第四章微生物的遗传变异与菌种选育

第四章微生物的遗传变异与菌种选育第一节 微生物遗传变异第二节 微生物的菌种选育第三节 菌种的退化复壮及保藏第一节 微生物遗传变异一、遗传与变异的概念遗传： 是指亲代与子代的相似性，它使微生物的性状保持相对稳定，是微生物存在的根据。 变异： 是指亲代与子代以及子代之间的不相似性，它使微生物更能适应外界环境的变化，从而促使其在物种上发生进化第一节 微生物遗传变异二、 常见的微生物表型变异1、形态和结构的变异 2、菌落变异 3、毒力变异 4、耐药性变异 5、代谢的变异 6、抗原性的变异第一节 微生物遗传变异1. 菌落形态变异 在一定条件下，光滑型 (S型 ) 菌落可变为粗糙型 (R型 )，称为 SR变异。 S型的抗原丧失，毒力减弱。2. 抗原变异 由于细菌基因突变而引起其抗原结构发生改变的变异类型。当编码细菌的抗原结构 (菌体抗原、鞭毛抗原、荚膜抗原 )的基因发生突变时，引起细菌抗原性变异。第一节 微生物遗传变异3.抗性变异 是对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异。如抗药性变异等，它和化学药物的存在并无关系。4. 营养型变异 主要引起营养缺陷型变异，即细菌丧失合成一种或几种生长因子能力，无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。5 毒力变异第一节 微生物遗传变异三、微生物变异的机理微生物的变异，可分为 非遗传性变异 (表型变异 )和遗传性变异 (基因型变异 )两种。非遗传性变异： 外界环境条件变化遗传性变异： 微生物的基因发生了改变，使相应的性状也发生变化，并可以遗传下去。遗传性变异： 包括基因突变和基因转移两个方面。基因突变一、概念 基因突变指生物细胞遗传物质 DNA分子结构突然发生了稳定的可遗传的变化。按突变范围分： 染色体畸变 和 点突变 。染色体畸变指染色体的一大段发生了变化，包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒置。点突变指DNA链中一个或少数几个核苷酸对的改变，包括置换（转换与颠换）、缺失、插人等造成的移码。按突变原因分： 自发突变 和 人工诱变 。人工诱变是人为应用诱变因素使微生物基因发生改变（突变），突变率较高。理化诱变因素如 x射线、紫外光、亚硝酸、烷化剂。基因的转移与重组细菌的基因转移和重组的主要形式有转化、转导、接合。 1.转化 供体菌游离的 DNA片段直接进入受体菌，使受体菌获得新的性状，称为转化。大多数细菌不能接受外源性 DNA。基因的转移与重组2.转导 以温和噬菌体为媒介，把供体菌的 DNA小片段携带到受体菌中，通过交换与整合，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状，称为转导。获得新遗传性状的受体菌，称为转导子。3.接合 是两个完整的细菌通过性菌毛直接接触，由供体细菌将质粒 DNA转移给受体细菌的过程。接合性质粒有 F质粒、 R质粒等。第二节 微生物的菌种选育一、从自然界中分离菌种 二、人工诱变育种（简介）三、杂交育种（简介）四、原生质体融合育种（简介）五、基因工程育种（简介）一、从自然界中分离菌种 （ 微生物的纯培养技术 ） P75微生物在自然界中都是混杂地生活在一起。微生物的纯培养： 在实验室条件下将 一个 细胞或 一种 细胞群繁殖得到的后代称为纯培养，这一过程称为纯培养的分离。常用的方法有 4种（固体培养基）：稀释倒平板法 （ 适合 霉菌 和 放线菌 ） 划线法和涂布法 （ 适合 细菌 和 酵母菌 ） 选择培养基分离法 （适合用于 富集培养 ） 单细胞挑取法 （ 适合 单细胞 微生物和 孢子 ） 1、稀释倒平板法（ 最常用 ）n 将待分离的材料作一系列的 稀释n 分别取不同稀释液少许，与 45 的 琼脂 培养基相混合摇匀后，倾入灭过菌的 培养皿 中n 待琼脂凝固后，保温 培养 一定时间即可出现菌落倒平板操作1 23摇平冷却倒入量： 15 20ml倒入温度： 45 5042、划线法和涂布法（ 最简单 ）n 将已熔化的培养基 倒 入无菌 平皿 ，冷却凝固；n 用接种环沾取少许待分离的材料，在 平皿培养基 表面连续划线 （平行、扇形或其他形式），微生物将随着划线次数的增加而分散 平板划线n 或者弯形玻璃代替接种环在培养基 表面涂布 亦可n 也可在试管培养基斜面划线 斜面接种n 经保温 培养 形成菌落。n 原理 ：划线开始的部分细菌分散度小，形成的菌落往往连在一起。由于连续划线，微生物逐渐减少，划到最后，常可形成单个孤立的菌落。这种 单个菌落 可能由一个细胞繁殖而来（单菌落），故可获得纯培养。划线法涂布法涂布接种3、单细胞挑取法（显微操作）n 原理 ：从待分离的材料中 挑取一个细胞 来培养，从而获得纯培养。n 具体方法 ：把一滴菌悬液置于载玻片上，用安装在显微镜挑取器上的极细的 毛细吸管 ，在显微镜下对准某一个单独的细胞挑取，再接种到培养基上培养。n 此法需要非常熟练的操作人员，多限于高度专业化的科学研究中采用。4、选择培养基分离法n 原理 ：配制成 适合 于某种微生物生长 而限制 其他微生物生长的各种选择性培养基，以达到纯种分离的目的。另外，也可以将待分离的样品先进行适当处理，以消除不希望分离到的微生物。n 对一些生理类型比较特殊的微生物，为了提高分离机率，往往在涂布分离前先进行 富集培养 ，其目的是提供一个特别设计的培养环境，促进所需的特殊生理类型的微生物的生长，而不利于其他类型微生物的生长n 例如：蛋白酶生产菌的筛选选择培养基分离法1.dilute sample1 ml9 ml10 10-2 10- 3 10-4 10-5 10-6 10-7牛肉膏培养基土豆培养基高氏培养基n 稀释平板法 既可定性，又可定量，用途广泛n 平板划线法 方法简便，多用于分离细菌n 单细胞挑取法 局限于高度专业化的科学研究n 利用选择培养基法 适用于分离某些生理类型 较特殊的微生物【 小结 】 4种微生物纯培养分离方法比较【 例 】 蛋白酶生产菌的筛选1.采样 ：根据微生物 生理特点 采样 n 采集土壤（哪里的土壤合适？）n 肉类加工厂、面粉加工厂、糕点厂附近2.富集培养 （增殖培养） P76n 如果蛋白酶生产菌含量 过少 才需要这一步n 方法：设计相应的 富集培养基 （人为加入相应的底物作惟一碳源或氮源 ） ,3.纯种分离 （纯化）：n 方法：稀释平板法、稀释涂布法、平板划线法，如 透明圈法 （用 选择性培养基 ，把 N源去掉，加入酪蛋白） ,4.纯种培养 ：选出所需菌落的一半进行鉴定，符合要求的转到斜面纯培养。5.性能鉴定 ： 毒性 试验和 生产性能 测定 n 从自然界中直接获得的新菌株称 原始菌株 .出发菌株 或 野生菌株二、人工诱变育种（简介）n 诱变育种工作程序 P77诱变剂物理：紫外线化学：烷化剂出发菌株大多死亡少数存活多数未变少数突变多数负变少数正变存活率突变率正变率高产率投产率多数幅度小少数 幅度大多数不宜投产少数适宜投产诱变三、杂交育种（简介）核减数分裂或有丝分裂有性或无性孢子、细胞AA aaAAaaAA Aa aa分离、筛选生产菌株方法复杂，进度慢， 应用不广。四、原生质体融合育种（简介）原生质体 (protoplast)：指 除去细胞壁 的细胞或是说一个被质膜所包围的裸露球形细胞。优点：重组率高；可实现 远亲缘 菌株之间的基因重组，应用愈加广泛。【例如】植物体细胞杂交过程图五、基因工程育种（简介）例如：基因工程菌生产胰岛素供体 受体基因工程菌基因工程菌第三节 菌种的退化复壮和保藏一、微生物的遗传和变异现象 【 复习】二、菌种退化的原因及防止措施三、菌种的保藏原理及方法四、菌种的复壮措施一、微生物的变异1.突变： 遗传物质中的核苷酸顺序发生量稳定的可遗传的改变。2。突变的分类：基因突变、染色体畸变 （突变范围的不同）自然突变、人工突变 （突变诱因的不同）正突变、负突变 （突变效果的不同）3.微生物变异表现在一下几个方面：n 形态变异n 结构变异n 代谢特性变异：营养缺陷型n 毒性变异：增加或减弱n 抗药