第八章

微生物的遺傳與變異微生物是遺傳學(xué)研究的最好材料和對(duì)象微生物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單營(yíng)養(yǎng)體一般都是單倍體微生物繁殖速度快易積累不同的中間及最終代謝產(chǎn)物環(huán)境條件對(duì)微生物作用直接均勻存在多種方式的繁殖類型微生物的變異易被識(shí)別參與基因工程的載體、供體、受體三角色內(nèi)容提要遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組真菌的基因重組微生物的突變微生物遺傳變異的應(yīng)用菌種退化、復(fù)壯和保藏遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證明核酸是微生物遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式Cncnc-micro轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)材料動(dòng)物實(shí)驗(yàn)細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)S型菌無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)材料：肺炎雙球菌光滑型（S）粗糙型（R）有莢膜菌落光滑分泌毒素致病SⅠ、SⅡ、SⅢ三個(gè)血清型無莢膜菌落粗糙無毒不致病RⅠ、RⅡ、RⅢ三個(gè)血清型活的S菌加活R菌和熱死S菌抽血分離死加活S菌死加活R菌或死S菌活轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)ＳⅢ〖?xì)⑺馈?/p>

無菌落生長(zhǎng)體外培養(yǎng)

ＲⅡ〖活菌〗體外培養(yǎng)

ＲⅡ菌落

ＲⅡ菌落多ＳⅢ菌落少

體外混合培養(yǎng)ＳⅢ〖?xì)⑺馈?/p>

ＲⅡ〖活菌〗轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（3）S型菌無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)大量R菌落活R菌S菌無細(xì)胞抽提液+活R菌+S菌DNAS菌落S菌PrS菌多糖R菌落活R菌+Cncnc-micro噬菌體感染實(shí)驗(yàn)Pr只含S不含PDNA只含P不含S原理步驟1：用含同位素Ｓ35,

P32的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌吸附10分鐘后攪動(dòng)離心上清液沉淀結(jié)果：上清液中含15%放射擊性；沉淀中含85%放射性2：讓T2感染上述大腸桿菌使其打是S35P32標(biāo)記3：

植物病毒蛋白質(zhì)和RNA可以人為地分開,同時(shí)又可把它們重新組合成具感染性的病毒.植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)甲ＲＮＡ＋乙Ｐr→感染癥狀同甲病毒；分離得到甲病毒乙ＲＮＡ＋甲Ｐr→感染癥狀同乙病毒；分離得到乙病毒Cncnc-microTMVHRVHRVTMV原始株拆開重建感染分離純化植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)遺傳物質(zhì)類型核染色體核外染色體真核生物細(xì)胞器原核生物質(zhì)粒遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式染色體基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNADNA就是脫氧核糖核酸（長(zhǎng)鏈）腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）基因測(cè)序就是讀出A-C-G-T-G-G-A-C-G…...基因控制Pr因而控制性狀基因是什么？Cncnc-micro基因是生命的密碼?；蛴涗浐蛡鬟f遺傳信息?；驔Q定生物體的生長(zhǎng)、病、老死等一切生命現(xiàn)象。大腸桿菌基因組Cncnc-micro4100個(gè)基因，4.7×106bp遺傳信息的連續(xù)性功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)基因單拷貝及rRNA多拷貝基因的重復(fù)序列少而短酵母菌基因組Cncnc-micro染色體長(zhǎng)度Kb基因數(shù)12345678染色體長(zhǎng)度Kb基因數(shù)439745666107892478410929482304231738142921365732912313873345504874215714991310271310331110241622211520174原核生物基因調(diào)控系統(tǒng)質(zhì)粒核外環(huán)狀小型DNA獨(dú)立復(fù)制穩(wěn)定遺傳F因子與有性接合有關(guān)種類R因子與抗藥性有關(guān)COL編碼免疫蛋白Ti質(zhì)粒誘癌質(zhì)粒降解散質(zhì)粒：編碼降解有害物質(zhì)的酶用途基因工程中作為目的基因載體質(zhì)粒原核生物遺傳物質(zhì)存在的另一種方式細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組真核微生物基因重組在有性繁殖過程中發(fā)生，當(dāng)合子減數(shù)分裂時(shí)，兩染色體發(fā)生交換。原核微生物通過接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)等形式進(jìn)行一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)移和基因重組。（小結(jié)）Cncnc-microCncnc-micro接合及其發(fā)現(xiàn)Ｆ因子和接合雄性菌株與雌性菌株接合結(jié)果

接合(conjugation)+A+B+C-D-

維甲缺陷型A-B-C+D+

蘇缺賴陷型接合及其發(fā)現(xiàn)A+B+C+D+通過細(xì)胞間的直接接觸能進(jìn)行大段ＤＮＡ的轉(zhuǎn)移的過程，叫接合Ｆ因子和接合雄性菌株與雌性菌株接合結(jié)果Cncnc-micro

轉(zhuǎn)化(transformation)幾個(gè)概念：轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化因子、感受態(tài)轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)轉(zhuǎn)化(transformation)

受體細(xì)胞直接吸收了來自供體細(xì)胞的DNA片斷，并把它整合到自己的基因組中，細(xì)胞部分遺傳性狀發(fā)生變化的現(xiàn)象叫轉(zhuǎn)化。Cncnc-micro轉(zhuǎn)化因子Cncnc-micro轉(zhuǎn)化是游離的ＤＮＡ片斷的轉(zhuǎn)移和重組游離的ＤＡＮ片斷叫轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子由供體提供自然情況下可由細(xì)菌細(xì)胞自行裂解產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)室里通過提取獲得雙鏈ＤＮＡ有轉(zhuǎn)化能力，單鏈沒有受體細(xì)胞能接受轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)稱為感受，只有處于感受態(tài)的細(xì)菌才能接受轉(zhuǎn)化因子，從出現(xiàn)到消失約為４０分鐘(對(duì)數(shù)期的中期)Cncnc-micro感受態(tài)感覺態(tài)出現(xiàn)原因細(xì)菌失去部分細(xì)胞壁的結(jié)果細(xì)菌在細(xì)胞表面產(chǎn)生某種酶引起Cncnc-micro感受態(tài)的決定決定因素

感受態(tài)因子是受體細(xì)胞表面上的一種蛋白質(zhì)功能使轉(zhuǎn)化因子結(jié)合在受體細(xì)胞表面細(xì)胞遺傳性決定和菌齡有關(guān)環(huán)腺苷酸Camp可提高1000倍Ca2+能促使細(xì)胞進(jìn)入感受態(tài)每個(gè)受體細(xì)胞表面約有30

-80個(gè)轉(zhuǎn)化因子結(jié)合點(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)化因子結(jié)合到受體表面結(jié)合點(diǎn)上時(shí)，DNA一條鏈被受體細(xì)胞膜上的核酸酶分解，另一條鏈進(jìn)入受體細(xì)胞，通過整合與受體細(xì)胞進(jìn)行基因重組，有人發(fā)現(xiàn)DNA也可通過雙鏈形式進(jìn)入受體細(xì)胞形成雙倍體的轉(zhuǎn)化子。Cncnc-micro轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化中基因交換過程示意圖5∕3∕abc5∕3∕3∕5∕ABCDE5∕3∕3∕5∕abcABCDE5∕3∕3∕5∕ABCDEc5∕3∕3∕5∕cABCDE5∕3∕3∕5∕cABCDE轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)不需兩個(gè)細(xì)胞直接接觸，供體DNA提取出來，注入受體即可。Cncnc-micro轉(zhuǎn)導(dǎo)的種類完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)溶源轉(zhuǎn)變低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)遺傳物質(zhì)通過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)Cncnc-micro轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點(diǎn)供體A-B+完全普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(compietetransduction)A-B+A+B-少數(shù)受體A+B+經(jīng)重組形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子鼠傷寒沙門氏菌A+B-多數(shù)受體形成溶源菌A-B+色氨酸缺陷型A+B-組氨酸缺陷型galbiogalbio宿主基因組整合不正常切離（10-4—10-6）正常切離λ正常λλdgalλdbio低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（LFT）裂解物的形成低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)Cncnc-micro雙重溶源菌[E.coliK12(λ/λdg)F]U.V.轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體(λdg)輔助噬菌體(λ)轉(zhuǎn)導(dǎo)子菌落噬菌斑轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點(diǎn)需要噬菌體做媒介，不需要細(xì)胞間直接接觸噬菌體DNA不接合到寄主染色體噬菌體蛋白質(zhì)包裹寄主任何一部分DNA片段噬菌體DNA整合到寄主染色體上噬菌體DNA與寄主染色體特定基因發(fā)生交換普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)Cncnc-micro溶源轉(zhuǎn)變溫和噬菌體的基因整合到宿主核基因組上的現(xiàn)象溫和噬菌體并不攜帶外源供體菌的基因這種溫和噬菌體是完整的，而不是缺陷的獲得新性狀的是溶源化的宿主細(xì)胞，而不是轉(zhuǎn)導(dǎo)子獲得的性狀可隨噬菌體的消失而同時(shí)消失Cncnc-micro三者根本區(qū)別在于DNA轉(zhuǎn)移的方式不同轉(zhuǎn)化：供體DNA片斷→注入受體細(xì)胞，通過細(xì)胞膜接合：供體進(jìn)入受體通過性纖毛轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體DNA片斷通過媒介－噬菌體攜帶進(jìn)入受體Cncnc-micro真菌的基因重組有性生殖異核現(xiàn)象準(zhǔn)性生殖染色體外的遺傳現(xiàn)象準(zhǔn)性生殖準(zhǔn)性生殖的概念：不產(chǎn)生有性孢子的絲狀真菌，不經(jīng)過減數(shù)分裂就能導(dǎo)致染色體單元化和基因重組的過程。1953年發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)性生殖與有性生殖的不同重組體細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)體細(xì)胞相同，不產(chǎn)生特殊的囊器染色體的交換及單倍體化過程沒有規(guī)律準(zhǔn)性生殖的過程異核體的形成核融合和雜合二倍體的形成單倍體化Cncnc-micro微生物的突變突變類型突變率突變的特點(diǎn)誘變機(jī)制突變類型突變株的表型選擇性突變株非選擇性突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型（株）抗性缺陷型（株）條件致死突變型（株）形態(tài)突變型（株）抗原突變型（株）產(chǎn)量突變型（株）按方法分：按突變株的表型是否能在選擇性培養(yǎng)基上加以鑒別來區(qū)分。Cncnc-micro微生物突變體的主要類型形態(tài)突變型菌落形態(tài)突變型菌體形態(tài)突變型生化突變型營(yíng)養(yǎng)突變體(營(yíng)養(yǎng)缺陷型)發(fā)酵突變體抗性突變體條件致死突變體抗原突變型產(chǎn)量突變型按突變實(shí)質(zhì)分Cncnc-micro突變率突變的特點(diǎn)（證明）不對(duì)應(yīng)性自發(fā)性稀有性獨(dú)立性誘變性穩(wěn)定性可逆性

Cncnc-micro基因突變自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明變量試驗(yàn)涂布試驗(yàn)影印培養(yǎng)試驗(yàn)大腸桿菌稀釋培養(yǎng)物10ml10ml(培養(yǎng)前先分成50小管)(在同一個(gè)大管中作整體培養(yǎng))

3714435抗噬菌體菌落數(shù)抗噬菌體菌落數(shù)變量試驗(yàn)涂布試驗(yàn)涂布敏感菌5×104個(gè)共12個(gè)平板5×104個(gè)菌落5000個(gè)細(xì)菌/菌落噴入T1保溫重新涂布后噴入T1保溫6個(gè)平板共353個(gè)菌落6個(gè)平板共28個(gè)菌落影印培養(yǎng)無藥培養(yǎng)基含藥培養(yǎng)基影印培養(yǎng)試驗(yàn)原始敏感菌種誘變機(jī)制堿基的置換移碼突變?nèi)旧w畸變Cncnc-micro堿基的置換堿基的置換堿基的置換堿基的置換移碼突變DNA分子中缺失或增加少數(shù)幾個(gè)堿基對(duì)而引起造成突變點(diǎn)以后全部遺傳密碼轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)釋發(fā)生錯(cuò)誤ABCABCABCABCABCABCABCABCAB+ABCABCCBACBACBACBACBAABCBCABCABCABCABCABCABCA增添一個(gè)堿基缺少一個(gè)堿基染色體畸變

Cncnc-micro某些理化因子，如Ｘ射線，紫外線，亞硝酸等，除能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA分子大損傷，包括染色體易位，倒位，缺失，重復(fù)等，即為染色體畸變。染色體畸變

紫外線誘變作用機(jī)理可使ＤＮＡ鏈裂斷，破壞核糖和磷酸間的鍵聯(lián)引起胞嘧啶和尿嘧啶產(chǎn)生水合作用造成氫鍵斷裂能使胸腺嘧啶成二聚體，使ＤＮＡ結(jié)構(gòu)發(fā)生改變Cncnc-micro微生物突變的應(yīng)用Cncnc-micro自發(fā)突變與育種從生產(chǎn)中選育定向培育優(yōu)良品種誘變育種

從青霉素產(chǎn)量看誘變育種誘變育種的基本環(huán)節(jié)誘變育種的原則原生質(zhì)體融合育種基因工程效價(jià)：指有效成分的濃度。1ug/ul稱為1單位

從青霉素產(chǎn)量看誘變育種時(shí)間發(fā)酵單位1943100194325019435001945~8501947~8501955~80001971~2萬1977~5萬目前5~10萬誘變育種的基本環(huán)節(jié)大多死亡少數(shù)存活存活率多數(shù)未變少數(shù)突變突變率多數(shù)負(fù)變少數(shù)正變正變率多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大高產(chǎn)率投產(chǎn)率多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)出發(fā)菌株計(jì)算出誘變Cncnc-micro誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑選優(yōu)良的出發(fā)菌株處理單孢子（或單細(xì)胞）懸液選用最適劑量利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)利用和創(chuàng)造形態(tài)，生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法Cncnc-micro選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑出發(fā)菌株含誘變劑的液體培養(yǎng)基接種培養(yǎng)培養(yǎng)接種分離紫外線選擇優(yōu)良突變株利用回變檢測(cè)致癌劑

——艾姆斯試驗(yàn)法挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株生產(chǎn)中用過的自發(fā)變異菌株采用具有有力性狀的菌株采用已發(fā)生其他變異的菌株采用增變菌株采用前體或最終產(chǎn)物代謝高的菌株Cncnc-micro處理單孢子（或單細(xì)胞）懸液芽孢桿菌應(yīng)處理芽孢放線菌，霉菌應(yīng)處理孢子細(xì)菌指數(shù)期，放線菌霉菌要稍加萌發(fā)后使用出發(fā)菌株應(yīng)制成均勻懸夜Cncnc-micro選用最適劑量劑量以誘變劑濃度和處理時(shí)間來表示合適劑量：能擴(kuò)大變異幅度又能促使變異移向正變范圍的劑量Cncnc-micro充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)兩種或多種誘變劑先后使用兩種或多種誘變劑同時(shí)使用同種誘變劑重復(fù)使用Cncnc-micro利用和創(chuàng)造形態(tài)，生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)淀粉酶變色圈試驗(yàn)變色圈大的為淀粉酶高產(chǎn)菌落設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法一個(gè)出發(fā)菌株誘變劑處理選出200個(gè)單孢子菌菌株初篩（每株1瓶）選出50株復(fù)篩（每株4瓶）選出5株第一輪第二輪五個(gè)出發(fā)菌株初篩（每株1瓶）選出50株復(fù)篩（每株4瓶）選出5株40株40株40株40株40株誘變劑處理突變株的篩選方法高產(chǎn)突變菌株的篩選方法抗性突變體的篩選方法營(yíng)養(yǎng)缺陷型的的篩選方法Cncnc-micro與突變株的篩選相關(guān)的幾個(gè)概念與突變株的篩選相關(guān)的幾個(gè)概念相關(guān)培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基[-]完全培養(yǎng)基補(bǔ)充培養(yǎng)基三類遺傳型野生型[A+B+]營(yíng)養(yǎng)缺陷型型[A+B-]原養(yǎng)型[A+B+]Cncnc-micro突變春日霉素產(chǎn)生菌的孢子懸液·高產(chǎn)突變株的篩選瓊脂塊培養(yǎng)法篩選春日霉素高產(chǎn)菌種含供試菌種（拮抗對(duì)象）的瓊脂平板抗性突變體的篩選方法青霉素濃縮法梯度培養(yǎng)皿法Cncnc-micro青霉素濃縮法培養(yǎng)基(含青霉素)

接入敏感菌液（含抗性突變株）涂布抗青霉素菌落培養(yǎng)梯度培養(yǎng)皿法強(qiáng)抗性中抗性弱抗性含異煙肼接敏感菌含突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型的篩選辦法誘變劑處理淘汰野生型檢出缺陷型夾層培養(yǎng)法限量補(bǔ)充培養(yǎng)法逐個(gè)檢出法影印接種法鑒定缺陷型Cncnc-micro菌絲過濾法夾層培養(yǎng)法及結(jié)果

逐個(gè)檢出法涂布培養(yǎng)基本培養(yǎng)基上不長(zhǎng)菌落