微生物的遗传与育种课件

浙江大学食品系

第七章微生物的遗传和育种浙江大学食品系第七章微生物的遗传和育种1第一节微生物的遗传性与变异性第二节遗传变异的物质基础第三节基因突变和诱变育种第四节基因重组第五节基因工程第六节生产菌种的保存第七节菌种保藏机构微生物的遗传和育种第一节微生物的遗传性与变异性微生物的遗传和育种2第一节微生物的遗传性和变异性遗传性

所谓遗传性就是具有产生与自己相似后代的特性，世代相传，使亲代的种类能够长期保存下去并保持“种”的稳定性。变异性

遗传不是绝对的，随着环境的改变，遗传性也会发生变异，改变生物的代谢机制以及形态结构，这就是变异性遗传是相对的，变异是绝对的。遗传和变异矛盾的统一，推动了生物的发展。第一节微生物的遗传性和变异性遗传性所谓遗传性就是具有产生3微生物的遗传性和变异性的特点个体易于变异比表面积大便于建立纯系微生物的遗传性和变异性的特点个体易于变异4第二节遗传变异的物质基础一、遗传物质基础是核酸二、DNA的分子结构和复制三、遗传信息的传递四、遗传物质的存在形式第二节遗传变异的物质基础一、遗传物质基础是核酸二、DNA5一、遗传物质的基础是核酸1、转化实验2、噬菌体的感染实验3、病毒的重建实验一、遗传物质的基础是核酸1、转化实验61、转化实验1、转化实验72、噬菌体感染实验用含32PDNA(核心)的噬菌体作感染实验

用含35S蛋白质(外壳)的噬菌体作感染实验

2、噬菌体感染实验用含32PDNA(核心)的噬菌体作感染实验83、病毒的重建实验TMV重建实验示意图(粗线箭头表示遗传信息的去向)

3、病毒的重建实验TMV重建实验示意图9二、DNA的分子结构和复制二、DNA的分子结构和复制10三、遗传信息的传递DNADNARNA蛋白质复制转录（一条链转录）转译tRNA三、遗传信息的传递DNADNA11四、遗传物质的存在形式1、染色体2、质粒3、基因4、遗传密码四、遗传物质的存在形式1、染色体121、染色体DNA几乎全部集中在染色体上原核生物：只有拟染色体，DNA不与蛋白质结合，外无核膜，许多原核微生物只有一个单独的DNA分子（也叫一个染色体）。真核生物：DNA和碱性蛋白结合，构成染色体，在染色体外包一层膜，叫核膜，形成真核。1、染色体DNA几乎全部集中在染色体上原核生物：只有拟染色体132、质粒化学本质是DNA细菌质粒的特点：自主复制转移性质粒的不相容性基因操作中的重要工具2、质粒化学本质是DNA自主复制转移性质粒的不相容性基因操作143、基因基因也可称为顺反子或作用子，遗传学中将生物体内决定遗传和变异的最主要隐私称为遗传因子或基因，物质基础是DNA，是遗传物质结构和功能单位基因代表决定某种蛋白质的分子结构的相应的一段DNA。一个菌株的遗传型（基因型）就是它的DNA上碱基特定的排列顺序。3、基因基因也可称为顺反子或作用子，遗传学中将生物体内决定遗154、遗传密码

遗传密码就是指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序。每个密码子(codon)是由3个核苷酸顺序所决定的，它是负载遗传信息的基本单位。各种生物都遵循着一套共同的密码。由于DNA上的三联密码子要通过转录成mRNA密码后才能与氨基酸相对应，因此，三联密码子一般都用mRNA上的3个核苷酸顺序来表示

4、遗传密码遗传密码就是指DNA链上各个核苷酸的16第三节基因突变和诱变育种一、基因突变二、基因突变的类型三、诱变育种第三节基因突变和诱变育种一、基因突变17一、基因突变基因突变就是生物体出现与亲代不同遗传性状的现象，即生物体的表型或基因型发生了可遗传的变化。一、基因突变基因突变18二、基因突变的类型1、形态突变型2、生化突变型3、条件致死突变4、致死突变1）营养缺陷型突变2）抗性突变型3）抗原突变型二、基因突变的类型1、形态突变型1）营养缺陷型突变19三、微生物诱变育种与诱变有关的几个问题（1）出发菌株（2）菌悬液的制备

a宜采用处于对数生长期的生长菌。

b菌悬液的浓度

c菌悬液的配制方法（3）诱变剂使用剂量的选择（4）诱变效应的测定三、微生物诱变育种与诱变有关的几个问题20诱变育种的基本程序原始菌株（出发菌株）纯化细胞或孢子悬浮液制备（活细胞计数）诱变剂处理中间培养突变株分离初筛复筛生产性能实验诱变预备实验离心收集菌体离心洗涤玻璃珠振荡分离过滤诱变育种的基本程序原始菌株（出发菌株）纯化细胞或孢子悬浮液制21诱变剂处理1物理诱变剂有紫外线、X－射线、γ－射线、快中子、α－射线等2化学诱变剂有碱基类似物、体外化学诱变剂、移码突变剂等。3紫外线照射的方法（1）制备菌悬浮液用生理盐水或缓冲液配制。（2）照射（3）筛选优良的突变株。诱变剂处理1物理诱变剂22第四节

基因重组GeneRecombination第四节23基因重组

凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，进重新组合而形成新遗传型个体的现象，称基因重组。基因重组凡把两个不同性状个体内的遗传基因转24一、真核微生物的基因重组育种有性杂交制取单倍体孢子杂交分离一、真核微生物的基因重组育种有性杂交252）准性杂交育种选择亲本强制异合检出杂合二倍体促进变异和筛选高产菌株2）准性杂交育种26二、原核微生物的基因重组育种1、转化（Transformation)2、转导(Transduction)3、接合(Conjugation)二、原核微生物的基因重组育种1、转化（Transformat271、转化（Transformation)

受体直接吸收来自供体的DNA片段，并通过交换将它们组合到自己的基因组中，从而获得了供体菌的部分遗传性状的现象，称为转化。转化后的受体菌称转化子（Transformant)。1、转化（Transformation)受体28转化全过程转化全过程29转化受体菌的条件可以在其细胞壁上吸附外源DNA可以让吸附的外源DNA进入细胞细胞内不存在破坏外源DNA的酶具备将外来DNA进行重组的酶系统转化受体菌的条件可以在其细胞壁上吸附外源DNA302、转导(Transduction)

通过噬菌体的媒介，把供体菌的部分DNA传递给受体菌的过程，称转导。转导又分为:普遍性转导局限性转导2、转导(Transduction)通过噬菌体的媒介，把供31普遍性转导

(Generalizedtransduction)

少数噬菌体外壳蛋白误包细菌的DNA片断，形成了完全不含噬菌体本身的DNA转导噬菌体，称为普遍性转导。

普遍性转导

(Generalizedtransductio32局限转导

(Restrictedtransduction)局限转导：有些噬菌体侵染宿主后并不导致宿主细胞的裂解，而是将噬菌体本身的DNA整合在宿主的染色体中，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体被称为温和噬菌体。局限转导

(Restrictedtransduction)333、接合(Conjugation)

通过供体菌和受体菌完整细胞之间通过直接接触而传递大段DNA的过程，称为接合。在细菌中，接合现象研究得最清楚的是大肠杆菌。发现大肠杆菌有性别分化，决定它们性别的因子称为F因子（致育因子）。3、接合(Conjugation)通过供体菌34F因子

一种在染色体外的小型独立的环状DNA，一般呈超螺旋状，具有自主的与染色体进行同步复制和转移到其他细胞中去的能力，此外，其中还带有一些对其生命活动关系较小的基因。F因子的分子量为5x107uF因子一种在染色体外的小型独立的环状DN35三、原生质体融合技术细胞融合技术是将遗传物质不同的两个细胞融合成一个新细胞的一钟技术。1、选择具有遗传标记的新株2、原生质体制备a菌龄一般宜采用对数生长期的菌体。b选择合适的酶系c酶的浓度d酶解温度

epH值渗透压稳定剂三、原生质体融合技术细胞融合技术是将遗传物质不同的两个细胞融363、原生质体融合4、再生5、重组子的检出3、原生质体融合37第五节

基因工程GeneEngineering第五节38一、载体和限制性内切酶一）载体质粒载体噬菌体载体柯斯质粒载体YAC载体一、载体和限制性内切酶一）载体39二）限制性内切酶分离目的基因和使载体质粒DNA切开都需有酶的作用，这种酶称之为限制性内切酶。二）限制性内切酶40(三）DNA连接酶将两个不同的DNA片断，一个片断是目的基因，另一个片断通常是作为运载载体的质粒DNA拼接起来，就需要连接酶的作用。(三）DNA连接酶41二、基因工程的基本操作步骤1、目的基因的取得(1)化学合成基因(2)基因文库的构建及目的基因的分离(3)聚合酶链式反应技术获得基因(4)逆转录法获得真核目的的基因二、基因工程的基本操作步骤1、目的基因的取得422、载体的选择和目的基因与载体DNA的体外重组3、将重组DNA分子转移导适当的受体细胞内4、重组载体引入受体细胞5、筛选重组DNA分子的受体细胞克隆2、载体的选择和目的基因与载体DNA的体外重组43基因工程的操作步骤示意图基因工程的操作步骤示意图44第六节

生产菌种的保存第六节45一、生产菌种的保藏Hesseltine等对生产菌提出了一下的要求菌株在遗传上必须稳定在相当长时间内菌株易于保存菌株介入种子罐后能迅速旺盛的繁殖菌株必须式纯培养菌株应能受诱变剂作用而发生突变一、生产菌种的保藏Hesseltine等对生产菌提出了一下的46二、菌种保藏的基本原理首先要优良或者标准的纯种最好式采用它们的休眠体根据微生物的理化特性，人工的创造适合于休眠的环境条件二、菌种保藏的基本原理首先要优良或者标准的纯种47三、常用保藏方法定期移栽保藏方法矿油封藏法砂土保藏法土壤保藏法滤纸保藏法麸皮保藏法梭氏真空干燥保藏法液氮保藏法冷冻真空干燥保藏法三、常用保藏方法定期移栽保藏方法48四、菌种的退化与复壮微生物的变异是绝对的，而它的稳定性则是相对的；退化性的变异是经常的，而进化性的变异却是个别的。如果变异朝着不利于生产的方向发展，则菌种就退化了。四、菌种的退化与复壮微生物的变异是绝对的，而它的稳定性则是相49菌种的退化1.常见的退化菌落和细胞形态的变化生产性能的下降对生长环境的适应能力的减弱菌种的退化1.常见的退化50退化的主要原因有关基因的自发突变育种后未经分离纯化培养条件的改变退化的主要原因有关基因的自发突变51防止退化的措施控制传代次数采用有效的菌种保藏方法利用不同的细胞进行接种传代选择适合的培养条件防止退化的措施控制传代次数52复壮分离纯化寄生复壮遗传育种复壮分离纯化53第七节

菌种保藏机构

第七节54比较著名的保藏机构有：美国标准菌库（ATCC)美国农业部北方地区研究中心菌（NRRL）荷兰真菌菌种收藏中心（CBS）英国国立工业细菌菌库（NCIB）比较著名的保藏机构有：55浙江大学食品系

第七章微生物的遗传和育种浙江大学食品系第七章微生物的遗传和育种56第一节微生物的遗传性与变异性第二节遗传变异的物质基础第三节基因突变和诱变育种第四节基因重组第五节基因工程第六节生产菌种的保存第七节菌种保藏机构微生物的遗传和育种第一节微生物的遗传性与变异性微生物的遗传和育种57第一节微生物的遗传性和变异性遗传性

所谓遗传性就是具有产生与自己相似后代的特性，世代相传，使亲代的种类能够长期保存下去并保持“种”的稳定性。变异性

遗传不是绝对的，随着环境的改变，遗传性也会发生变异，改变生物的代谢机制以及形态结构，这就是变异性遗传是相对的，变异是绝对的。遗传和变异矛盾的统一，推动了生物的发展。第一节微生物的遗传性和变异性遗传性所谓遗传性就是具有产生58微生物的遗传性和变异性的特点个体易于变异比表面积大便于建立纯系微生物的遗传性和变异性的特点个体易于变异59第二节遗传变异的物质基础一、遗传物质基础是核酸二、DNA的分子结构和复制三、遗传信息的传递四、遗传物质的存在形式第二节遗传变异的物质基础一、遗传物质基础是核酸二、DNA60一、遗传物质的基础是核酸1、转化实验2、噬菌体的感染实验3、病毒的重建实验一、遗传物质的基础是核酸1、转化实验611、转化实验1、转化实验622、噬菌体感染实验用含32PDNA(核心)的噬菌体作感染实验

用含35S蛋白质(外壳)的噬菌体作感染实验

2、噬菌体感染实验用含32PDNA(核心)的噬菌体作感染实验633、病毒的重建实验TMV重建实验示意图(粗线箭头表示遗传信息的去向)

3、病毒的重建实验TMV重建实验示意图64二、DNA的分子结构和复制二、DNA的分子结构和复制65三、遗传信息的传递DNADNARNA蛋白质复制转录（一条链转录）转译tRNA三、遗传信息的传递DNADNA66四、遗传物质的存在形式1、染色体2、质粒3、基因4、遗传密码四、遗传物质的存在形式1、染色体671、染色体DNA几乎全部集中在染色体上原核生物：只有拟染色体，DNA不与蛋白质结合，外无核膜，许多原核微生物只有一个单独的DNA分子（也叫一个染色体）。真核生物：DNA和碱性蛋白结合，构成染色体，在染色体外包一层膜，叫核膜，形成真核。1、染色体DNA几乎全部集中在染色体上原核生物：只有拟染色体682、质粒化学本质是DNA细菌质粒的特点：自主复制转移性质粒的不相容性基因操作中的重要工具2、质粒化学本质是DNA自主复制转移性质粒的不相容性基因操作693、基因基因也可称为顺反子或作用子，遗传学中将生物体内决定遗传和变异的最主要隐私称为遗传因子或基因，物质基础是DNA，是遗传物质结构和功能单位基因代表决定某种蛋白质的分子结构的相应的一段DNA。一个菌株的遗传型（基因型）就是它的DNA上碱基特定的排列顺序。3、基因基因也可称为顺反子或作用子，遗传学中将生物体内决定遗704、遗传密码

遗传密码就是指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序。每个密码子(codon)是由3个核苷酸顺序所决定的，它是负载遗传信息的基本单位。各种生物都遵循着一套共同的密码。由于DNA上的三联密码子要通过转录成mRNA密码后才能与氨基酸相对应，因此，三联密码子一般都用mRNA上的3个核苷酸顺序来表示

4、遗传密码遗传密码就是指DNA链上各个核苷酸的71第三节基因突变和诱变育种一、基因突变二、基因突变的类型三、诱变育种第三节基因突变和诱变育种一、基因突变72一、基因突变基因突变就是生物体出现与亲代不同遗传性状的现象，即生物体的表型或基因型发生了可遗传的变化。一、基因突变基因突变73二、基因突变的类型1、形态突变型2、生化突变型3、条件致死突变4、致死突变1）营养缺陷型突变2）抗性突变型3）抗原突变型二、基因突变的类型1、形态突变型1）营养缺陷型突变74三、微生物诱变育种与诱变有关的几个问题（1）出发菌株（2）菌悬液的制备

a宜采用处于对数生长期的生长菌。

b菌悬液的浓度

c菌悬液的配制方法（3）诱变剂使用剂量的选择（4）诱变效应的测定三、微生物诱变育种与诱变有关的几个问题75诱变育种的基本程序原始菌株（出发菌株）纯化细胞或孢子悬浮液制备（活细胞计数）诱变剂处理中间培养突变株分离初筛复筛生产性能实验诱变预备实验离心收集菌体离心洗涤玻璃珠振荡分离过滤诱变育种的基本程序原始菌株（出发菌株）纯化细胞或孢子悬浮液制76诱变剂处理1物理诱变剂有紫外线、X－射线、γ－射线、快中子、α－射线等2化学诱变剂有碱基类似物、体外化学诱变剂、移码突变剂等。3紫外线照射的方法（1）制备菌悬浮液用生理盐水或缓冲液配制。（2）照射（3）筛选优良的突变株。诱变剂处理1物理诱变剂77第四节

基因重组GeneRecombination第四节78基因重组

凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，进重新组合而形成新遗传型个体的现象，称基因重组。基因重组凡把两个不同性状个体内的遗传基因转79一、真核微生物的基因重组育种有性杂交制取单倍体孢子杂交分离一、真核微生物的基因重组育种有性杂交802）准性杂交育种选择亲本强制异合检出杂合二倍体促进变异和筛选高产菌株2）准性杂交育种81二、原核微生物的基因重组育种1、转化（Transformation)2、转导(Transduction)3、接合(Conjugation)二、原核微生物的基因重组育种1、转化（Transformat821、转化（Transformation)

受体直接吸收来自供体的DNA片段，并通过交换将它们组合到自己的基因组中，从而获得了供体菌的部分遗传性状的现象，称为转化。转化后的受体菌称转化子（Transformant)。1、转化（Transformation)受体83转化全过程转化全过程84转化受体菌的条件可以在其细胞壁上吸附外源DNA可以让吸附的外源DNA进入细胞细胞内不存在破坏外源DNA的酶具备将外来DNA进行重组的酶系统转化受体菌的条件可以在其细胞壁上吸附外源DNA852、转导(Transduction)

通过噬菌体的媒介，把供体菌的部分DNA传递给受体菌的过程，称转导。转导又分为:普遍性转导局限性转导2、转导(Transduction)通过噬菌体的媒介，把供86普遍性转导

(Generalizedtransduction)

少数噬菌体外壳蛋白误包细菌的DNA片断，形成了完全不含噬菌体本身的DNA转导噬菌体，称为普遍性转导。

普遍性转导

(Generalizedtransductio87局限转导

(Restrictedtransduction)局限转导：有些噬菌体侵染宿主后并不导致宿主细胞的裂解，而是将噬菌体本身的DNA整合在宿主的染色体中，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体被称为温和噬菌体。局限转导

(Restrictedtransduction)883、接合(Conjugation)

通过供体菌和受体菌完整细胞之间通过直接接触而传递大段DNA的过程，称为接合。在细菌中，接合现象研究得最清楚的是大肠杆菌。发现大肠杆菌有性别分化，决定它们性别的因子称为F因子（致育因子）。3、接合(Conjugation)通过供体菌89F因子

一种在染色体外的小型独立的环状DNA，一般呈超螺旋状，具有自主的与染色体进行同步复制和转移到其他细胞中去的能力，此外，其中还带有一些对其生命活动关系较小的基因。F因子的分子量为5x107uF因子一种在染色体外的小型独立的环状DN90三、原生质体融合技术细胞融合技术是将遗传物质不同的两个细胞融合成一个新细胞的一钟技术。1、选择具有遗传标记的新株2、原生质体制备a菌龄一般宜采用对数生长期的菌体。b选择合适的酶系c酶的浓度d酶解温度

epH值渗透压稳定剂三、原生质体融合技术细胞融合技术是将遗传物质不同的两个细胞融913、原生质体融合4、再生5、重组子的检出3、原生质体融合92第五节

基因工程GeneEngineering第五节93一、载体和限制性内切酶一）载体质粒载体噬菌体载体柯斯质粒载体YAC载体一、载体和限制性内切酶一）载体94二）限制性内切酶分离目的基因和使载体质粒DNA切开都需有酶的作用，这种酶称之为限制性内切酶。二）限制性内切酶95(三）DNA连接酶将两个不同的DNA片断，一个片断是目的基因，另一个片断通常是作为运载载体的质粒DNA拼接起来，就需要连接酶的作用。(三）DNA连接酶96二、基因工程的基本操作步骤1、目的基因的取得(1)化学合成基因(2)基因文库的构建及目的基因的分离(3)聚合酶