一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變基因突變：基因突變是重要的生物學(xué)現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉(zhuǎn)移、重組一起提供了推動生物進(jìn)化的遺傳多變性。基因突變DNA損傷修復(fù)機制突變自發(fā)突變誘變環(huán)境因素的影響，DNA復(fù)制過程的偶然錯誤等而導(dǎo)致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9。某些物理、化學(xué)因素對生物體的DNA進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。前突可以通過DNA復(fù)制而成為真正的突變，也可以重新變?yōu)樵瓉淼慕Y(jié)構(gòu)，這取決于修復(fù)作用和其它多種因素。2、基因突變

一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變方式適用于整個生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。不對應(yīng)性：突變的性狀與突變原因之間無直接的對應(yīng)關(guān)系。自發(fā)性：突變可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨立性：各種突變獨立發(fā)生，不會互相影響?？烧T發(fā)性：誘變劑可提高突變率,一般可以將突變率提高10105倍。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳。可逆性：從原始的野生型基因到變異株的突變稱為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的 過程則稱為回復(fù)突變或回變（backmutation或 reversemutation）。2.1基因突變的特點基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明在各種基因突變中，抗性突變最為常見。但在過去相當(dāng)長時間內(nèi)對這種抗性產(chǎn)生的原因爭論十分激烈。一種觀點認(rèn)為，突變是通過適應(yīng)而發(fā)生的，即各種抗性是由其環(huán)境（指其中所含的抵抗對象）誘發(fā)出來的，突變的原因和突變的性狀間是相對應(yīng)的，并認(rèn)為這就是“定向變異”，也有人稱它為“馴化”或“馴養(yǎng)”。另一種看法則認(rèn)為，基因突變是自發(fā)的，且與環(huán)境是不相對的。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等多種因素錯綜在一起，所以難以探究問題的實質(zhì)。從1943年起，經(jīng)過幾個嚴(yán)密而巧妙的實驗設(shè)計，主要攻克了檢出在接觸抗性因子前已產(chǎn)生的自發(fā)突變株的難題，終于解決了這場紛爭。證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應(yīng)關(guān)系！如何證明基因突變的非對應(yīng)性？三個經(jīng)典實驗變量實驗、涂布實驗、影印實驗基因突變的性狀與引起突變的因素之間無直接的對應(yīng)關(guān)系。任何誘變因素或通過自發(fā)突變過程都能獲得任何性狀的變異。如：在紫外線誘變下可以出現(xiàn)抗紫外線菌株，通過自發(fā)或其它誘發(fā)因素也可以獲得同樣的抗紫外線菌株，紫外線誘發(fā)的突變菌株也有不抗紫外線的，也可以是抗青霉素的，或是出現(xiàn)其它任何變異性狀的突變。變量實驗（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）SalvadorLuriaMaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969結(jié)果:來自甲管的50皿中，各皿間抗性菌落數(shù)相差懸殊，而來自乙管的則各皿數(shù)目基本相等。這說明大腸桿菌抗噬菌體性狀突變，不是由于環(huán)境因素——噬菌體誘導(dǎo)出來的，而是在它們接觸噬菌體前，在某一次細(xì)胞分裂過程中隨機地自發(fā)產(chǎn)生的。解釋:噬菌體在這里僅起到淘汰原始的未突變的敏感菌和甄別抗噬菌體突變型的作用。Newcombe的涂布實驗（1949）固體平板培養(yǎng)法結(jié)果:在涂布過的一組中，共有抗性菌落353個，要比未經(jīng)涂布過的（僅28個菌落）高得多。這也意味著該抗性突變株發(fā)生在未接觸噬菌體前。噬菌體的加入只起到甄別這類突變是否發(fā)生的作用，而不是誘導(dǎo)突變的因素。解釋:影印實驗（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin19581952年，萊德伯格(Lederberg)夫婦設(shè)計了一種更巧妙的影印培養(yǎng)試驗，直接證明了微生物抗藥性是自發(fā)產(chǎn)生的，并與相應(yīng)的環(huán)境因素毫不相干。以上三個實驗充分說明了抗性突變是菌體接觸所抗物質(zhì)以前就已經(jīng)自發(fā)產(chǎn)生了，藥物并不是誘變因素，含藥物的環(huán)境只起篩選和鑒別抗性菌株的作用。即使不存在鏈霉素，抗鏈霉素的突變株仍然存在。結(jié)論2.2突變機制2.2.1、突變現(xiàn)象指突變的菌體發(fā)生形態(tài)可見的變化。如細(xì)胞大小、形狀、鞭毛、纖毛、孢子、芽孢、莢膜，以及群體形態(tài)結(jié)構(gòu)（菌落和噬菌斑等）的改變。形態(tài)突變型生化突變型菌體原有特定的生化功能發(fā)生改變或喪失但在形態(tài)上不一定有可見的變化，生化方法可以檢測到生化突變對于發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。營養(yǎng)缺陷型的突變菌株、結(jié)構(gòu)類似物的抗性菌株等。致死突變型突變造成菌體死亡或生活能力下降條件致死突變型突變后的菌體在某些條件下，可以生存，但在另一些條件下則發(fā)生死亡。溫度敏感突變型是最典型的條件致死突變型。誘發(fā)因素主要可以分為細(xì)胞外因素、細(xì)胞內(nèi)因素和DNA分子內(nèi)部因素三個層次。細(xì)胞外的誘發(fā)因素

自然環(huán)境或人工條件下的物理和化學(xué)因素物理：自然或人造的紫外線、γ射線、X射線、快中子、激光以及加熱等都能成為基因突變的物理因素?；瘜W(xué)：自然人造的化學(xué)誘變因素有低劑量的金屬離子、高分子化合物、生物堿藥物、染料及微生物產(chǎn)生的H2O2、堿基類似物、烷化劑及亞硝酸鹽等。2.2.2、誘發(fā)因素細(xì)胞內(nèi)的誘發(fā)因素生物體細(xì)胞的代謝活動會產(chǎn)生一些誘變物質(zhì)，如過氧化氫、咖啡堿和重氮絲氨酸等，它們是引起自發(fā)突變的內(nèi)源誘變劑。在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株，可能就是這類原因。DNA分子內(nèi)部因素DNA分子中的堿基存在著互變異構(gòu)效應(yīng)堿基的互變異構(gòu)效應(yīng)

四種堿基的第6位是酮基（T，G）或氨基（A，C）

堿基T和G能夠以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)堿基C和A能夠以氨基式或亞氨基式兩種互變狀態(tài)出現(xiàn)一般生理條件下，堿基互變平衡反應(yīng)傾向于酮式或氨基式，故A:T和CG堿基配對

互變異構(gòu)效應(yīng)引起的不正常的堿基配對堿基T以稀有的烯醇式形式，新合成鏈中T對應(yīng)的不再是A，而是G

堿基C以稀有的亞氨基形式出現(xiàn)，在DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，則它對應(yīng)的不是G，而是A，2.2.3突變的類型染色體數(shù)目的變化染色體結(jié)構(gòu)的變化

染色體數(shù)目變化都可能引起生物表型的變化。原核微生物只有一條DNA，若從外源獲得一段DNA，且與細(xì)胞的部分DNA同源，則稱為部分雙倍體。與染色體結(jié)構(gòu)變化同屬于染色體畸變

這是一種大段DNA變化（損傷）現(xiàn)象，它包括染色體缺失(deletion)、插入（insertion）、重復(fù)(duplication)、倒位(inversion)和易位(translocation)，缺失重復(fù)倒位易位染色體局部座位內(nèi)的變化即基因突變(genemutation)，因為突變只發(fā)生在一個基因座位內(nèi)，所以，又稱點突變(pointmutation)。

基因突變可分為堿基置換（substitution）、移碼突變(frame-shiftmutation)、缺失(deletion)和插入(insertion)四種形式?；蛲蛔兣c染色體畸變的區(qū)別在于基因突變僅僅是DNA鏈中一對或少數(shù)幾對堿基發(fā)生了變化。堿基置換嘧啶（或嘌呤）堿基的位置上置換成另一嘧啶（或嘌呤）堿基則稱為轉(zhuǎn)換（transition）原來鏈上是嘧啶（或嘌呤）堿基的位置上置換成另一嘌呤（或嘧啶）堿基則稱為顛換(transversion)錯義突變：使所表達(dá)的蛋白質(zhì)中一種氨基酸的位置上，變成另一種氨基酸；無義突變：正常翻譯為氨基酸的堿基置換后變成UAG（琥珀突變）、UAA（赫石突變）或UGA（乳石突變）等終止密碼子，造成多肽鏈合成的中止；同義突變：堿基發(fā)生了置換，但由于遺傳密碼子的簡并性，而并沒有影響原來的氨基酸順序。如密碼子GCU置換成GCC后，它們都是丙氨酸的密碼子；沉默突變：堿基置換造成多肽鏈中一個氨基酸的改變，但該氨基酸對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能沒有多大的影響，并沒引起細(xì)胞表型變化。2.2.4突變結(jié)果移碼突變一對或少數(shù)幾對鄰接的核苷酸的增加或減少，將造成這一位置以后一系列密碼子發(fā)生移位錯誤的現(xiàn)象如果增加或減少的核苷酸數(shù)目為3或3的倍數(shù)，那么，它只改變某一部位的一個或幾個氨基酸，其它氨基酸未變，有可能保持原有的蛋白質(zhì)性質(zhì)，這取決于這些氨基酸在蛋白質(zhì)中的重要性。如果增加或減少的核苷酸數(shù)目不是3或3的倍數(shù)，那么，這會改變整個蛋白質(zhì)的氨基酸順序，其影響可能很大。缺失或插入與移碼突變只是程度不同，基因突變中的缺失或插入涉及到的核苷酸數(shù)量比移碼突變多，很難用移碼突變來回復(fù)。但與染色體畸變中的缺失或插入相比，它們所變化的范圍要小得多。2.3常見的微生物突變類型2.3.1營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長表型基因型營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）影印平板（Replicaplating）法是Lederberg夫婦在1952年建立在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長負(fù)選擇標(biāo)記突變株不能通過選擇平板直接獲得營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）特點：營養(yǎng)缺陷型的表示方法：表現(xiàn)型：所需營養(yǎng)物的前三個英文小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母C同一表型中不同基因的突變）基因型：同上，但第一個字母大寫，且不用斜體：HisC在具體使用時多用hisC-和hisC+，分別表示缺陷型和野生型。2.3.2抗藥性突變型（resistantmutant）基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點：正選擇標(biāo)記（突變株可直接從抗性平板上獲得-----在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長。所以很容易分離得到。）表示方法：所抗藥物的前三個小寫斜體英文字母加上“r”表示strr

和strs

分別表示對鏈霉素的抗性和敏感性2.3.2條件致死突變型（conditionallethalmutant）在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類突變在高溫下（如42℃）是致死的，但可以在低溫（如25-30℃）下得到這種突變。特點：負(fù)選擇標(biāo)記這類突變型常被用來分離生長繁殖必需的突變基因2.3.4形態(tài)突變型（morphologicalmutant）造成形態(tài)改變的突變型特點：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長，但可從形態(tài)特征上進(jìn)行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選菌落顏色變化β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重組子菌落為白色而與蘭色的非重組子分開。形成芽孢缺陷菌株細(xì)胞水平上的形態(tài)突變，突變株的檢出更加困難。2.3.5其它突變類型毒力、生產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物的發(fā)酵能力的變化等在實際應(yīng)用中具有重要意義突變類型一般都不具有很明顯或可直接檢測到的表型。其突變株的獲得往往需要較大的工作量。2.3.5其它突變類型毒力、生產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物的發(fā)酵能力的變化等在實際應(yīng)用中具有重要意義突變類型一般都不具有很明顯或可直接檢測到的表型。其突變株的獲得往往需要較大的工作量。2.4誘變劑與致癌物質(zhì)——Ames試驗a）利用各種誘變劑獲得各類遺傳突變，進(jìn)行誘變育種；c）危害人類自身的健康b）對有害微生物進(jìn)行控制；很多種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機制導(dǎo)致DNA的突變“生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對細(xì)菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比