微生物遗传变异与育种

微生物遗传变异与育种第1页，课件共118页，创作于2023年2月学时：4教学内容:1.掌握遗传变异的物质基础

2.掌握基因突变和诱变育种

3.了解原核生物和真菌的基因重组4.了解基因工程原理

第八章微生物遗传5.了解菌种的保藏与复壮

第2页，课件共118页，创作于2023年2月

第八章微生物的遗传变异和育种第一节遗传变异的物质基础第二节基因突变与基因重第三节微生物育种第四节基因工程（自学）第五节

菌种保藏

引言：一、遗传变异的基本概念

二、微生物与遗传学研究第3页，课件共118页，创作于2023年2月变异（variation）

：在某种外因或内因的作用下，生物体遗传物质结构或数量的改变，即遗传型的改变。指同种生物后代与前代、同代生物不同个体之间在形体特征、生理特征等方面所表现出来的差别.变异特点：在群体中以极低的几率(一般为10-5～10-10)出现；性状变化的幅度大；变化后的新性状是稳定和可遗传的。基本概念遗传和变异是生物体最本质的属性之一。遗传（heredityorinheritance）

，讲的是亲子间的关系，指生物的上一代将自己的一整套遗传因子传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的特性。遗传是指经由基因的传递，使后代获得亲代的特征第4页，课件共118页，创作于2023年2月（一）、基因型（Genotype）或遗传型：遗传型、基因型：某一生物个体所含有的全部遗传因子（基因的总和）。

基因型只是一种内在的可能性或潜力，只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育，才能使其具体化，转变为表型。（二）、表型（Phenotype)：某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是其遗传型在合适环境下，通过代谢和发育而得到的具体体现。Aphenotypeisanyobservablecharacteristicortraitofanorganism:

代谢

遗传型+环境条件------->表型

发育第5页，课件共118页，创作于2023年2月（三）、饰变（Modification）：指外表的修饰性改变，是一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。

Amodificationisachangeinthephysicalappearanceofanorganism(phenotype)causedbyenvironmentalfactors.Modificationsarenotinheritableastheydonotaffectthegenes.饰变特点：整个群体中每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；饰变性状不遗传。例：粘质沙雷氏菌Serratiamarcescens25℃培养，产生深红色灵杆菌素，把菌落染成鲜血状(因此过去称它为“神灵色杆菌”或“灵杆菌”)；

37℃时，群体中所有个体都不产色素。重新降温至25℃，所有细胞产色素能力又可以恢复。第6页，课件共118页，创作于2023年2月为什么说微生物是研究现代遗传学的良好材料？1.个体结构简单；2.营养体多为单倍体；3.易于在成分简单的合成培养基上生长繁殖且繁殖速度快；4.易于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物；5.菌落形态特征的可见性与多样性；6环境条件对各个体作用具有直接性和均一性；7易于形成营养缺陷型；8.一般都有相应的病毒；9.存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式等。研究现代遗传学和重要的生物学基本理论问题，微生物是最佳材料和研究对象。第7页，课件共118页，创作于2023年2月一.证明遗传物质基础的三个经典实验二.遗传物质在胞内的存在部位及方式

第一节遗传变异的物质基础第8页，课件共118页，创作于2023年2月一.证明DNA是遗传物质基础的三个经典实验（一）、细菌的转化（Transformation）实验

1928年，F.Griffith首先发现细菌的转化现象。肺炎链球菌(Streptococcuspneumoniae)是一种成双或成链排列的球菌，可使人患肺炎，也可使小鼠患败血症而死亡。肺炎链球菌有许多不同类型的菌株，其中：形成荚膜的菌株，菌落是光滑(Smooth)的，简称S型，有致病性；不形成荚膜的菌株，菌落是粗糙(Rough)的，称为R型，无致病性。Griffith做了几组实验：

1、动物试验

2、细菌培养试验

3、S型菌的无细胞提取液试验

第9页，课件共118页，创作于2023年2月1、动物试验

小鼠(活)加活S菌加活R菌或死S菌加活R菌和热死S菌小鼠(活)小鼠(死)小鼠(死)活的S菌抽心血分离小鼠死亡的原因是S型菌株造成的。

从何而来？第10页，课件共118页，创作于2023年2月2、细菌培养试验

热死S菌培养皿培养不生长活R菌培养皿培养长出R菌热死S菌+活R菌培养皿培养长出大量R菌和10-6S菌结论

A不是死而复活

B不是回复突变

CR从死的S获得遗传物质

第11页，课件共118页，创作于2023年2月3、S型菌的无细胞提取液试验

活R菌S菌无细胞抽提液+培养皿培养长出大量R菌和少量S菌

实验说明：加热杀死的S型细菌，在其细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞，并使R形细胞获得稳定的遗传性状。Griffith将这一现象称为转化（transformation),并将引起转化的物质称为转化因子。那么，什么是转化因子？？第12页，课件共118页，创作于2023年2月O.T.Avery

1944年，O.T.Avery等用细胞成分转化，进一步证明了转化因子是DNA。

活R菌加S菌的DNA

加S菌的DNA及DNA酶以外的酶

加S菌的DNA及DNA酶

加S菌的RNA

加S菌的蛋白质

加S菌的荚膜多糖

活S菌

活R菌

由这些结果可知，只有S型细菌DNA才能将肺炎链球菌由R型转化成S型；并且DNA的纯度越高，转化效率也越高，当所用的DNA量低于6×10-8g时，仍具有感染力，这说明，由S型菌株转移给R型的只有DNA。

第13页，课件共118页，创作于2023年2月（二）、T2噬菌体感染试验

1952年，Hershey和Chase利用同位素P32和S35标记T2噬菌体，感染大肠杆菌，试验证明DNA是噬菌体的遗传物质基础。做了两组实验：小问题：如何标记？

实验原理：DNA含Ｐ不含Ｓ，蛋白质含Ｓ不含Ｐ。实验方法：分别标记、分别感染。实验结果：１）Ｐ３２含量与搅拌时间无关，进入细胞，产生噬

２）Ｓ３５随搅拌时间而减少，留在外面。实验结论：DNA携带了包括蛋白外壳的全部遗传信息。第14页，课件共118页，创作于2023年2月(三)、植物病毒的重建实验1956年，Fraenkel-Conrat利用烟草花叶病毒（TMV）和霍氏车前花叶病毒（HRV）进行了植物病毒的重建实验。TMV与HRV亲缘关系相近，用一定浓度的苯酚振荡处理，可使二者的RNA核心与蛋白外壳相分离。重建杂种病毒进行感染。（RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状，从病斑中可分离出正常的病毒粒子，但感染频率较低。）小问题：ＴＭＶ与ＨＲＶ有何区别？结论：RNA是遗传物质！

结果：ＴＭＶ－ＲＮＡ＋ＨＲＶ－蛋白外壳＝＝＝ＴＭＶ后代ＨＲＶ－ＲＮＡ＋ＴＭＶ－蛋白外壳＝＝＝ＨＲＶ后代第15页，课件共118页，创作于2023年2月证明核酸是遗传变异物质的经典实验通过上述三个经典实验，确信无疑地得出结论：核酸是贮存遗传信息的物质！朊病毒的发现和思考！第二遗传密码---折叠密码:多肽链中氨基酸的序列如何决定蛋白质的空间结构？

第16页，课件共118页，创作于2023年2月二.遗传物质在胞内的存在部位及方式

（一）、七个水平细胞水平细胞核水平染色体水平核酸水平基因水平密码子水平核苷酸水平第17页，课件共118页，创作于2023年2月1、细胞水平

在微生物细胞中，其大部或几乎全部的DNA都集中于细胞核或核质体。不同的微生物细胞或同种微生物的不同细胞中，核的数目有所不同。像酿酒酵母、黑曲霉、产黄青霉等真菌是单核的；粗糙脉孢菌、米曲霉是多核的；放线菌的细胞是多核的，而孢子则是单核的；在细菌中，杆菌细胞大多存在两个核质体，而球菌一般仅一个。

基因组（genome）：一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。（核基因组；线粒体基因组）2、细胞核水平

(1)真核和核区：真核生物与原核生物存在着明显的差别。前者的核有核膜包裹，形成有固定形态的真核，核内的DNA与组蛋白结合在一起，形成在光学显微镜下可见的染色体；而后者的核是无核膜包裹以松散无定形状态存在的核区，DNA呈环状双链结构，不与任何蛋白质相结合。

（2）核外染色体：除细胞核外，有些微生物细胞质内还存在，细胞质基因、共生生物、质粒(Plasmid)——

能自主复制的核外染色体。第18页，课件共118页，创作于2023年2月3、染色体水平(1)不同生物含有不同数目的染色体。真核生物的染色体数目较多，如酵母菌属为16-17（单倍体），脉孢菌属为7（单倍体）；而原核生物只有一个裸露的、在光学显微镜下无法看到的环状染色体。对原核生物来说，染色体水平就是核酸水平。

(2)染色体的倍数也不同。多数微生物是单倍体的，少数真核微生物（酿酒酵母）的营养细胞，合子是双倍体。部分双倍体的细胞：？原核生物通过转化、转导或接合等过程而获得外源染色体片段时，只能形成一种不稳定的称作部分双倍体的细胞。第19页，课件共118页，创作于2023年2月

（1）核酸种类：绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有部分病毒为RNA。在真核生物中，DNA缠绕着组蛋白，共同构成了染色体；而原核生物不含组蛋白，DNA独立存在。4、核酸水平

（2）在核酸的结构上，绝大多数微生物的DNA是双链的，少数病毒，如E.coli的ΦX174和fd噬菌体的核酸为单链结构。大多数真菌病毒是双链的，而多数RNA噬菌体则为单链。

（3）DNA长度，基因组的大小：真核生物的DNA要比原核生物长得多，基因数量也较多。如啤酒酵母DNA的长度约6.5mm，13Mb，大肠杆菌为1.1~1.4mm，4.6Mb，含有7500个基因，T2-噬菌体约有360个基因，而最小的RNA噬菌体MS2只有3个。

此外，不同微生物的DNA，其存在状态也不同：在原核生物中都是环状；在病毒粒子中有的呈环状，有的呈线状的；细菌质粒的DNA是超螺旋结构的。第20页，课件共118页，创作于2023年2月5、基因水平（1）基因：是生物体内具有特定核苷酸顺序的核酸片段，具有自主复制能力的最小遗传功能单位。每个基因一般含1000bp—1500bp，分子量约为6.7×105Dal。每个细菌一般含有5，000—10，000个基因。

（2）基因调控系统：原核生物由操纵子和它的调节基因组成调控系统而发挥作用的：基因调控系统操纵子调节基因启动基因操纵基因结构基因真核生物一般无操纵子、存在大量的不编码序列（内含子）和重复序列。第21页，课件共118页，创作于2023年2月

原核生物的基因调控系统由操纵子(Operon)和它的调节基因(Regulatorgene)组成。每一个操纵子包含三种基因：即结构基因(Structuregene)、操纵基因(Operator)和启动基因(Promotor)。操纵子理论

结构基因通过转录和转译过程来执行多肽（酶及结构蛋白）合成。操纵基因是与结构基因紧密连锁在一起的，它能控制结构基因转录的开启与关闭。启动基因是转录起始的部位。操纵基因和启动基因不能转录RNA，不产生任何基因产物。前者是阻遏蛋白的结合部位，后者则是RNA多聚酶附着和启动的部位。调节基因一般位于与操纵子有一定间隔距离（一般小于100个碱基）的部位，它是能调节操纵子中结构基因活动的基因。调节基因能转录出自己的mRNA，并经转译产生阻遏蛋白，后者能识别和结合在操纵基因上。由于阻遏蛋白与操纵基因的相互作用可使DNA双链无法解链，阻挡了RNA聚合酶沿着结构基因移动，从而关闭了结构基因的活动。第22页，课件共118页，创作于2023年2月6、密码子水平

遗传密码是指DNA链上核苷酸的特定排列顺序。遗传密码，又称密码子、遗传密码子、三联体密码。指信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向，由起始密码子AUG开始，每三个核苷酸组成的三联体。它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号7、核苷酸水平

基因水平是遗传的功能单位，密码子水平是信息单位，而核苷酸水平（即碱基水平）则可认为是一个最低突变单位或交换单位。在绝大多数生物的DNA中，都只含腺苷酸(AMP)、胸苷酸(TMP)、鸟苷酸(GMP)和胞苷酸(CMP)4种脱氧核苷酸，但也有少数例外，如E.coli的T偶数噬菌体的DNA上就含有少量的稀有碱基——5-羟甲基胞嘧啶。第23页，课件共118页，创作于2023年2月（二）原核生物的质粒1、质粒的定义1）质粒：凡游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即cccDNA(covalentlyclosedcircle

）。2）质粒：是真核细胞细胞核外或原核生物拟核区外能进行自主复制的遗传单位，包括……近年来在疏螺旋体、链霉菌和酵母菌中发现了线型双链DNA质粒和RNA质粒第24页，课件共118页，创作于2023年2月2、质粒的构型和大小1）构型：CCC型（covalentlyclosedcircular):

共价闭合环状，超螺旋环状；OC型（opencircularform):开环型；

L型（linearform)：线型；2）大小：分子量一般在106～108Da，大小约为1%核基因组。质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb，细菌质粒多在10kb以内。每个质粒含有几个到数百个基因。每一个细胞可含有1—几百个质粒。3）数目：质粒复制与核染色体同步，称“严紧型复制控制”，细胞一般含1～2个质粒；不同步，称“松弛型复制控制”，一般含10～15个或更多。第25页，课件共118页，创作于2023年2月3、质粒的特性a.是细菌非必须的遗传物质。质粒控制着细菌的次要性状，失去质粒通常不会影响细菌的正常生活，但质粒的存在可使细菌获得生长优势。b.具有不相容性。某些属于同一组并具有共同阻遏物的质粒不能在同一细胞中共存。c.具有可转移性。某些质粒能以较高的频率（>10-6）通过细胞间的接合作用或其他机制从供体细胞转移到受体细胞中。如F、R等。d.可整合性。在一定条件下，质粒可整合到染色体的DNA上（附加体），并且也可与DNA重新分离。e.可重组性。不同的质粒与染色体上的基因可以在细胞内或细胞外进行交换重组并形成新的重组质粒。f.可消除性。在高温或某些化学药物啶类染料、丝裂霉素C的处理下，质粒可以被消除，同时宿主细胞也将失去质粒控制的表型性状。g.耐碱性。质粒与染色体的DNA比较，质粒DNA具有较强的耐碱性。第26页，课件共118页，创作于2023年2月4、质粒的检测a.提取所有胞内DNA后电镜观察；b.超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；c.可借助质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。第27页，课件共118页，创作于2023年2月（5）质粒的类型质粒按功能和赋予宿主的表型效应接合质粒(Fertilityfactor，F因子)抗性质粒(Resistancefactor，R因子)细菌素质粒(Bacteriocinplasmid)毒性质粒(Virulenceplasmid)代谢质粒(Metabolicplasmid)隐秘质粒(Crypticplasmid)

FERTILITYPLASMID

Afertilityplasmidcarriesthegenesforconjugationaswellasanumberofothergenes.Inthisfigurethefertilityplasmidalsocarriesantibioticresistantgenes.第28页，课件共118页，创作于2023年2月质粒的类型（1）F因子、致育因子或性因子：E.coli等细菌中决定性别。约等于2%核染色体DNA的小型cccDNA。分子量为6.2×107Da，94.5kb（千碱基对），其中有1/3的基因与接合作用有关。（2）R因子、R质粒：抗性质粒：包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。如R1质粒可使宿主对氯霉素、链霉素、磺胺、氨苄青霉素、卡那霉素产生抗性。（3）Col因子、产大肠杆菌素因子：大肠杆菌素是E.coli某些菌株分泌的细菌毒素，具有通过抑制复制、转录、翻译或能量代谢等，专一地杀死其他肠道细菌的功能。约4～8×104Da。携带Col因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。第29页，课件共118页，创作于2023年2月质粒的类型（4）、毒性质粒：

许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因。如Bt(苏云金芽孢杆菌Bacillusthuringiensis）产生的毒素伴孢晶体即由位于质粒上的基因所编码。（5）、代谢质粒：降解性质粒：假单胞菌中发现，此类质粒上携带有能降解某些基质的酶的基因。这类质粒也称为降解质粒，每种具体的质粒常以其降解的底物而命名。在有毒化合物的降解方面有重要意义。

超级细菌。（6）隐秘质粒：

不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法才能检测发现。第30页，课件共118页，创作于2023年2月质粒的类型（7）Ti质粒、诱癌质粒(tumorindcingplasmid)：

大型，长200kb。根癌土壤杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)。侵入到双子叶植物细胞中，Ti质粒片段与植物细胞核染色体组发生整合，破坏控制细胞分裂的激素调节系统，转变成癌细胞。植物遗传工程研究的重要载体。

Ri质粒：rootinducingplasmid,p201.（8）巨大质粒：megaplasmid:

200～300×106Da，比一般质粒大几十倍至几百倍。根瘤菌属中发现，具有一系列固氮基因。第31页，课件共118页，创作于2023年2月一.基因突变

二.突变与育种第二节基因突变和诱变育种第32页，课件共118页，创作于2023年2月一.基因突变

基因突变(Genemutation)又称点突变，是指生物体内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。

根据突变的原因又可将其分为自发突变(Spontaneousmutation)和诱发突变(Inducedmutation)两种类型。

野生型菌株：从自然界分离到的菌株一般称为野生型菌株。

突变株：野生型突变后带有新性状的菌株。

菌株(strain)：菌株又称品系，表示任何由一个独立分离的单细胞(或单个病毒粒子)繁殖而成的纯种群体及其后代。因此,一种微生物的每一个不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。根据菌株的定义,菌株实际上是某一微生物达到“遗传性纯”的标志,一旦菌株发生变异,均应标上新的菌株名称。当进行菌种保藏、筛选或科学研究时,在进行学术交流或发表论文时,在利用菌种进行生产时,都必须同时标明该菌种及菌株名称。品系：源出于一个共同的祖先而且具有特定基因型的动植物或微生物。第33页，课件共118页，创作于2023年2月（一）.突变的类型突变株的表型选择性突变株非选择性突变株营养缺陷型抗性突变型条件致死突变型形态突变型抗原突变型产量突变型

突变的类型较多,按分离的方法分：选择性突变株（Selectivemutant）：凡能用选择性培养方法快速选择出来的突变型反之则称为非选择性突变株（Non-selectivemutant）。第34页，课件共118页，创作于2023年2月1、营养缺陷型(Auxotroph)

野生型菌株（Wildtypestrain）由于发生基因突变，丧失了合成一种或几种生长因子的能力，因而无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型，称为营养缺陷型。

基本培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基，成为基本培养基（minimalmedium,MM），有时用符号“[－]”来表示。不同微生物的基本培养基是不相同的。

完全培养基：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或者半天然培养基，成为完全培养基（completemedium,CM），有时用符号“[+]”表示。完全培养基营养丰富，全面，一般可在基本培养基中加入富含氨基酸，维生素和碱基之类的天然物质配制而成。

补充培养基：凡是只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基，成为补充培养基（supplementalmedium,SM）。它是再基本培养基中加入该菌株不能合成的营养因子而组成的。

野生型菌株：从自然界分离得到的微生物再其发生突变前的原始菌株，成为野生型菌株（wildtypestrain）。

营养缺陷型：野生型菌株经过人工诱变或者自然突变失去合成某种营养（氨基酸，维生素，核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长，成为营养缺陷型（auxotroph）。营养缺陷型是一种生化突变株，它的出现是由基因突变引起的。遗传信息的载体是一系列为酶蛋白编码的核酸系列，如果核酸系列中某碱基发生突变，由该基因所控制的酶合成受阻，该菌株也因此不能合成某种营养因子，是正常代谢失去平衡。

第35页，课件共118页，创作于2023年2月2、抗性突变型(Resisantmutant)

是指由于基因突变而使原始菌株对某种化学药物或致死物理因子产生抗性的变异类型。抗药性、抗紫外线或抗噬菌体等。3、条件致死突变型(Conditionallethalmutant)

微生物在有的条件下可正常地生长、繁殖并实现其表型，而在另一种条件下却无法生长、繁殖的突变类型，即为条件致死突变型。

如：温度敏感突变株(Ts突变株）：temperaturesensitivemutantE.coliTs突变株，37度长，42度不长。原因：第36页，课件共118页，创作于2023年2月4、形态突变型(Morphologicalmutant)

由于基因突变而使个体或菌落形态发生非选择性的变异，称为形态突变型。如：荚膜的有无、孢子的颜色等。

5、抗原突变型(Antigenicmutant)

6、产量突变型（metabolitequantitativemutant)

由于基因突变而引起细胞抗原结构发生变异的类型，称为抗原突变型。如：细胞壁、荚膜和鞭毛成分的变异。

通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株，即产量突变型。高产突变株。正突变株:高产突变株。负突变株：第37页，课件共118页，创作于2023年2月（二）突变率(Mutationrate)

每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，称为突变率。也可用每一单位群体在每一世代中产生的突变株(Mutant)的数目来表示。

10-8表示，108个细胞分裂产生2*108个细胞时可发生1次突变（三）基因突变的特点

由于遗传的物质基础相同，微生物在遗传变异的特点上与其他生物一样遵循同样的规律。比如细菌的耐药性可借三种方式产生：即基因突变、质粒转移和生理适应。

基因突变一般具有以下7个共同特点：第38页，课件共118页，创作于2023年2月（1）不对应性：突变性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。如抗青霉素的突变。（2）自发性：各种性状的突变，可在没有人为的诱变因素处理下自发地产生。（3）稀有性：自发突变的频率极低，一般10-6~10-9。（4）独立性：在某一群体中，突变是随机的，独立发生的，任何性状都可发生基因突变，并且该基因的突变不会影响其他基因的突变率（？）。双重突变的几率？（5）可诱变性：利用诱变剂处理，可以提高突变率10~105倍。（6）稳定性：由于突变造成遗传物质在结构上发生稳定的变化，所产生的新的变异性状也是稳定的、可遗传的。（7）可逆性：任何性状既可发生正向突变，也可发生回复突变。

第39页，课件共118页，创作于2023年2月（四）.基因突变的自发性和不对应性的实验证明

又称波动试验或彷徨试验，是1943年Luria和Delbruck根据统计学原理设计的实验(获1969年诺贝尔生理学奖):1、变量实验（Fluctuationtest）

SalvadorLuriaMaxDelbruck什么是基因突变的不对应性？突变产生的新性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。抗药性突变产生的原因是什么？1）驯养论：药物导致的定向突变。2）抗药性突变：自发性、与药物无关第40页，课件共118页，创作于2023年2月实验要点：取对T1噬菌体敏感的E.coli对数期肉场培养物，用新鲜培养液稀释至103／ml的浓度，然后在甲、乙两试管内各装10ml。（1）将甲管中的菌液先分装到50支小试管中(每管装0.2ml)，保温24~36小时后，把各小管的菌液分别倒在50套预先涂有T1的平板上，经培养后分别计算各皿上所产生的抗噬菌体的菌落数。（2）将乙管的10ml菌液先整管保温24~36小时，再分成50份加到同样涂有T1的平板上，经适当培养后，同样分别计算各皿形成的抗性菌落数。

结果发现，来自甲管的50皿中，各皿间抗性菌落数相差极大，而来自乙管的各皿数目基本相同。

结论：说明E.coli抗噬菌体性状的突变，不是由噬菌体诱导出来的，而是在它接触噬菌体前，在细胞分裂过程中随机地自发产生的。而且自发突变发生得越早，抗性菌落数就越多，反之则越少。噬菌体在这里仅起着淘汰原始的未突变的敏感菌和甄别抗噬菌体突变型的作用。利用这一方法还可计算出突变率。第41页，课件共118页，创作于2023年2月2、涂布试验（Newcombeexperiment）

1949年，Newcombe设计了一种与变量试验相似，但方法更为简便的涂布试验。

涂布试验采用固体平板培养法。在12套平板上分别涂以数目相等（5×104）的对T1敏感的E.coli细胞，培养5小时，待平板上长出大量微菌落后，取其中6皿直接喷上T1噬菌体，另6皿则先用灭菌玻棒把平板上的微菌落重新均匀涂布一遍，然后再喷上T1培养过夜，计算这两组平板上所形成的抗噬菌体菌落数。结果发现，在涂布过的一组中，共长出抗性菌落353个，比未经涂布过的（仅28个菌落）高得多。这也意味着抗性突变发生在未接触噬菌体之前。加入噬菌体并不是诱导突变的因素，而仅起甄别这类自发突变的作用。

根据上述实验结果还能计算出E．coli抗噬菌体突变的突变率。当喷入噬菌体时，每一平板上平均约含2.6×108个细胞，在6个平板上，比接种时增加的细胞总数是6×（2.6×108-5.1×104）=15.6×108。由于在未涂布的平板上共发现28个突变，因此突变率是28/15.6×108=1.8×10-8。这与上述Luria等变量试验所得到的结果（2～3×10-8）十分一致。第42页，课件共118页，创作于2023年2月3、平板影印培养试验（Replicaplating）

1952年，J.Lederberg夫妇设计了一种平板影印培养法，可更好地证明微生物的抗药性是在未接触药物前自发产生的，这一突变与相应的药物环境毫不相干。平板影印培养法实质上是一种在一系列培养皿的相同位置上重现相同遗传型菌落的接种培养法。JoshuaLederberg第43页，课件共118页，创作于2023年2月

基本过程：将长有众多菌落的母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱上，使其上沾满来自平板的菌落。然后，将这一“印章”上的菌落对应接种到不同的选择培养基平板上。经过培养，将各平板相同位置上的菌落进行对比，就可筛选出所需的突变菌株。通过影印培养法，可从在非选择性条件下生长的细菌群体中，分离出各种类型的突变株。

利用平板影印培养法证明E.coliK12能自发地产生抗链霉素突变株：首先将大量对链霉素敏感的E.coliK12细胞涂布在不含链霉素的平板（1）表面，待其长出密集的小菌落后，用影印法接种到不含链霉素的平板（2）上，随即再影印到含有链霉素的选择性培养基平板（3）上。影印的作用是保证这三个平板上所长出的菌落的亲缘和相对位置保持严格的对应性。经培养后，在平板（3）上出现了个别抗链霉素菌落。对培养皿（2）和（3）进行比较后，就可在平板（2）的相应位置上找到与平板（3）相对应的抗性菌落。然后把平板（2）中相应部位上的菌落挑至不含链霉素的培养液（4）中，经培养后，再涂布在平板（5）上，并重复以上各步骤。经多次重复后，原始的链霉素敏感菌株在根本未接触链霉素的情况下，就可以产生大量抗链霉素的突变株。

第44页，课件共118页，创作于2023年2月（五）.基因突变的机制

基因突变的原因多种多样，包括

自发突变诱发突变，诱变又可分为点突变和畸变。突变的类型概括如下：

第45页，课件共118页，创作于2023年2月1、诱发突变诱变：诱变剂（mutagen):凡能提高突变率的任何理化因子，都称为诱变剂。诱变剂的种类较多，作用机制多样，常见：

碱基置换移码突变染色体畸变第46页，课件共118页，创作于2023年2月（1）碱基置换（Substituttion）

碱基置换是指一对碱基被另一对碱基所取代，属于染色体的微小损伤，故又称为点突变（Pointmutation）。

置换又可分为两类：a.转换（transition）：指DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；b.颠换（transversion）：指一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。

诱变剂：亚硝基胍、硫酸二乙酯等可与碱基发生化学反应而直接引起转换（少数是颠换）。

5BU等是一些碱基的类似物，可通过活细胞的代谢活动掺入到DNA分子中而间接引起置换。第47页，课件共118页，创作于2023年2月置换诱变剂直接置换诱变：直接与核酸碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机体内或在离体条件下均有作用。种类很多，例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂(硫酸二乙酯、甲基磺酸乙脂、N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍、N-甲基-N-亚硝基脲、乙烯亚胺、环氧乙酸、氮芥等)。它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，引起DNA复制时碱基配对的转换，进一步使微生物发生变异。间接置换诱变：通过活细胞的代谢活动使碱基类似物掺入到DNA分子中引起诱变。如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氨基尿嘧啶(5-AU)、8-氮鸟嘌呤(8-NG)、2-氨基嘌呤(2-AP)和6-氯嘌呤(6-CP)等。对休止细胞、游离噬菌体粒子或离体DNA分子不起作用。第48页，课件共118页，创作于2023年2月（2）移码突变（frame-shiftorPhase-shiftmutation）

指诱变剂使DNA分子增添或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。

与染色体畸变相比，移码突变也只能算是DNA分子的微小损伤。吖啶类染料，包括原黄素、吖啶黄、吖啶橙和α-氨基吖啶等，以及一系列称为IRC类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。其结构见p209。

由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株（frameshiftmutant）。第49页，课件共118页，创作于2023年2月（3）染色体畸变（chromosomalaberration）

概念：某些理化因子除能引起点突变外，还能引起DNA的大损伤，称为染色体畸变。

诱变剂：X射线、烷化剂、亚硝酸等都可引起染色体畸变。染色体畸变的类型缺失（deletion）重复（duplication）插入（insertion）易位（translocation）倒位（inversion）染色体数目的变化转座因子第50页，课件共118页，创作于2023年2月

倒位是指断裂下来的一段染色体旋转180度后，重新插入到原来染色体的位置上，使其基因顺序与其他的基因顺序方向相反

易位是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其他部位上。

染色体结构的变化：可分为染色体内畸变和染色体间畸变。染色体内畸变只涉及一条染色体的变化，如发生染色体的部分缺失或重复，可造成基因的减少或增加；如发生倒位或易位时，则可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。

染色体间畸变是指非同源染色体间的易位。第51页，课件共118页，创作于2023年2月转座因子

概念：转座因子(Transposibleelement)或称跳跃基因(Jumpinggene)，是指能在染色体组内或染色体组间改变自身位置的一段DNA序列。

转座因子是上世纪40年代，由B.McClintock发现的一种染色体易位。研究发现染色体基因并非固定在染色体DNA上一成不变，有些DNA片段是可以移动的，不仅可在染色体上移动，而且还可从一个染色体跳到另一个染色体，或从一个质粒跳到另一个质粒或染色体，甚至还可从一个细胞转移到另一个细胞。在这些DNA顺序的跳跃过程中，往往导致DNA链的断裂或重接，从而产生重组交换或使某些基因启动或关闭，结果导致突变的发生。第52页，课件共118页，创作于2023年2月插入序列（IS，insertionsequence）转座子（Tn，transposon）Mu噬菌体（Mutatorphage，诱变噬菌体）

转座因子分为三类：其特点见p205.自学。转座因子第53页，课件共118页，创作于2023年2月①IS分子量最小（0.7~l.4kb），可引起转座效应（transposition），但不含其他任何基因。在染色体及F因子等质粒上均已发现。IS有5种，即IS1、IS2、IS3、IS4和IS5。E.coli的F因子和核染色体组上有一些相同的IS（如IS2，IS3等），通过这些同源系列间的重组，可将F因子插入到E.coli的核染色体组上，使其转变为Hfr菌株。IS在染色体组上插入的位置和方向不同，所引起的突变效应也不同。而且IS引起的突变是可以回复的。②Tn分子量居中（2~25kb），含有几个至十几个基因，除了与转座作用有关的基因外，还含有抗药性基因或乳糖发酵基因等。Tn虽能插到受体DNA分子的许多位点上，但这些位点并不是完全随机的，某些区域更易插入。③Mu噬菌体的分子量最大（37kb），含有20多个基因。Mu噬菌体是E.coli的一种温和噬菌体，但与一般温和噬菌体不同，在寄主细胞染色体上没有一定的整合位置。Mu噬菌体引起的转座可以造成插入突变，其中约2％是营养缺陷型突变。第54页，课件共118页，创作于2023年2月2、自发突变

自发突变是指在没有人工参与下，生物体自然发生的突变。

自发突变是由于一些原因不详的低剂量诱变因素的长期作用而造成的综合诱变效应。其可能机制如下：

自发突变机制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效应复制错误：互变异构效应，环出效应由转座因子引起第55页，课件共118页，创作于2023年2月①背景辐射和环境因素的诱变

宇宙空间的各种短波辐射或高温，以及自然界普遍存在的一些低浓度诱变物质（在微环境中有时也可能是高浓度），可引起自发突变。②微生物自身有害代谢产物的诱变效应

过氧化氢是许多微生物的代谢产物，这种物质具有强氧化性，对脉胞菌（Neurospora）等微生物有诱变作用，这种作用可因同时加入过氧化氢酶而降低；但如果加入酶的同时又加入酶抑制剂——KCN，则又可提高突变率。这说明过氧化氢可能是“自发突变”中的一种内源性诱变剂。③复制过程中碱基配对错误引起。互变异构效应、环出效应

有的诱变剂（如5-BU等）可引起碱基分子发生酮式至烯醇式的互变异构，由于识别错误，可导致突变。第56页，课件共118页，创作于2023年2月

在DNA的复制过程中，如果其中一条单链偶然形成一个小环，环上的基因就可能越过复制而发生遗传缺失，从而造成自发突变。下图即为环出效应的设想机制。环出效应在上链中，因标记B处发生“环出”，故只有A及C能进行复制，从而发生自发突变。而在下链中，复制仍正常进行。④由转座因子引起第57页，课件共118页，创作于2023年2月（六）.紫外线对DNA的损伤及其修复

已知的DNA损伤类型很多，机体对其修复的方式也各异。发现较早和研究得较深入的是紫外线（U.V.）的作用。

紫外线的主要作用是使同链DNA的相邻嘧啶间形成胸腺嘧啶二聚体。二聚体的形成会减弱双键间氢键的作用，引起双键结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡。在互补双链间形成嘧啶二聚体的机会较少，但一旦形成，就会妨碍双链的解开，因而影响DNA的复制和转录，并使细胞死亡。见p212。

微生物可以多种方式修复损伤的DNA，现主要介绍以下两种。光复活作用暗修复作用第58页，课件共118页，创作于2023年2月1、光复活作用

把经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低死亡率的现象，称为光复活作用。

1）光复活现象：1949年，A.Kelner在灰色链霉菌(Streptomycesgriseus)中首先发现发现了这一现象，以后，在E.coli等许多微生物中都被证实。对照：试验：8×106个／mlE.coli

8×106个／mlE.coli

100个／mlE.coli

2×106个／mlE.coli

UVUV360~490nm

可见光，30分

第59页，课件共118页，创作于2023年2月

2）机制：经紫外线照射形成的带有胸腺嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被光激活酶结合，当形成的复合物暴露在可见光（300~500nm）下时，此酶因获得光能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体。

鉴于在微生物中普遍存在光复活作用，因此，在进行紫外线诱变育种时，只能在红光下进行照射和处理照射后的菌液，并在黑暗中培养。

2、暗修复作用

或称切除修复(excisionrepair)，是活细胞内一种修复被紫外线等诱变剂（包括烷化剂、X射线和γ射线等）损伤的DNA的机制。对受损部位进行切除和修复。与光复活作用不同，这种修复作用与光无关。如对嘧啶二聚体的修复：p212。核酸内切酶、外切核酸酶、DNA聚合酶、DNA连接酶。

第60页，课件共118页，创作于2023年2月二、突变与育种p208（一）.自发突变与育种

在日常生产中，微生物会以一定频率发生自发突变。利用自发突变可以选育优良的生产菌种。如:抗噬菌体菌株；上酒白种宇佐美曲霉（Aspergillususamii)白色孢子变种。

(1)从生产中选育

(2)定向培育优良品种

定向培育是指用某一特定因素长期处理某一微生物的群体，同时不断地移种传代，以达到累积并选择相应的自发突变株的目的。

定向培育是一种古老的育种方法。由于自发突变频率低，变异程度较轻微，所以，培育新种的过程十分缓慢。与诱变育种、杂交育种和基因工程等现代育种技术相比，定向培育是十分被动的。

如卡介苗（BCGvaccine)：牛型结核分枝杆菌，法国的A．Calmette和C．Guerin13年230多代。第61页，课件共118页，创作于2023年2月（二）、诱变育种

概念：诱变育种是指利用物理或化学诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，促使其突变率显著提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的突变株，以供科学实验或生产实践使用。

最突出的例子是青霉素生产菌株产黄青霉（Penicilliumchrysogenum)的选育。从100到10万（U/mL）p214。P214.诱变育种具有极其重要的实践意义。当前发酵工业和其他微生物生产部门所使用的高产菌株，几乎都是通过诱变育种来提高生产性能的。诱变育种除能提高代谢产物的产量外，还可达到改进产品质量、扩大品种和简化生产工艺等目的。从方法上来说，它具有简便易行、工作进度快和收效显著等优点，是目前广泛使用的一种育种手段。第62页，课件共118页，创作于2023年2月1.诱变育种的基本环节

出发菌株多数个体死亡少数存活诱变多数未变少数突变多数负变少数正变多数幅度小少数幅度大多数不宜投产少数适宜投产存活率突变率正变率高产率投产率计算：第63页，课件共118页，创作于2023年2月2、诱变育种的几个原则及一般步骤p2091.选择简便有效的诱变剂：种类：物理、化学2.挑选优良的出发菌株：有基础、潜力。3.处理单孢子(或单细胞)悬液

:表形延迟效应4.选用适宜的诱变剂量:

5.充分利用复合处理的协同效应：

6.利用和创造形态、生理与产量间的相关指标

7.设计或采用高效筛选方案或方法

艾姆斯试验（Amestest）？利用微生物营养缺陷型的回复变来检出化学致癌物的简便快速的试验。目的：测定潜在化学致癌物，三致。基本原理是：Salmonellatyphimurium（鼠伤寒沙门氏菌即图8-19中的“S．t．”）的组氨酸缺陷型（hisˉ）菌株在基本培养基[-]的平板上不能生长，如发生回复突变则能生长第64页，课件共118页，创作于2023年2月3.筛选方法：（1）筛选营养缺陷型突变株常用的三种培养基（1）产量突变株的筛选—琼脂块法—抗生素。

（2）抗药性突变株的筛选—梯度平板法。（3)营养缺陷型突变株的筛选第65页，课件共118页，创作于2023年2月③补充培养基（SM，supplementalmedium）：凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基，称为补充培养基。

补充培养基是由基本培养基再添加微生物营养缺陷型所不能合成的代谢物所构成，可根据加入的营养物是A或B而分别用[A]或[B]来表示。①基本培养基（MM，minimalmedium）：只能满足某微生物野生型菌株生长需要的最低成分的组合培养基，称基本培养基。

不同微生物由于营养要求不同，其基本培养基不相同的，有的极其复杂，如乳酸菌、酵母菌或梭菌等的基本培养基，有的极其简单，如E.coli的基本培养基。基本培养基可用“[-]”来表示。②完全培养基（CM，completemedium）：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基，称为完全培养基。

完全培养基可用“[+]”来表示。一般可在基本培养基中加入一些富含氨基酸、维生素和碱基之类的天然物质（如蛋白胨或酵母膏等）配制而成。第66页，课件共118页，创作于2023年2月（2）三种遗传型①野生型（Wildtype）：从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株，称为微生物的野生型。

野生型菌株应能在其相应的基本培养基上生长。如果以A和B两个基因来表示其对这两种营养物的合成能力，则野生型菌株的遗传型应是[A+B+]。②营养缺陷型（auxotroph）：野生型菌株经诱变处理后，由于发生了丧失合成某种营养物能力的突变，因而只能在加有该营养物的培养基中才能生长，这类突变菌株，称为营养缺陷型。

营养缺陷型不能在基本培养基上生长，而只能在完全培养基或相应的补充培养基上生长。A、B营养缺陷型的遗传型分别用[A-B+]或[A+B-］表示。③原养型（Prototroph）：一般指营养缺陷型突变株经回变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同，均为[A+B+]。第67页，课件共118页，创作于2023年2月（3）营养缺陷型的筛选方法:四步p215-216a诱变剂处理

b淘汰野生型

c检出缺陷型

d鉴定缺陷型

抗生素法

过滤法

青霉素

制霉菌素

细菌

真菌

真菌

放线菌

夹层培养法

限量补充培养法：0.01%peptone

逐个检出法

:牙签影印检出法：影印p233生长谱法:缺陷型-培养-洗涤-鉴定第68页，课件共118页，创作于2023年2月检出缺陷型的方法2.限量补充培养法：MM+0.01%peptone

3.逐个检出法

:牙签MM&CM1.夹层培养法:MM+菌+MM+CM

第69页，课件共118页，创作于2023年2月影印平板法：CM&MMp216第70页，课件共118页，创作于2023年2月鉴定缺陷型的方法生长谱法:缺陷型-培养-洗涤-鉴定思考题：设计一个可操作的实验方案，以野生型大肠杆菌为出发菌株诱变筛选出的[his-]营养缺陷型菌株。第71页，课件共118页，创作于2023年2月基因重组：两个独立基因组内的遗传基因，经过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程称为基因重组（Generecombination）或遗传重组。

意义：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体。重组是遗传物质在分子水平上的杂交，而杂交（hybridization）则是细胞水平上的一个概念。杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。微生物基因重组的方式有那些？真核微生物中的有性杂交、准性杂交（parasexualhybridization）及原核生物中的转化、转导、接合和原生质体融合等都是基因重组在细胞水平上的反映。

一.原核生物的基因重组二.真核生物的基因重组第三节基因重组和杂交育种第72页，课件共118页，创作于2023年2月微生物的基因重组比较

重组范围供体和受

体间的关系重组范围局部杂合高频率低频率部分染色体个别或少数基因细胞融合或联结性细胞真菌的有性繁殖体细胞真菌的准性生殖细胞间暂时沟通细菌的接合性导细胞间

不接触吸收游离的DNA片段转化噬菌体携带DNA转导由噬菌体提供遗传物质完整噬菌体溶源转变噬菌体DNA转染第73页，课件共118页，创作于2023年2月一.原核生物的基因重组转化转导接合原生质体融合

在原核微生物中，基因重组由以下几种方式：

第74页，课件共118页，创作于2023年2月（一）、转化（Transformation）p217

1、定义：受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，从而获得供体菌的部分遗传性状的现象称转化或转化作用。转化子：转化后获得新性状的受体菌，称为转化子。转化因子：来自供体的DNA片段称为转化因子。一般是双链DNA片段。2、转化微生物：在原核生物中，转化是一个普遍的现象，细菌、放线菌、蓝细菌都发现了转化现象。E.coli球形体CaCl2。少数真菌（酵母、黑曲霉）中，也发现了转化现象。原生质体。

3、

转化过程，大致可分为三个阶段：感受态阶段DNA的结合与吸收

转化DNA的整合

第75页，课件共118页，创作于2023年2月（1）感受态阶段

–制备感受态细胞

感受态（Competence）是指受体细胞最易接受外源DNA片段，并实现其转化的一种生理状态。

两个菌株间能否发生转化，主要与微生物的亲缘关系有关，但是，即使在转化率极高的那些种中，不同的菌株间也不一定都发生转化。研究发现，能进行转化的受体细胞必须处于感受态。

影响因素：感受态出现除与菌种、菌龄有关外，还受环境因子的影响，如cAMP和Ca2+可提高细胞的感受态水平。有证据表明，感受态的细胞表面发生变化，形成特殊的DNA受体蛋白（即DNA结合位点）。不同的微生物，其DNA结合位点的数量变化较大，从几个-几十个不等。感受态因子：是一些调节感受态的特异蛋白（膜相关DNA结合蛋白、细胞壁自溶素、几种核酸酶）。有的细菌（流感嗜血杆菌）所产生的感受态因子，可使同菌株的非感受态细胞变成感受态的，而枯草杆菌的感受态因子则没有这种作用。

第76页，课件共118页，创作于2023年2月

转化因子的特性：是分子量小于1×107的dsDNA片段(15kb)，其上平均含有15个基因，可以是质粒DNA（cccDNA)。每个感受态细胞可掺入10个转化因子。转化频率较低，一般只有0.1~1%。结合：感受态细胞对转化因子（DNA）的吸附开始是可逆的，随着更多的细胞质膜蛋白的参与，DNA在细胞壁上的附着明显增加，变为不可逆结合。吸收：进入细胞的是ssDNA。

转化DNA最初与特殊的蛋白质结合或位于由受体细胞衍生的小泡囊中，并以这种保护方式移动到受体DNA。供体DNA的单链置换了一条受体DNA的同源片段，后者被切割、降解。结合上去的供体DNA联接复制而形成杂合DNA，含有杂合DNA的受体菌，即成为转化子。

（2）DNA的结合与吸收

（3）转化DNA的整合

第77页，课件共118页，创作于2023年2月5、转化过程

p218①吸附：双链DNA片段与受体菌细胞表面的特定位点(主要在新形成细胞壁的赤道区)结合，胆碱可促进这一过程；②酶解：吸附的DNA被核酸内切酶分解，形成平均分子量4～5×106的DNA片段；dsDNA

③进入：dsDNA(G+)一条单链被膜上另一种核酸酶切除，另一条单链耗能后逐步进入细胞。dsDNA(G-)进入细胞后降解单链。

分子量＜5×105的DNA片段不能进入细胞。低浓度溶菌酶处理，提高细胞壁通透性，可提高转化频率；④转化：进入的单链与受体菌染色体组上的同源区段配对，接着受体染色体组的相应单链片段被切除，并被外来的单链DNA所交换和取代，形成杂合DNA区段(它们间的DNA顺序不一定互补，故可呈杂合状态)；⑤复制：染色体组复制，杂合区段分离成两个，其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。细胞分裂后，该染色体发生分离，形成1个转化子。第78页，课件共118页，创作于2023年2月6、转染(Transfection)

定义：将噬菌体或其他病毒的DNA(RNA)抽提出来，使其感染感受态的宿主细胞或其原生质体，进而产生正常的噬菌体或病毒的后代的现象，称为转染。完整的病毒核酸转化感受态细胞或其原生质体。正常情况下，感染需要完整的病毒粒子。

转染与转化不同之处：

病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌，中间也不发生任何遗传因子的交换或整合，最后也不产生具有杂种性质的转化子。

注意：转化子是质粒DNA时，外源基因可存在于质粒上。第79页，课件共118页，创作于2023年2月（二）、转导（transduction）

概念：以完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介，将供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，称为转导子（transductant）。

（用病毒外壳包裹DNA导入受体细胞）

发现：转导是由J.Lederberg等(1952)在鼠伤寒沙门氏菌（Salmonellatyphimurium）中发现的(p22phage--U型管实验)。发现转导现象的微生物：现在，许多原核生物都发现有转导现象，如大肠杆菌、枯草杆菌、假单胞菌属、志贺氏菌属、葡萄球菌属、弧菌属和根瘤菌属等。转导现象在自然界中比较普遍，它在低等生物的进化过程中，很可能是一种产生新基因组合的重要方式。

目前已知的转导方式主要有以下几种：普遍转导局限转导

溶源转变第80页，课件共118页，创作于2023年2月1、普遍转导（Generalizedtransduction）p219概念：通过完全缺陷噬菌体对供体菌任何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，又称完全转导。一般用温和噬菌体作为媒介。缺陷噬菌体：具有噬菌体的正常形态，但不能引起寄主细胞裂解性感染的一类温和噬菌体的突变体。（原因）部分缺陷噬菌体：在带有寄主细胞的一部分DNA的同时，也必然失去了自己的部分DNA。完全缺陷噬菌体:指仅仅含有供体菌DNA的噬菌体

普遍转导按其结果又可分为两种类型：

完全普遍转导--整合到染色体上

流产普遍转导--不整合但表达第81页，课件共118页，创作于2023年2月

简称完全转导（Completetransduction）。机制：噬菌体将供体菌的染色体DNA片段误包形成缺陷噬菌体，这种噬菌体再将其中的DNA导入受体菌，经过与受体菌染色体组上的同源区段配对、双交换，而将供体菌DNA整合到受体菌的染色体组上，从而使后者成为一个遗传性状稳定的转导子的现象，称为完全转导。

①完全普遍转导第82页，课件共118页，创作于2023年2月P22噬菌体完全转导

转导的发现：

1951年，JoshuaLederberg和NortonZinder为了证实大肠杆菌以外的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌进行类似的实验，他们发现二株营养缺陷型混合培养后确实产生了约10-5的重组子，又一次成功地证实了该菌中存在的重组现象。

如何确证是接合还是转导：“U”型管试验

但当他们沿着发现接合作用的思路继续用“U”型管进行同样的实验时，惊奇地发现：在给体和受体细胞不接触的情况下，同样出现原养型细菌。第83页，课件共118页，创作于2023年2月②流产普遍转导p220

概念：简称流产转导（abortivetransduction）。经转导获得供体菌DNA片段的受体菌，如果外源DNA在其内既不进行交换、整合和复制，也不迅速消失，而仅进行转录、转译和性状表达，这种现象称为流产转导。

特点：形成微小菌落是流产转导子的特点。

发生流产转导的细胞在分裂后，只能将外源DNA分配给一个子细胞，而另一子细胞可获得供体基因经转录、转译形成的少量产物——酶，因此在表型上仍可出现轻微的供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次“稀释”。所以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就成了流产转导子的特点。特点：？小菌落。第84页，课件共118页，创作于2023年2月2、局限转导（Restrictedtransduction）p220

局限转导是1954年在E.coliK12菌株中发现。是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。（如E.coliK12菌株,λ噬菌体、）。（1）特点：①只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两侧的基因）；

②该特定基因由部分缺陷的噬菌体携带；③缺陷噬菌体是由于它在脱离染色体的过程中发生的低频率（10－5左右）“误切”，或由于双重溶源菌的裂解而形成，在后一情况下可形成50％缺陷噬菌体。④可诱导：通过UV等因素对溶源性菌株诱导裂解而产生局限转导噬菌体。第85页，课件共118页，创作于2023年2月(2)类型：

局限转导根据转导频率的高低可将其分成两类：

①低频转导（LFT，lowfrequencytransduction）低频转导—单溶源菌高频转导--双重溶源菌

温和噬菌体感染供体菌后，可使供体细胞溶源化，当该供体菌发生诱导裂解时，由于极少数（10-5）的前噬菌体发生不正常切离，其结果会将插入位点两侧之一的少数宿主基因（如E.coli

λ前噬菌体的两侧分别为gal基因和bio基因）连接到噬菌体DNA上，通过衣壳的“误包”，就形成了缺陷噬菌体（Defectivephage）。当这种缺陷噬菌体再次感染宿主细胞时，可整合到宿主的核基因组上，使宿主细胞成为一个局限转导子（即获得了供体菌的gal或bio基因），而不是一个溶源菌，因而对λ噬菌体不具有免疫性。

第86页，课件共118页，创作于2023年2月LFT裂解物：

含有极少数局限转导噬菌体的裂解物。低频转导(LFT)：用低感染复数的LFT裂解物感染宿主，获得极少量局限转导子的方式。宿主染色体被不正常切离的频率极低，故只能获得极少量部分缺陷噬菌体，即极少量局限转导子。感染复数：感染时病毒与细胞数量的比值

multiplicityofinfection:‘m.o.i’第87页，课件共118页，创作于2023年2月②高频转导（HFT，highfrequencytransduction）

双重溶源菌：当E.coligal-(不发酵半乳糖的营养缺陷型)用高m.o.i的LFT裂解物进行感染时，则凡感染有λdgal噬菌体的任一细胞，几乎同时都感染有正常的λ噬菌体。这时，λ与λdgal两者同时整合在一个受体菌的核染色体组上，从而使它成为一个双重溶源菌。当双重溶源菌被紫外线等诱导时，其中的正常λ噬菌体的基因可补偿λdgal所缺失的部分基因功能，因而两种噬菌体都获得了复制机会。在双重溶源菌中的正常λ噬菌体被称为辅助噬菌体。

HFT（高频转导）裂解物:

由双重溶源菌所产生的裂解物中，含有等量的λ和λdgal粒子，称为HFT（高频转导）裂解物。