微生物的遗传和变异和菌种保藏课件

1、第七章 微生物的遗传和变异和菌种保藏黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程遗传和变异是生物界最基本的属性。遗传：微生物在繁殖延续后代的过程中，亲代与子代之间在形态、结构、生态、生理生化特性等方面具有一定的相似性，称为微生物的遗传。变异：在微生物繁殖过程中，在世代之间、同代个体之间存在差异的现象，称为变异。两者的关系：遗传是相对的，变异是绝对的，遗传中有变异，变异中有遗传，遗传和变异的辨证关系使微生物不断进化。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程7.1 微生物的遗传遗传变异的物质基础：遗传变异的物质基础是核酸，通过以下三个经典实验加以证明 7.1.1经典转化实验 7

2、.1.2噬菌体感染实验 7.1.3植物病毒的重建实验 黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程7.1.1经典转化实验 1.1928年，F.Griffith 最早进行的转化实验，以“肺炎链球菌”作为研究对象，做如下三组实验： 动物实验； 细菌培养实验； S型的无细胞抽提液实验 分析：加热杀死的S型细菌，在其细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，他能通过某种方式进入R型细胞，并使R型细胞获得表达S型荚膜性状的遗传特性。2.1944年，O.T.Avery 、C.M.Macleod和 M.McCady转化实验分析：S型细菌的DNA能将肺炎链球菌的R型转化为S型。而DNA纯度越高，转化效

3、率也越高，只取纯DNA的610-8的量时，仍有转化能力。这说明，S型菌株转移给R型菌株的是以DNA为基础的遗传因子。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程7.1.2噬菌体感染实验1952年，A.D.Hershey和M.Chase 噬菌体感染实验。实验过程：首先，他们将E.coli培养在以放射性32PO43-或35SO42-作为磷源或硫源的组合培养基中。结果获得含32P-DNA（噬菌体核心）的噬菌体或含35S-Pr体外壳的两种实验用噬菌体。实验说明：在其DNA中，含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。 黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程真核生物核原核生物染色体

4、的主要区别有：（1）真核生物的染色体主要由DNA、组蛋白组成，原核生物的染色体是单纯的DNA或RNA；（2）真核生物的染色体不止一个，而原核生物的染色体往往只有一个（3）真核生物的染色体为核膜所包被，原核生物的染色体外没有膜包被。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程2.质粒 质粒是原核生物（细菌、放线菌）的染色体外的遗传物质。它与遗传物质的转移、耐药性及抗生素等有密切的关系。例如：F质粒（F因子）。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程二、DNA的结构与复制DNA具有不同于生物体内其他物质的独特的分子结构，DNA分子结构的变化，是导致生物多样性的内在原因。（一）D

5、NA的结构1.DNA的化学组成 核酸有两种，即脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），它们都是由核苷酸聚合而成的大分子化合物。2.DNA的双螺旋结构黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程（二）DNA的复制DNA是生物遗传变异的物质基础，DNA分子上储存着全部的遗传信息，生物遗传性就是由DNA分子中碱基对的数目和排列顺序所决定的。为了确保子代与亲代的遗传性状不变，必须将亲代DNA分子上的遗传信息原样地传给子代，即在母代细胞中DNA碱基对地数目和排列顺序必须准确地被复制，传递到子代细胞中去。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程7.2.1基因和基因学说 1.基因：基

6、因是一段具有特定功能和结构的DNA片段，是编码蛋白质或RNA分子遗传信息的基本遗传单位。概念的理解：基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸（DNA）序列，是遗传物质的最小功能单位。2.基因学说：即基因是组成染色体的遗传单位，他能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单位。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程第二节 微生物的变异一、微生物突变体的主要种类 微生物突变的类型很多，按突变体的表型，可分为以下几种主要类型。（一）形态突变型 形态突变型是指微生物发生了可见的细胞形态变化或菌落形态改变的突变型。（二）生化突变型1.营养缺陷型2.抗性突变型3.发酵突变型4.毒力突变型5.

7、产量突变型黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程（三）条件致死突变型 条件致死突变型是指在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下却不表现致死效应的突变型。如某些突变体的大肠杆菌在40或在43 时不能生长，而在37 则可以生长。（四）致死突变型 致死突变型是指由于突变而丧失生活力造成个体死亡的突变型。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程三、基因突变与诱变育种1.基因突变 2.突变的类型 3.突变率 4.基因突变的特点 5.基因突变的机制黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程1.基因突变 基因突变简称突变，是变异的一类，泛指细胞内（或病毒颗粒内）遗传物质

8、的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程1.基因突变的特点 自发性 在无人为诱发因素的情况下，各种遗传性状的改变可以自发地产生。不对应性指突变性状（如抗青霉素）与引起突变的原因间无直接对应关系，稀有性 自发突变不可避免，但突变的频率极低。独立性 各种性状彼此间独立可诱导性通过物理、化学诱发，提高突变率稳定性 突变后新的遗传性状是稳定的 可逆性 实验证明，任何突变既可能正向突变，也可发生回复突变，频率基本相同。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程2.基因突变的机制 诱发突变：简称诱变，是指通过人为的方法，利用物

9、理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。 碱基的置换；移码突变；染色体畸变。 自发突变：指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。形成原因：背景辐射和环境因素的诱变；微生物自身有害代谢产物的诱变；又DNA复制过程中碱基配对错误引起。 紫外线（UV）对DNA的损伤及其修复光复活作用；切除修复；重组修复作用；紧急呼救（SOS）修复。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程（二）诱变育种根据微生物基因突变的理论，通过人工方法采用物理、化学和生物因素。处理微生物，使其发生改变，然后从中筛选出符合需要的优良突变菌株，供生产和科学研究使用的菌种选育过程。基因重组和杂交育种黑龙江生物

10、科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程7.3 基因重组 概念：又称为遗传传递，是指遗传物质从一个微生物细胞向另一个微生物细胞传递而达到基因的改变，形成新遗传型个体的过程。将外源重组体（DNA）分子导入受体细胞的途径主要有：转化和转导两种。杂交 转化 转导 噬菌体转变原生质体融合黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程7.3.2转化 概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段，通过交换，把它整合到自己的基因组中，再经过复制使自己变成一个转化子。这种受体菌接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象，就称为转化。条件：能进行转化的受体细胞必须处于感受态。转化过程的几个阶段：

11、双链DNA片段与感受态细胞表面的特定位点的结合；在吸附位点上的DNA片段被核酸内切酶水解，形成质量平均的DNA片段；DNA双链中的一条链被膜上的另一种核酸酶切除，另一条单链进入细胞；供体的单链DNA片段与受体细胞核染色体组上的同源区段配对；受体染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，一个获得了供体菌的转化基因形成转化子，另一个未获转化基因。黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程7.3.3转导 概念：通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体作为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，交换整合，从而使受体细胞获得供体细胞的部分遗传性状的现象。1952年，J.Lederberg 等在鼠伤寒沙

12、门氏菌中发现的转导现象。转导现象在自然界中普遍存在，目前所知道的转导现象有多种。1.普遍转导，通过完全缺陷噬菌体对任何DNA小片段的“误包”，而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象，称为普遍转导。包括完全普遍转导和流产普遍转导两种2.局限转导：指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象，称为局限转导。包括低频转导（LFT）和高频转导（HFT）两种黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程第三节 菌种保藏与复壮一、菌种保存（一）保存目的：保持菌种原有的性状和生活能力，不发生变异，不被其他杂菌污染，不死亡，以便能够很好地研究和利用微生物。（二）保存原理：根据微生物的生理、生化特性、创造条件（低温、干燥、缺氧等）使其代谢处于不活泼的休眠体（分生孢子或芽孢）状态，生长繁殖受到抑制，从而减低菌种的变异率。（三）保存方法：1.低温保存法：4，196150 （超低温）2.隔绝空气保存法：液体石蜡保存法，橡皮塞密封保存法。3.干燥保存法：砂土管保存法，真空冷冻干燥法，麸皮保存法，寄主保存法（活体保存法，病原菌，病毒）黑龙江生物科技职业学院生物制药技术专业微生物精品课程二、菌种的衰退与复壮（一