第六章

微生物的遺傳變異與育種遺傳(inheritance)和變異(variation)是生物體的最本質(zhì)的屬性之一遺傳：講的是親子間的關(guān)系,指生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能,它具有及其穩(wěn)定的特性。變異：親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同。遺傳型又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有的全部遺傳因子即基因的總合。表型指某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總合，是遺傳型在合適環(huán)境下的具體表現(xiàn)。遺傳型+環(huán)境條件表型代謝發(fā)育變異指生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，即遺傳型的改變。變異的特點(diǎn)：在群體中以極低的幾率（一般為10-5~10-10）出現(xiàn)；性狀變化的幅度大；變化后的新性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的；飾變指不涉及遺傳物質(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。飾變的特點(diǎn)：整個(gè)群體中的幾乎每一個(gè)體都發(fā)生同樣變化；性狀變化的幅度小；因遺傳物質(zhì)不變，故飾變是不遺傳的；由于微生物有一系列非常獨(dú)特的生物學(xué)特性，因而在研究現(xiàn)代遺傳學(xué)和其他許多重要的生物學(xué)基本理論問(wèn)題中，微生物是最熱衷的的研究對(duì)象。這些生物特性包括：個(gè)體的體制極其簡(jiǎn)單；營(yíng)養(yǎng)體一般是單倍體；易于在成分簡(jiǎn)單的組合培養(yǎng)基上大量生長(zhǎng)繁殖；繁殖速度快；易于積累不同的中間代謝物或終代謝物；菌落形態(tài)特征的可見(jiàn)性與多樣性；環(huán)境條件對(duì)微生物群體中各個(gè)體作用的直接性和均一性；易于形成營(yíng)養(yǎng)缺陷型；各種微生物一般都有相應(yīng)的病毒；存在多種處于進(jìn)化過(guò)程中的原始有性生殖方式等；第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)圍繞遺傳變異有無(wú)物質(zhì)基礎(chǔ)以及何種物質(zhì)可承擔(dān)遺傳變異功能的問(wèn)題，曾有過(guò)種種推測(cè)和爭(zhēng)論。1883~1889年間，Weissmann提出種質(zhì)連續(xù)理論，認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的化合物。本世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)了染色體并提出了基因?qū)W說(shuō)，使遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的范圍縮小到染色體上，并證明染色體是由核酸和蛋白質(zhì)組成的。1944年后，連續(xù)利用微生物這一有利的實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行了3個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)，并證實(shí)核酸尤其是DNA才是遺傳變異的真正物質(zhì)基礎(chǔ)。一、三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)分別用降解DNA、RNA、蛋白質(zhì)的酶作用于有毒的S型菌細(xì)胞抽提物Avery在四十年代以更精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重復(fù)了以上實(shí)驗(yàn)只有DNA被酶降解破壞的抽提物無(wú)轉(zhuǎn)化活性DNA是轉(zhuǎn)化所必需的轉(zhuǎn)化因子（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)1952年，A.D.Hershey和M.Chase發(fā)表了證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的著名實(shí)驗(yàn)——噬菌體感染實(shí)驗(yàn)。首先，他們將E.coli培養(yǎng)在以放射性32PO43-或35SO42-作為磷源或硫源的組合培養(yǎng)基中。結(jié)果，可以獲得含32P-DNA（噬菌體核心）的噬菌體或含35S-蛋白質(zhì)（噬菌體外殼）的兩種實(shí)驗(yàn)用噬菌體。接著，他們作了以下兩組實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)有力證明，在其DNA中，含有包括合成蛋白質(zhì)外殼在內(nèi)的整套遺傳信息。（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)為了證明核酸是遺傳物質(zhì)，H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的煙草花葉病毒（TMV）進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。

生化提取分別獲得含RNA的煙草花葉病毒蛋白質(zhì)外殼（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清處理，證明雜種病毒的蛋白質(zhì)外殼來(lái)自病毒1，而非病毒2雜種病毒的后代的蛋白質(zhì)外殼表現(xiàn)為病毒2，而非病毒1遺傳物質(zhì)是核酸（RNA）而非蛋白質(zhì)（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)至此，一個(gè)共同的結(jié)論已確信無(wú)疑了：只有核酸才是負(fù)荷遺傳信息的真正物質(zhì)基礎(chǔ)。二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式這里從七個(gè)水平來(lái)討論遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中存在的部位和方式。（一）七個(gè)水平（1）細(xì)胞水平從細(xì)胞水平看，不論是真核微生物還是原核微生物，它們的大部分或幾乎全部DNA都集中在細(xì)胞核或核質(zhì)體中。（2）細(xì)胞核水平真核生物的細(xì)胞核有核膜包裹，形成有固定形態(tài)的真核，核內(nèi)的DNA與組蛋白結(jié)合在一起，形成在光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)的染色體即基因組；而原核生物的細(xì)胞核沒(méi)有核膜包裹，呈松散無(wú)定形的核質(zhì)體狀態(tài)存在，這種核基因的DNA不與任何蛋白質(zhì)相結(jié)合。遺傳物質(zhì)類(lèi)型核染色體（核基因組）原核生物的真核生物的核外染色體（廣義質(zhì)粒）真核生物的“質(zhì)?！痹松锏馁|(zhì)粒細(xì)胞質(zhì)基因（質(zhì)體）共生生物：卡巴顆粒酵母菌的2

m質(zhì)粒線粒體葉綠體中心體動(dòng)體F因子R因子Col質(zhì)粒Ti質(zhì)粒巨大質(zhì)粒降解性質(zhì)粒現(xiàn)將微生物核外染色體的種類(lèi)歸納如下：（3）染色體水平在不同的生物體的每個(gè)細(xì)胞核內(nèi)，往往有不同數(shù)目的染色體。真核微生物常有較多的染色體，而在原核生物中，每一個(gè)核質(zhì)體只是由一個(gè)裸露的、光學(xué)顯微鏡下無(wú)法看到的環(huán)狀染色體所組成。如果在一個(gè)細(xì)胞中只有一套相同功能的染色體，它就是單倍體。反之，包含有兩套相同功能染色體的細(xì)胞，就稱為雙倍體。（4）核酸水平絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有部分病毒的遺傳物質(zhì)才是RNA。在真核生物中，DNA總是纏繞著組蛋白，而原核生物的DNA卻都是單獨(dú)存在的。在核酸的結(jié)構(gòu)上，絕大多數(shù)微生物的DNA是雙鏈的，只有少數(shù)病毒的核酸為單鏈結(jié)構(gòu)。此外，同是雙鏈DNA，其存在狀態(tài)也有不同：在原核生物中都呈環(huán)狀；在病毒粒子中有呈環(huán)狀或線狀的；在細(xì)菌質(zhì)粒中，DNA是呈超螺旋狀的。（5）基因水平在生物體內(nèi)，一切具有自主復(fù)制能力的遺傳功能單位，都可稱為基因?；虻奈镔|(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)有特定核苷酸順序的核酸片段。原核生物的基因是通過(guò)組成以下的調(diào)空系統(tǒng)而發(fā)揮作用的：

啟動(dòng)基因操縱子操縱基因基因調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因（6）密碼子水平遺傳密碼就是指DNA鏈上各個(gè)核苷酸的特定排列順序。每個(gè)密碼子是由三個(gè)核苷酸順序所決定的，它是負(fù)載遺傳信息的基本單位。把DNA上的遺傳信息轉(zhuǎn)移到mRNA分子上去，形成一條與DNA堿基順序互補(bǔ)的mRNA，這個(gè)過(guò)程叫做轉(zhuǎn)錄。（7）核苷酸水平核苷酸水平是一個(gè)最低突變單位或交換單位。在絕大多數(shù)生物的DNA組分中，都只含腺苷酸（AMP）、胸苷酸（TMP）、鳥(niǎo)苷酸（GMP）和胞苷酸（CMP）4種脫氧核苷酸。但也有少數(shù)例外，它們含有一些稀有堿基。（二）原核生物的質(zhì)粒質(zhì)粒游離于原核生物染色體外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒具有超螺旋狀的結(jié)構(gòu)，而且攜帶著某些染色體上所沒(méi)有的基因，使細(xì)菌等原核生物被賦予了某些對(duì)其生存并非必不可少的特殊功能，例如接合、產(chǎn)毒、抗藥、固氮、產(chǎn)特殊酶或降解毒物等功能。質(zhì)粒的分離大致包括：細(xì)胞的破裂蛋白質(zhì)和RNA的去除設(shè)法使染色體DNA與質(zhì)粒DNA相分離其中尤以質(zhì)粒DNA與染色體DNA相分離的步驟為最重要（二）原核生物的質(zhì)粒經(jīng)分離后的質(zhì)粒，可用電子顯微鏡、瓊脂糖或聚丙烯酰胺凝膠電泳來(lái)鑒定。同一種質(zhì)粒由于其構(gòu)象的不同，其電泳速度也不同，因而可進(jìn)行分離。最有代表性的幾種質(zhì)粒：（1）F因子（fertilityfactor）又稱致育因子或性因子，是E.coli細(xì)菌中決定性別的質(zhì)粒。F因子能以游離狀態(tài)(F+)和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)(Hfr)存在于細(xì)胞中，所以又稱之為附加體(episome)。（2）R因子（resistancefactor）包括抗藥性和抗重金屬二大類(lèi)，簡(jiǎn)稱R質(zhì)粒。多數(shù)R因子是由相連的兩個(gè)DNA片段組成。其一稱RTF質(zhì)粒，它含有調(diào)節(jié)DNA復(fù)制和拷貝數(shù)的基因及轉(zhuǎn)移基因。其二為抗性決定質(zhì)粒，其上含有其他抗生素的抗性基因。R100質(zhì)粒(89kb)可使宿主對(duì)下列藥物及重金屬具有抗性：汞（mercuricion，mer）四環(huán)素（tetracycline，tet）鏈霉素(Streptomycin,Str)、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidicacid，fus）并且負(fù)責(zé)這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上?？剐再|(zhì)粒在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。（2）R因子（resistancefactor）（3）Col因子（colicinogenicfactor）即產(chǎn)大腸桿菌素因子，是一種由大腸桿菌的某些菌株所分泌的細(xì)菌素，具有通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)議或能量代謝等而專(zhuān)一地殺死其他腸道細(xì)菌的功能。（4）Ti質(zhì)粒（tumorinducingplasmid）即誘癌質(zhì)粒，可引起許多雙子葉植物的根癌，它是由該菌的Ti質(zhì)粒所引起的。（5）巨大質(zhì)粒（mega質(zhì)粒）在根瘤菌屬中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，比一般質(zhì)粒大幾十倍甚至幾百倍，其上有一系列固氮基因。（6）降解性質(zhì)粒將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡(jiǎn)單形式，環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、農(nóng)藥(2,4dichlorophenoxyaceticacid)、辛烷和樟腦等的能力。第二節(jié)基因突變和誘變育種一、基因突變基因突變簡(jiǎn)稱突變，是變異的一種，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)突然發(fā)生的可遺傳的變化。（一）突變的類(lèi)型突變株的表型選擇性突變株非選擇性突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型抗性突變型條件致死突變型形態(tài)突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）一種缺乏合成其生存所必須的營(yíng)養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周?chē)h(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營(yíng)養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長(zhǎng)。營(yíng)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(zhǎng)特點(diǎn)在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長(zhǎng)。負(fù)選擇標(biāo)記突變株不能通過(guò)選擇平板直接獲得（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）影印平板（Replicaplating）法是Lederberg夫婦在1952年建立。（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）（2）抗性突變型（resistantmutant）由于基因突變而使原始菌株產(chǎn)生了對(duì)某種化學(xué)藥物或致死物理因子抗性的變異類(lèi)性。它們可在加有相應(yīng)藥物或用相應(yīng)物理因子處理的培養(yǎng)基平板上選出?？剐酝蛔冃推毡榇嬖?，例如對(duì)各種抗生素的抗藥性菌株等。（3）條件致死突變型（conditionallethalmutant）某菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在某一條件下可正常地生長(zhǎng)、繁殖并實(shí)現(xiàn)其表型，而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)、繁殖的突變類(lèi)型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類(lèi)突變?cè)诟邷叵拢ㄈ?2℃）是致死的，但可以在低溫（如25-30℃）下得到這種突變。這類(lèi)突變型常被用來(lái)分離生長(zhǎng)繁殖必需的突變基因負(fù)選擇標(biāo)記特點(diǎn)：（4）形態(tài)突變型（morphologicalmutant）指由于突變而產(chǎn)生的個(gè)體或菌落形態(tài)所發(fā)生的非選擇性變異。特點(diǎn)：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長(zhǎng)，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(kāi)。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。（4）形態(tài)突變型（morphologicalmutant）舉例：（5）抗原突變型（antigenicmutant）指由于基因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生的變異類(lèi)型。具體類(lèi)型很多，包括細(xì)胞壁缺陷變異、莢膜變異或鞭毛變異等。（6）產(chǎn)量突變型通過(guò)基因突變而獲得的在有用代謝產(chǎn)物上高于原始菌株的突變株。這類(lèi)突變?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐上異常重要。（二）突變率每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率，稱突變率。突變一般是獨(dú)立發(fā)生的。某一基因發(fā)生突變不會(huì)影響其他基因的突變率。（三）突變的特點(diǎn)（4）獨(dú)立性（5）可逆性（6）誘變性（1）不對(duì)應(yīng)性（2）稀有性（3）自發(fā)性（7）穩(wěn)定性（四）基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明證明突變的性狀與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系！

三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)如何證明基因突變的非對(duì)應(yīng)性？變量實(shí)驗(yàn)（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）SalvadorLuriaMaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)（1949）影印實(shí)驗(yàn)（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958（五）基因突變的機(jī)制基因突變的原因是多種多樣的，它可以是自發(fā)的或誘發(fā)的，各種具體類(lèi)型概括如下：突變1、誘變機(jī)制（1）堿基的置換它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。置換轉(zhuǎn)換：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：一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘧啶或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘌呤所置換。（2）移碼突變指誘變劑使DNA分子中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸的增添或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類(lèi)突變。1、誘變機(jī)制（3）染色體畸變某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起染色體畸變，包括染色體結(jié)構(gòu)上的缺失、重復(fù)、插入、易位和倒位，也包括染色體數(shù)目的變化。1、誘變機(jī)制倒位：指斷下來(lái)的一段染色體旋轉(zhuǎn)180o后，重新插入到原來(lái)染色體的位置上，從而使其基因順序與其他的基因順序相反。易位：指斷下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其他部位上。在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段DNA順序稱作轉(zhuǎn)座因子。具體自學(xué)！1、誘變機(jī)制（3）染色體畸變2、自發(fā)突變機(jī)制指在沒(méi)有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。（1）背景輻射和環(huán)境因素的誘變（2）微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)（3）互變異構(gòu)效應(yīng)（4）環(huán)出效應(yīng)（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)1、光復(fù)活作用把經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象。2、暗修復(fù)作用是活細(xì)胞內(nèi)一種用于修復(fù)被紫外線等誘變劑損傷后的DNA的機(jī)制。二、突變與育種（一）自發(fā)突變與育種1、從生產(chǎn)中選育2、定向培育優(yōu)良品種（二）誘變育種誘變育種是指利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其突變率顯著提高，然后采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合育種目的的菌株，以供生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)實(shí)驗(yàn)之用。1、誘變育種的基本環(huán)節(jié)誘變出發(fā)菌株絕大多數(shù)個(gè)體死亡少數(shù)存活多數(shù)未變少數(shù)突變多數(shù)負(fù)變少數(shù)正變多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)存活率突變率正變率“高產(chǎn)率”“投產(chǎn)率”可計(jì)算：2、誘變育種工作中應(yīng)考慮的原則（1）選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑（2）挑選優(yōu)良的誘變菌種（3）處理單孢子懸液（4）選用最適劑量（5）充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)（6）利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)（7）設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法3、營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選（1）與篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類(lèi)培養(yǎng)基A、基本培養(yǎng)基僅能滿足某微生物的野生型菌株生長(zhǎng)需要的最低成分組合培養(yǎng)基，稱基本培養(yǎng)基。B、完全培養(yǎng)基凡可滿足一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株?duì)I養(yǎng)需要的天然或半組合培養(yǎng)基，可稱為完全培養(yǎng)基。C、補(bǔ)充培養(yǎng)基凡只能滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷型生長(zhǎng)需要的組合培養(yǎng)基，稱為補(bǔ)充培養(yǎng)基。（2）與營(yíng)養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類(lèi)遺傳型個(gè)體A、野生型：從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生營(yíng)養(yǎng)突變前的原始菌株，均稱該微生物的野生型。野生型菌株能在其相應(yīng)的基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。B、營(yíng)養(yǎng)缺陷型：一種缺乏合成其生存所必須的營(yíng)養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周?chē)h(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營(yíng)養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長(zhǎng)。它不能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，而只能生長(zhǎng)在完全培養(yǎng)基或相應(yīng)的補(bǔ)充培養(yǎng)基上。C、原養(yǎng)型：一般指營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株回變或重組后產(chǎn)生的菌株。其營(yíng)養(yǎng)要求在表型上與野生型相同。（3）營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法A、誘變劑處理B、淘汰野生型：a.抗生素法①青霉素主要適用于細(xì)菌。其原理是青霉素能抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的生物合成，因而能殺死生長(zhǎng)繁殖著的細(xì)菌。②制霉菌素法則適用于真菌。制霉菌素屬于大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素，可與真菌細(xì)胞膜上的甾醇作用，從而引起細(xì)胞膜的損傷。b.菌絲過(guò)濾法適用于絲狀生長(zhǎng)的真菌或放線菌。其原理是，在基本培養(yǎng)基中，野生型的孢子能發(fā)芽成菌絲，而營(yíng)養(yǎng)缺陷型的孢子則不能。C、檢出缺陷型：a.夾層培養(yǎng)法b.限量補(bǔ)充培養(yǎng)法D、鑒定缺陷型：可用生長(zhǎng)譜法進(jìn)行。（3）營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法c.逐個(gè)檢出法d.影印接種法B、淘汰野生型：（4）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株的應(yīng)用在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，它們既可作為研究代謝途徑和雜交、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、原生質(zhì)體融合、質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子等遺傳規(guī)律所必不可少的標(biāo)記菌種，也可作為氨基酸、維生素或堿基等物質(zhì)生物測(cè)定的實(shí)驗(yàn)菌種。在生產(chǎn)實(shí)踐中，它們既可直接用作發(fā)酵生產(chǎn)核苷酸、氨基酸等代謝物的生產(chǎn)菌株，也可作為生產(chǎn)菌種雜交、重組育種和利用基因工程進(jìn)行育種時(shí)所不可缺少的帶有特定基因標(biāo)記的親本菌株。第三節(jié)基因重組凡把兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移的一起，經(jīng)過(guò)遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳個(gè)體的方式，稱為遺傳重組。一、原核微生物的基因重組在原核微生物中，基因重組的方式主要有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和原生質(zhì)體融合幾種形式。（一）轉(zhuǎn)化（transformation）受體菌直接吸收了來(lái)自供體菌的DNA片段，通過(guò)交換，把它整合到自己的基因組中，再經(jīng)復(fù)制就使自己變成一個(gè)轉(zhuǎn)化子。這種受體菌接受供體菌的DNA片段而獲得部分新的遺傳性狀的現(xiàn)象，就稱轉(zhuǎn)化。能進(jìn)行轉(zhuǎn)化的受體細(xì)胞必須處于感受態(tài)，即受體細(xì)胞最易接受外源DNA片段并實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。枯草芽孢桿菌的自然轉(zhuǎn)化過(guò)程（革蘭氏陽(yáng)性菌的轉(zhuǎn)化模型）具體轉(zhuǎn)化過(guò)程如下：先從供體菌提取DNA片段，接著DNA片段與感受態(tài)受體菌的細(xì)胞表面特定位點(diǎn)結(jié)合，在結(jié)合位點(diǎn)上，DNA片段中的一條單鏈逐步降解為核苷酸和無(wú)機(jī)磷酸而解體，另一條鏈進(jìn)入受體細(xì)胞，這是一個(gè)消耗能量的過(guò)程；（一）轉(zhuǎn)化（transformation）進(jìn)入受體細(xì)胞的DNA單鏈與受體菌染色體組上同源區(qū)段配對(duì)，而受體菌染色體組的相應(yīng)單鏈片段被切除，并被進(jìn)入受體細(xì)胞的單鏈DNA所取代，隨后修復(fù)合成，連接成部分雜合雙鏈；然后受體菌染色體進(jìn)行復(fù)制，其中雜合區(qū)段被分離成2個(gè)，一個(gè)類(lèi)似供體菌，另一個(gè)類(lèi)似受體菌；當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，此染色體發(fā)生分離，形成一個(gè)轉(zhuǎn)化子；具體轉(zhuǎn)化過(guò)程如下：（一）轉(zhuǎn)化（transformation）影響轉(zhuǎn)化效率的因素：受體細(xì)胞的感受態(tài)，它決定轉(zhuǎn)化因子能否被吸收進(jìn)入受體細(xì)胞；受體細(xì)胞的限制酶系統(tǒng)和其他核酸酶，它們決定轉(zhuǎn)化因子在整合前是否被分解；受體和供體染色體的同源性，它決定轉(zhuǎn)化因子的整合；（一）轉(zhuǎn)化（transformation）（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)通過(guò)完全缺陷或部分缺陷噬菌體的媒介，把供體細(xì)胞的DNA小片段攜帶到受體細(xì)胞中，通過(guò)交換和整合，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞，就稱轉(zhuǎn)導(dǎo)子。細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類(lèi)型普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)完全缺陷噬菌體對(duì)供體菌任何DNA小片段的“誤包”，而實(shí)現(xiàn)其遺傳性狀傳遞至受體菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體為什么“錯(cuò)”將宿主的DNA包裹進(jìn)去?噬菌體的DNA包裝酶酶也能識(shí)別染色體DNA上類(lèi)似pac的位點(diǎn)并進(jìn)行切割，以“headful”的包裝機(jī)制包裝進(jìn)P22噬菌體外殼，形成只含宿主DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體顆粒（假噬菌體）。因?yàn)槿旧w上的pac與P22DNA的pac序列不完全相同，利用效率較低，這種“錯(cuò)裝”機(jī)率一般僅約10-6-10-8。1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒的噬菌體可以是溫和的也可以是烈性的，但必須具有能偶爾識(shí)別宿主DNA的包裝機(jī)制并在宿主基因組完全降解以前進(jìn)行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本要求：1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：進(jìn)入受體的外源DNA通過(guò)與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortivetransduction）轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行重組和復(fù)制，但其攜帶的基因可經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。DNA不能復(fù)制，因此群體中僅一個(gè)細(xì)胞含有DNA，而其它細(xì)胞只能得到其基因產(chǎn)物，形成微小菌落。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：（1）完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)重組，供體基因整合到受體細(xì)胞的染色體上，從而使受體細(xì)胞獲得供體菌的遺傳性狀，產(chǎn)生變異，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子，這種轉(zhuǎn)導(dǎo)稱為完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。（2）流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)在普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，有時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)的供體DNA不一定都能整合到受體染色體上，產(chǎn)生穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子，更多的則是轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)的供體染色體不能整合到受體染色體，也不能復(fù)制，但可以表達(dá)，這種轉(zhuǎn)導(dǎo)稱為流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)。1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)又可分為完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）指通過(guò)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。特點(diǎn)：只能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌的個(gè)別特定基因；該特定基因由部分缺陷的噬菌體攜帶；缺陷噬菌體是由于其在形成過(guò)程中所發(fā)生的低頻率“誤切”，或由于雙重溶原菌的裂解而形成，而后一情況下可以形成50%缺陷噬菌體；溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上。部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）缺陷噬菌體在宿主細(xì)胞內(nèi)能夠象正常的λDNA分子一樣進(jìn)行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒；但沒(méi)有正常噬菌體的溶源性和增殖能力，感染受體細(xì)胞后，通過(guò)DNA整合進(jìn)宿主染色體而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子；2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溫和噬菌體λ裂解時(shí)的不正常切割：包含gal或bio基因（幾率一般僅有10-6）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：a）被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價(jià)地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有隨機(jī)性。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溶源轉(zhuǎn)變（lysogenicconversion）：一個(gè)與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似又不同的現(xiàn)象當(dāng)溫和噬菌體感染其宿主而使其發(fā)生溶原化時(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。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的不同？a）不攜帶任何供體菌的基因；b）這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的；c）獲得新性狀的是溶原化的宿主細(xì)胞，而不是轉(zhuǎn)導(dǎo)子；d）獲得的性狀可隨噬菌體的消失而同時(shí)消失；2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）（三）接合(conjugation)供體菌通過(guò)其性菌毛與受體菌相接觸，前者傳遞不同長(zhǎng)度的單鏈DNA給后者，并在后者細(xì)胞中進(jìn)行雙鏈化或進(jìn)一步與核染色體發(fā)生交換、整合，從而使后者獲得供體菌的遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為接合。通過(guò)接合而獲得新性狀的受體細(xì)胞，就是接合子。在細(xì)菌和放線菌中都存在著接合現(xiàn)象。（三）接合(conjugation)中間平板上長(zhǎng)出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致！接合作用是由一種被稱為F因子的質(zhì)粒介導(dǎo)F因子的分子量通常為5×107，上面有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛（sexpili）及控制接合過(guò)程進(jìn)行的20多個(gè)基因。在細(xì)菌中，接合現(xiàn)象研究得最清楚的是大腸桿菌的接合含有F因子的細(xì)胞：“雄性”菌株（F+），其細(xì)胞表面有性菌毛不含F(xiàn)因子的細(xì)胞：“雌性”菌株（F-），細(xì)胞表面沒(méi)有性菌毛（三）接合(conjugation)F因子為附加體質(zhì)粒既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（整合）到染色體上（三）接合(conjugation)F因子是有關(guān)細(xì)菌性別的決定者，凡有F因子的細(xì)胞，在其表面就有相應(yīng)的性菌毛存在。根據(jù)細(xì)胞中是否存在F因子以及其存在方式的不同，可分為四種細(xì)胞形式：a）F-菌株，不含F(xiàn)因子，沒(méi)有性菌毛，但可以通過(guò)接合作用接收F因子而變成雄性菌株（F+）；b）F+菌株，F(xiàn)因子獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛；（三）接合(conjugation)c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細(xì)胞表面有性菌毛；d）F′菌株，Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。細(xì)胞表面同樣有性菌毛；根據(jù)細(xì)胞中是否存在F因子以及其存在方式的不同，可分為四種細(xì)胞形式：（三）接合(conjugation)（1）F+×F-雜交雜交的結(jié)果：給體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為F+細(xì)胞理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株F+菌株的F因子向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細(xì)胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移過(guò)程，就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給F-細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株。（2）Hfr×F-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細(xì)胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細(xì)胞進(jìn)行接合。所不同的是，當(dāng)OriT序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)(leadingregion)結(jié)合著染色體DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn)因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過(guò)程常被中斷，因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞（或稱接合子）大多數(shù)仍然是F-。（2）Hfr×F-雜交Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。F′×F-與F+×F-的不同：給體的部分染色體基因隨F′一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞a）與染色體發(fā)生重組；b）繼續(xù)存在于F′因子上，形成一種部分二倍體；細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過(guò)程又常稱為性導(dǎo)（sexduction）、F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-duction），或F因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-mediatedtransduction）。（3）F′×F-雜交（四）原生質(zhì)體融合通過(guò)人為的方法，使遺傳性狀