Chapter8微生物的遗传变异和育种课件

Chapter8微生物的遗传变异和育种Chapter8遗传：亲代与子代相似变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一遗传型：表型：生物的全部遗传因子所携带的遗传信息具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的外表特征和内在特征的总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。遗传：亲代与子代相似变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相表型饰变：表型的差异只与环境有关特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变特点：遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频率通常为10-6-10-9）表型饰变：表型的差异只与环境有关遗传型变异（基因变异、基因突微生物是遗传学研究中的明星：微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。物种和代谢类型多样对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。微生物是遗传学研究中的明星：微生物细胞结构简单，营养体一8.1遗传变异的物质基础8.1.1三个证明DNA是遗传物质的经典实验1.经典转化实验肺炎链球菌S型R型8.1遗传变异的物质基础8.1.1三个证明DNA是遗传1928年，F.Griffth作了3组实验:1928年，F.Griffth作了3组实验:1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子实验证明，将R菌转化为S菌的转化因子是DNA1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子实验2、噬菌体感染实验实验证明，进入细菌细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完整噬菌体的全部信息。1952年，A.D.Hershey和M.Chase2、噬菌体感染实验实验证明，进入细菌细胞内部的物质是DNA。3、植物病毒重建实验实验证明，遗传信息的流向与DNA的传递是一致的。3、植物病毒重建实验实验证明，遗传信息的流向与DNA的传递是1.细胞水平2.细胞核水平3.染色体水平

4.核酸水平5.基因水平6.密码子水平

7.核苷酸水平8.1.2遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式8.1.2.1遗传物质在7个水平上的形式1.细胞水平8.1.2遗传物质在微生物细胞内存在8.1.2.2微生物基因组结构的特点1.原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短；个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和tRNA中也发现有内含子或间插序列8.1.2.2微生物基因组结构的特点1.原核生物（细菌、古2.真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。2）没有明显的操纵子结构；3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列；4）重复序列多；2.真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；3.原核生物和真核生物的基因组比较3.原核生物和真核生物的基因组比较8.1.2.3原核生物的质粒1.定义质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。8.1.2.3原核生物的质粒1.定义2.结构特点通常以共价闭合环状(covalentlyclosedcircle，简称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb；(细菌质粒多在10kb以内）2.结构特点通常以共价闭合环状(covalentlyclo3、质粒的类型严紧型质粒(stringentplasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数松弛型质粒(relaxedplasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数窄宿主范围质粒(narrowhostrangeplasmid)（只能在一种特定的宿主细胞中复制）广宿主范围质粒(broadhostrangeplasmid)（可以在许多种细菌中复制）3、质粒的类型严紧型质粒(stringentplasmid4.质粒在基因工程中的应用质粒的优点：（1）体积小，易分离和操作（2）环状，稳定（3）独立复制（4）拷贝数多（5）存在标记位点，易筛选E.coli的pBR322质粒是一个常用的克隆载体4.质粒在基因工程中的应用5.质粒的检测提取所有胞内DNA后电镜观察；超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。5.质粒的检测提取所有胞内DNA后电镜观察；超速离心或6.质粒的主要种类质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应致育因子（Fertilityfactor，F因子）抗性因子（Resistancefactor，R因子）产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）毒性质粒（virulenceplasmid）代谢质粒（Metabolicplasmid）隐秘质粒（crypticplasmid）6.质粒的主要种类质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应致育因8.2基因突变和诱变育种8.2.1基因突变一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变、可遗传、自发或诱变产生基因突变狭义：点突变广义：基因突变和染色体畸变野生型（原始性状）基因突变突变型（新性状）8.2.1.1突变类型8.2基因突变和诱变育种8.2.1基因突变基因突变狭8.2.1.2突变率每一世代中发生某一性状突变的几率8.1.2.3基因突变的特点1.自发性2.不对应性3.稀有性4.独立性5.可诱变性6.稳定性7.可逆性8.2.1.2突变率1.自发性2.不对应性3.稀有性48.2.1.4基因突变自发性和不对应性的实验证明证明突变是自发产生的，并且突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系。野生型（原始性状）特定环境突变型（适应环境的新性状）驯化定向诱变筛选？？？？突变的原因三个经典实验变量实验涂布实验影印实验8.2.1.4基因突变自发性和不对应性的实验证明证明突变是8.2.1.5基因突变及其机制8.2.1.5基因突变及其机制1、诱发突变：

物理、化学与生物的因素，提高突变率的人为的作法（1）碱基的置换1、诱发突变：（1）碱基的置换碱基的置换引起的突变碱基的置换引起的突变（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位2.自发突变（1）背景辐射（2）有害产物积累（3）碱基错配无人为因素下的低频率突变原因：2.自发突变（1）背景辐射（2）有害产物积累（3）碱基错配无8.2.1.6紫外线对DNA的损伤及其修复嘧啶嘧啶二聚体UV1、光复活作用嘧啶二聚体嘧啶光解酶8.2.1.6紫外线对DNA的损伤及其修复嘧啶嘧啶二聚体UV2、切除修复2、切除修复8.2.2突变与育种8.2.2.1自发突变与育种：选育定向培育8.2.2.2诱变育种1.诱变育种的基本环节8.2.2突变与育种2.诱变育种的原则（1）使用简便有效的诱变剂诱变剂物理因素化学因素紫外线激光离子束X射线r射线快中子烷化剂碱基类似物吖啶化合物2.诱变育种的原则诱变剂物理因素化学因素紫外线烷化剂Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用“生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用

Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用“生物美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于1966年发明，因此称为Ames试验具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率回复突变：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于1966年发明Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Chapter8微生物的遗传变异和育种课件证明Ames试验重要性的应用实例：国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”，由于其药效显著，在60-70年代十分流行，但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停”，后来采用Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用但如果能在这种药物上市之前就进行Ames试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免，证明Ames试验重要性的应用实例：（2）选用优良的出发菌株（3）处理单细胞或单孢子悬浮液（4）使用最佳诱变剂量剂量=强度（浓度）×作用时间相对剂量=杀菌率（5）利用协同效应（6）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标（7）设计高效率筛选方案（8）根据具体情况创造新型筛选方案（2）选用优良的出发菌株3、突变株的筛选：（1）产量突变株的筛选（2）抗药性突变株的筛选（3）营养缺陷型突变株的筛选3、突变株的筛选：（1）产量突变株的筛选突变株的筛选方法诱变检出营养缺陷型淘汰野生型鉴定营养缺陷型富集培养（抗生素法）（菌丝过滤法）夹层培养法限量补充培养法逐个检出法影印平板法生长谱法突变株的筛选方法诱变检出营养缺陷型淘汰野生型鉴定营养缺陷型富8.3基因重组和杂交育种一、原核生物的基因重组（一）转化供体菌受体菌DNA片段1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力进行自然转化，需要二方面必要的条件：8.3基因重组和杂交育种一、原核生物的基因重组供体菌受1、建立了感受态的受体细胞感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞

自然感受态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；人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内2、外源游离DNA分子（转化因子）1、建立了感受态的受体细胞转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）Chapter8微生物的遗传变异和育种课件噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染(transfection)：转染的特点：提纯的噬菌体DNA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。转化过程的特点：a）对核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供体细胞；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株和转化受体菌株之间的亲源关系；d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染(tr人工转化用CaCl2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；用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。质粒的转化效率高；人工转化用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。（二）细菌的转导（transduction）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DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中细菌转导的类型：普遍转导局限转导完全普遍转导流产普遍转导低频转导高频转导局限转导与普遍转导的主要区别溶源转变（二）细菌的转导（transduction）由噬菌体介导的细（三）接合(conjugation)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1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm细菌的多重营养缺陷型杂交实验中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致。（三）接合(conjugation)通过细胞与细胞的直接接触证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（BernardDavis，1950）证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（Bern接合机制(大肠杆菌的接合机制)接合作用是由一种被称为F因子的质粒介导。F因子的分子量通常为5×107，上面有编码细菌产生性菌毛及控制接合过程进行的20多个基因。F因子为附加体质粒既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上接合机制(大肠杆菌的接合机制)接合作用是由一种被称为F因子的F因子的四种细胞形式a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收F因子而变成F+菌株；b）F+菌株(“雄性”菌株)，

F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。d）F′菌株，Hfr菌株内的F因子因不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F因子，特称为F′因子。细胞表面同样有性菌毛。F因子的四种细胞形式a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F因1）F+×F-杂交理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。a）F+细菌通过性毛与F-细菌接触并发生相互作用；b）F+细菌的F因子出现缺口，双链之一被切断，从断端转移F因子的一条链到F-细菌中。c）F因子的一条链一进入F-细菌中，就在F-细菌中复制新的F因子。d）复制完成后，F-细菌变成F+，同时原有F+细胞也完成F因子另一条链的复制，所以转移是F+的拷贝。所以最终杂交的结果是F-细菌变成F+细菌，而原有的F+细菌则不变。1）F+×F-杂交理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。2）Hfr×F-杂交Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，F因子的先导区(leadingregion)结合着染色体DNA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色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中。Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-Chapter8微生物的遗传变异和育种课件中断杂交（interruptedmating）技术利用Hfr×F-的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间(分钟)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。中断杂交（interruptedmating）技术利用Hf大肠杆菌基因组很大（全部转移需要100分钟），其遗传图谱须用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成大肠杆菌基因组很大（全部转移3）F′×F-杂交Hfr菌株内的F因子因不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F因子，特称为F′因子。F′×F-与F+×F-的不同：供体的部分染色体基因随F′一起转入受体细胞a）与染色体发生重组；b）继续存在于F′因子上，形成一种部分二倍体；细胞基因的这种转移过程又常称为性导（sexduction）、F因子转导（F-duction），或F因子媒介的转导（F-mediatedtransduction）。3）F′×F-杂交Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色“接合”“转导”及“转化”这三种在自然界中存在的细菌遗传重组过程各自的特点：外源DNA的来源及进入途径有差异“接合”“转导”及“转化”这三种在自然界中存在的细菌遗传（四）原生质体融合（四）原生质体融合二、真核微生物的基因重组（一）有性杂交细胞（＋）细胞（－）有性接合染色体重组新遗传型能产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以进行有性杂交二、真核微生物的基因重组细胞（＋）有性接合Chapter8微生物的遗传变异和育种课件（二）准性杂交细胞（＋）细胞（＋）准性接合基因重组新遗传型菌丝联结质配核配有丝分裂交换单倍体杂合子在半知菌类中最为常见半知菌的准性生殖（二）准性杂交细胞（＋）准性接合Chapter8微生物的遗传变异和育种课件准性杂交育种准性杂交育种8.4基因工程特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性一、基因工程定义：在基因水平上，改造遗传物质，从而使物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的生物新品系。8.4基因工程特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险获得目的基因选择基因载体体外重组外源基因导入（细菌、植物、动物、基因枪）筛选和鉴定应用二、基因工程的基本操作获得目的基因二、基因工程的基本操作8.5菌种的衰退、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：1.变异2.污染3.死亡8.5菌种的衰退、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工8.5.1菌种的衰退与复壮菌种衰退的原因：大量群体中的自发突变纯菌种自发突变不纯菌种突变个体传代增殖原始个体衰退菌种衰退：菌种出现或表现出负变性状8.5.1菌种的衰退与复壮菌种衰退的原因：大量群体中的自发1）从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。

a）纯种分离；

b）通过寄主体进行复壮；2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体。菌种的复壮：1）从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8.5.2防止衰退的措施1.减少传代次数；2.创造良好的培养条件；3.利用单核体传代；4.经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；5.采用有效的菌种保藏方法。8.5.2防止衰退的措施1.减少传代次数；2.创造良8.5.3菌种保藏目的：在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用。基本原则：

1.挑选典型菌种的优良纯种；2.尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体；3.创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温）；4.尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株。8.5.3菌种保藏目的：在一定时间内使菌种不死、不变、不基本方法培养基传代培养（斜面、平板）寄主传代培养低温（液氮、低温冰箱）干燥（沙土管、真空干燥）生活态休眠态基本方法培养基传代培养（斜面、平板）寄主传代培养低温（液氮、Chapter8微生物的遗传变异和育种课件冷冻干燥保藏法和液氮保藏法冷冻干燥保藏法和液氮保藏法1、细胞水平真核微生物：细胞核原核微生物：核区细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的1、细胞水平核基因组在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质2、细胞核水平真核生物细胞核核染色体原核生物核区DNA链核基因组在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质2、细胞3、染色体水平染色体是由组蛋白与DNA构成的线状结构染色体的数目在不同的生物中是不同的染色体的倍数在同一生物的不同生活时期是不同的3、染色体水平微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展，已成为研究微生物学的最有力的手段。4、核酸水平核酸种类：核酸结构：DNA长度：因种而异DNARNA双链单链环状线状超螺旋状微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始5、基因水平5、基因水平6、密码子水平第一碱基第二碱基第三碱基UCAGU苯丙氨酸

苯丙氨酸

亮氨酸

亮氨酸丝氨酸

丝氨酸

丝氨酸

丝氨酸酪氨酸

酪氨酸

。

。半胱氨酸

半胱氨酸

。

色氨酸U

C

A

GC亮氨酸

亮氨酸

亮氨酸

亮氨酸脯氨酸

脯氨酸

脯氨酸

脯氨酸组氨酸

组氨酸

谷氨酰胺

谷氨酰胺精氨酸

精氨酸

精氨酸

精氨酸U

C

A

GA异亮氨酸

异亮氨酸

异亮氨酸

甲硫氨酸或

甲酰甲硫氨酸苏氨酸

苏氨酸

苏氨酸

苏氨酸天冬酰胺

天冬酰胺

赖氨酸

赖氨酸丝氨酸

丝氨酸

精氨酸

精氨酸U

C

A

GG缬氨酸

缬氨酸

缬氨酸

缬氨酸丙氨酸

丙氨酸

丙氨酸

丙氨酸天冬氨酸

天冬氨酸

谷氨酸

谷氨酸甘氨酸

甘氨酸

甘氨酸

甘氨酸U

C

A

G6、密码子水平第一碱基第二碱基第三碱基UCAGU苯丙氨酸

苯7、核苷酸水平核苷酸是最小突变单位和交换单位7、核苷酸水平（1）致育因子(Fertilityfactor，F因子)又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无F质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(episome)。（1）致育因子(Fertilityfactor，F因子)又（2）抗性因子（Resistancefactor，R因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R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。R质粒抗性转移因子（RTF）：转移和复制基因抗性决定因子：抗性基因（2）抗性因子（Resistancefactor，R因子）R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（mercuricion，mer）四环素（tetracycline，tet）链霉素(Streptomycin,Str)磺胺(Sulfonamide,Su)氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidicacid，fus）并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：（3）产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）（3）产细菌素的质粒（Bacteriocinproduct一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：大肠杆菌（E.coli）产生的细菌素为colicins（大肠杆菌素），而质粒被称为Col质粒。细菌素结构基因涉及细菌素运输及发挥作用的蛋白质的基因赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该（4）毒性质粒（virulenceplasmid）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，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。（4）毒性质粒（virulenceplasmid）许多致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素编码的质粒。苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)的质粒根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子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Ti质粒中的T-DNA可携带任何外源基因整合到植物基因组中，是植物基因工程中有效的克隆载体Ti质粒中的T-DNA可携带任何外源基因整合到植物基因组中，（5）代谢质粒（Metabolicplasmid）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用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。降解质粒：（5）代谢质粒（Metabolicplasmid）质粒上携假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4dichlorophenoxyaceticacid)、辛烷和樟脑等的能力。假单胞菌：（6）隐秘质粒（crypticplasmid）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。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（一般加上抗性基因）（6）隐秘质粒（crypticplasmid）隐秘质粒不显变量实验（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）SalvadorLuriaMaxDelbruck变量实验（fluctuationanalysis）Salv变量实验（fluctuationanalysis）变量实验（fluctuationanalysis）Newcombe的涂布实验（1949）Newcombe的涂布实验（1949）影印实验（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederberg影印实验（replicaplating）JoshuaLChapter8微生物的遗传变异和育种课件普遍转导（generalizedtransduction）噬菌体可以转导供体菌染色体的任何部分到受体细胞中的转导过程普遍性转导的三种后果：外源DNA被降解，转导失败。进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子流产转导普遍转导（generalizedtransduction）Chapter8微生物的遗传变异和育种课件完全普遍转导完全普遍转导转导DNA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。因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物，在选择培养基平板上形成微小菌落流产普遍转导转导DNA不能进行整合、重组和复制，但其携带的基因可经过转录局限转导温和噬菌体感染整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体DNA上部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中局限转导温和噬菌体感染整合到细菌染色体的特定位点上溶源菌因诱Chapter8微生物的遗传变异和育种课件温和噬菌体λ裂解时的不正常切割：包含gal或bio基因缺陷噬菌体DNA分子在宿主细胞内能够象正常的λDNA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溶源性和增殖能力，感染受体细胞后，通过DNA整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。低频转导低频转导裂解物正常噬菌体极少量的部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）转导颗粒局限转导子（极少量）低感染复数温和噬菌体λ裂解时的不正常切割：包含gal或bio基因缺陷噬高频转导低频转导裂解物正常噬菌体极少量的部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）转导颗粒三次感染，三次整合，一次切割，两次复制，两次裂解，两次转导高感染复数双重溶源菌缺陷噬菌体和正常噬菌体同步复制高频转导裂解物部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）正常噬菌体等量转导颗粒局限转导子（大量）低感染复数高频转导低频转导正常噬菌体极少量的转导颗粒三次感染，三次整合局限转导与普遍转导的主要区别：a）局限转导中被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。局限转导与普遍转导的主要区别：a）局限转导中被转导的基因共价

溶源转变是一个与转导相似又不同的现象温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现象。溶源转变的特点：

1、噬菌体不携带任何供体菌的基因；2、噬菌体是完整的，而不是缺陷的；3、噬菌体基因的整合到宿主染色体上导致宿主获得新性状，无通过基因重组而形成的稳定转导子；4、宿主获得新性状具有不稳定性溶源转变是一个与转导相似又不同的现象温和噬菌体感染细胞后使Chapter8微生物的遗传变异和育种课件复制子限制性内切酶位点选择性遗传标记可大量增殖载体的特性常用载体原核受体细胞：松弛型细菌质粒、λ噬菌体真核细胞受体：SV40病毒（动物）、Ti质粒（植物）复制子载体的特性常用载体原核受体细胞：Chapter8微生物的遗传变异和育种Chapter8遗传：亲代与子代相似变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一遗传型：表型：生物的全部遗传因子所携带的遗传信息具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的外表特征和内在特征的总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。遗传：亲代与子代相似变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相表型饰变：表型的差异只与环境有关特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变特点：遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频率通常为10-6-10-9）表型饰变：表型的差异只与环境有关遗传型变异（基因变异、基因突微生物是遗传学研究中的明星：微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。物种和代谢类型多样对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。微生物是遗传学研究中的明星：微生物细胞结构简单，营养体一8.1遗传变异的物质基础8.1.1三个证明DNA是遗传物质的经典实验1.经典转化实验肺炎链球菌S型R型8.1遗传变异的物质基础8.1.1三个证明DNA是遗传1928年，F.Griffth作了3组实验:1928年，F.Griffth作了3组实验:1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子实验证明，将R菌转化为S菌的转化因子是DNA1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子实验2、噬菌体感染实验实验证明，进入细菌细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完整噬菌体的全部信息。1952年，A.D.Hershey和M.Chase2、噬菌体感染实验实验证明，进入细菌细胞内部的物质是DNA。3、植物病毒重建实验实验证明，遗传信息的流向与DNA的传递是一致的。3、植物病毒重建实验实验证明，遗传信息的流向与DNA的传递是1.细胞水平2.细胞核水平3.染色体水平

4.核酸水平5.基因水平6.密码子水平

7.核苷酸水平8.1.2遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式8.1.2.1遗传物质在7个水平上的形式1.细胞水平8.1.2遗传物质在微生物细胞内存在8.1.2.2微生物基因组结构的特点1.原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短；个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和tRNA中也发现有内含子或间插序列8.1.2.2微生物基因组结构的特点1.原核生物（细菌、古2.真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。2）没有明显的操纵子结构；3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列；4）重复序列多；2.真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；3.原核生物和真核生物的基因组比较3.原核生物和真核生物的基因组比较8.1.2.3原核生物的质粒1.定义质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。8.1.2.3原核生物的质粒1.定义2.结构特点通常以共价闭合环状(covalentlyclosedcircle，简称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb；(细菌质粒多在10kb以内）2.结构特点通常以共价闭合环状(covalentlyclo3、质粒的类型严紧型质粒(stringentplasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数松弛型质粒(relaxedplasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数窄宿主范围质粒(narrowhostrangeplasmid)（只能在一种特定的宿主细胞中复制）广宿主范围质粒(broadhostrangeplasmid)（可以在许多种细菌中复制）3、质粒的类型严紧型质粒(stringentplasmid4.质粒在基因工程中的应用质粒的优点：（1）体积小，易分离和操作（2）环状，稳定（3）独立复制（4）拷贝数多（5）存在标记位点，易筛选E.coli的pBR322质粒是一个常用的克隆载体4.质粒在基因工程中的应用5.质粒的检测提取所有胞内DNA后电镜观察；超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。5.质粒的检测提取所有胞内DNA后电镜观察；超速离心或6.质粒的主要种类质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应致育因子（Fertilityfactor，F因子）抗性因子（Resistancefactor，R因子）产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）毒性质粒（virulenceplasmid）代谢质粒（Metabolicplasmid）隐秘质粒（crypticplasmid）6.质粒的主要种类质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应致育因8.2基因突变和诱变育种8.2.1基因突变一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变、可遗传、自发或诱变产生基因突变狭义：点突变广义：基因突变和染色体畸变野生型（原始性状）基因突变突变型（新性状）8.2.1.1突变类型8.2基因突变和诱变育种8.2.1基因突变基因突变狭8.2.1.2突变率每一世代中发生某一性状突变的几率8.1.2.3基因突变的特点1.自发性2.不对应性3.稀有性4.独立性5.可诱变性6.稳定性7.可逆性8.2.1.2突变率1.自发性2.不对应性3.稀有性48.2.1.4基因突变自发性和不对应性的实验证明证明突变是自发产生的，并且突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系。野生型（原始性状）特定环境突变型（适应环境的新性状）驯化定向诱变筛选？？？？突变的原因三个经典实验变量实验涂布实验影印实验8.2.1.4基因突变自发性和不对应性的实验证明证明突变是8.2.1.5基因突变及其机制8.2.1.5基因突变及其机制1、诱发突变：

物理、化学与生物的因素，提高突变率的人为的作法（1）碱基的置换1、诱发突变：（1）碱基的置换碱基的置换引起的突变碱基的置换引起的突变（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位2.自发突变（1）背景辐射（2）有害产物积累（3）碱基错配无人为因素下的低频率突变原因：2.自发突变（1）背景辐射（2）有害产物积累（3）碱基错配无8.2.1.6紫外线对DNA的损伤及其修复嘧啶嘧啶二聚体UV1、光复活作用嘧啶二聚体嘧啶光解酶8.2.1.6紫外线对DNA的损伤及其修复嘧啶嘧啶二聚体UV2、切除修复2、切除修复8.2.2突变与育种8.2.2.1自发突变与育种：选育定向培育8.2.2.2诱变育种1.诱变育种的基本环节8.2.2突变与育种2.诱变育种的原则（1）使用简便有效的诱变剂诱变剂物理因素化学因素紫外线激光离子束X射线r射线快中子烷化剂碱基类似物吖啶化合物2.诱变育种的原则诱变剂物理因素化学因素紫外线烷化剂Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用“生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用

Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用“生物美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于1966年发明，因此称为Ames试验具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率回复突变：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于1966年发明Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Chapter8微生物的遗传变异和育种课件证明Ames试验重要性的应用实例：国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”，由于其药效显著，在60-70年代十分流行，但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停”，后来采用Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用但如果能在这种药物上市之前就进行Ames试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免，证明Ames试验重要性的应用实例：（2）选用优良的出发菌株（3）处理单细胞或单孢子悬浮液（4）使用最佳诱变剂量剂量=强度（浓度）×作用时间相对剂量=杀菌率（5）利用协同效应（6）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标（7）设计高效率筛选方案（8）根据具体情况创造新型筛选方案（2）选用优良的出发菌株3、突变株的筛选：（1）产量突变株的筛选（2）抗药性突变株的筛选（3）营养缺陷型突变株的筛选3、突变株的筛选：（1）产量突变株的筛选突变株的筛选方法诱变检出营养缺陷型淘汰野生型鉴定营养缺陷型富集培养（抗生素法）（菌丝过滤法）夹层培养法限量补充培养法逐个检出法影印平板法生长谱法突变株的筛选方法诱变检出营养缺陷型淘汰野生型鉴定营养缺陷型富8.3基因重组和杂交育种一、原核生物的基因重组（一）转化供体菌受体菌DNA片段1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力进行自然转化，需要二方面必要的条件：8.3基因重组和杂交育种一、原核生物的基因重组供体菌受1、建立了感受态的受体细胞感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞

自然感受态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；人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内2、外源游离DNA分子（转化因子）1、建立了感受态的受体细胞转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）Chapter8微生物的遗传变异和育种课件噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染(transfection)：转染的特点：提纯的噬菌体DNA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。转化过程的特点：a）对核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供体细胞；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株和转化受体菌株之间的亲源关系；d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染(tr人工转化用CaCl2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；用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。质粒的转化效率高；人工转化用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。（二）细菌的转导（transduction）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DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中细菌转导的类型：普遍转导局限转导完全普遍转导流产普遍转导低频转导高频转导局限转导与普遍转导的主要区别溶源转变（二）细菌的转导（transduction）由噬菌体介导的细（三）接合(conjugation)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1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm细菌的多重营养缺陷型杂交实验中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致。（三）接合(conjugation)通过细胞与细胞的直接接触证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（BernardDavis，1950）证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（Bern接合机制(大肠杆菌的接合机制)接合作用是由一种被称为F因子的质粒介导。F因子的分子量通常为5×107，上面有编码细菌产生性菌毛及控制接合过程进行的20多个基因。F因子为附加体质粒既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上接合机制(大肠杆菌的接合机制)接合作用是由一种被称为F因子的F因子的四种细胞形式a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收F因子而变成F+菌株；b）F+菌株(“雄性”菌株)，

F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。d）F′菌株，Hfr菌株内的F因子因不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F因子，特称为F′因子。细胞表面同样有性菌毛。F因子的四种细胞形式a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F因1）F+×F-杂交理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。a）F+细菌通过性毛与F-细菌接触并发生相互作用；b）F+细菌的F因子出现缺口，双链之一被切断，从断端转移F因子的一条链到F-细菌中。c）F因子的一条链一进入F-细菌中，就在F-细菌中复制新的F因子。d）复制完成后，F-细菌变成F+，同时原有F+细胞也完成F因子另一条链的复制，所以转移是F+的拷贝。所以最终杂交的结果是F-细菌变成F+细菌，而原有的F+细菌则不变。1）F+×F-杂交理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Chapter8微生物的遗传变异和育种课件Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。2）Hfr×F-杂交Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，F因子的先导区(leadingregion)结合着染色体DNA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色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中。Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-Chapter8微生物的遗传变异和育种课件中断杂交（interruptedmating）技术利用Hfr×F-的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间(分钟)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。中断杂交（interruptedmating）技术利用Hf大肠杆菌基因组很大（全部转移需要100分钟），其遗传图谱须用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成大肠杆菌基因组很大（全部转移3）F′×F-杂交Hfr菌株内的F因子因不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F因子，特称为F′因子。F′×F-与F+×F-的不同：供体的部分染色体基因随F′一起转入受体细胞a）与染色体发生重组；b）继续存在于F′因子上，形成一种部分二倍体；细胞基因的这种转移过程又常称为性导（sexduction）、F因子转导（F-duction），或F因子媒介的转导（F-mediatedtransduction）。3）F′×F-杂交Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色“接合”“转导”及“转化”这三种在自然界中存在的细菌遗传重组过程各自的特点：外源DNA的来源及进入途径有差异“接合”“转导”及“转化”这三种在自然界中存在的细菌遗传（四）原生质体融合（四）原生质体融合二、真核微生物的基因重组（一）有性杂交细胞（＋）细胞（－）有性接合染色体重组新遗传型能产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以进行有性杂交二、真核微生物的基因重组细胞（＋）有性接合Chapter8微生物的遗传变异和育种课件（二）准性杂交细胞（＋）细胞（＋）准性接合基因重组新遗传型菌丝联结质配核配有丝分裂交换单倍体杂合子在半知菌类中最为常见半知菌的准性生殖（二）准性杂交细胞（＋）准性接合Chapter8微生物的遗传变异和育种课件准性杂交育种准性杂交育种8.4基因工程特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性一、基因工程定义：在基因水平上，改造遗传物质，从而使物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的生物新品系。8.4基因工程特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险获得目的基因选择基因载体体外重组外源基因导入（细菌、植物、动物、基因枪）筛选和鉴定应用二、基因工程的基本操作获得目的基因二、基因工程的基本操作8.5菌种的衰退、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：1.变异2.污染3.死亡8.5菌种的衰退、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工8.5.1菌种的衰退与复壮菌种衰退的原因：大量群体中的自发突变纯菌种自发突变不纯菌种突变个体传代增殖原始个体衰退菌种衰退：菌种出现或表现出负变性状8.5.1菌种的衰退与复壮菌种衰退的原因：大量群体中的自发1）从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。

a）纯种分离；

b）通过寄主体进行复壮；2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体。菌种的复壮：1）从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8.5.2防止衰退的措施1.减少传代次数；2.创造良好的培养条件；3.利用单核体传代；4.经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；5.采用有效的菌种保藏方法。8.5.2防止衰退的措施1.减少传代次数；2.创造良8.5.3菌种保藏目的：在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用。基本原则：

1.挑选典型菌种的优良纯种；2.尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体；3.创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温）；4.尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株。8.5.3菌种保藏目的：在一定时间内使菌种不死、不变、不基本方法培养基传代培养（斜面、平板）寄主传代培养低温（液氮、低温冰箱）干燥（沙土管、真空干燥）生活态休眠态基本方法培养基传代培养（斜面、平板）寄主传代培养低温（液氮、Chapter8微生物的遗传变异和育种课件冷冻干燥保藏法和液氮保藏法冷冻干燥保藏法和液氮保藏法1、细胞水平真核微生物：细胞核原核微生物：核区细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的1、细胞水平核基因组在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质2、细胞核水平真核生物细胞核核染色体原核生物核区DNA链核基因组在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质2、细胞3、染色体水平染色体是由组蛋白与DNA构成的线状结构染色体的数目在不同的生物中是不同的染色体的倍数在同一生物的不同生活时期是不同的3、染色体水平微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展，已成为研究微生物学的最有力的手段。4、核酸水平核酸种类：核酸结构：DNA长度：因种而异DNARNA双链单链环状线状超螺旋状微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始5、基因水平5、基因水平6、密码子水平第一碱基第二碱基第三碱基UCAGU苯丙氨酸

苯丙氨酸

亮氨酸

亮氨酸丝氨酸

丝氨酸

丝氨酸

丝氨酸酪氨酸

酪氨酸

。

。半胱氨酸

半胱氨酸

。

色氨酸U

C

A

GC亮氨酸

亮氨酸

亮氨酸

亮氨酸脯氨酸

脯氨酸

脯氨酸

脯氨酸组氨酸

组氨酸

谷氨酰胺

谷氨酰胺精氨酸

精氨酸

精氨酸

精氨酸U

C

A

GA异亮氨酸

异亮氨酸

异亮氨酸

甲硫氨酸或

甲酰甲硫氨酸苏氨酸

苏氨酸

苏氨酸

苏氨酸天冬酰胺

天冬酰胺

赖氨酸

赖氨酸丝氨酸

丝氨酸

精氨酸

精氨酸U

C

A

GG缬氨酸

缬氨酸

缬氨酸

缬氨酸丙氨酸

丙氨酸

丙氨酸

丙氨酸天冬氨酸

天冬氨酸

谷氨酸

谷氨酸甘氨酸

甘氨酸

甘氨酸

甘氨酸U

C

A

G6、密码子水平第一碱基第二碱基第三碱基UCAGU苯丙氨酸

苯7、核苷酸水平核苷酸是最小突变单位和交换单位7、核苷酸水平（1）致育因子(Fertilityfactor，F因子)又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无F质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(episome)。（1）致育因子(Fertilityfactor，F因子)又（2）抗性因子（Resistancefactor，R因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R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。R质粒抗性转移因子（RTF）：转移和复制基因抗性决定因子：抗性基因（2）抗性因子（Resistancefactor，R因子）R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（mercuricion，mer）四环素（tetracycline，tet）链霉素(Streptomycin,Str)磺胺(Sulfonamide,Su)氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidicacid，fus）并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：（3）产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）（3）产细菌素的质粒（Bacteriocinp