合物如
162、芳香簇化合物( ( ( (苯苯苯苯) ) ) )、农、农、农、农药、辛烷和樟脑等的能力。药、辛烷和樟脑等的能力。药、辛烷和樟脑等的能力。药、辛烷和樟脑等的能力。（6）隐秘质粒（隐秘质粒（cryptic plasmid）隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。的方法，例如用凝胶电泳检测
163、细胞抽提液等方法才能发现。 它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）4 4 4 4、质粒在基因工程中的应用、质粒在基因工程中的应用、质粒在基因工程中的应用、质粒在基因工程中的应用质粒的优点：质粒的优点：质粒的
164、优点：质粒的优点：（1 1 1 1）体积小，易分离和操作）体积小，易分离和操作）体积小，易分离和操作）体积小，易分离和操作（2 2 2 2）环状，稳定）环状，稳定）环状，稳定）环状，稳定（3 3 3 3）独立复制）独立复制）独立复制）独立复制（4 4 4 4）拷贝数多）拷贝数多）拷贝数多）拷贝数多（5 5 5 5）存在标记位点，易筛选）存在标记位点，易筛选）存在标记位点，易筛选）存在标记位点，易筛选E. coliE. coliE. coliE. coli的的的的pBR322pBR322pBR322pBR322质粒是一个常用质粒是一个常用质粒是一个常用质粒是一个常用的克隆载体的克隆载体的克隆载体
165、的克隆载体第四节第四节 微生物的菌株选育微生物的菌株选育 微生物遗传变异的知识已被广泛地应用，其中在微微生物遗传变异的知识已被广泛地应用，其中在微微生物遗传变异的知识已被广泛地应用，其中在微微生物遗传变异的知识已被广泛地应用，其中在微生物菌株选育方面尤为突出。菌种选育主要有诱变育生物菌株选育方面尤为突出。菌种选育主要有诱变育生物菌株选育方面尤为突出。菌种选育主要有诱变育生物菌株选育方面尤为突出。菌种选育主要有诱变育种、杂交育种和遗传工程。种、杂交育种和遗传工程。种、杂交育种和遗传工程。种、杂交育种和遗传工程。 一、一、一、一、 诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种 就是用物理或化学因素处理微生物的
166、细胞群体，促使就是用物理或化学因素处理微生物的细胞群体，促使就是用物理或化学因素处理微生物的细胞群体，促使就是用物理或化学因素处理微生物的细胞群体，促使其中极少数的细胞遗传物质的分子结构发生改变；从其中极少数的细胞遗传物质的分子结构发生改变；从其中极少数的细胞遗传物质的分子结构发生改变；从其中极少数的细胞遗传物质的分子结构发生改变；从而引起微生物的遗传性发生变异，然后设法从群体中而引起微生物的遗传性发生变异，然后设法从群体中而引起微生物的遗传性发生变异，然后设法从群体中而引起微生物的遗传性发生变异，然后设法从群体中选出少数优良性状的菌株，以供科学实验或生产实践选出少数优良性状的菌株，以供科学实
167、验或生产实践选出少数优良性状的菌株，以供科学实验或生产实践选出少数优良性状的菌株，以供科学实验或生产实践中使用。中使用。中使用。中使用。 诱诱诱诱变变变变育育育育种种种种不不不不仅仅仅仅可可可可提提提提高高高高菌菌菌菌种种种种的的的的生生生生产产产产能能能能力力力力，而而而而且且且且还还还还可可可可以以以以改改改改进进进进产产产产品品品品的的的的质质质质量量量量，扩扩扩扩大大大大品品品品种种种种和和和和简简简简化化化化工工工工艺艺艺艺；从从从从方方方方法法法法来来来来说说说说它它它它具具具具有有有有速速速速度度度度快快快快、收收收收效效效效显显显显著著著著和和和和方方方方法法法法简简简简便便便
168、便等等等等优优优优点点点点，因因因因此此此此在在在在科科科科学学学学研研研研究究究究和和和和生生生生产产产产实实实实践践践践上上上上有有有有广广广广泛的应用。泛的应用。泛的应用。泛的应用。二二 、杂交育种、杂交育种 基因重组是杂交育种的理论基础。由于杂交基因重组是杂交育种的理论基础。由于杂交育种是选用已知性状的供体菌和受体菌作为亲育种是选用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在自觉性上，都比诱本，因此不论在方向性还在自觉性上，都比诱变育种前进了一步。变育种前进了一步。 另另外外，利利用用杂杂交交育育种种往往往往可可以以消消除除某某一一菌菌株株在在长长期期进进行行诱诱变变处处理理
169、后后出出现现的的产产量量上上升升缓缓慢慢的的现现象。因此杂交育种是一种重要的育种手段。象。因此杂交育种是一种重要的育种手段。 但由于杂交育种的方法较复杂，工作进展比但由于杂交育种的方法较复杂，工作进展比较缓慢，因此目前还难以象诱变育种那样得到普较缓慢，因此目前还难以象诱变育种那样得到普遍的推广和使用。遍的推广和使用。 三、三、 基因工程基因工程特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性（一）、基因工程（一）、基因工程定义：定义：定义：定义：在基因水平上，改造遗传物质，从而使在基因水平上，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物种发生变异，
170、创建出具有某种稳定新性状的生物新品系。生物新品系。获得目的基因获得目的基因获得目的基因获得目的基因选择基因载体选择基因载体体外重组体外重组外源基因导入外源基因导入外源基因导入外源基因导入（细菌（细菌（细菌（细菌、植物植物、动物动物、基因枪基因枪）筛选和鉴定筛选和鉴定筛选和鉴定筛选和鉴定应用应用应用应用（二）、基因工程的基本操作（二）、基因工程的基本操作第五节第五节 菌种的衰退、复壮和保藏菌种的衰退、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。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：影响微生
171、物菌种稳定性的因素：影响微生物菌种稳定性的因素：影响微生物菌种稳定性的因素：a a）变异；变异；b b）污染；污染； c c）死亡。死亡。一、菌种的衰退与复壮一、菌种的衰退与复壮菌种衰退的原因菌种衰退的原因：大量群体中的自发突变大量群体中的自发突变纯菌种纯菌种纯菌种纯菌种自发突变自发突变不纯菌种不纯菌种不纯菌种不纯菌种突变个体突变个体传代增殖传代增殖原始个体原始个体衰退菌种衰退菌种衰退：菌种出现或表现出负变性状衰退：菌种出现或表现出负变性状1 1 1 1）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获）从
172、衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原有典型性状的菌种。得具有原有典型性状的菌种。得具有原有典型性状的菌种。得具有原有典型性状的菌种。 a a）纯种分离；纯种分离； b b）通过寄主体进行复壮；通过寄主体进行复壮；2 2 2 2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在）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日常的菌种维护工作中不断筛选日常的菌种维护工作中不断筛选日常的菌种维护工作中不断筛选“ “正变正变正变正变” ”个体。个体。个体。个体。菌种的复壮：菌种的复
173、壮：二、防止衰退的措施二、防止衰退的措施1 1）减少传代次数；减少传代次数；2 2）创造良好的培养条件；）创造良好的培养条件；3 3）利用单核体传代）利用单核体传代4 4）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；5 5）采用有效的菌种保藏方法；）采用有效的菌种保藏方法；三、菌种保藏三、菌种保藏目的目的：在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用以供研究、生产、交换之用以供研究、生产、交换之用以供研究、生产、交换之用1
174、 1、挑选典型菌种的优良纯种、挑选典型菌种的优良纯种2 2、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体3 3、创造有利于休眠的保藏环境（如干、创造有利于休眠的保藏环境（如干 燥、低温）燥、低温）4 4、尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的、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微生物菌株基本原则：基本原则：基本原则：基本原则：基本方法基本方法培养基传代培养（培养基传代培养（斜面、平板）斜面、平板）寄主传代培养寄主传代培养低温（低温（液氮、低温冰箱）液氮、低温冰箱）干燥（干燥（沙土管、真空干燥）沙土管、真空干燥）生活态生活态休眠态休眠态菌种保藏的方法很多，
175、其原理：人为的创造菌种保藏的方法很多，其原理：人为的创造合适的环境条件，使微生物的代谢处于不活合适的环境条件，使微生物的代谢处于不活跃、生长繁殖受到抑制的休眠状态。即从低跃、生长繁殖受到抑制的休眠状态。即从低温、干燥缺氧三方面设计。温、干燥缺氧三方面设计。 一种好的保藏方法，首先应该能长期保持原一种好的保藏方法，首先应该能长期保持原种的优良性状不变，同时还需要考虑到方法种的优良性状不变，同时还需要考虑到方法本身的简便和经济。本身的简便和经济。复习与思考题复习与思考题名词解释：遗传性与变异性名词解释：遗传性与变异性名词解释：遗传性与变异性名词解释：遗传性与变异性 基因型与表型基因型与表型基因型与
176、表型基因型与表型 饰变饰变饰变饰变 基因突变基因突变基因突变基因突变 营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型 自发突变自发突变自发突变自发突变 转换转换转换转换 颠换颠换颠换颠换 移码突变移码突变移码突变移码突变 点突点突点突点突 变突率变突率变突率变突率 野生型野生型野生型野生型 转化转化转化转化 转导转导转导转导 感受态细胞感受态细胞感受态细胞感受态细胞 流产转导流产转导流产转导流产转导 缺陷噬菌体缺陷噬菌体缺陷噬菌体缺陷噬菌体 接合接合接合接合 F F F F因子因子因子因子 菌种复壮菌种复壮菌种复壮菌种复壮 菌种保藏菌种保藏菌种保藏菌种保藏试述证明核酸是遗传物质的试述证明核酸是遗传物
177、质的试述证明核酸是遗传物质的试述证明核酸是遗传物质的3 3 3 3个经典实验，为何均选个经典实验，为何均选个经典实验，为何均选个经典实验，为何均选择了微生物作为研究对象？择了微生物作为研究对象？择了微生物作为研究对象？择了微生物作为研究对象？试比较普遍性转导和局限性转导的异同。试比较普遍性转导和局限性转导的异同。试比较普遍性转导和局限性转导的异同。试比较普遍性转导和局限性转导的异同。试述基因突变的类型。试述基因突变的类型。试述基因突变的类型。试述基因突变的类型。5 5 5 5变量实验与影印试验说明何问题？变量实验与影印试验说明何问题？变量实验与影印试验说明何问题？变量实验与影印试验说明何问题？
178、6 6 6 6互变异构如何引起碱基置换？互变异构如何引起碱基置换？互变异构如何引起碱基置换？互变异构如何引起碱基置换？ 7.试述微生物突变的规律。85-溴尿嘧啶（5-BU）碱基类似物的代谢掺入如何 引起碱基置换？ 9请你设计筛选营养缺陷型突变体的方案？10试比较大肠杆菌中F因子存在的几种方式及 常见的杂交结果。11何谓菌种退化？12试述菌种保藏的原理及方法。 逐个逐个检出检出法：法：缺陷型缺陷型的检出：的检出：普遍转导（普遍转导（普遍转导（普遍转导（generalized transductiongeneralized transductiongeneralized transductiong
179、eneralized transduction）噬菌体可以转导噬菌体可以转导噬菌体可以转导噬菌体可以转导供体菌染色体的任何部分供体菌染色体的任何部分供体菌染色体的任何部分供体菌染色体的任何部分到受体细胞中到受体细胞中到受体细胞中到受体细胞中的转导过程的转导过程的转导过程的转导过程普遍性转导的三种后果：普遍性转导的三种后果：普遍性转导的三种后果：普遍性转导的三种后果：外源外源DNADNA被降解，转导失败。被降解，转导失败。进入受体的外源进入受体的外源进入受体的外源进入受体的外源DNADNADNADNA通过通过通过通过与细胞染色体的重组交换与细胞染色体的重组交换与细胞染色体的重组交换与细胞染色体的
180、重组交换而形成稳定的转导子而形成稳定的转导子而形成稳定的转导子而形成稳定的转导子流产转导流产转导完全普遍转导完全普遍转导转导转导DNADNA不能进行整合、重组和复制，但其携带的基不能进行整合、重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。因可经过转录而得到表达。因此群体中仅一个细胞含有因此群体中仅一个细胞含有DNADNA，而其它细胞只能得而其它细胞只能得到其基因产物，到其基因产物，在选择培养基平板上形成微小菌落在选择培养基平板上形成微小菌落在选择培养基平板上形成微小菌落在选择培养基平板上形成微小菌落流产普遍转导流产普遍转导局限转导局限转导温和噬菌体感染温和噬菌体感染整合到细菌染色体的特定位点
181、上整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化宿主细胞发生溶源化宿主细胞发生溶源化宿主细胞发生溶源化溶源菌因诱导而发生裂解时，溶源菌因诱导而发生裂解时，溶源菌因诱导而发生裂解时，溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主在前噬菌体二侧的少数宿主在前噬菌体二侧的少数宿主在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切基因因偶尔发生的不正常切基因因偶尔发生的不正常切基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体割而连在噬菌体割而连在噬菌体割而连在噬菌体DNADNADNADNA上上上上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数特定基因把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中转移到受体菌中温
182、和噬菌体温和噬菌体裂解时的裂解时的不正常切割：不正常切割：不正常切割：不正常切割：包含包含galgal或或biobio基因基因缺陷噬菌体缺陷噬菌体缺陷噬菌体缺陷噬菌体DNADNADNADNA分子在宿主细胞内能够象正常的分子在宿主细胞内能够象正常的分子在宿主细胞内能够象正常的分子在宿主细胞内能够象正常的DNADNADNADNA分子一样进行复制、包装，提分子一样进行复制、包装，提分子一样进行复制、包装，提分子一样进行复制、包装，提供所需要的裂解功能，形成转导颗粒，但没有正常噬菌体的供所需要的裂解功能，形成转导颗粒，但没有正常噬菌体的供所需要的裂解功能，形成转导颗粒，但没有正常噬菌体的供所需要的裂解
183、功能，形成转导颗粒，但没有正常噬菌体的溶源性和增殖能力溶源性和增殖能力溶源性和增殖能力溶源性和增殖能力，感，感，感，感染受体细胞后，通过染受体细胞后，通过染受体细胞后，通过染受体细胞后，通过DNADNADNADNA整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。低频转导低频转导低频转导低频转导低频转导低频转导裂解物裂解物裂解物裂解物正常噬菌体正常噬菌体正常噬菌体正常噬菌体极少量的极少量的极少量的极少量的部分部分部分部分缺陷噬菌体缺陷噬菌体缺陷噬菌体缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）（局限转
184、导噬菌体）（局限转导噬菌体）（局限转导噬菌体）转导颗粒转导颗粒转导颗粒转导颗粒局限转导子局限转导子局限转导子局限转导子（极少量（极少量（极少量（极少量）低感染复数低感染复数低感染复数低感染复数高频转导高频转导高频转导高频转导低频转导低频转导低频转导低频转导裂解物裂解物裂解物裂解物正常噬菌体正常噬菌体极少量的极少量的极少量的极少量的部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体（局限转导噬菌体（局限转导噬菌体（局限转导噬菌体）转导颗粒转导颗粒转导颗粒转导颗粒三次感染，三次整合，一次切割，两次复制，两三次感染，三次整合，一次切割，两次复制，两三次感染，三次整合，一次切割，
185、两次复制，两三次感染，三次整合，一次切割，两次复制，两次裂解，两次转导次裂解，两次转导次裂解，两次转导次裂解，两次转导高感染复数高感染复数高感染复数高感染复数双重溶源菌双重溶源菌双重溶源菌双重溶源菌缺陷噬菌缺陷噬菌缺陷噬菌缺陷噬菌体和正常体和正常体和正常体和正常噬菌体同噬菌体同噬菌体同噬菌体同步复制步复制步复制步复制高频转导高频转导高频转导高频转导裂解物裂解物裂解物裂解物部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体（局限转导噬菌体（局限转导噬菌体（局限转导噬菌体）正常噬菌体正常噬菌体正常噬菌体正常噬菌体等等等等量量量量转导转导转导转导颗粒颗粒颗粒颗粒局限转导子局限转
186、导子局限转导子局限转导子（大量）（大量）（大量）（大量）低感染低感染复数复数局限转导与普遍转导的比较局限转导与普遍转导的比较类类类类型型型型能转导的能转导的能转导的能转导的基因基因基因基因噬菌体在寄噬菌体在寄噬菌体在寄噬菌体在寄主细胞内的主细胞内的主细胞内的主细胞内的位置位置位置位置寄主染色寄主染色寄主染色寄主染色体组入噬体组入噬体组入噬体组入噬菌体的时菌体的时菌体的时菌体的时间间间间实例实例实例实例普普普普遍遍遍遍性性性性转转转转导导导导供体细胞供体细胞供体细胞供体细胞染色体上染色体上染色体上染色体上或者染色或者染色或者染色或者染色体外的任体外的任体外的任体外的任何基因何基因何基因何基因不能
187、结合到不能结合到不能结合到不能结合到寄主染色体寄主染色体寄主染色体寄主染色体的特定位点的特定位点的特定位点的特定位点上上上上在噬菌体在噬菌体在噬菌体在噬菌体裂解周期裂解周期裂解周期裂解周期中的营养中的营养中的营养中的营养期裹入期裹入期裹入期裹入鼠伤寒沙门氏菌的鼠伤寒沙门氏菌的鼠伤寒沙门氏菌的鼠伤寒沙门氏菌的P22P22P22P22噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体局局局局限限限限性性性性转转转转导导导导供体细胞供体细胞供体细胞供体细胞染色体上染色体上染色体上染色体上原噬菌体原噬菌体原噬菌体原噬菌体紧密连锁紧密连锁紧密连锁紧密连锁的少数特的少数特的少数特的少数特定基因定基因定基因定基因结合到寄主结合到寄主结合到寄主结合到寄主染色体的特染色体的特染色体的特染色体的特定位点上定位点上定位点上定位点上在原噬菌在原噬菌在原噬菌在原噬菌体诱导前体诱导前体诱导前体诱导前组入组入组入组入E.coliE.coliE.coliE.coli K K K K12121212的的的的噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体
