微生物遗传变异和菌种选育

1、12l基因重组的形式及其异同基因重组的形式及其异同l基因突变与诱变育种基因突变与诱变育种l菌种保藏方法菌种保藏方法l遗传变异遗传变异l质粒质粒l遗传物质基础遗传物质基础,原核、真核生物基因重组的方式原核、真核生物基因重组的方式l基因工程及其操作步骤基因工程及其操作步骤3遗传：生物繁衍后代使得子代与亲代相似的现象遗传：生物繁衍后代使得子代与亲代相似的现象变异：子代与亲代之间、子代的不同个体间存在不同变异：子代与亲代之间、子代的不同个体间存在不同程度的差异程度的差异4l现实生活中有哪些现象与遗传变异现实生活中有哪些现象与遗传变异有关？有关？遗传和变异现象遗传和变异现象.flv5第一节第一节 遗传变

2、异的物质基础遗传变异的物质基础一、三个证明一、三个证明DNA是遗传物质的经典实验是遗传物质的经典实验1、经典转化实验、经典转化实验肺炎链球菌：肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有 致病能力）致病能力） R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无 致病能力）致病能力）61928年，年，F.Griffth作了作了3组实验组实验:7混合培养混合培养RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型热死菌型热死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死81944

3、年，年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子精确重复了转化实验，确定了转化因子实验证明，实验证明， S菌转移给菌转移给R菌的转化因子是菌的转化因子是DNA92、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验实验证明，进入实验证明，进入细菌细胞内部的细菌细胞内部的物质是物质是DNA。DNA包含有产生包含有产生完整噬菌体的全完整噬菌体的全部信息。部信息。10（三）原核生物的质粒（三）原核生物的质粒1、定义、定义质粒（质粒（plasmid）：）：原核生物（细菌）细胞内、染色原核生物（细菌）细胞内、染色体外，具有独立自主复制能力的小型共价闭合环状的体外，具有独立自主复制能力的小型共价闭合环状的DNA分子。主要

4、存在于各种微生物细胞中。分子。主要存在于各种微生物细胞中。严紧型复制控制严紧型复制控制松弛型复制控制松弛型复制控制质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。的机能，从而使宿主得到生长优势。112、结构特点、结构特点通常以共价闭合环状的超螺旋双链通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子（分子（cccDNA ）存在于细胞中，）存在于细胞中，可游离存在，也可整合到宿主可游离存在，也可整合到宿主DNA上。上。质粒分子的大小范围从质粒分子的大小

5、范围从1kb左右到左右到1000kb (细菌质粒多在细菌质粒多在10kb以内）以内）124、质粒在基因工程中的应用、质粒在基因工程中的应用质粒的优点：质粒的优点：（1）体积小，易分离和操作）体积小，易分离和操作（2）环状，稳定）环状，稳定（3）独立复制）独立复制（4）拷贝数多）拷贝数多（5）存在标记位点，易筛选）存在标记位点，易筛选13典型质粒 F质粒：E.coli等细菌决定性别并有转移能力的质粒。 R质粒：抗药性质粒。 Col质粒：大肠杆菌素质粒。能抑制或杀死其它近缘细菌。 Ti质粒 Ri质粒 Mega质粒 降解性质粒第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种15表型改变：表型改变：

6、表型的差异只与环境有关表型的差异只与环境有关特点：暂时性、不可遗传性特点：暂时性、不可遗传性基因型（遗传型）变异基因型（遗传型）变异：遗传物质改变（基因重组，基因突变，染色体数目变化），导致表型改变遗传物质改变（基因重组，基因突变，染色体数目变化），导致表型改变自发突变频率通常为自发突变频率通常为1010-6-6-10-10-9-9粘质沙雷氏菌粘质沙雷氏菌Serratia arcescens产色素：产色素：斜面培养斜面培养 25C斜面培养斜面培养 37C液体培养液体培养 25C液体培养液体培养 37C. 16基因突变基因突变狭义：点突变狭义：点突变广义：基因突变和染色体畸变广义：基因突变和染色

7、体畸变野生型（原始性状）野生型（原始性状）基因突变基因突变突变型（新性状）突变型（新性状）现实生活中，你见到过哪些基因突变现象，或是看到过哪些基因突变现象的报导？基因突变.flv一、基因突变一、基因突变 细胞内遗传物质的分子结构或数量突然发生的细胞内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。自发或诱变产生可遗传的变化。自发或诱变产生17植物形态的变异18动物形态的变异19白化病白化病是由于酪氨酸酶缺乏或功能减退引起的一种皮肤及附属器官黑色素缺乏或合成障碍所导致的遗传性白斑病。患者视网膜无色素，虹膜和瞳孔呈现淡粉色，怕光。皮肤、眉毛、头发及其他体毛都呈白色或黄白色。白化病属于家族遗传性疾病

8、，为常染色体隐性遗传，常发生于近亲结婚的人群中。白化病遗传图谱：患者双亲均携带白化病基因，本身不发病。如果夫妇双方同时将所携带的致病基因传给子女，子女就会患病。2021（一）突变类型（一）突变类型22营养缺陷型营养缺陷型: 微生物因发生突变，代谢中缺少酶微生物因发生突变，代谢中缺少酶而不能合成而不能合成 某种生长因子（维生素或氨基酸），某种生长因子（维生素或氨基酸），因而无因而无 法在基本培养基上正常生长繁殖的突变法在基本培养基上正常生长繁殖的突变类型。类型。（二）突变率（二）突变率 每一世代中发生某一性状突变的几率（一每一世代中发生某一性状突变的几率（一般为般为10-6-10-9 ）23 1

9、、不对应性：突变的性状与突变原因无直、不对应性：突变的性状与突变原因无直接的对应关系接的对应关系2、自发性：、自发性：各种突变可以在没有人为的诱变因素下自发各种突变可以在没有人为的诱变因素下自发发生。发生。3、稀有性：、稀有性：自发突变频率较低，一般自发突变频率较低，一般10-9 10-6 。 4、独立性：不影响其他基因的突变率、独立性：不影响其他基因的突变率5、诱变性：人为的物理或化学因素处理提高、诱变性：人为的物理或化学因素处理提高突变率突变率246、稳定性：、稳定性：遗传物质结构发生的稳定变化，因而产遗传物质结构发生的稳定变化，因而产生的新性状也是稳定的，可遗传的。生的新性状也是稳定的，

10、可遗传的。7、可逆性、可逆性25（五）基因突变及其机制（五）基因突变及其机制261、诱发突变：人为的物理、化学因素处理，提高、诱发突变：人为的物理、化学因素处理，提高突变率的方法（紫外线、突变率的方法（紫外线、X射线、激光等）射线、激光等）（1）碱基的置换）碱基的置换27碱基的置换引起的突变碱基的置换引起的突变28（2）移码突变：添加或缺）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误失核苷酸，引起阅读错误- 错误错误+ 错误错误-+ 正常正常- 正常正常+ 正常正常29（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位30二、突变与育种二、突变与育种菌种工作包

11、括三方面：选种、育种、复壮菌种工作包括三方面：选种、育种、复壮和保藏。和保藏。选种选种从自然界和生产中选择符合需要菌从自然界和生产中选择符合需要菌种。种。育种育种进一步提高已有菌种某种性能，进一步提高已有菌种某种性能，使更符合要求。使更符合要求。31（一）自发突变与育种（一）自发突变与育种： 从生产中育种从生产中育种 定向培育优良菌种定向培育优良菌种（二）诱变育种（二）诱变育种1、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节出发菌株出发菌株 纯化纯化斜面斜面菌悬液菌悬液诱变处理诱变处理 平板分离平板分离 斜面（初筛）斜面（初筛） 斜面斜面 （复筛）（复筛） 保藏及扩大试验（再复筛）保藏及扩大试验（再

12、复筛） 322、诱变育种的原则、诱变育种的原则（1）使用简便有效的诱变剂）使用简便有效的诱变剂诱变剂诱变剂物理因素物理因素化学因素化学因素紫外线紫外线激光激光离子束离子束X射线射线r射线射线快中子快中子烷化剂烷化剂碱基类似物碱基类似物吖啶化合物吖啶化合物33（2）、）、选用优良的出发菌株选用优良的出发菌株l用作出发菌株有：野生型菌株；生产菌用作出发菌株有：野生型菌株；生产菌株；经过诱变的菌株。株；经过诱变的菌株。一般要求生长快，营养要求粗放，发育一般要求生长快，营养要求粗放，发育早，产孢子多，对诱变剂敏感性高，已早，产孢子多，对诱变剂敏感性高，已能积累少量产品或前体物的菌株。能积累少量产品或前

13、体物的菌株。34（4）选择合适的诱变剂量：）选择合适的诱变剂量： 在产量性状的诱变育种中，凡在提高诱变在产量性状的诱变育种中，凡在提高诱变率的基础上，既能扩大变异幅度，又能促使变率的基础上，既能扩大变异幅度，又能促使变异移向正变范围的剂量，就是合适的剂量。异移向正变范围的剂量，就是合适的剂量。（5）充分利用复合处理的协同效应充分利用复合处理的协同效应采用复合处理，包括诱变剂先后使用，同时使采用复合处理，包括诱变剂先后使用，同时使用和重复使用，提高效果。用和重复使用，提高效果。 35第三节第三节 基因重组和杂交育种基因重组和杂交育种l基因重组基因重组gene recombination：两个独立

14、：两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组（带转移到一起，形成新的稳定基因组（带有双亲遗传信息）的过程，称为基因重有双亲遗传信息）的过程，称为基因重组。组。杂交：细胞水平。细胞水平上的杂交包含杂交：细胞水平。细胞水平上的杂交包含了分子水平上的重组。了分子水平上的重组。我国首个基因重组人源化单克隆抗体药物我国首个基因重组人源化单克隆抗体药物上市上市.mp436（三）接合（三）接合(conjugation)供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触把遗传物质传递供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触把遗传物质传递给受体菌，使受体菌获得新遗传性状的过

15、程给受体菌，使受体菌获得新遗传性状的过程转化、转导转化、转导37l杂交育种：不同种群、不同基因型个体间进行杂交，并在其杂种后代中通过选择而育成纯合品种的方法。38杂交水稻指选用两个在遗传上有一定差异，同时它们的优良性状又能互补的水稻品种，进行杂交，生产具有杂种优势的第一代杂交种，用于生产，这就是杂交水稻。39基因工程 定义：又称基因拼接技术和DNA重组技术。所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。 基因工程的主要操作步骤.flv 操作步骤：目的基因的取得、载体的选择、目的基因与载体的体外连

16、接、重组载体导入受体细胞、筛选与鉴定40基因工程的应用 基因工程的应用-乙肝疫苗.flv 基因工程的应用与发展前景.flv41第五节第五节 菌种的衰退、复壮和保藏菌种的衰退、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：影响微生物菌种稳定性的因素：a）变异；）变异；b）污染；）污染； c）死亡。）死亡。42一、菌种的衰退与复壮一、菌种的衰退与复壮菌种衰退的原因：基因突变，培养、保藏条件不适，杂菌种衰退的原因：基因突变，培养、保藏条件不适，杂菌污染菌污染

17、纯菌种纯菌种自发突变自发突变不纯菌种不纯菌种突变个体突变个体传代增殖传代增殖原始个体原始个体衰退衰退菌种菌种衰退：由于自发突变而使菌种原有生物学性状发生量变或质变的现象。衰退：由于自发突变而使菌种原有生物学性状发生量变或质变的现象。衰退表现：产量减少，形态、生长速度、感染力、适应性衰退表现：产量减少，形态、生长速度、感染力、适应性不典型（衰退）不典型（衰退）431）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原有典型性状的菌种。得具有原有典型性状的菌种。 a）纯种分离；）纯种分离； b）通过寄主体进行复壮（寄生性微生物）通过寄主体进行复壮（寄生

18、性微生物）2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选日常的菌种维护工作中不断筛选“正变正变”个体。个体。菌种的复壮：菌种的复壮：3）、淘汰已退化个体）、淘汰已退化个体44二、防止衰退的措施二、防止衰退的措施1）减少传代次数；）减少传代次数；2）创造良好的培养条件；）创造良好的培养条件；3）利用不易衰退的细胞传代）利用不易衰退的细胞传代4）采用有效的菌种保藏方法）采用有效的菌种保藏方法45三、菌种保藏三、菌种保藏目的：保持菌种生产稳定、不污染杂菌、不死亡目的：保持菌种生产稳定、不污染杂菌、不死亡以供研究、生产、交换之用以

19、供研究、生产、交换之用基本原则：基本原则：1、挑选典型菌种的优良纯种、挑选典型菌种的优良纯种2、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体 3、创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温）、创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温） 4、尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重、尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株要的微生物菌株基本原理（方法）：基本原理（方法）：低温保藏，干燥保藏，隔绝空气低温保藏，干燥保藏，隔绝空气保藏，活体保藏。保藏，活体保藏。4647冷冻干燥保藏法和液氮保藏法冷冻干燥保藏法和液氮保藏法48l液氮：氮气在低温下形成的液体形态。氮的沸点为-196C，皮肤一旦接触会严重冻伤l工业上可作制冷剂，用来迅速冷冻生物组织，防止组织被破坏。l用于工业制氮肥。l保存活体组织，生物样品以及精子和卵子的储存；l冷冻手术用以治疗乳腺癌。以色列医疗公司IceCure2012年开发出一种利用冷冻疗法治疗乳腺癌的最新技术，用液氮将乳腺癌细胞冷冻并且杀死l外科手术中冷冻皮肤帮助止血。491、细胞水平、细胞水平真核微生物：