第七章微生物的遺傳變異

與育種遺傳學(xué)的一些概念遺傳(heredity)：上一代生物如何將自身的一整套遺傳基因穩(wěn)定地傳遞給下一代的行為或功能。特點(diǎn)：具穩(wěn)定性。

四個(gè)基本概念：1.遺傳型（genotype）：又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有的全部遺傳因子即基因組所帶的遺傳信息。2.表型（phenotype）：指生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和，是其遺傳型在合適環(huán)境下通過代謝和發(fā)育而得到的具體體現(xiàn)。

遺傳型+環(huán)境條件======表型3.變異(variation):生物體在外因或內(nèi)因的作用下，遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生改變，亦即遺傳型的改變。變異的特點(diǎn)：

a.群體一般為10-5～10-10；

b.性狀變化的幅度大；

c.變化后形成的新性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。4.飾變（modification）：指外表的修飾性改變，是一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化。特點(diǎn)：

a.幾乎整個(gè)群體中的每一個(gè)體都發(fā)生同樣的變化；

b.性狀變化的幅度?。?/p>

c.因遺傳物質(zhì)不變，故飾變是不遺傳的。引起飾變的因素消失后，表型即可恢復(fù)。4.飾變（modification）：例子：粘質(zhì)沙雷氏菌（神靈色桿菌）粘質(zhì)沙雷氏菌在25℃下培養(yǎng)時(shí)，會產(chǎn)生深紅色的靈桿菌素,把菌落染成鮮血狀，可是,當(dāng)培養(yǎng)在37℃下時(shí),群體中的所有個(gè)體都不產(chǎn)色素。如果重新降溫至25℃,所有細(xì)胞產(chǎn)色素能力又可以恢復(fù)。宗教中稱它為“神靈色桿菌”或“靈桿菌”飾變是與變異有著本質(zhì)區(qū)別第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、3個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證明核酸是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。（一）轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)研究材料：肺炎鏈球菌，小白鼠肺炎鏈球菌特點(diǎn)：S型——有莢膜，菌落表面光滑，屬致病菌。致病性，人患肺炎，小白鼠患敗血癥而死亡。R型——無莢膜，菌落表面粗糙，屬非致病菌

1928年，英國微生物學(xué)家Griffith(格里費(fèi)斯）做了肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)說明了加熱殺死的S型菌，在細(xì)胞內(nèi)有一種具有遺傳轉(zhuǎn)化能力的物質(zhì)，可進(jìn)入R型菌細(xì)胞內(nèi)，使R型菌獲得表達(dá)莢膜的遺傳特性。體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)－DNA是遺傳物質(zhì)的證明1944年Avery（艾費(fèi)里）揭開了轉(zhuǎn)化因子的化學(xué)本質(zhì)。體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)－DNA是遺傳物質(zhì)的證明超速離心脂類除去進(jìn)入顯示出DNA的優(yōu)勢（二）噬菌體的侵染標(biāo)記實(shí)驗(yàn)

1952年Hersey（侯喜）和Chase（蔡斯）的同位素標(biāo)記大腸桿菌T2噬菌體進(jìn)行侵染實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法材料：大腸桿菌，T2噬菌體培養(yǎng)基：32PO43-

和35SO42-的組合培養(yǎng)基。結(jié)果：制備出含32P-DNA核心的噬菌體制備出含35S-蛋白質(zhì)外殼的噬菌體

離心32p85%35s75%離心（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)

煙草花葉病毒的感染和繁殖過程，證實(shí)RNA也是重要的遺傳物質(zhì)。1956年，法郎克-康勒特（H.Fraenkel-Conrat）分離RNA和protein，進(jìn)行重組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料：煙草花葉病毒（TMVA)與霍氏車前花葉病毒（HRV，TMVB）。5%RNA,95%Protein。

RNA雜合病毒實(shí)驗(yàn)苯酚苯酚HRVB煙草花葉病毒經(jīng)弱堿、尿素、去垢劑等處理，可以將其蛋白外殼與RNA分開，重新將蛋白外殼與RNA混合，病毒粒子又會重建。二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的

存在部位和方式（一）核酸存在的七個(gè)水平細(xì)胞水平：存在于細(xì)胞核或核質(zhì)體，單核或多核細(xì)胞核水平:原核與真核生物的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不同，核基因組和核外染色體。染色體水平:染色體數(shù)和倍數(shù)(真核)，單倍體和雙倍體核酸水平：核酸種類、核酸結(jié)構(gòu)和DNA長度（單位bp、kb、Mb）?；蛩剑壕咦灾鲝?fù)制能力的最小遺傳功能單位，核酸片斷。長度與信息量，轉(zhuǎn)錄——翻譯密碼子水平： 信息單位,起始和終止,核苷酸水平： 突變或交換單位，四種堿基1.細(xì)胞水平細(xì)胞核或核區(qū)單核或多核2.細(xì)胞核水平核染色體=核基因組=核染色體組=基因組核外染色體=核外遺傳因子3.染色體水平（1）染色體數(shù)不同生物的染色體數(shù)差別很大。書P193表7-1（2）染色體倍數(shù)定義：指同一細(xì)胞中相同染色體的套數(shù)。單倍體：一套染色體雙倍體：兩套功能相同的染色體

染色體的一般形態(tài)結(jié)構(gòu)染色體組型4.核酸水平核酸種類

DNA或RNA核酸結(jié)構(gòu)雙鏈或單鏈雙鏈DNA：環(huán)狀、線狀、超螺旋狀（麻花狀）DNA長度基因組的大小單位：bp（堿基對）、Kb（千堿基對）、Mb（兆堿基對）例如：p194表7-2DNASupercoilingTopackagetheDNAintothecellrequiresthattheDNAbesupercoiled.Thereareover50supercoileddomainsintheE.colichromosome,theyarestabilizedbyassociationwiththestructuralproteins.DNA分子形成環(huán)狀，這種環(huán)呈超螺旋狀它從致密的含蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中伸出（支架）E.coli：2.4×109Da，42000Kb（1300微米），閉合環(huán)狀，約編碼2000個(gè)基因。類核（nucleoid）。支架(scafford）50-100個(gè)DNA環(huán)組成，每200bp就有一個(gè)負(fù)超螺旋DNA這種高度折疊的結(jié)構(gòu)使DNA分子長度壓縮了千余倍。5.基因水平基因：是生物體內(nèi)一切具有自主復(fù)制能力的最小遺傳功能單位，其物質(zhì)基礎(chǔ)是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。有眾多基因構(gòu)成了染色體?；虼笮。?000-1500bp，分子質(zhì)量6.7×105基因調(diào)控系統(tǒng)（二）原核生物的質(zhì)?；虿粌H存在在染色體上，還存在于細(xì)胞中的染色體外的遺傳因子上核外染色體真核生物的“質(zhì)?！痹松锏馁|(zhì)粒

線粒體細(xì)胞質(zhì)基因 葉綠體（質(zhì)體） 中心體 動體共生生物： 卡巴顆粒酵母菌的2m質(zhì)粒F因子R因子Col質(zhì)粒Ti質(zhì)粒巨大質(zhì)粒降解性質(zhì)粒1.質(zhì)粒（plasmid）定義：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。(1)質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，簡稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；（細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）質(zhì)粒的檢測

提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；第二節(jié)基因突變和誘變育種一、基因突變突變：指細(xì)胞內(nèi)（或病毒粒內(nèi)）遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化，可自發(fā)或誘導(dǎo)產(chǎn)生。

狹義突變：基因突變—點(diǎn)突變廣義突變：基因突變和染色體畸變自發(fā)突變的幾率：10-6---10-9

野生菌株→突變→突變株(一）基因突變類型選擇性突變株：能用選擇性培養(yǎng)基快速選擇出來的突變株。非選擇型突變：反之為---。營養(yǎng)缺陷型（株）抗性突變型（株）選擇性突變株條件致死突變（株）形態(tài)突變型（株）抗原突變型（株）非選擇型突變株產(chǎn)量突變型（株）營養(yǎng)缺陷型——某一野生型菌株因基因突變而喪失合成一種或幾種生長因子、堿基或氨基酸的能力，因而無法再在基本培養(yǎng)基上生長繁殖的變異類型。必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長?？剐酝蛔冃汀骋灰吧途暌蛲蛔兌a(chǎn)生了對某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性的突變株。在加有相應(yīng)藥物或相應(yīng)物理因子處理的培養(yǎng)基平板上選出。3.條件致死突變型——突變后在某種條件下可正常生長、繁殖，而在另一條件下卻無法生長、繁殖的突變型。大腸桿菌Ts突變株，37℃正常生長，42℃死亡；

T4噬菌體，在25℃可感染大腸桿菌，37℃不能感染。4.抗原突變型——因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。細(xì)胞壁缺陷變異（L型細(xì)菌），莢膜或鞭毛成分變異，病毒蛋白變異。5.產(chǎn)量突變型：通過基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株。

正突變：產(chǎn)量顯著高于原始菌株

負(fù)突變：反之6.形態(tài)突變株：指由突變引起的細(xì)胞形態(tài)的變異。（二）突變率定義：每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率為10–8是指該細(xì)胞在一億次細(xì)胞分裂中，會發(fā)生一次突變。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株（mutant，即突變型）的數(shù)目來表示。突變率=突變細(xì)胞數(shù)/分裂前群體細(xì)胞數(shù)（三）基因突變的特點(diǎn)7個(gè)共同特點(diǎn)以細(xì)菌的抗藥性為例: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。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。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。（三）基因突變的特點(diǎn)獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會互相影響。可誘發(fā)性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳可逆性：正向突變====回復(fù)突變從突變株回到野生型的過程則稱為回復(fù)突變。（四）基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證明1.變量試驗(yàn)又稱波動試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。

1943年，S.E.Luria和M.Delbrück根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。材料：大腸桿菌、T1噬菌體（烈性噬菌體）方法：觀察統(tǒng)計(jì)抗噬菌體的抗性菌株數(shù)量結(jié)果：在50皿中，抗性菌落數(shù)相差較大，而另50皿中，抗性菌落數(shù)基本相同。結(jié)論：抗性的產(chǎn)生與環(huán)境無關(guān)?？剐栽诮佑|T1前的某次細(xì)胞分裂過程中就自發(fā)產(chǎn)生了。2、涂布實(shí)驗(yàn)原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡便，且可計(jì)算突變率。3、影印平板培養(yǎng)法1952年，J.Lederberg夫婦的論文《平板影印培養(yǎng)法和細(xì)菌突變株的間接選擇》，更好地證明了微生物的抗藥性是在未接觸藥物前自發(fā)地產(chǎn)生的，這一突變與相應(yīng)藥物環(huán)境毫不相干。

Lederberg（萊德伯格，美國生物學(xué)家、遺傳學(xué)家，獲1958年諾貝爾生理學(xué)-醫(yī)學(xué)獎），1952年的實(shí)驗(yàn)。

S=青霉素敏感菌株R=青霉素抗性菌株實(shí)驗(yàn)分析在根本未接觸過任何一點(diǎn)鏈霉素的情況下，就可以篩選到大量抗鏈霉素的突變株，充分說明了突變是自發(fā)產(chǎn)生的，鏈霉素只是起到了一種檢出作用。平板影印培養(yǎng)不僅在微生物遺傳理論的研究中有重要應(yīng)用，而且在育種實(shí)踐和其它研究中均有應(yīng)用。（五）基因突變及其機(jī)制自發(fā)突變誘發(fā)突變1.誘發(fā)突變堿基置換移碼突變?nèi)旧w畸變基因突變（點(diǎn)突變）的誘變機(jī)制誘變劑（mutagen）：凡能提高突變率的任何理化因子，就稱為誘變劑種類：誘變劑的種類很多

1.化學(xué)誘變劑

2.物理誘變劑下面介紹代表性的誘變劑的作用機(jī)制。（1）堿基置換（substitution）一對堿基被另一對堿基所置換。轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換；顛換（transversion），即一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶,或是一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換?！璆GT…………CCA…………GAT…………CTA…………GTT…………CAA…………GAT…………CTA……轉(zhuǎn)換置換堿基置換后會出現(xiàn)下列幾種情況(1)

錯(cuò)義突變一種氨基酸，變成另一種氨基酸；(2)

無義突變氨基酸的堿基置換后變成

UAG、UAA、UGA等終止密碼子；堿基置換后會出現(xiàn)下列幾種情況(3)同義突變，堿基發(fā)生了置換，但由于遺傳密碼子的簡并性，氨基酸不變。如密碼子GCU置換成GCC后，它們都是丙氨酸的密碼子；(4)

沉默突變，堿基置換造成多肽鏈中一個(gè)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。酪氨酸的密碼子UAC

CACUAGUAUUCC（組氨酸）

（終止密碼子）

（酪氨酸）絲氨酸）錯(cuò)誤蛋白質(zhì)

不完整蛋白質(zhì)

相同蛋白質(zhì)基本相同蛋白質(zhì)

錯(cuò)義突變

無義突變

同義突變

沉默突變A直接引起置換的誘變劑

一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。例如：亞硝酸、羥胺和各種烷化劑作用：它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。配對原則:6位上是氨基的嘌呤------4位上是酮基的嘧啶6位上是酮基的嘌呤------4位上是氨基的嘧啶由亞硝酸引起的AT→GC的轉(zhuǎn)換①腺嘌呤氧化脫氨后形成烯醇式次黃嘌呤（He）②He通過互變異構(gòu)效應(yīng)形成酮式次黃嘌呤（HK）③DNA復(fù)制時(shí)，HK與胞嘧啶（C）配對

④DNA第二次復(fù)制時(shí)，C與G正常配對，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換。AATTTHHHCCCG亞硝酸的作用AHB間接引起置換的誘變劑這類誘變劑主要是一些堿基類似物這些化合物有5-溴尿嘧啶（5-BU），5-氟尿嘧啶(5-FU)、8-氮鳥嘌呤(8-NG)和2-氨基嘌呤（2-AP）等。它們與正常堿基的結(jié)構(gòu)類似，在DNA復(fù)制時(shí)，它們可以被錯(cuò)誤地?fù)饺隓NA，引起誘變效應(yīng)，所以說它們引起堿基置換的作用是間接的。5-溴尿嘧啶（5-BU）酮式的5-BU結(jié)構(gòu)與胸腺嘧啶相似，烯醇式5-BU結(jié)構(gòu)與胞嘧啶相似，

當(dāng)把某一微生物在含5-BU的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，DNA復(fù)制時(shí)，它可取代T。5-BU以酮式狀態(tài)存在于DNA中，因而與A配對。

5-BU很容易進(jìn)行酮式與烯醇式結(jié)構(gòu)的互變異構(gòu)，當(dāng)DNA復(fù)制時(shí)，烯醇式5-BU不與A而與G配對，從而造成A：TG：C的轉(zhuǎn)換，（2）移碼突變移碼突變是指由一種誘變劑引起DNA分子中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸的插入或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和翻譯錯(cuò)誤的一類突變。移碼突變誘變劑吖啶類染料（原黃素、吖啶黃、吖啶橙等）和一系列稱為ICR類的化合物（美國的腫瘤研究所合成而得名），都是移碼突變的有效誘變劑吖啶類化合物的誘變機(jī)制是一種平面型的三環(huán)分子，與嘌呤-嘧啶堿基對的結(jié)構(gòu)十分相似，故能嵌入兩個(gè)相鄰的DNA堿基對之間，造成雙螺旋的部分解開（0.34nm--，變成0.68nm），從而在DNA復(fù)制過程中，會使鏈中增添或缺失一個(gè)堿基，結(jié)果引起移碼突變

(3)染色體畸變?nèi)旧w畸變包括：缺失、重復(fù)、倒位、易位、轉(zhuǎn)座。一般認(rèn)為這是由于染色體單體發(fā)生斷裂后，錯(cuò)誤性愈合而造成的。轉(zhuǎn)座（易位）現(xiàn)象轉(zhuǎn)座：DNA序列通過非同源重組的方式，從染色體某一部位轉(zhuǎn)移到同一染色體上另一部位或其他染色體上某一部位的現(xiàn)象。凡具有轉(zhuǎn)座作用的一段DNA序列，稱為轉(zhuǎn)座因子。

轉(zhuǎn)座因子包括：插入序列

IS轉(zhuǎn)座子Tn轉(zhuǎn)座噬菌體Mu轉(zhuǎn)座頻率：10-5—10-7特點(diǎn)：轉(zhuǎn)座因子---復(fù)制---非同源重組正向重復(fù)序列-----轉(zhuǎn)座酶基因-----反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)座因子的插入引起受體DNA上靶序列的復(fù)制轉(zhuǎn)座酶切開轉(zhuǎn)座因子靶序列插入突變的DNA變化（置換）（缺失）（插入）（倒位）（相互易位）（置換）（缺失）（插入）2、自發(fā)突變的機(jī)理大多數(shù)自發(fā)突變本質(zhì)上也是誘發(fā)的，只不過它不是人為的，而是自然環(huán)境或細(xì)胞內(nèi)環(huán)境誘發(fā)的。細(xì)胞外因素、細(xì)胞內(nèi)因素、DNA分子內(nèi)部因素（1）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)因素自然環(huán)境中，宇宙間的短波輻射、宇宙線和紫外線等，多因素低劑量長期輻射的綜合效應(yīng)，將會引起生物的自發(fā)突變。自然環(huán)境中存在低劑量的金屬離子、高分子化合物、生物堿藥物、染料等都能成為引起生物突變的化學(xué)因素（2）細(xì)胞內(nèi)的誘發(fā)因素細(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。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。（3）DNA分子內(nèi)部因素一般生理?xiàng)l件下，堿基互變平衡反應(yīng)傾向于酮式或氨基式，DNA兩條互補(bǔ)鏈之間總是以A:T和C:G堿基配對。但T偶爾也會以稀有的烯醇式形式出現(xiàn)，這樣在DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，新合成鏈中T對應(yīng)的不再是A，而是G；若堿基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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，堿基對發(fā)生自發(fā)突變的幾率約為10–6-10–9。（六）紫外線對DNA的損傷

及其修復(fù)紫外線的主要作用是使同鏈DNA的相鄰嘧啶間形成共價(jià)結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體。1、光復(fù)活作用（photoreactivation）經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。對照：

8×106個(gè)/mlE.coliUV100個(gè)/ml試驗(yàn)：

8×106個(gè)/mlE.coliUV360-490nm可見光，30分2×106個(gè)/ml

1、光復(fù)活作用（photoreactivation）經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下會被一種光激活酶即光裂合酶（photolyase）結(jié)合，當(dāng)形成的復(fù)合物暴露在可見光（300-500nm）下時(shí)，此酶會因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。光激活酶也從復(fù)合物中釋放出來。每一E.coli細(xì)胞中約含有25個(gè)光激活酶分子。1、光復(fù)活作用（photoreactivation）

由于一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以進(jìn)行紫外線誘變育種時(shí)，只能在紅光下照射及處理照射后的菌液。2、暗修復(fù)作用（darkrepair）又稱切除修復(fù)（excisionrepair）。是活細(xì)胞內(nèi)一種用于修復(fù)被紫外線等誘變劑（包括烷化劑、X射線和γ射線等）損傷后的DNA的機(jī)制。這種修復(fù)作用與光無關(guān)。二、突變與育種（一）自發(fā)突變與育種1、生產(chǎn)中育種

10-6突變率-----尋找正向突變菌株2、定向培育優(yōu)良菌種卡介苗：牛型結(jié)核桿菌→13年→230代→卡介苗（減毒活菌疫苗）（二）誘變育種誘變+篩選誘變是隨機(jī)的；篩選是定向的目前發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)菌株都是經(jīng)過突變改造過的。營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)的篩選營養(yǎng)缺陷型——某一野生型菌株因基因突變而喪失合成一種或幾種生長因子、堿基或氨基酸的能力，因而無法再在基本培養(yǎng)基上生長繁殖的變異類型。必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長。A.有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體：

營養(yǎng)缺陷型突變株：必須在培養(yǎng)基內(nèi)加入相應(yīng)有機(jī)養(yǎng)分

野生型菌株：自然界分離到的任何微生物，在其發(fā)生營養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株，為該微生物的野生型。

原養(yǎng)型菌株：指營養(yǎng)缺陷型突變菌株回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，與野生型的表型相同。B.有關(guān)的三類培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基（MM）[-]：凡是能滿足野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低成分的合成培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)基（CM）[+]：滿足一切營養(yǎng)缺陷型菌株生長的天然或半合成培養(yǎng)基。補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM）[x]：在MM中有針對性地加入一或幾種營養(yǎng)成分以滿足相應(yīng)營養(yǎng)缺陷型菌株生長的合成培養(yǎng)基。艾姆氏試驗(yàn)（Amestest）

對化學(xué)誘變劑做檢測菌種：組氨酸營養(yǎng)缺陷型鼠傷寒沙門氏菌（his-）；原理：（his-）在基本培養(yǎng)基上不長；而發(fā)生回復(fù)突變則長。

艾姆斯氏試驗(yàn)誘變誘導(dǎo)物

回復(fù)突變型

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖抢脿I養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來檢測環(huán)境或食品中是否存在化學(xué)致癌劑。第三節(jié)基因重組和雜交育種一、原核生物的基因重組二、真核微生物的基因重組一、原核生物的基因重組基因重組定義:凡把兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳型個(gè)體的方式，稱為基因重組（generecombination）或遺傳重組。作用：重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產(chǎn)生新遺傳型的個(gè)體。重組與雜交的關(guān)系重組是分子水平上的一個(gè)概念，可以理解成是遺傳物質(zhì)分子水平上的雜交.而一般所說的雜交（hybridization）則是細(xì)胞水平上的一個(gè)概念。雜交中必然包含著重組，而重組則不限于雜交這一形式。一、原核微生物的基因重組特點(diǎn)：片段性：僅一小段DNA單向性：供體→受體轉(zhuǎn)移機(jī)制多樣性：轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合、原生質(zhì)體融合（一）轉(zhuǎn)化受體菌直接吸收來自供體菌的游離DNA片段，并把它整合到自己的基因組中，而獲得部分新的遺傳性狀的基因轉(zhuǎn)移過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。來自供體菌的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化的過程雙鏈DNA分子與細(xì)胞表面感受位點(diǎn)（膜連DNA結(jié)合蛋白）進(jìn)行可逆性結(jié)合。供體DNA片斷被吸入受體細(xì)胞。侵入受體細(xì)胞的供體DNA轉(zhuǎn)為單鏈，其中一條被降解。未被降解的一條鏈部分或整個(gè)與特異蛋白RecA結(jié)合，插入受體細(xì)胞的DNA中(插入部位染色體上的同源區(qū)段），形成一小段雜合DNA區(qū)段。雜合的DNA經(jīng)復(fù)制可以形成親代類型和重組類型的DNA,導(dǎo)致轉(zhuǎn)化細(xì)胞的形成與表達(dá)。自然轉(zhuǎn)化過程（野生型）營養(yǎng)缺陷型的His—組氨酸Trp—色氨酸降解轉(zhuǎn)染把噬菌體或其它病毒的DNA（或RNA）抽提出來，讓它去感染感受態(tài)的宿主細(xì)胞，并進(jìn)而產(chǎn)生正常的噬菌體或病毒的后代，這種現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)染（transfection）。

（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（Transduction）借助缺陷噬菌體為媒介，把供體細(xì)胞中DNA片段攜帶到受體細(xì)胞中，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱轉(zhuǎn)導(dǎo)。獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）。轉(zhuǎn)導(dǎo)過程不需要細(xì)胞接觸，而是以噬菌體為載體什么是缺陷噬菌體？轉(zhuǎn)導(dǎo)主要分為：

完全普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

流產(chǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

低頻局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)

高頻局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（1)

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

（Generalizedtransduction）定義：由于完全缺陷型噬菌體攜帶了供體菌染色體片段，當(dāng)它去感染受體菌時(shí)，使后者獲得這部分遺傳性狀的現(xiàn)象稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)證明實(shí)驗(yàn)

供體菌→野生型（鼠傷寒沙門氏菌

）受體菌→各種營養(yǎng)缺陷型完全缺陷型噬菌體----P22，感染復(fù)數(shù)<1特點(diǎn)：供體的任何基因都有可能進(jìn)入受體細(xì)胞A株菌:trp-his＋B株菌:

trp＋his-U型管實(shí)驗(yàn)燒結(jié)玻璃隔板缺陷噬菌體流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)定義：經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的媒介而獲得的供體菌DNA片段的受體菌，這段DNA片段在受體菌內(nèi)不進(jìn)行交換、整合和復(fù)制，也不消失，而進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，翻譯和性狀表達(dá)。結(jié)果：流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)后，細(xì)胞分裂，外源DNA片段分配到一個(gè)子細(xì)胞中，另一個(gè)子細(xì)胞獲得外源DNA片段轉(zhuǎn)錄，翻譯而形成的少量酶。特征：微小菌落。流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)示意圖酶缺陷噬菌體DNA片段（2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)

Restrictedtransduction是指通過部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中并獲得表達(dá)的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。（2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)

Restrictedtransduction條件：供體菌----大腸桿菌K12（λ）溶源菌（野生型）受體菌-----生物素營養(yǎng)缺陷型（Bio-）或不能發(fā)酵半乳糖營養(yǎng)缺陷型（gal-）部分缺陷溫和性噬菌體----λd特點(diǎn)：只傳遞供體菌的少數(shù)特定基因正常噬菌體和轉(zhuǎn)導(dǎo)半乳糖（gal）的缺陷型噬菌體(dg)的形成過程

發(fā)生誤切頻率10–4~10–6因此形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的頻率低條件：感染復(fù)數(shù)m.o.i<1①低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：定義：指通過一般溶源菌釋放的噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因其只能形成極少數(shù)轉(zhuǎn)導(dǎo)子，故稱低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物的形成②高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)

定義：在局限轉(zhuǎn)導(dǎo)中，若對雙重溶源菌進(jìn)行誘導(dǎo)，就會產(chǎn)生含50%左右的局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物，用這種裂解物去轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌，就可獲得高達(dá)50%的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。條件：當(dāng)感染復(fù)數(shù)m.o.I>1

受體菌變?yōu)殡p重溶源菌

E.coliK12(/dg)UV

①轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體（

dg）50%

+②輔助噬菌體（

）50%再次侵染其他受體細(xì)胞

，m.o.I<1

侵染的50%受體菌變?yōu)檗D(zhuǎn)導(dǎo)子普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和限制性轉(zhuǎn)導(dǎo)（低頻）的區(qū)別？？？部分缺陷噬菌體缺陷噬菌體（3）溶源轉(zhuǎn)變當(dāng)溫和噬菌體感染宿主而使其發(fā)生溶源化時(shí)，因噬菌體的基因整合到宿主的核基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現(xiàn)象，稱為溶源轉(zhuǎn)變。性質(zhì)：表面上與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似，而本質(zhì)上不同于轉(zhuǎn)導(dǎo)。

（3）溶源轉(zhuǎn)變區(qū)別：當(dāng)宿主喪失其原噬菌體時(shí)，通過溶源轉(zhuǎn)變而獲得的新性狀也隨之消失溫和噬菌體不攜帶來自供體菌的外源基因，是噬菌體自身基因使宿主獲得新性狀溫和噬菌體是完整的，不是缺陷的獲得新性狀的是溶源化的宿主細(xì)胞，不是轉(zhuǎn)導(dǎo)子白喉棒桿菌：白喉毒素/溫和噬菌體肉毒梭菌：C型或D型肉毒毒素紅霉素鏈霉菌：合霉素合成和氣生菌絲形成-P4溫和噬菌體

（三）接合供體與受體細(xì)胞直接接觸，借性菌毛傳遞DNA，在受體細(xì)胞中發(fā)生交換、整合，使之獲得供體菌的遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為接合。通過接合而獲得新性狀的受體細(xì)胞就是接合子（conjugant）。1946年J.Lederberg等采用E.coli的兩株?duì)I養(yǎng)缺陷型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)細(xì)菌接合遺傳物質(zhì)的單方向轉(zhuǎn)移A菌（生物素和甲硫氨酸營養(yǎng)缺陷型）:met-thr+leu+Bio-B菌（蘇氨酸和亮氨酸營養(yǎng)缺陷型）:met+thr-leu-Bio+細(xì)菌接合實(shí)驗(yàn)Davis的U型管實(shí)驗(yàn)Met：甲硫氨酸Bio：生物素Thr：蘇氨酸Leu：亮氨酸Thi：胸腺嘧啶大腸桿菌的接合F質(zhì)粒大腸桿菌“接合”涉及到的菌株F+（雄性）菌株：含游離的F因子1-4個(gè)，有性菌毛1-4根Hfr（高頻重組）菌株：含整合的F因子，有性菌毛，

Fˊ菌株：介于F+菌株與Hfr菌株之間，細(xì)胞中有游離的、帶小段染色體基因的環(huán)狀F因子

F–（雌性）菌株：沒有F因子，無性菌毛F因子特點(diǎn)F＋細(xì)菌可以把F因子傳給后代。F＋細(xì)菌經(jīng)吖啶橙處理F因子丟失，丟失后不在出現(xiàn)。F＋可以和F－雜交，而不能和F＋雜交。F＋和F－雜交后代皆為F＋，而且可以10－7頻率獲得重組體后代。（1）F+與F-菌株的接合（2）Hfr與F-的接合（3）F菌株與F-菌株的接合色氨酸基因F＋，Hfr，F(xiàn)的接合對照細(xì)菌的遺傳重組Transformation（轉(zhuǎn)化）,Conjugation（接合）,Transduction（轉(zhuǎn)導(dǎo)）（質(zhì)粒）（噬菌體）（四）原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合是通過人工方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并產(chǎn)生重組子的過程。應(yīng)用原生質(zhì)體融合技術(shù)后，細(xì)胞間基因重組的頻率大大提高了，在某些例子中，原生質(zhì)體的重組頻率已大于10-1

。第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏一、菌種的衰退與復(fù)壯（一）衰退的防止1、衰退（degeneration）：由于自發(fā)突變的結(jié)果，而使某物種原有一系列生物學(xué)性狀發(fā)生量變或質(zhì)變的現(xiàn)象。2.常見的衰退現(xiàn)象菌落和細(xì)胞形態(tài)的改變生長速度緩慢，產(chǎn)孢子越來越少抵抗力、抗不良環(huán)境能力減弱代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力下降致病菌對宿主侵染力下降3、防止菌種衰退的方法①控制