微生物的遗传与变异详解演示文稿

微生物的遗传与变异详解演示文稿目前一页\总数一百五十四页\编于十八点优选微生物的遗传与变异目前二页\总数一百五十四页\编于十八点遗传与变异的几个概念遗传和变异是生命最本质的属性之一。遗传(heredity)表型（phenotype）遗传型（genotype）变异(variation)饰变（modification）目前三页\总数一百五十四页\编于十八点遗传(heredity)遗传(heredity)：是亲代将自身的完整的遗传基因稳定的传递给子代的行为。其表现为性状的传递。特点：具稳定性。目前四页\总数一百五十四页\编于十八点表型（phenotype）表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和;------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。目前五页\总数一百五十四页\编于十八点遗传型（genotype）遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；------是一种内在可能性或潜力。

遗传型+环境条件表型代谢发育目前六页\总数一百五十四页\编于十八点变异(variation)变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物质的结构或数量发生改变。特点：a.在群体中以极低的几率出现，（一般为10-6～10-10）；b.性状变化的幅度大；c.变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。目前七页\总数一百五十四页\编于十八点饰变（modification）饰变（modification）：指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。特点：a.几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化；b.性状变化的幅度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。目前八页\总数一百五十四页\编于十八点例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵杆菌素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25℃，又恢复产色素的能力。Fromlefttoright:slantculturegrownat25°C,slantculturegrownat37°C,brothculturegrownat25°C,brothculturegrownat37°C.

目前九页\总数一百五十四页\编于十八点第一节遗传变异的物质基础一、遗传物质在细胞内的存在部位和方式二、原核生物的质粒目前十页\总数一百五十四页\编于十八点一、遗传物质在细胞内的存在部位和方式（一）七个水平1、细胞水平微生物的遗传物质几乎都集中在细胞核或核质体（类核）中。不同微生物细胞所含有细胞核的数量常有所不同：酿酒酵母、黑曲霉等真菌一般都是单核的；粗糙脉孢菌、米曲霉等真菌是多核的；藻状菌类真菌和放线菌类的菌丝细胞是多核的，而孢子是单核的；在细菌中，杆菌细胞多有两个类核，而球菌一般只有一个。目前十一页\总数一百五十四页\编于十八点2、细胞核水平（1）核内染色体：真核生物的细胞核外被核膜，核内的DNA与组蛋白结合在一起，形成结构稳定的染色体；原核生物的类核无核膜，呈松散的核质体状态存在，DNA也不与任何蛋白质结合。（2）核外染色体：核外遗传物质A)真核生物的“质粒”：细胞质基因：线粒体、叶绿体；共生生物：卡巴颗粒；酵母菌的2um质粒B)原核生物的质粒：F因子、R因子、Col质粒、Ti质粒、巨大质粒、降解性质粒等。目前十二页\总数一百五十四页\编于十八点3、染色体水平

（1）染色体数：在不同生物体的每个细胞核内，往往有不同数目的染色体。真核生物常有较多的染色体；而原核生物的核质体中只有一个裸露的、光镜不可见的环状染色体，所以对原核生物来说，染色体水平实际上与核酸水平相同。（2）染色体倍数：除染色体的数目外，染色体的套数也不同。如果在一个细胞中只有一套相同功能的染色体，它就是一个单倍体。在自然界中发现的微生物，多数都是单倍体的；包含有两套相同功能染色体的细胞，就称为双倍体。只有少数微生物如酿酒酵母的营养细胞以及由两个单倍体的性细胞通过接合或体细胞融合而形成的合子，才是双倍体。在原核生物中，通过转化、转导或接合等过程而获得外源染色体片段时，只能形成一种不稳定的称作部分双倍体的细胞。目前十三页\总数一百五十四页\编于十八点生物单倍体的染色体数分子量约数核苷酸对数已知基因数人233~~5×10125~~7×109~~4，000黑腹果蝇47．9×10108．0×1075，000~6，000粗糙脉孢菌72．8×10104．5×107>500大肠杆菌12．5×1093．8×106~~1，027噬菌体T411．1×1082．0×105~~135噬菌体λ13．2×1074．8×104~~35噬菌体MS211．1×1063．5×1033一些真核生物和原核生物基因组的比较

目前十四页\总数一百五十四页\编于十八点目前十五页\总数一百五十四页\编于十八点4、核酸水平

核酸种类：绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA；核酸结构：多数为双链结构，少数为单链结构。DNA的长度：bp、kb和Mb目前十六页\总数一百五十四页\编于十八点目前十七页\总数一百五十四页\编于十八点5、基因水平

基因：生物体内，具有自主复制能力的遗传功能单位。基因的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的核酸片段。每一个基因的分子量约为6.7×105Da，约含1000~1500bp(碱基对)，每个细菌一般含有5,000~10,000个基因。基因概念和种类；原核和真核的基因调控系统（遗传学书）目前十八页\总数一百五十四页\编于十八点原核生物的基因调控系统是由一个操纵子(operon)和它的调节基因(regulatorgene)组成的。一个操纵子又包含3种基因：结构基因(structuregene)：结构基因是通过转录和翻译过程来执行多肽(酶及结构蛋白)合成。操纵基因(operator)：操纵基因是与结构基因紧密连锁在一起的，是阻遏蛋白的附着部位，它能控制结构基因转录的开放或关闭。启动基因(promotor)：启动基因是转录的起始部位，是RNA多聚酶附着和启动的部位。操纵基因和启动基因不能转录RNA，不产生任何基因产物。调节基因一般与操纵子有一定间隔距离(一般小于100个碱基)，它是调节操纵子中结构基因活动的基因。目前十九页\总数一百五十四页\编于十八点E.coil乳糖操纵子模型：目前二十页\总数一百五十四页\编于十八点6、密码子水平密码子：负载遗传信息的基本单位，是由DNA链上的三个核苷酸的特定顺序所决定的。三联密码子一般都用mRNA上的3个核苷酸顺序来表示。目前二十一页\总数一百五十四页\编于十八点7、核苷酸水平核苷酸：最低的突变单位。DNA中：A、T、C、G；RNA中：A、U、C、G稀有碱基：5-羟甲基胞嘧啶、5-溴尿嘧啶等

目前二十二页\总数一百五十四页\编于十八点核苷酸及其衍生物：广泛地参与生物体内各类生物化学反应。腺苷三磷酸（ATP）和鸟苷三磷酸（GTP）是生命活动广泛需要的能源；环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）和2’,5’-寡聚腺苷酸是代谢调节信号分子；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）、烟酰胺腺膘吟二核苷酸磷酸（NADP+）、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和辅酶A（CoA）是广泛存在的辅酶；UDP-葡萄糖、CDP-胆碱等参与糖代谢和磷脂代谢。肌苷酸（5’-IMP）、鸟苷酸（5’-GMP）是味精的助鲜剂。

上面讲的基因水平，实际上是一个遗传的功能单位，密码子水平是一个信息单位，而核苷酸水平(即碱基水平)则可认为是一个最低突变单位或交换单位。目前二十三页\总数一百五十四页\编于十八点DNA的结构和复制(一)DNA的结构：4种碱基：AGTC两条DNA单链是反向平行和互补的，构成螺旋形梯状大分子。双链DNA的特征：受热变性:双链DNA受热到一定温度，碱基之间H键会断裂分开为两条单链。复性：温度下降后分开的两条单链又重新以H键相连，恢复成双链DNA(二)DNA的复制双链DNA—解链为两条DNA单链---复制---重新连接目前二十四页\总数一百五十四页\编于十八点(二)RNA与遗传密码4个碱基：A、C、G、U1、rRNA核糖体RNA。80%以上2、mRNA信使RNA把DNA的的遗传信息携带到合成蛋白质的核糖体中，每个mRNA分子对应于一小段DNA。3、tRNA转移RNA在翻译过程中将氨基酸从细胞质转运到核糖体并装配到新合成的多肽链中。4、RNA的结构：一般以单链形式存在，并倾向于折叠成复杂结构。目前二十五页\总数一百五十四页\编于十八点二、原核生物的质粒质粒：游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA（circlularcovalentlyclosedDNA）。1984年后，发现线形质粒。结构：超螺旋结构，麻花状。大小：相对分子量106-108，相当基因组的1%大小。存在意义：质粒上携带某些核基因组上所缺少的基因，使细菌等原核生物获得了某些对其生存并非不可缺少的特殊功能，例如接合、产毒、抗药、固氮、产特殊酶或降解环境毒物等功能。性质：鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法目前二十六页\总数一百五十四页\编于十八点1、性质①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，以附加体（episome）的形式存在；②对于细菌的生存并不是必要的③功能多样化目前二十七页\总数一百五十四页\编于十八点性质④质粒是一种复制子（replicon），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，严紧型质粒的复制受细胞核控制，与染色体DNA复制相伴随,一般一个寄主细胞内只有少数几个（1-5）个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核控制，在染色体DNA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10-200个或更多。目前二十八页\总数一百五十四页\编于十八点性质⑤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。目前二十九页\总数一百五十四页\编于十八点质粒具有很多有利于基因工程操作的优点：＊体积小，便于DNA的分离和操作＊呈环状，性能稳定＊独立的复制＊拷贝数多，使外源DNA可很快扩增＊存在抗药性基因等选择性标记，便于含质粒克隆的见出和选择E.coli的pBR322质粒2、质粒在基因工程中的应用目前三十页\总数一百五十四页\编于十八点E.coli的pBR322质粒目前三十一页\总数一百五十四页\编于十八点3、种类1.F–因子（fertilityfactor）2.R因子（resistancefactor）3.Col因子（colicinogenicfactor）4.Ti质粒（tumorinducingplasmid）5.降解性质粒6.巨大质粒（mega质粒）目前三十二页\总数一百五十四页\编于十八点代表性质粒（1）F质粒（fertilityfactor）又称F因子、致育因子或性因子，是大肠杆菌等细菌中决定“性别”的质粒。可通过接合转移。目前三十三页\总数一百五十四页\编于十八点（2）R质粒（resistancefactor）又称R因子或抗药性质粒，具有多种抗生素抗性基因，并且可以在不同细菌中传递。可作为基因工程的载体。目前三十四页\总数一百五十四页\编于十八点（3）Col因子（colicinogenicfactor）即产大肠杆菌素因子，属严谨型质粒，也可通过接合转移。大肠杆菌素是有Col因子编码的细菌毒素，具有通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一杀死其它细菌的功能。（4）Ti质粒（tumorinducingplasmid）即诱癌质粒，存在于根癌农杆菌（Agrobacteriumtumefaciens）之中，可引起多种双子叶植物的根癌。Ti质粒是当今植物基因工程研究中的重要载体。目前三十五页\总数一百五十四页\编于十八点（5）Ri质粒（rootinducingplasmid）：Agrobacteriumrhizogenes可侵染双子叶植物的根部，并诱生大量称为毛状根的不定根。（6）mega质粒(megaplasmid)：即巨大质粒，在根瘤菌属（Rhizobium）中发现的一种质粒，分子量比一般质粒大几十到几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。（7）降解性质粒：只在假单孢菌属（pseudomonas）存在的一系列质粒的总称，它们可以为一系列能降解复杂物质的酶编码，从而可以分解利用一般细菌所难以分解的物质。这些质粒以其所分解的底物命名，如：CAM（樟脑）质粒、XYL（二甲苯）质粒、NAP（萘）质粒等。在环境保护上具有重大的应用价值。目前三十六页\总数一百五十四页\编于十八点三、基因与基因组基因(gene)：遗传的最小功能单位，是一段特定DNA序列。绝大多数基因的功能是编码合成多肽或蛋白质。基因组(genome)：一种微生物的全部或部分遗传成分的DNA碱基序列，它同时包含了基因编码和不编码任何基因的DNA序列。有时基因组也可特指某一条染色体或质粒的DNA全序列，此时称染色体基因组或质粒基因组。《遗传学名词》第二版对“基因组”的释义：

单倍体细胞核、细胞器或病毒粒子所含的全部DNA分子或RNA分子。目前三十七页\总数一百五十四页\编于十八点基因的大小表示：碱基对(basepair,bp)数基因的平均大小为1000bp，即1Kb（kilobase)1000bp=1Kb,1000Kb=1Mb(megabase)基因组：其中的各个基因不是杂乱地存在，一些相关的基因常排列在一起，呈现具有某些功能的基因束或簇（cluster)。细菌基因组主要由核心系列（coresequence)组成，其G+C含量很一致。核心系列包括核糖体RNA特异基因、编码关键性代谢蛋白的基因。目前三十八页\总数一百五十四页\编于十八点第二节微生物的变异和基因重组野生型（wildtype)：从自然界分离到的菌株突变(mutation)：其细胞中的DNA碱基和碱基序列的任何改变突变型(mutant):变化了的碱基在复制后稳定存在于子代是，则成为突变型（或突变体），由野生型经突变后形成新性状的菌株基因突变：变异的一类，指生物体的遗传物质分子结构发生的可遗传的变化。目前三十九页\总数一百五十四页\编于十八点一、基因突变二、突变与育种目前四十页\总数一百五十四页\编于十八点一、基因突变（一）突变类型选择性非选择性（二）突变率（三）突变的特点（四）基因突变机制目前四十一页\总数一百五十四页\编于十八点选择性菌株营养缺陷型：因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。抗性突变型：因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性条件致死型：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目前四十二页\总数一百五十四页\编于十八点非选择性菌株形态突变型——因突变而产生的个体和菌落形态的变异抗原突变型——因突变而引起的抗原结构发生改变产量突变型——因突变而获得的在代谢产物产量上高于原始菌株的突变株

目前四十三页\总数一百五十四页\编于十八点（二）突变率定义：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10–8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生突变株（mutant，即突变型）的数目来表示。如一个含108个细胞的群体，当其分裂为2×108个细胞时，即可平均发生一次突变的突变率也是10–8。目前四十四页\总数一百五十四页\编于十八点（二）突变率（mutationrate）

突变率：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，也可以用每一单位群体在每一世代中产生的突变株的数目来表示。10-6~10-9菌名突变性状突变率Escherichiacoil（大肠杆菌）抗T1噬菌体3×10-8E．coil抗T3噬菌体1×10-7E．coil不发酵乳糖1×10-10E．coil抗紫外线1×10-5Staphylococcusaureus（金黄色葡萄球菌）抗青霉素1×10-7S．aureus抗链霉素1×10-9Salmonellatyphi（伤寒沙门氏菌）抗25μg/L链霉素5×10-6Bacillusmegaterium（巨大芽孢杆菌）抗异烟肼5×10-5若干细菌某一性状的突变率

目前四十五页\总数一百五十四页\编于十八点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株（backmutant或reversemutant）或抗性突变株特别是抗药性突变株的方法来加以确定。目前四十六页\总数一百五十四页\编于十八点（三）突变的特点

1、自发性：各种突变可以在没有人为因素的处理下自发发生；2、不对应性：指突变性状（如抗青霉素）与引起突变的原因之间无直接对应关系；3、稀有性：自发突变的频率是极低和稳定的，一般在10-6~10-9之间；4、独立性：某一基因的突变，不会对其他基因的突变频率产生影响；5、可诱变性：通过诱变剂的作用，可以提高自发突变的几率10~105倍；6、稳定性：突变性状是稳定的、可遗传的；7、可逆性：任何性状都会发生正向突变，也会发生回复突变。

目前四十七页\总数一百五十四页\编于十八点（四）基因突变的机制1.诱发突变：指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。（1）碱基的置换（2）移码突变（3）染色体畸变2.自发突变：指生物体在无人工干预下自然发生的低频突变。目前四十八页\总数一百五十四页\编于十八点（1）碱基的置换定义：碱基的置换属于一种染色体的微小损伤，一般也称点突变（pointmutation）。只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。分类：转换（transition）和颠换（transversion）导致置换的诱变剂种类：直接诱变剂间接诱变剂目前四十九页\总数一百五十四页\编于十八点转换（transition）和颠换（transversion）转换（transition），即DNA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；颠换（transversion），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。目前五十页\总数一百五十四页\编于十八点目前五十一页\总数一百五十四页\编于十八点直接诱变剂定义：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有作用。种类：亚硝酸、羟胺和各种烷化剂作用：羟胺只引起G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T发生互变的。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有目前五十二页\总数一百五十四页\编于十八点诱变因素在DNA上的初级效应遗传效应碱基类似物掺入作用AT=GC双向转换羟胺与胞嘧啶起反应GC→AT的转换亚硝酸 A、G、C的氧化脱氨作用交联AT=GC双向转换缺失烷化剂烷化碱基（主要是G）烷化磷酸基团丧失烷化的嘌呤糖-磷酸骨架的断裂AT=GC双向转换AT→TA的颠换GC→CG的颠换巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类碱基之间相互作用双链变形码组移动（＋或－）紫外线嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚体交联GC→AT转换码组移动（＋或－）电离辐射碱基的羟基化核降解DNA降解 糖-磷酸骨架的断裂丧失嘌呤AT=GC双向转换码组移动（＋或－）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）加热C脱氨基CG→TA转换Mu噬菌体结合到一个基因中间码组移动 目前五十三页\总数一百五十四页\编于十八点间接引起置换的诱变剂种类：碱基类似物。5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、叠氮胸腺嘧啶（AIT）作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到DNA分子中，主要是在DNA复制时碱基类似物插入DNA中，引起碱基对配对错误，造成碱基置换。例子：5-BU目前五十四页\总数一百五十四页\编于十八点回变对进行新陈代谢的微生物起作用目前五十五页\总数一百五十四页\编于十八点（2）移码突变指诱变剂使DNA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错误的一类突变。诱变剂：吖啶类染料，ICR类化合物吖啶类化合物,如原黄素、吖啶橙、吖啶黄、a-氨基吖啶等是一类染料，具有扁平结构，能插入到DNA分子的碱基对之间，使DNA结构变形，在复制时产生不对称交换，从而引起在DNA链中插入或缺失一个或几个核苷酸，造成这一对核苷酸以后所有密码发生移动，产生移码突变。目前五十六页\总数一百五十四页\编于十八点（2）移码突变移码突变的规律：1.不管是插入还是缺失一个碱基都会导致后续的序列出错。2.双数的碱基的缺失或插入也都会导致后续的序列出错。3.负负得正，正正为负，正负相抵。目前五十七页\总数一百五十四页\编于十八点（2）移码突变机理：由于丫啶基有三个苯环，与嘌呤和嘧啶（1+2）很相似，并且为平面结构，容易插入两个碱基对之间，会造成碱基的移位，从而导致突变的发生。目前五十八页\总数一百五十四页\编于十八点（3）染色体畸变DNA分子的大损伤:缺失、重复、插入、易位、倒位目前五十九页\总数一百五十四页\编于十八点转座因子转座因子有具有在染色体上不同部位间移动能力的遗传成分，原核微生物和真核生物均有。已知有3类可转座的因子：插入序列（insertionsequence,IS)、转座子（transposon,Tn)和某些病毒（如Mu噬菌体）目前六十页\总数一百五十四页\编于十八点（1）插入序列一类分子质量很小的遗传成分，大小一般在750-1500bp。其编码容量只有1-2种多肽，可以调节自身的转座，一般没有表型标记。IS能够在染色体和质粒的许多位点插入并改换位点，也称为跳跃基因（jumpinggene)目前六十一页\总数一百五十四页\编于十八点（2）转座子能够插入染色体或质料不同位点的一段DNA序列，一般大小为数千碱基对。具有转座功能，即能移动不同位点上去，本身也可复制，转座后在原来位置上仍可保留一份拷贝。（3）DNA或RNA病毒也可看成一类染色体外遗传成分，它们不但控制自身的复制，而且能在微生物细胞之间进行转移。目前六十二页\总数一百五十四页\编于十八点目前六十三页\总数一百五十四页\编于十八点（一）自发突变与育种：选育:在生产中出现一定几率的正突变株定向培育：利用微生物的自发突变，采用特定的选择条件，通过对微生物群体不断移植以选育出较优良菌株的古老方法．二、突变与育种目前六十四页\总数一百五十四页\编于十八点二、突变与育种（二）诱变育种基本环节原则筛选方法目前六十五页\总数一百五十四页\编于十八点诱变育种的基本环节目前六十六页\总数一百五十四页\编于十八点诱变育种的几个原则（1）使用简便有效的诱变剂（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（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目前六十七页\总数一百五十四页\编于十八点（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目前六十八页\总数一百五十四页\编于十八点（2）选用优良的出发菌株目前只停留在经验阶段：选用自发突变菌株来进行诱变选用生长快的菌株等等目前六十九页\总数一百五十四页\编于十八点（3）处理单细胞或单孢子悬浮液目的：使不纯的菌落尽量少，不纯的原因是：细胞的多核与核酸的双链处理方法：选用单核单细胞悬浮液或是芽孢和分生孢子目前七十页\总数一百五十四页\编于十八点（4）使用最佳诱变剂量剂量=强度（浓度）×作用时间相对剂量=杀菌率两条重要的曲线：剂量存活率曲线和剂量诱变率曲线。通过这两条曲线，我们可以找出一个最佳的点。在这个点上，既可以有一定的突变率，还可以兼顾存活率。规律：在大多数的情况下，低剂量的正变率较高。目前七十一页\总数一百五十四页\编于十八点（5）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标利用鉴别性培养基的原理或其他途径，就可以有效地把原先肉眼无法观察的生理性状或产量性状转化为可见的“形态”性状，有利于提高育种效率。例如：伊红美蓝培养基、乳糖胆盐蛋白胨培养基等目前七十二页\总数一百五十四页\编于十八点（6）设计高效率筛选方案在实际工作中，为了提高筛选效率，往往将筛选工作分为初筛和复筛两步进行。初筛的目的是删去明确不符合要求的大部分菌株，把生产性状类似的菌株尽量保留下来，使优良菌种不致于漏网。因此，初筛工作以量为主，测定的精确性还在其次。初筛的手段应尽可能快速、简单。复筛的目的是确认符合生产要求的菌株，所以，复筛步骤以质为主，应精确测定每个菌株的生产指标。目前七十三页\总数一百五十四页\编于十八点（6）设计高效率筛选方案目前七十四页\总数一百五十四页\编于十八点两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程，称为基因重组。第三节基因重组和杂交育种目前七十五页\总数一百五十四页\编于十八点重组与杂交的关系：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（hybridization）则是细胞水平上的一个概念。杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。真核微生物中的有性杂交、准性杂交（parasexualhybridization）等及原核生物中的转化、转导、接合和原生质体融合等都是基因重组在细胞水平上的反映。目前七十六页\总数一百五十四页\编于十八点一、原核生物的基因重组细菌：不具备性系统，不能通过两性交配使两个细胞的全部遗传信息等量地传给子代，可通过交换部分DNA而进行基因转移。提供DNA的细菌细胞称为供体，获得DNA的细胞称为受体。目前七十七页\总数一百五十四页\编于十八点原核生物的基因重组（一）转化（二）转导（三）接合（四）原生质体融合目前七十八页\总数一百五十四页\编于十八点（一）转化必要条件转化过程人工转化目前七十九页\总数一百五十四页\编于十八点转化过程示意图目前八十页\总数一百五十四页\编于十八点（一）转化外源DNA（从供体细胞提取或人工合成的）不经任何媒介被直接吸收到受体细胞的过程。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：供体菌受体菌DNA片段目前八十一页\总数一百五十四页\编于十八点二个必要的条件1、建立了感受态的受体细胞2、外源游离DNA分子（转化因子）目前八十二页\总数一百五十四页\编于十八点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导入细胞内目前八十三页\总数一百五十四页\编于十八点2、外源游离DNA分子（转化因子）（1）转化因子的本质与类型离体的DNA片段（15kb左右）类型：dsDNA、ssDNA和质粒DNA（通常不与核染色体发生重组）（2）转化的频率：0.1％～1.0％，最高20％（3）转化的DNA的浓度：1×10-5ug/mL目前八十四页\总数一百五十四页\编于十八点转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）1、外源DNA同感受细胞结合，由可逆态成为不可逆态2、DNA分子的一条单链被降解，另一条单链进入受体细胞，与染色体上同源DNA区段进行重组目前八十五页\总数一百五十四页\编于十八点转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）1、外源DNA同感受细胞结合，由可逆态成为不可逆态2、DNA分子的一条单链被降解，另一条单链进入受体细胞，与染色体上同源DNA区段进行重组目前八十六页\总数一百五十四页\编于十八点转化过程的特点：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目前八十七页\总数一百五十四页\编于十八点转染(transfection)噬菌体DNA转化细菌噬菌体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。目前八十八页\总数一百五十四页\编于十八点人工转化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”。用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。目前八十九页\总数一百五十四页\编于十八点（二）转导转导：通过噬菌体介导的DNA在不同细菌细胞间转移和基因重组的现象。利用温和噬菌体和源原细胞的特性来进行。转导作用的类型：1、普遍转导2、局限转导（特异转导）普遍转导和局限转导的区别3、溶源转变目前九十页\总数一百五十四页\编于十八点普遍转导（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两种后果：完全普遍转导流产普遍转导目前九十一页\总数一百五十四页\编于十八点普遍转导（generalizedtransduction）目前九十二页\总数一百五十四页\编于十八点完全普遍传导完全普遍传导：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目前九十三页\总数一百五十四页\编于十八点转导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目前九十四页\总数一百五十四页\编于十八点转导失败外源DNA被降解，转导失败。目前九十五页\总数一百五十四页\编于十八点2、局限性转导定义：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。目前九十六页\总数一百五十四页\编于十八点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目前九十七页\总数一百五十四页\编于十八点局限转导（specializedtransduction）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目前九十八页\总数一百五十四页\编于十八点局限转导（specializedtransduction）目前九十九页\总数一百五十四页\编于十八点特点：噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体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）该特定基因由部分缺陷的温和噬菌体携带缺陷噬菌体由于其在形成过程中所发生的低频率（约10–

5）“误切”，或由于双重溶源菌的裂解而形成（约形成50%缺陷噬菌体）局限转导噬菌体的产生要通过UV等因素对溶源菌的诱导并引起裂解后才产生。目前一百页\总数一百五十四页\编于十八点分类：低频转导与高频转导目前一百零一页\总数一百五十四页\编于十八点一般的转导现象中，从宿主染色体上切离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（10–4~10–6）。把这种裂解物称为LFT（低频转导）裂解物。用LFT裂解物以低m.o.i（感染复数）感染宿主，就可获得极少量的局限转导子，即低频转导。A、低频转导（LFT，lowfrequencytransduction）目前一百零二页\总数一百五十四页\编于十八点转导的过程该溶源菌被诱导裂解时，有极少数（~10–

5）的前噬菌体（prophage）发生不正常切离（abnormalexcesion），其结果会将插入位点两侧之一的少数宿主基因连接到噬菌体DNA上，通过衣壳的“误包”，就形成了一种特殊的噬菌体——缺陷噬菌体（defectivephage）。它们没有将宿主溶源化的能力，而是使宿主成为一个局限转导子，对噬菌体没有免疫性。温和噬菌体感染受体菌后，其DNA会开环，以线状形式整合到宿主染色体的特定位点上，从而使宿主细胞发生溶源化，并获得对相同温和噬菌体的免疫性。目前一百零三页\总数一百五十四页\编于十八点低频转导（lowfrequencytransduction）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。目前一百零四页\总数一百五十四页\编于十八点低频转导（lowfrequencytransduction）目前一百零五页\总数一百五十四页\编于十八点当用LFT裂解物以高m.o.i感染E.coligal–（不发酵半乳糖的营养缺陷型）菌株时，凡是感染有λdgal噬菌体任一细胞，几乎都同时感染有正常的λ噬菌体。这时λ与λdgal同时整合在一个受体菌的核染色体组上，从而使它成为一个双重溶源菌（doublelysogen）。当双重溶源菌被紫外线等诱导时，其中的正常λ噬菌体的基因可补偿λdgal缺失的部分基因功能，因而两种噬菌体就同时获得复制的机会。所以在双重溶源菌中的正常λ噬菌体被称为助体（或辅助）噬菌体（helperphage）。Ｂ高频转导（HFT，highfrequencytransduction）目前一百零六页\总数一百五十四页\编于十八点双重溶源菌的裂解物中含有等量的λ和λdgal粒子，称为HFT（高频转导）裂解物。用HFT裂解物以低m.o.i感染另一个E.coligal–（不发酵半乳糖的营养缺陷型）受体菌，就可以高频率地把它转化为能发酵半乳糖的E.coligal+转导子。是为高频转导。目前一百零七页\总数一百五十四页\编于十八点高频转导（highfrequencytransduction）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）低感染复数目前一百零八页\总数一百五十四页\编于十八点普遍转导和局限转导的比较比较项目普遍性转导局限性转导转导的基因供体染色体或染色体外的任何基因供体染色体上与原噬菌体紧密连锁的少数几个个别基因噬菌体寄生的位置不结合在寄主染色体特定位置上结合在寄主染色体特定位置上获得转导噬菌体的方法通过敏感菌的裂解或容源菌的诱导紫外线诱导容源菌转导子的区别一般稳定，非溶原性（不表现出任何噬菌体的性状，包括免疫性）一般不稳定，呈缺陷溶原性（对同源噬菌体具有免疫性，但不表现出其它噬菌体的性状）目前一百零九页\总数一百五十四页\编于十八点3、溶源转变概念：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，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。区别：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温和噬菌体使完整的，不是缺陷的获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子目前一百一十页\总数一百五十四页\编于十八点（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。1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm细菌的多重营养缺陷型杂交实验目前一百一十一页\总数一百五十四页\编于十八点

接合菌株与F因子在细菌中，接合现象研究的最清楚的是大肠杆菌。大肠杆菌有性别分化。决定其性别的因子是F因子（即致育因子或称性质粒），这是一种在染色体外的小型独立环状DNA单位。F因子是一种属于附加体（episome）的质粒，它既可脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（即整合）到染色体组上。由于F因子在细胞中的有无和存在方式的不同，可把大肠杆菌分成4种接合类型：F+（雄性菌株）、F-（雌性菌株）、Hfr（高频重组菌株），F'菌株。

（三）接合(conjugation)目前一百一十二页\总数一百五十四页\编于十八点（三）接合(conjugation)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；F+菌株(“雄性”菌株)：F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。Hfr菌株：F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。（高频重组菌株）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。目前一百一十三页\总数一百五十四页\编于十八点几种杂交结果1、F+菌株和F-菌株接合的结果是产生二个F+菌株。2、F'菌株和F-菌株接合的结果是产生二个F'菌株。3、Hfr菌株和F-菌株接合，在大多数的情况下，受体细菌仍然是F-，只有在极少数的情况下，由于遗传物质转移完整，受体细菌才能成为Hfr菌株。目前一百一十四页\总数一百五十四页\编于十八点F因子的存在和转移方式目前一百一十五页\总数一百五十四页\编于十八点目前一百一十六页\总数一百五十四页\编于十八点F+菌株接合过程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。目前一百一十七页\总数一百五十四页\编于十八点F+菌株接合过程理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株目前一百一十八页\总数一百五十四页\编于十八点（三）接合(conjugation)目前一百一十九页\总数一百五十四页\编于十八点（四）原生质体融合——protoplastfusion

概念：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产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子（fusant）的过程，称为原生质体融合。适用范围：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物和人体的不同细胞。目前一百二十页\总数一百五十四页\编于十八点目前一百二十一页\总数一百五十四页\编于十八点目前一百二十二页\总数一百五十四页\编于十八点二、真核微生物的基因重组

有性杂交准性杂交原生质体融合转化目前一百二十三页\总数一百五十四页\编于十八点（一）有性杂交定义：一般指不同遗传型的两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。有性接合染色体重组新遗传型细胞（＋）细胞（－）目前一百二十四页\总数一百五十四页\编于十八点目前一百二十五页\总数一百五十四页\编于十八点S.Cerevisiae的双倍体和单倍体细胞的比较项目 双倍体 单倍体细胞 大，椭圆形 小，球形菌落 大，形态均一 小，形态变化较多液体培养 繁殖快，细胞较分散 繁殖较慢，细胞常聚集成团在产孢子培养基上

形成子囊及子囊孢子

不形成子囊目前一百二十六页\总数一百五十四页\编于十八点定义：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，不经过减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。存在范围：常见于一些真菌尤其是半知菌中（二）准性生殖（parasexualhybridization）

目前一百二十七页\总数一百五十四页\编于十八点细胞（＋）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半知菌的准性生殖目前一百二十八页\总数一百五十四页\编于十八点准性生殖与有性生殖的比较

项目 准性生殖 有性生殖参与接合的亲本细胞 形态相同的体细胞形态或生理上有分化的性细胞独立生活的异核体阶段有 无接合后双倍体细胞形态与单倍体基本相同 与单倍体明显不同双倍体变单倍体的途径通过有丝分裂 通过减数分裂接合发生的几率 偶然发现，几率低 正常出现，几率高目前一百二十九页\总数一百五十四页\编于十八点第四节基因工程一、基因工程二、基因工程的基本操作目前一百三十页\总数一百五十四页\编于十八点特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性一、基因工程定义：人们利用分子生物学的理论和技术，自觉设计、操纵、改造和重建细胞的遗传核心—基因组，从而使生物体的遗传性状发生定向变异，以最大限度地满足人类活动的需要。目前一百三十一页\总数一百五十四页\编于十八点获得目的基因选择基因载体体外重组外源基因导入（微生物、植物、动物）筛选和鉴定应用二、基因工程的基本操作目前一百三十二页\总数一百五十四页\编于十八点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）目前一百三十三页\总数一百五十四页\编于十八点目前一百三十四页\总数一百五十四页\编于十八点三、基因工程的应用1、生产多肽类药物、疫苗目前一百三十五页\总数一百五十四页\编于十八点重组胰岛素的生产目前一百三十六页\总数一百五十四页\编于十八点利用DNA技术生产激素、抗癌药物和疫苗这个实验室生产乙肝疫苗DNA技术正在改变药厂和医学

目前一百三十七页\总数一百五十四页\编于十八点2、改造传统工业发酵菌种3、动、植物特性的基因工程改良4、基因工程在环境保护中的应用目前一百三十八页\总数一百五十四页\编于十八点遗传修饰食品

目前一百三十九页\总数一百五十四页\编于十八点这些羊体内细胞表达人血液中一种蛋白的基因，这种蛋白对囊肿性纤维化有治疗效果

目前一百四十页\总数一百五十四页\编于十八点遗传修饰植物目前一百四十一页\总数一百五十四页\编于十八点目前一百四十二页\总数一百五十四页\编于十八点“金色大米”已经被遗传改造成表达β－胡萝卜素目前一百四十三页\总数一百五十四页\编于十八点微生物在基因工程中的重要性微生物载体工具酶微生物工程受体目的基因主要供体目前一百四十四页\总数一百五十四页\编于十八点第五节菌种的衰退、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：a）变异；b）污染；