第八章微生物遗传与育种课件

第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种遗传：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（genotype）：表型（phenotype）：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。第八章微生物遗传与育种遗传和变异的几个概念:变异（Variation）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。第八章微生物遗传与育种细菌变异变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异。形态结构的变异毒力变异耐药性变异菌落变异第八章微生物遗传与育种一.形态结构的变异细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌L型。细菌的特殊结构如：荚膜（肺炎链球菌）芽胞（炭疽芽孢杆菌）鞭毛（变形杆菌H-O变异）也可发生变异。第八章微生物遗传与育种形态结构变异

3-6%食盐

鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型)。

琼脂培基

第八章微生物遗传与育种形态结构变异

青霉素、溶菌酶

正常形态细菌──────→L型变异抗体或补体

(部分或完全失去胞壁)

正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型第八章微生物遗传与育种毒力变异(增强)无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了β-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。

β棒状噬菌体

白喉棒状杆菌────→获得白喉毒素第八章微生物遗传与育种毒力变异(减弱)有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(BCG)是有毒的牛分枝杆菌在含有胆汁的甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续穿230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。

胆汁、甘油、马铃薯培养基

牛型结核杆菌────────→卡介苗

13年(230代)第八章微生物遗传与育种耐药性变异细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的14%上升至目前的80%。多重耐药性：有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，

含链霉素培基

痢疾杆菌─────→依链株(耐药菌株)

长期培养

从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。第八章微生物遗传与育种菌落变异细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙(rough,R)型两种。S型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边为粗糙、干燥、边缘不整齐，称S—R变异。

在陈旧培养基中长期培养

光滑型菌落─────→粗糙型菌落

S

或在有免疫力的人体内

R第八章微生物遗传与育种R型菌落S型菌落第八章微生物遗传与育种突变(mutation)：是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异遗传性变异：非遗传性变异：第八章微生物遗传与育种遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称基因型变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。第八章微生物遗传与育种表型饰变：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橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。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）Productionofaredpigment(prodigiosin)bySerratiamarcescens(粘质沙雷氏菌,灵杆菌).

Fromlefttoright:slantculturegrownat25°C,slantculturegrownat37°C,brothculturegrownat25°C,brothculturegrownat37°C.

第八章微生物遗传与育种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。对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。第八章微生物遗传与育种第一节遗传变异的物质基础一、三个证明DNA是遗传物质的经典实验二、RNA作为遗传物质三、朊病毒的发现与思考四、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式第八章微生物遗传与育种1经典转化实验（transformation）F.Griffith，研究对象：Streptococcuspneumoniae（肺炎双球菌）SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性

RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性一、三个证明DNA是遗传物质的经典实验第八章微生物遗传与育种1928年，F.Griffth作了3组实验:第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子DNA纯度越高，转化效率也越高。这就说明，S型菌株转移给R型菌株的，决不是某一遗传性状的本身，而是以DNA为物质基础的遗传因子DNA+DNA以外的酶第八章微生物遗传与育种2噬菌体感染实验A.D.Hershey和M.Chase，1952年第八章微生物遗传与育种10分钟后用捣碎器使空壳脱离吸附离心沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体沉淀中含25%放射性上清液中含75%放射性用35S（蛋白质外壳）的噬菌体感染实验（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中所以，进入细胞的是噬菌体的核酸而不是蛋白质。第八章微生物遗传与育种3植物病毒的重建实验第八章微生物遗传与育种选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：（1）RNA（TMV）­

蛋白质（HRV）（2）RNA（HRV）­

蛋白质（TMV）用两种杂合病毒感染寄主：（1）表现TMV的典型症状病分离到正常TMV粒子（2）表现HRV的典型症状病分离到正常HRV粒子。上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸。第八章微生物遗传与育种二、RNA作为遗传物质生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病毒蛋白质外壳（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清处理，证明杂种病毒的蛋白质外壳来自病毒1，而非病毒2杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为病毒2，而非病毒1遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质第八章微生物遗传与育种三、朊病毒的发现和思考朊病毒含有微量的核酸，仍未发现？朊病毒仅由蛋白质构成朊病毒的遗传物质为蛋白质？第八章微生物遗传与育种三、朊病毒的发现与思考亚病毒的一种：具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚为发现该蛋白内含有核酸。其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrPc改变折叠状态为PrPsc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。第八章微生物遗传与育种人的库鲁病(kuru)、克雅氏病(CreutzfeldtJakobdisease,CJD)等羊搔痒症(scrapie)牛海绵状脑病(spongiformencephalopathy)第八章微生物遗传与育种引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病第八章微生物遗传与育种Prusiner(1982)提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceousinfectiousparticle），并将之称做Prion或Virino。

-------朊病毒1997年，StanleyB.Prusiner荣获诺贝尔奖第八章微生物遗传与育种四、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式细胞水平细胞核水平染色体水平核酸水平基因水平密码子水平核苷酸水平第八章微生物遗传与育种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第八章微生物遗传与育种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第八章微生物遗传与育种细胞核水平核外染色体真核生物的“质粒”原核生物的质粒

细胞质基因 （质体）

共生生物酵母菌的2m质粒F因子R因子Col质粒Ti质粒巨大质粒降解性质粒线粒体叶绿体第八章微生物遗传与育种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第八章微生物遗传与育种核酸水平核酸种类：DNA，RNA核酸结构：双链、单链；环状，线状，超螺旋状DNA长度：因种而异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。第八章微生物遗传与育种基因水平原核生物基因系统

操纵子启动子（基因）操纵子（基因）结构基因调节基因原核生物与真核生物基因组的比较比较项目原核微生物真核微生物基因组大小染色体数目染色体组形状染色体与组蛋白结合基因连续性重复序列不编码序列操纵子结构转录、转译部位小一般1个环状无强少少普遍存在同在细胞质中进行大多个线状有稳定的结合差（被许多内含子分隔）多多一般没有在核中转录，细胞质中转译第八章微生物遗传与育种操纵子(operon)的转录机制蛋白质因子特异DNA序列编码序列启动序列操纵序列其他调节序列(promoter)(operator)第八章微生物遗传与育种密码子水平第八章微生物遗传与育种核苷酸水平核苷酸是最小突变单位和交换单位第八章微生物遗传与育种第二节微生物的基因组结构一、概念基因组（genome）：一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称原核生物（如细菌），多为单倍体（在一般情况下只有一条染色体）真核微生物，多条染色体，例如啤酒酵母有16条染色体。有时为双倍体第八章微生物遗传与育种二、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a）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；链环状的染色体在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小体形式存在于细胞中，该小体称为拟核(nucliod)，其上结合有类组蛋白蛋白质和少量RNA分子，使其压缩成一种手脚架形的致密结构。第八章微生物遗传与育种1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组a）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；b）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微生物基因组DNA绝大部分用来编码蛋白质、RNA；用作为复制起点、启动子、终止子和一些由调节蛋白识别和结合的位点等信号序列。一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。真核生物基因组的一个重要特点就是含有内含子个别细菌(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第八章微生物遗传与育种1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组a）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；b）基因组上遗传信息具有连续性；c）功能相关的结构基因组成操纵子结构；d）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；e）基因组的重复序列少而短；操纵子（operon）：功能相关的几个基因前后相连，再加上一个共同的调节基因和一组共同的控制位点（启动子、操作子等）在基因转录时协同动作。第八章微生物遗传与育种2真核微生物（啤酒酵母）的基因组a）典型的真核染色体结构；b）没有明显的操纵子结构；啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。c）有间隔区（即非编码区）和内含子序列；d）重复序列多；第八章微生物遗传与育种三、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。转座因子（transposableelement）：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子第八章微生物遗传与育种1、质粒的结构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）第八章微生物遗传与育种高拷贝数(highcopynumber)质粒（每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝）———————松弛型质粒(relaxedplasmid)低拷贝数(lowcopynumber)质粒（每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝）———————严紧型质粒(stringentplasmid)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）第八章微生物遗传与育种在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；第八章微生物遗传与育种2、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）存在抗药性基因等标记位点，易筛选E.coli的pBR322质粒是一个常用的克隆载体第八章微生物遗传与育种3、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。第八章微生物遗传与育种4、质粒的主要类型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）第八章微生物遗传与育种(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)。第八章微生物遗传与育种第三节质粒(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。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。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。第八章微生物遗传与育种(3)产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）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质粒的菌株。第八章微生物遗传与育种(3)产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）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。由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与colicins有所不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素NisinA能强烈抑制某些G+细菌的生长，而被用于食品工业的保藏。第八章微生物遗传与育种(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。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第八章微生物遗传与育种(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。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。降解质粒：第八章微生物遗传与育种(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）第八章微生物遗传与育种5、质粒的不亲和性质粒之间的不亲和性、以及质粒拷贝数的多少、能适应的宿主范围的宽窄等特性均与质粒的复制控制类型有关，欲了解详细内容请选修“微生物遗传学”。第八章微生物遗传与育种第三节基因突变和诱变育种一、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）第八章微生物遗传与育种（一）突变的类型从突变的效应看同义突变错义突变无义突变从突变的表型看第八章微生物遗传与育种1）营养缺陷型（auxotroph）一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段表型判断的标准：在基本培养基上能否生长第八章微生物遗传与育种1）营养缺陷型（auxotroph）特点：在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长负选择标记突变株不能通过选择平板直接获得第八章微生物遗传与育种Positiveselection正选择标记In

positiveselection,onlythosemutantcellsthatcansurviveinamediumcontainingaselectiveagentsuchaspenicillincansurvive.

第八章微生物遗传与育种

negativeselection负选择标记In

negativeselection,

nutritionalmutantscalled

auxotrophs

cannotgrowona

minimalmediumlackingakeynutrient.

Themutantsareidentifiedbythe

replicateorganismdirectagarcontact(RODAC)technique.

第八章微生物遗传与育种影印平板（Replicaplating）法是Lederberg夫妇在1952年建立1）营养缺陷型（auxotroph）第八章微生物遗传与育种营养缺陷型的表示方法：1）营养缺陷型（auxotroph）基因型：所需营养物的前三个英文小写斜体字母表示：hisC（组氨酸缺陷型，其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变）表型：同上，但第一个字母大写，且不用斜体：HisC在具体使用时多用hisC-和hisC+，分别表示缺陷型和野生型。第八章微生物遗传与育种2）抗药性突变型（resistantmutant）基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性。特点：正选择标记（突变株可直接从抗性平板上获得-----在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到。）表示方法：所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”表示strr和strs分别表示对链霉素的抗性和敏感性第八章微生物遗传与育种3）条件致死突变型（conditionallethalmutant）在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（temperaturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42℃）是致死的，但可以在低温（如25-30℃）下得到这种突变。特点：负选择标记这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因第八章微生物遗传与育种4）形态突变型（morphologicalmutant）造成形态改变的突变型特点：非选择性突变突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。举例：产蛋白酶缺陷突变株的筛选菌落颜色变化β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重组子菌落为白色而与兰色的非重组子分开。形成芽孢缺陷菌株细胞水平上的形态突变，突变株的检出更加困难。第八章微生物遗传与育种5）其它突变类型毒力、生产某种代谢产物的发酵能力的变化等在实际应用中具有重要意义突变类型一般都不具有很明显或可直接检测到的表型。其突变株的获得往往需要较大的工作量。第八章微生物遗传与育种1、特点1）自发性2）非对应性3）稀有性4）稳定性5）独立性6）可诱变性7）可逆性（二）基因突变的特点第八章微生物遗传与育种证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！如何证明基因突变的非对应性？三个经典实验变量实验、涂布实验、影印实验2、实验证据第八章微生物遗传与育种变量实验（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）SalvadorLuriaMaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种Newcombe的涂布实验（1949）第八章微生物遗传与育种影印实验（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958第八章微生物遗传与育种点突变（pointmutaion）染色体畸变(chromosomalaberration)（三）基因突变及其机制第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种1、诱发突变：物理、化学核生物的因素，提高突变率的人为的作法（1）碱基的置换第八章微生物遗传与育种同义突变：有时DNA的一个碱基对的改变并不会影响它所编码的蛋白质的氨基酸序列，这是因为改变后的密码子和改变前的密码子是简并密码子，它们编码同一种氨基酸，这种基因突变称为同义突变碱基的置换引起的突变第八章微生物遗传与育种错义突变由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种氨基酸的密码子的基因突变叫错义突变。第八章微生物遗传与育种无义突变被改变的密码子为终止符号，它不能编码任何一种氨基酸，是蛋白质合成提前终止，因此为无义突变第八章微生物遗传与育种ChemicalAgentsthatModifyDNAEffectsofNitrousAcid

第八章微生物遗传与育种Base-AnalogMutagens5-Bromo-uracilcansubstituteforT,andthenwindupbindingwithG(ratherthanA),thusinducingaTRANSITION(G->A)mutation.第八章微生物遗传与育种（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误错误+错误-+正常---正常+++正常第八章微生物遗传与育种（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位第八章微生物遗传与育种ChromosomaldeletionAdeletionoccurswhenachromosomebreaksandsomegeneticmaterialislost.第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种ChromosomalduplicationAduplicationoccurswhenpartofachromosomeiscopied(duplicated)abnormally,resultinginextrageneticmaterialfromtheduplicatedsegment.第八章微生物遗传与育种BalancedtranslocationInabalancedtranslocation,piecesofchromosomesarerearrangedbutnogeneticmaterialisgainedorlostinthecell.

第八章微生物遗传与育种UnbalancedtranslocationAnunbalancedtranslocationoccurswhenachildinheritsachromosomewithextraormissinggeneticmaterialfromaparentwithabalancedtranslocation.第八章微生物遗传与育种InversionInversionsoccurwhenachromosomebreaksintwoplacesandtheresultingpieceofDNAisreversedandre-insertedintothechromosome.Inversionsthatinvolvethecentromerearecalledpericentricinversions;thosethatdonotinvolvethecentromerearecalledparacentricinversions.第八章微生物遗传与育种DicentricchromosomeDicentricchromosomesresultfromtheabnormalfusionoftwochromosomepieces,eachofwhichincludesacentromere.第八章微生物遗传与育种RingchromosomeRingchromosomesusuallyoccurwhenachromosomebreaksintwoplacesandtheendsofthechromosomearmsfusetogethertoformacircularstructure.第八章微生物遗传与育种IsochromosomesAnisochromosomeisanabnormalchromosomewithtwoidenticalarms,eithertwoshort(p)armsortwolong(q)arms.第八章微生物遗传与育种2、自发突变：无人为因素下的低频率突变原因：（1）背景辐射（2）有害产物积累（3）碱基错配第八章微生物遗传与育种六）紫外线对DNA的损伤及其修复紫外线的作用机制:1、紫外线可引起DNA链断裂2、可引起嘧啶发生水合作用，造成氢链的断裂。3、可引起DNA分子内或分子间交联4、引起胸腺嘧啶（T）之间形成二聚体(TT)，这是引起突变最主要的原因。第八章微生物遗传与育种（六）紫外线对DNA的损伤及其修复嘧啶嘧啶二聚体UV第八章微生物遗传与育种1、光复活作用嘧啶二聚体嘧啶光解酶第八章微生物遗传与育种2、切除修复第八章微生物遗传与育种二、突变与育种（一）自发突变与育种：选育定向培育（二）诱变育种1、诱变育种的基本环节第八章微生物遗传与育种诱变育种的步骤

出发菌株

培养液

单个细胞或孢子悬液

诱变剂处理

平板分离纯化，同步培养离心收集细胞、洗涤，制菌悬液，玻璃珠打散，过滤活菌计数，诱变预备试验存活细胞计数，计算致死率变异率计算

性能粗测性能精测挑变异菌于斜面培养基上初筛

复筛菌种保藏及扩大试验菌种用于生产，并进行保藏第八章微生物遗传与育种2．诱变育种工作中应考虑的几个原则

（1）选择简便有效的诱变剂（2）挑选优良的出发菌株（3）处理单孢子（或单细胞）悬液（4）选用最适剂量（5）充分利用复合处理的协同效应（6）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标（7）设计高效筛选方案（8）创造新型筛选方法第八章微生物遗传与育种

诱变育种中的几个注意事项1.出发菌株的选择：选择合适的出发菌株相当重要出发菌株———用来育种处理的起始菌株出发菌株应具备对诱变剂的敏感性高；具有特定生产性状的能力或潜力；出发菌株的来源自然界直接分离到的野生型菌株历经生产考验的菌株已经历多次育种处理的菌株

第八章微生物遗传与育种2.单孢子悬液在诱变育种中，所处理的细胞必须是单细胞、均匀的悬液状态。分散状态的细胞可以均匀地接触诱变剂，要求：菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生细胞分散且为单细胞，以避免表型迟延现象方法：玻璃珠打散10-15min;加０.3%吐温80（表面活性剂）用无菌脱脂棉过滤。

第八章微生物遗传与育种3.诱变剂的选择选择简便有效的诱变剂。物理诱变剂：X射线、γ射线、快中子、紫外线、α-射线、β-射线和超声波；化学诱变剂：种类较多，根据作用机制分3类：与一个或多个核酸碱基起化学变化，引起DNA复制时碱基配对的转换而发生变异如亚硝酸、硫酸二乙酯等；与DNA中碱基十分接近的类似物，掺入到DNA分子中而引起变异。如5-溴尿嘧啶；在DNA上减少或增加一、二个碱基，引起碱基突变点后全部密码转录、转译的错误，如吖啶类物质；第八章微生物遗传与育种常用的物理和化学诱变剂紫外线15W紫外灯、照射距离30cm，无可见光的接种室或箱体中（只有红光），照射时间10-20秒～10-20min，小培养皿亚硝基胍－超诱变剂涂布平板上添加诱变剂颗粒或浸有诱变剂溶液的滤纸片第八章微生物遗传与育种诱变剂的作用：提高突变的频率扩大产量变异的幅度使产量变异朝着正突变或负突变移动最适剂量的选择：产量性状的育种中多倾向于低剂量（致死率在70~80%）第八章微生物遗传与育种

4.选择合适的诱变剂量由于诱变剂常常是用来提高突变率，突变率往往随剂量的增高而提高，正突变较多出现在偏低的剂量中，负突变则较多出现在偏高的剂量中，所以要选择最适的剂量在育种工作中，常采用杀菌率表示杀菌的剂量。杀菌率的计算是取同样量的被处理菌体和未被处理的菌体分别在完全培养基上进行培养，检测各自的生长的菌落：第八章微生物遗传与育种

剂量的表示法：不同种类和不同生长阶段的微生物对诱变剂的敏感程度不同，所以在诱变处理前，一般应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲线，选择合适的处理剂量。不同诱变剂剂量的表达方式不同致死率是最好的诱变剂相对剂量的表示方法UV剂量=强度×作用时间化学杀菌剂的剂量：在一定的外界条件下，诱变剂的浓度与作用时间常用杀菌率作各种诱变剂的相对剂量第八章微生物遗传与育种诱变过程中的两条重要曲线剂量存活率曲线

以诱变剂的剂量为横坐标、以细胞存活数的对数值为纵坐标绘制的曲线剂量诱变率曲线

以诱变剂的剂量为横坐标，以诱变后获得的突变细胞数为纵坐标绘制的曲线第八章微生物遗传与育种艾姆斯试验（Amestest）利用细菌营养缺陷型的回复突变检出环境或食品中是否存在化学致癌剂的一种简便有效方法Strainusedinamestest：DNA修复酶缺陷型Salmonellatyphimurium

his－E.colitry－λ噬菌体的诱导作用原理

his-在基本培养基上不长；而发生回复突变则长应用

检测食品、饮料、药物和饮水和环境中的致癌物质

快速、准确、费用低第八章微生物遗传与育种艾姆斯试验方法示意图第八章微生物遗传与育种Reversionmutations

intheAmesTest

Thedishontheleftwasplatedwithabout109

his-

bacteria.Inthiscontrolexperiment,intheabsenceofaddedhistidine,suchbacteriawillnotgrow,exceptforasmallnumber(<102)ofwhitecoloniesderviedfromsinglebacteriathathaveundergone

spontaneousreversionmutations

to

his+.Intheexperimentontheright,thediscinthemiddleofthedishcontainsamutagenicchemical.第八章微生物遗传与育种菌种筛选筛选是最为艰难的也是最为重要的步骤.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：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，使优良性状的菌株不至于漏网初筛工作以量为主，测定的精确性还在其次；初筛手段应尽可能快速、简单。复筛的目的：确认符合要求的菌株；复筛以质为主，应精确测定每个菌株的生产指标。第八章微生物遗传与育种新型筛选方法产量突变株：初筛：摇瓶、平板（快速、简便、直观）平皿快速检测法变色圈法透明圈法生长圈法抑菌圈法梯度平板法复筛：对产量突变株作生产性能的精确测定摇瓶、台式自动发酵罐第八章微生物遗传与育种3．3类突变株的筛选方法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第八章微生物遗传与育种

1)产量突变株的筛选春日霉素生产菌的筛选——琼脂块培养法第八章微生物遗传与育种2)抗药性突变株的筛选用梯度平板法筛选抗代谢拮抗物突变株作为生产菌种（结构类似物抗性变异株）作为菌株的遗传标记第八章微生物遗传与育种3)营养缺陷型突变株(auxotroph)的筛选

相关培养基基本培养基[-]完全培养基补充培养基三类遗传型野生型[A+B+]营养缺陷型型[A+B-]原养型[A+B+][+][A]或[B]第八章微生物遗传与育种与突变株的筛选相关的几个概念野生型：从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。lys+;bio+

可在MM上生长，如：[A+B+]营养缺陷型：野生型菌株经诱变处理后，由于发生了丧失某种酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成产物的培养基中才能生长。

lys-

，bio-只能在CM或相应的SM上生长。如：[A+B-]

原养型：指营养缺陷型突变菌株经回复或重组后产生的菌株。其营养要求在表现型上与野生型相同第八章微生物遗传与育种

2.与筛选有关的三种培养基①基本培养基（MM）：仅能满足某种微生物的野生型菌株生长需要的最低成分组合培养基

用[-]表示。②完全培养基（CM）：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。用[+]表示。③补充培养基（SM）：凡可满足相应的营养缺陷型菌株生长需要的组合培养基。在MM上添加有某一微生物营养缺陷型所不能合成的代谢物即构成SM，用[A]或[B]表示。补充培养基=基本培养基+缺陷的代谢物

第八章微生物遗传与育种3.营养缺陷型的筛选步骤营养缺陷型的鉴定

诱变处理营养缺陷型的浓缩营养缺陷型的检出第八章微生物遗传与育种营养缺陷型的筛选步骤1.诱变剂的处理（略）2.淘汰野生型：（又称浓缩）a.抗生素法：青霉素法；适合于细菌；制霉菌素法，适用于真菌。原理：青霉素、制霉菌素等抗生素作用于生长着的微生物细胞，对休止态细胞无作用。方法：将菌培养在含抗生素的MM基中第八章微生物遗传与育种b.菌丝过滤法：适用于丝状生长的真菌或放线菌原理：基本培养基上只有发育成菌丝；auxo孢子可通过滤膜，野生型菌丝不能通过。第八章微生物遗传与育种3.营养缺陷型的检出同一培养皿上有夹层培养法限量补充培养法不同的培养皿上有逐个检出法影印接种法第八章微生物遗传与育种

影印培养法完全培养基基本培养基abc第八章微生物遗传与育种

基本培养基完全培养基夹层培养法及其结果中间一层含菌第八章微生物遗传与育种4.鉴定缺陷型生长谱法（Auxanography）

在混有供试菌的平板表面点加微量营养物，视某营养物的周围是否长菌来确定该供试菌的营养要求的一种快速直观的方法。操作过程营养缺陷型细胞培养制备菌种悬液平板倾注，区域划分添加营养物质粉末培养观察类似方法可以测定双重或多重营养缺陷型第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种5.缺陷型的应用作为菌株的遗传标记：进行基因工程、诱变育种研究代谢过程时用作亲本标记；作为生产菌种：氨基酸、核苷酸等生产菌种；作为氨基酸、维生素、碱基的测定菌株第八章微生物遗传与育种基因重组: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.杂交:指在细胞水平上进行的一种遗传重组方式.第四节基因重组和杂交育种第八章微生物遗传与育种细菌的三种水平基因转移形式接合转导自然转化第八章微生物遗传与育种原核微生物基因重组的特点1、片段性，仅一小段DNA参与重组2、单向性，即从供体菌向受体菌作单方向转移3、转移机制独特而多样第八章微生物遗传与育种接合(conjugation)：细胞与细胞的直接接触（由F因子介导）转导(transduction)：由噬菌体介导自然遗传转化(naturalgenetictransformation)：游离DNA分子+感受态细胞第八章微生物遗传与育种一、细菌的接合作用(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1.实验证据

1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Tatum细菌的多重营养缺陷型杂交实验第八章微生物遗传与育种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！第八章微生物遗传与育种证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（BernardDavis，1950）第八章微生物遗传与育种BernardDavisUtubeexpreiment，1950第八章微生物遗传与育种2.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（sexpili）及控制接合过程进行的20多个基因。含有F因子的细胞：“雄性”菌株（F+），其细胞表面有性菌毛不含F因子的细胞：“雌性”菌株（F-），细胞表面没有性菌毛第八章微生物遗传与育种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）到染色体上第八章微生物遗传与育种F因子的四种细胞形式a）F-菌株，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收

F因子而变成雄性菌株（F+）；b）F+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。第八章微生物遗传与育种1）F+×F-杂交杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F+细胞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。第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种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，故Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。第八章微生物遗传与育种染色体上越靠近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。F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞（或称接合子）大多数仍然是F-。第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种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：给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）。第八章微生物遗传与育种二、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能将一个细菌宿主的部分染色体或质粒DNA带到另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体细菌转导的二种类型：普遍性转导局限性转导第八章微生物遗传与育种1、普遍性转导（generalizedtransduction）噬菌体可以转导给体染色体的任何部分到受体细胞中的转导过程(1)意外的发现1951年，JoshuaLederberg和NortonZinder为了证实大肠杆菌以外的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌进行类似的实验：用“U”型管进行同样的实验时，在给体和受体细胞不接触的情况下，同样出现原养型细菌！第八章微生物遗传与育种沙门氏菌LT22A是携带P22噬菌体的溶源性细菌另一株是非溶源性细菌一个表面看起来的常规研究却导致一个惊奇和十分重要发现的重要例证！基因的传递很可能是由可透过“U”型管滤板的P22噬菌体介导的（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种转导模型第八章微生物遗传与育种(2)普遍性转导第八章微生物遗传与育种转导噬菌体为什么“错”将宿主的DNA包裹进去?噬菌体的DNA包装酶酶也能识别染色体DNA上类似pac的位点并进行切割，以“headful”的包装机制包装进P22噬菌体外壳，形成只含宿主DNA的转导噬菌体颗粒（假噬菌体）。因为染色体上的pac与P22DNA的pac序列不完全相同，利用效率较低，这种“错装”机率一般仅约10-6-10-8第八章微生物遗传与育种形成转导颗粒的噬菌体可以是温和的也可以是烈性的，但必须具有能偶尔识别宿主DNA的包装机制并在宿主基因组完全降解以前进行包装。普遍性转导的基本要求：第八章微生物遗传与育种普遍性转导的三种后果：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外源DNA被降解，转导失败。流产转导（abortivetransduction）第八章微生物遗传与育种DNA不能复制，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，形成微小菌落。转导DNA不能进行重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。特点：在选择培养基平板上形成微小菌落流产转导（abortivetransduction）第八章微生物遗传与育种2、局限性转导（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第八章微生物遗传与育种2、局限性转导（specializedtransduction）温和噬菌体λ裂解时的不正常切割：包含gal或bio基因（几率一般仅有10-6）第八章微生物遗传与育种局限性转导与普遍性转导的主要区别：a）局限性转导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。2、局限性转导（specializedtransduction）第八章微生物遗传与育种

溶源转变（lysogenicconversion）：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。溶源转变与转导的不同？a）不携带任何供体菌的基因；b）这种噬菌体是完整的，而不是缺陷的；第八章微生物遗传与育种三、细菌的遗传转化（genetictransformation）定义：同源或异源的游离DNA分子(质粒和染色体DNA)被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程自然遗传转化（naturalgenetictransformation）人工转化（artificialtransformation）感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞（competentcell）第八章微生物遗传与育种自然感受态与人工感受态的不同？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。

（该过程与细菌自身的遗传控制无关！）第八章微生物遗传与育种1、自然遗传转化（简称自然转化）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：建立了感受态的受体细胞外源游离DNA分子第八章微生物遗传与育种枯草芽孢杆菌的自然转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）第八章微生物遗传与育种Themechanismofbacterialtransformation第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种自然转化过程的特点：a）对核酸酶敏感；c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化（DNA）

给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；b）不需要活的DNA给体细胞；第八章微生物遗传与育种噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染(transfection)：现在把DNA转移至动物细胞的过程也称转染提纯的噬菌体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。特点：第八章微生物遗传与育种ConjugationTransformationTransduction第八章微生物遗传与育种接合(conjugation)：细胞与细胞的直接接触（由F因子介导）转导(transduction)：由噬菌体介导自然遗传转化(naturalgenetictransformation)：游离DNA分子+感受态细胞第八章微生物遗传与育种“接合”“转导”及“自然转化”这三种在自然界中存在的细菌遗传重组过程各自的特点：a）外源DNA的来源及进入途径有差异；b）决定因素也各有不同；如何设计实验对三种途径进行区分？第八章微生物遗传与育种2、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；第八章微生物遗传与育种四、原生质体融合第八章微生物遗传与育种原生质体融合

定义：通过人为的方式，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的过程。原生质体与上述各种杂交方式的比较：1.杂交频率高2.致育型的限制较少3.遗传物质的传递更完整原生质体融合的对象；能进行原生质体融合的细胞有：细菌、放线菌，及各种真核细胞，如霉菌、酵母菌以及高等动植物的细胞。第八章微生物遗传与育种原生质体的融合步骤如下1.原生质体的制备：作为制备原生质体的亲本菌株必须具备两个特点：a.具有良好的生产性状，以经融合使优点叠加；b.具有一些稳定的明显的遗传标记制备原生质体时所选用的菌体一般为对数后期的微生物，不同微生物破壁所用的酶的种类、浓度以及破壁时处理的温度、时间、PH均不同。2.原生质体融合仅用等量的原生质体混合时，融合的频率很低，加入PEG及Ca2+、Mg2+，可使原生质表面形成电极性，相互吸引，形成聚合物。3.再生成正常细胞4.鉴定第八章微生物遗传与育种二、真核微生物的基因重组真核微生物的基因重组主要有有性杂交、准性杂交、原生质体融合和转化等形式。（一）有性杂交nn2n减数分裂nn+n第八章微生物遗传与育种

（二）准性生殖

定义：是一种类似于有性生殖，但比其更原始的生殖方式，可使同种生物两种不同菌株的体细胞发生融合，且不以减数分裂的方式而导致的低频率的基因重组。霉菌的准性生殖包括：1.异核体的形成2.杂合二倍体的形成3.分离第八章微生物遗传与育种

准性生殖的育种步骤第八章微生物遗传与育种第四节基因工程特点：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。第八章微生物遗传与育种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第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种第五节菌种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；c）死亡；第八章微生物遗传与育种一、菌种的衰退与复壮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型性状的菌种。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。大量群体中的自发突变菌种的复壮：a）纯种分离；b）通过寄主体进行复壮；菌种衰退的特点：第八章微生物遗传与育种二、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）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；4）采用有效的菌种保藏方法；第八章微生物遗传与育种三、菌种保藏在一定时间内使菌种不死、不变、不乱基本要求：基本方法：生活态休眠态培养基传代培养寄主传代培养冷冻干燥斜面、平板液氮、低温冰箱沙土管、冷冻真空干燥第八章微生物遗传与育种三、菌种保藏迄今为止尚没有一种方法能被证明对所有的微生物均适宜。菌株的特性保藏物的使用特点现有条件等进行综合考虑第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种国际重要菌种保藏机构第八章微生物遗传与育种中国菌种保藏单位第八章微生物遗传与育种本章小结经典实验质粒突变诱变育种原则营养缺陷型两种生物基因重组基因工程衰退与复壮第八章微生物遗传与育种思考题：1、如果二个不同营养缺陷标记（a-b-c+d+和a+b+c-d-）的菌株经混合后能产生在基本培养基平板上生长的原养型重组菌株，请设计一个实验来决定该遗传转移过程是转化、转导还是接合?2、自然遗传转化与人工转化之间有什么关系?为什么在一般情况下它们转化质粒的成功率有如此大的差别?第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种（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第八章微生物遗传与育种诱变剂与致癌物质——Ames试验a）利用各种诱变剂获得各类遗传突变，进行诱变育种；c）危害人类自身的健康b）对有害微生物进行控制；很多种化学物质，能以各种机制导致DNA的突变第八章微生物遗传与育种美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于1966年发明，因此称为Ames试验利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的简便有效方法.Ames试验第八章微生物遗传与育种“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。第八章微生物遗传与育种诱变剂的共性原则：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第八章微生物遗传与育种回复突变(reversemutation或backmutation)：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-)的回复突变率培养基：基本培养基第八章微生物遗传与育种Ames试验第八章微生物遗传与育种证明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，第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种挑选优良菌株①最好选用来自生产中的自发突变菌株②选用具有有利于进一步研究或应用性状的菌株③可选用已发生过其它突变的菌株④选用对诱变剂敏感性较高的增变变异株第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种筛选方案第三轮、第四轮……（都同第二轮）第一轮第二轮第八章微生物遗传与育种营养缺陷型突变株的筛选第八章微生物遗传与育种营养缺陷型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第八章微生物遗传与育种第八章微生物遗传与育种Thereare(atleast)5differentwaysof

inducing

m