微生物的遗传和变异和菌种保藏

1、第七章第七章 微生物的遗微生物的遗传和变异和菌种保藏传和变异和菌种保藏n遗传和变异是生物界最基本的属性。n遗传：微生物在繁殖延续后代的过程中，亲代与子代之间在形态、结构、生态、生理生化特性等方面具有一定的相似性，称为微生物的遗传。n变异：在微生物繁殖过程中，在世代之间、同代个体之间存在差异的现象，称为变异。n两者的关系：遗传是相对的，变异是绝对的，遗传中有变异，变异中有遗传，遗传和变异的辨证关系使微生物不断进化。7.1 微生物的遗传n遗传变异的物质基础：n遗传变异的物质基础是核酸，通过以下三个经典实验加以证明 n7.1.1经典转化实验 n7.1.2噬菌体感染实验 n7.1.3植物病毒的重建实验

2、 7.1.1经典转化实验经典转化实验 n1.1928年，F.Griffith 最早进行的转化实验，以“肺炎链球菌”作为研究对象，做如下三组实验： 动物实验； 细菌培养实验； S型的无细胞抽提液实验 n分析：加热杀死的S型细菌，在其细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，他能通过某种方式进入R型细胞，并使R型细胞获得表达S型荚膜性状的遗传特性。n2.1944年，O.T.Avery 、C.M.Macleod和 M.McCady转化实验n分析：S型细菌的DNA能将肺炎链球菌的R型转化为S型。而DNA纯度越高，转化效率也越高，只取纯DNA的610-8的量时，仍有转化能力。这说明，S型菌株转移给R型菌

3、株的是以DNA为基础的遗传因子。7.1.27.1.2噬菌体感染实验噬菌体感染实验n19521952年，年，A.D.HersheyA.D.Hershey和和M.Chase M.Chase 噬菌体感染实验。噬菌体感染实验。n实验过程：实验过程：首先，他们将E.coli培养在以放射性32PO43-或35SO42-作为磷源或硫源的组合培养基中。结果获得含32P-DNA（噬菌体核心）的噬菌体或含35S-Pr体外壳的两种实验用噬菌体。n实验说明：实验说明：在其DNA中，含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。 （二）遗传物质的存在形式 DNA是遗传物质，而细胞中的DNA主要集中在细胞核的染色体上。此外，

4、遗传物质还可以以质粒等形式存在于细胞核外。1.染色体（1）真核生物的染色体。真核生物的染色体主要由DNA和组蛋白构成，其次含有少量非组蛋白和RNA。（2）原核生物的染色体。原核生物的染色体一般是裸露的DNA或RNA分子。它们大多是双链的，呈环状或线状。n真核生物核原核生物染色体的主要区别有：（1）真核生物的染色体主要由DNA、组蛋白组成，原核生物的染色体是单纯的DNA或RNA；（2）真核生物的染色体不止一个，而原核生物的染色体往往只有一个（3）真核生物的染色体为核膜所包被，原核生物的染色体外没有膜包被。2.质粒 质粒是原核生物（细菌、放线菌）的染色体外的遗传物质。它与遗传物质的转移、耐药性及抗

5、生素等有密切的关系。例如：F质粒（F因子）。7.2 7.2 基因突变基因突变n学习和掌握突变的规律，了解基因定位和基因功能等理论问题，为微生物选种、育种提供理论基础。n7.2.17.2.1基因和基因学说基因和基因学说 n7.2.27.2.2基因突变的分子机理基因突变的分子机理 二、DNA的结构与复制nDNA具有不同于生物体内其他物质的独特的分子结构，DNA分子结构的变化，是导致生物多样性的内在原因。（一）DNA的结构1.DNA的化学组成 核酸有两种，即脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），它们都是由核苷酸聚合而成的大分子化合物。2.DNA的双螺旋结构（二）DNA的复制nDNA是生物遗传变

6、异的物质基础，DNA分子上储存着全部的遗传信息，生物遗传性就是由DNA分子中碱基对的数目和排列顺序所决定的。为了确保子代与亲代的遗传性状不变，必须将亲代DNA分子上的遗传信息原样地传给子代，即在母代细胞中DNA碱基对地数目和排列顺序必须准确地被复制，传递到子代细胞中去。7.2.17.2.1基因和基因学说基因和基因学说 n1.基因：基因是一段具有特定功能和结构的DNA片段，是编码蛋白质或RNA分子遗传信息的基本遗传单位。n概念的理解：基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸（DNA）序列，是遗传物质的最小功能单位。n2.基因学说：即基因是组成染色体的遗传单位，他能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交

7、换的基本单位。（三）基因的功能n一个DNA分子携带有许多遗传信息，这与细胞的多种性状有关。我们可以根据功能把一个DNA分子分成若干片段，每一片段对应一种功能，这样的片段就叫做基因。n基因是在生物体内具有自主复制能力的遗传功能单位，每个基因约有1000个碱基对。根据功能，把基因分为结构基因和调控基因。结构基因是决定某种蛋白质分子结构的基因。调控基因对结构基因起着调节控制作用。第二节 微生物的变异一、微生物突变体的主要种类 微生物突变的类型很多，按突变体的表型，可分为以下几种主要类型。（一）形态突变型 形态突变型是指微生物发生了可见的细胞形态变化或菌落形态改变的突变型。（二）生化突变型1.营养缺陷

8、型2.抗性突变型3.发酵突变型4.毒力突变型5.产量突变型（三）条件致死突变型 条件致死突变型是指在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下却不表现致死效应的突变型。如某些突变体的大肠杆菌在40或在43 时不能生长，而在37 则可以生长。（四）致死突变型 致死突变型是指由于突变而丧失生活力造成个体死亡的突变型。二、微生物突变体的筛选n初筛 初筛的方法快速、简便，结果直观性强，缺点是由于培养皿的培养条件与三角瓶、发酵罐的培养条件有很大差别，有时会造成两者结果不一致。n复筛 复筛是指对初筛出的菌株的有关性状作精确的定量测定。三、基因突变与诱变育种n1.基因突变 n2.突变的类型 n3.突变率 n4.

9、基因突变的特点 n5.基因突变的机制1.基因突变 n基因突变简称突变，是变异的一类，泛指细胞内（或病毒颗粒内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。1.基因突变的特点 n自发性 在无人为诱发因素的情况下，各种遗传性状的改变可以自发地产生。n不对应性指突变性状（如抗青霉素）与引起突变的原因间无直接对应关系，n稀有性 自发突变不可避免，但突变的频率极低。n独立性 各种性状彼此间独立n可诱导性通过物理、化学诱发，提高突变率n稳定性 突变后新的遗传性状是稳定的 n可逆性 实验证明，任何突变既可能正向突变，也可发生回复突变，频率基本相同。2.基因突变的机制 n 诱发突变诱发突

10、变：简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。n 碱基的置换；移码突变；染色体畸变。n 自发突变自发突变：指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。n形成原因：n背景辐射和环境因素的诱变；微生物自身有害代谢产物的诱变；又DNA复制过程中碱基配对错误引起。n 紫外线（紫外线（UVUV）对）对DNADNA的损伤及其修复的损伤及其修复n光复活作用；切除修复；重组修复作用；紧急呼救（SOS）修复。（二）诱变育种n根据微生物基因突变的理论，通过人工方法采用物理、化学和生物因素。处理微生物，使其发生改变，然后从中筛选出符合需要的优良突变菌株，供生产和科学研究使

11、用的菌种选育过程。n基因重组和杂交育种7.3 7.3 基因重组基因重组 n概念：又称为遗传传递，是指遗传物质从一个微生物细胞向另一个微生物细胞传递而达到基因的改变，形成新遗传型个体的过程。n将外源重组体（DNA）分子导入受体细胞的途径主要有：转化和转导两种。n杂交杂交 n转化转化 n转导转导 n噬菌体转变噬菌体转变n原生质体融合原生质体融合7.3.17.3.1杂交杂交n重组与杂交：基因重组是分子水平上的概念，可以理解成是遗传物质分子水平上的杂交；杂交则是细胞水平上的一个概念。杂交必然包括重组，而重组则不仅限于杂交一种形式。7.3.27.3.2转化转化 n概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA

12、片段，通过交换，把它整合到自己的基因组中，再经过复制使自己变成一个转化子。这种受体菌接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象，就称为转化。n条件：能进行转化的受体细胞必须处于感受态。n转化过程的几个阶段：n双链DNA片段与感受态细胞表面的特定位点的结合；n在吸附位点上的DNA片段被核酸内切酶水解，形成质量平均的DNA片段；nDNA双链中的一条链被膜上的另一种核酸酶切除，另一条单链进入细胞；n供体的单链DNA片段与受体细胞核染色体组上的同源区段配对；n受体染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，一个获得了供体菌的转化基因形成转化子，另一个未获转化基因。7.3.37.3.3转导转导 n概念

13、：通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体作为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，交换整合，从而使受体细胞获得供体细胞的部分遗传性状的现象。n1952年，J.Lederberg 等在鼠伤寒沙门氏菌中发现的转导现象。转导现象在自然界中普遍存在，目前所知道的转导现象有多种。n1.普遍转导，通过完全缺陷噬菌体对任何DNA小片段的“误包”，而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象，称为普遍转导。包括完全普遍转导和流产普遍转导两种n2.局限转导：指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象，称为局限转导。包括低频转导（LFT）和高频转导（HFT）两种7.4 7.4

14、基因工程基因工程 n20世纪70年代初，在生命科学发展史上发生了一个伟大事件，美国科学S.Cohen 第一次将两个不同的质粒加以拼接，组合成一个杂合质粒，并将其引入到大肠杆菌体内进行表达。n这种被称为基因转移或DNA重组技术立即在学术界引起很大轰动，很多科学家深刻认识到这一发现所包含的深层意义以及将会给生命科学带来的巨大变化，惊呼生命科学一个新时代的到来，并且预言21世纪将是生命科学的世纪。n概念：指采用类似工程设计的方法，按照人们的意愿通过一定的程序，对不同生物的遗传物质在离体条件下进行剪切、组合和拼接，使遗传物质重新组合，然后再将人工重组的基因引入适当的受体中进行无性繁殖，并使所需的基因在

15、受体细胞内表达，产生出人类所需的产物或组建新的生物类型。n意义：基因工程的出现使人类跨进了按照自己的意愿创建新生物的伟大时代，虽然它的诞生不足四十年，但这一学科却获得了突飞猛进的发展。第三节 菌种保藏与复壮一、菌种保存（一）保存目的：保持菌种原有的性状和生活能力，不发生变异，不被其他杂菌污染，不死亡，以便能够很好地研究和利用微生物。（二）保存原理：根据微生物的生理、生化特性、创造条件（低温、干燥、缺氧等）使其代谢处于不活泼的休眠体（分生孢子或芽孢）状态，生长繁殖受到抑制，从而减低菌种的变异率。（三）保存方法：1.低温保存法：4，196150 （超低温）2.隔绝空气保存法：液体石蜡保存法，橡皮塞密封保存