微生物遗传与变异-微生物遗传与变异（水产微生物课件）

本章提要几个概念微生物遗传的物质基础微生物的主要变异微生物变异的机理微生物变异在理论和实践上的意义几个概念1.遗传生物的上一代将自己的遗传因子传递给下一代的行为或功能，具有极其稳定的特性。几个概念2.遗传型某一生物所含有的遗传信息即DNA中正确的核苷酸序列。生物体通过这个核苷酸序列控制蛋白质或RNA的合成，一旦功能性蛋白合成，可调控基因表达。遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。具有某遗传型的生物只有在适当的环境条件下通过自身的代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。几个概念3.表型某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境条件下的具体体现。是一种现实性。几个概念4.变异是生物体在某种外因或内因作用下引起的遗传物质结构改变，亦即遗传型的改变。特点：几率极低(一般为10-5～10-6)；性状变化幅度大；变化后的新性状是稳定的、可遗传的。几个概念5.饰变指一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录和翻译水平上的表型变化。特点:整个群体几乎每个个体都发生同样的变化;性状变化的幅度小.因其遗传物质不变,因此饰变是不遗传的。任务一微生物遗传的物质基础一、基因组和质粒（一）基因组细菌的基因组位于核体，是遗传的主要物质基础。核体又称染色体，是由双条环状双螺旋DNA长链组成的，含有遗传基因，控制着细菌的遗传与变异。任务一微生物遗传的物质基础（二）质粒质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状双螺旋DNA分子。质粒可以自身复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。在一定条件下，质粒可以转移，也可丢失。质粒是自行复制单位，有的需与核质染色体的复制同步，称为严紧型复制。任务一微生物遗传的物质基础质粒编码细菌各种重要的生物学性状.编码性菌毛的质粒称致育质粒或F质粒;编码细菌各种毒力因子的质粒称毒力质粒或Vi质粒;而细菌对抗菌药物或重金属盐类的抗性则有R质粒所决定.一种质粒可同时具有几种编码功能.（二）质粒任务一微生物遗传的物质基础质粒示意图任务一微生物遗传的物质基础细菌的质粒任务一微生物遗传的物质基础二、转座因子和毒力岛（一）转座因子近年来发现微生物的某些DNA片段作为一个独立单位可以在染色体上移动，此种移动甚至发生在不同种细菌之间。这种可移动的DNA片段称之为转座因子。细菌的转座因子有三种类型：插入序列、转座子以及某些特殊的噬菌体。任务一微生物遗传的物质基础（二）毒力岛毒力岛是20世纪90年代提出的一个新概念。毒力岛是指病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构与功能有别于细菌染色体，但位于细菌染色体之内，因此称之为“岛”。其生物学意义尚不清楚,推测其与细菌的毒力变异有关。任务二微生物的主要变异一、形态与结构的变异在外界环境条件影响下,微生物的形态往往会发生变化,但这些变异大多是暂时的;如果微生物在环境条件长期变化的影响下,其改变的形态也是不易恢复的。

（一）形态的变异（二）结构与抗原性变异

（三）菌落的变异任务二微生物的主要变异（一）形态的变异微生物在异常条件下发育时,可以发生形态的改变.如从炭疽病猪咽喉分离到的炭疽杆菌,大多呈细长丝状,而不是典型的竹节状排列.在实验室保存的菌种,若没有及时的进行移植,其形态变异更为常见。任务二微生物的主要变异（二）结构与抗原性变异1.荚膜变异:肺炎链球菌2.芽胞变异:炭疽杆菌3.鞭毛变异:变形杆菌任务二微生物的主要变异（三）菌落的变异R菌落S菌落任务二微生物的主要变异二、生化变异（一）营养缺陷型变异（二）抗药性变异（三）毒力的变异任务二微生物的主要变异（一）营养缺陷型变异野生型微生物：在基础培养基上可以生长的微生物营养缺陷型微生物：在基础培养基中加入相应的营养物质才能生长的微生物。如生物素营养缺陷型，必须在培养基中加入生物素才能生长；组氨酸营养缺陷型培养基中需加入组氨酸；野生型与营养缺陷型微生物之间可发生变异。任务二微生物的主要变异（二）抗药性变异病原菌的抗药性是细菌体内的R质粒即抗药性质粒所决定的。随着化学药物的使用频率、种类的变化，其体内的R质粒可以从无到有，其本身结构也可以发生变异。任务二微生物的主要变异（三）毒力的变异细菌长期培养于人工培养基中，或人工培养基中加入少量对细菌有害的化学物质、免疫血清等能降低细菌的毒力。同样无毒力的细菌也可变异为有毒力的细菌。病毒的毒力可从强毒变为弱毒或无毒，或从无毒或弱毒变为强毒。在自然条件下或人工的方法将某些病毒在一定的动物体或组织中生长繁殖，可使毒力下降。任务二微生物的主要变异狂犬疫苗的发明者任务二微生物的主要变异狂犬疫苗的发明者发明狂犬疫苗的是著名的法国生化学家路易斯·巴斯德。一开始，巴斯德将狂犬病毒注射到家兔的体内，让病毒经过传代，再注射到健康狗的体内，他发现：经过多次传代后，病毒的毒性大大降低。将这种病毒注射进健康狗的体内时，狗不仅不会发病，且能对狂犬病毒产生免疫力。这一动物实验取得成功后，巴斯德又将多次传代的狂犬病毒随兔脊髓一起取出，并进行自然干燥减毒。然后把这种脊髓研成乳化剂，用生理盐水稀释，制成了最早的兔脑基髓制备的减毒狂犬疫苗，并在治疗人的狂犬病时取得了成功。虽然现在科学技术不断发展，人类目前用得最多的是人用狂犬病纯化疫苗，巴斯德的疫苗早已不再使用，但是，巴斯德是第一个成功发明狂犬疫苗的人，并用他的疫苗拯救了很多狂犬病人。任务二微生物的主要变异任务三微生物变异的机理一、非遗传性变异非遗传性变异，即基因无变化，只因外界环境暂时的影响而表现出的变异。例如炭疽杆菌菌落正常表现为粗糙型，但有人证明在厌氧的条件下，在含有血清或血液的培养基中，菌落变为光滑型。如果在有氧的条件下，普通琼脂培养又可见到粗糙型菌落。目前对非遗传变异的机理还不太清楚。任务三微生物变异的机理二、遗传性变异由于微生物基因发生了改变，使其相应的性状也发生改变，并可以遗传下去，这种变异称为遗传性变异。遗传性变异的机理包括基因突变和基因重组两方面。任务三微生物变异的机理（一）基因突变又称为突变。是基因内部结构的细微变化，如DNA分子上排列的碱基对发生的变化。基因突变可分为碱基置换和移码两种类型。任务三微生物变异的机理（一）基因突变按其发生的原因，可分为自发突变和诱发突变两类。自发突变是指没有人为影响的外界条件下，自然发生的突变，突变率一般是10-6～10-9。诱发突变是指微生物受某些物理、化学因素的作用发生了突变，这种现象称为诱变。任务三微生物变异的机理（二）基因重组将一个不同性状个体细胞内的遗传基因转移到另一个个体细胞内并使之发生遗传变异的过程，称为基因重组。细菌的基因重组有转化、转导、溶原性转换和接合等四种方式。任务三微生物变异的机理1.转化受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片段,并把它整合到自己基因组中,获得了供体细胞部分遗传性状的现象。肺炎双球菌荚膜转化任务三微生物变异的机理2.转导以温和噬菌体为媒介,把供体细胞中的DNA片段携带到受体细胞中,而使后者获得了前者部分遗传性状的现象。任务三微生物变异的机理3.溶原性转换因前噬菌体基因插入寄主的基因组而使后者获得一些新性状的现象任务三微生物变异的机理4.接合供体菌和受体菌细胞经直接接触通过性菌毛传递DNA(或质粒)遗传信息的现象任务三微生物变异的机理三、基因工程（一）基因工程的概念基因工程，也称遗传工程。基因工程技术是用人工方法将所需某一供体生物的遗传物质-DNA分子提出，在离体条件下进行切割后，与作为载体的DNA分子连接，然后导入某一受体细胞中，使外来的遗传物质在受体细胞中进行复制和表达，从而产生一种新物种。任务三微生物变异的机理（二）基因工程的应用1．医学方面：人类的遗传性疾病已发现多达3000多种。根据推理，可利用基因移植的方法，使健康基因代替遗传病人的缺失基因，实现这个理想尚需20-25年。任务三微生物变异的机理2．农业方面可以通过基因工程手段将固氮菌的固氮基因移植到玉米、小麦等作物根际土壤细菌中去，或直接转移到小麦、玉米等细胞内，使之具有固氮能力，这样可以大大减少氮肥供应。任务三微生物变异的机理讨论：日常生活中哪些食物（粮食蔬菜水果等）属于转基因食品？你对转基因食品持什么观点？任务三微生物变异的机理3．环境保护方面美国Chakrabartz等经过多年研究，在1978年获得能降解多种烃类的新菌株。4．其他利用基因工程的方法生产基因工程苗、合成肽苗等。任务四微生物变异在理论和实践上的意义一、理论上的意义（一）奠定了分子生物学发展的基础①细菌结构简单，为单倍体的单细胞生物，一旦基因突变，即能表达出来。任务四微生物变异在理论和实践上的意义（一）奠定了分子生物学发展的基础②细菌生长繁殖迅速。细菌在液体培养基中，周围环境对其作用直接而均匀。在固体培养上能形成肉眼可见的具有一定特征的菌落。

③细菌营养要求简单，有利于作营养需要分析和代谢途径的研究，容易获得营养缺陷。

④细菌种类较多，其生物性状又很丰富，便于选择。任务四微生物变异在理论和实践上的意义（二）定向培育优良菌种（毒种）掌握微生物变异的规律，是育种工作的基础。定向培育是指用某一特定环境长期处理某一微生物群体，同时不断对它们进行移种、传代，以达到积累和选择理想的新菌株（毒种）的目的。近年来已开始用基因重组的方法，人工创造一些新菌种。任务四微生物变异在理论和实践上的意义二、实际应用（一）诊断、防治传染病1．在诊断方面

细菌发生变异后，其形态、生理各种特性都与原来的菌种不同，往往出现一些非典型菌株，诊断传染病时应予注意。任务四微生物变异在理论和实践上的意义一、非遗传性变异2．在预防方面无毒或弱毒菌株除可在自然界寻找到外，亦可用人工方法改变有毒菌株进行定向培育。3．在治疗方面由于耐药株的不断出现与增加，故选用抗菌药物时，针对性要强，必要时先作药敏试验，并正确掌握用药时机和剂量，以达到将体内病原菌全部消灭掉。任务四微生物变异在理论和实践上的意义（二）菌种的衰退复壮和保藏1.衰退的防止不论在实验室还是在生产中:

必须严格控制菌种的移种代数，即尽量避免不必要的移种和传代，以降低突变几率;

创造良好的培养条件;

采用有效的菌种保存方法;

利用不同类型的细胞进行传代接种。任务四微生物变异在理论和实践上的意义2.菌种的复壮通过纯种分离，可把退化菌种中的一部分仍保持原来有典型性状的单细胞分离出来，经过扩大培养，就可恢复原菌株的典型性状。对于退化的病原微生物菌株，可通过接种敏感的动物以提高菌株的毒性。任务四微生物变异在理论和实践上的意义3.菌种的保藏通过菌种选育获得的较为理想的生产菌株后，如何在生产过程中能比