2022年微生物學(xué)第八章微生物遺傳學(xué)

1、第十九授課單元一、教學(xué)目的：1.掌握遺傳與變異的概念，了解遺傳性變異與飾變的區(qū)別2.了解遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3.掌握質(zhì)粒的定義、質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)、檢測方法、特性和主要類型二、教學(xué)內(nèi)容：1.引言遺傳與變異的概念，遺傳性變異與飾變的區(qū)別2.第一節(jié)：遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1） .轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2） .噬菌體感染實(shí)驗(yàn)3） .植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)3.第二節(jié)：質(zhì)粒1）.質(zhì)粒的定義和特點(diǎn)2）.質(zhì)粒的分離和鑒定3）.質(zhì)粒的分類和典型質(zhì)粒介紹4第三節(jié)基因突變的規(guī)律與類型一、突變?nèi)?、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及處理：重點(diǎn)1.遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3 個(gè)經(jīng)典實(shí)的微生物學(xué)驗(yàn)證實(shí)了dna 和 rna 是遺傳物質(zhì)。1)經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：證明dna 是遺傳變異的

2、物質(zhì)基礎(chǔ)。2)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)：證明dna 是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)。3)植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)：說明病毒蛋白質(zhì)的特性為它的核酸所決定，而不是由蛋白質(zhì)所決定。證明核酸（rna ）是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。2.質(zhì)粒的定義質(zhì)粒（ plasmid） ：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。附加體： 指那些既可以整合到核染色體上，作為染色體的一部分而進(jìn)行復(fù)制，又可以再游離出來或攜帶一些寄主的染色體基因游離出來，這類質(zhì)粒被稱為附加體。3質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalently closed circle ， 簡稱 ccc)的超螺旋雙鏈dna 分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)

3、有線型雙鏈dna 質(zhì)粒和 rna 質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb 左右到精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -1000kb； （細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb 以內(nèi)）4質(zhì)粒的分離方法很多，主要介紹堿提取法，其步驟如下：菌體的培養(yǎng)和收集：一般采用豐富培養(yǎng)基對菌體進(jìn)行培養(yǎng)，當(dāng)細(xì)胞生長到指數(shù)期后期時(shí)，離心收集細(xì)胞。溶菌：一般用溶菌酶去壁以形成原生質(zhì)體或原

4、生質(zhì)球。堿變性處理：在sds 等表面活性劑存在下加naoh 液使 ph 升至 12.4，可使菌體蛋白質(zhì)、染色體dna 以及質(zhì)粒dna 變性。質(zhì)粒復(fù)性：加入ph4.8 的 kac-hac緩沖液，將提取液調(diào)至中性，由于質(zhì)粒分子量小而容易復(fù)性，并穩(wěn)定存在于溶液中；染色體dna 分子量太大，在復(fù)性過程中形成dna 之間的交聯(lián)導(dǎo)致其形成更大分子的不溶性物質(zhì)。離心分離： 經(jīng)高速離心可以使細(xì)胞碎片和已變性的菌體蛋白及染色體dna 一起沉淀，上清液中主要是質(zhì)粒dna ，經(jīng)乙醇沉淀后，可獲得質(zhì)粒dna 。5質(zhì)粒的檢測提取所有胞內(nèi)dna 后電鏡觀察；超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；對于實(shí)驗(yàn)室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的

5、某些特點(diǎn)，如抗藥性初步判斷。對于由于三種構(gòu)型同時(shí)存在時(shí)造成的多帶現(xiàn)象（提取質(zhì)粒時(shí)造成或自然存在），可以進(jìn)行特異性單酶切，使其成為一條帶。6質(zhì)粒的特性位于核基因組外；cccdna （鏈霉菌和酵母菌中發(fā)現(xiàn)了線狀dsdna 質(zhì)粒和 rna 質(zhì)粒） ；自主復(fù)制；有的質(zhì)?？烧系胶巳旧w上；可重組（質(zhì)粒與質(zhì)粒間，質(zhì)粒與染色體間）；人為消除（丫叮類，uv ，電離輻射，高于最適溫度，利福平等）有的質(zhì)?？稍诩?xì)胞間轉(zhuǎn)移（f 因子， r 因子） ；質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢7質(zhì)粒的分類和主要類型7.1 分類6.1.1 根據(jù)質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿

6、主的表型效來分：致育因子（ fertility factor ，f 因子）抗性質(zhì)粒（ resistance factor，r 因子）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（bacteriocin production plasmid ）毒性質(zhì)粒（ virulence plasmid ）代謝質(zhì)粒（ metabolic plasmid ）精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 26 頁 - - - - - - -

7、 - -隱秘質(zhì)粒（ cryptic plasmid ）2 m 質(zhì)粒7.1.2 根據(jù)拷貝數(shù)或復(fù)制特點(diǎn)，質(zhì)?？煞譃椋焊呖截悢?shù)（high copy number） 質(zhì)粒（每個(gè)細(xì)胞中可以有10100 個(gè)拷貝） 如 cole1、 cole2等 松弛型質(zhì)粒 (relaxed plasmid) 低拷貝數(shù) （low copy number ）質(zhì)粒（每個(gè)細(xì)胞中只有12 個(gè)拷貝） 如 f 因子， r100嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒 (stringent plasmid) 7.1.2 根據(jù)質(zhì)粒復(fù)制的宿主范圍，質(zhì)?？煞譃椋赫拗鞣秶|(zhì)粒(narrow host range plasmid) （只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范

8、圍質(zhì)粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）7.2主要類型主要講解以下幾種類型：即（1）致育因子 (fertility factor ，f 因子 ) （參見p197）又稱 f 質(zhì)粒，其大小約100kb，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶 f 質(zhì)粒的菌株稱為f+菌株（相當(dāng)于雄性） ，無 f 質(zhì)粒的菌株稱為f-菌株（相當(dāng)于雌性） 。f因子能以游離狀態(tài)(f+)和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)(hfr) 存在于細(xì)胞中，所以又稱之為附加體 (episome)。（2）抗性因子（ resistance factor，r 因子） （參見p19

9、7）包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡稱r 質(zhì)粒。抗性質(zhì)粒在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。r100 質(zhì)粒 (89kb)可使宿主對下列藥物及重金屬具有抗性：汞（mercuric ion ，mer） 、四環(huán)素（ tetracycline，tet ） 、鏈霉素 (streptomycin, str) 、磺胺 (sulfonamide, su) 、氯霉素(chlorampenicol, cm) 、夫西地酸（ fusidic acid ，fus）負(fù)責(zé)這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上。（3）col 質(zhì)粒：產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（bacteriocin production plasmid ）細(xì)菌素

10、：許多細(xì)菌都能產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物，抑制或殺死其他近緣細(xì)菌或同種不同菌株，因?yàn)檫@些代謝產(chǎn)物是由質(zhì)粒編碼的蛋白質(zhì)，不象抗生素那樣具有很廣的殺菌譜，所以稱為細(xì)菌素（ bacteriiocin ） 。細(xì)菌素種類很多，都按其產(chǎn)生菌來命名，如大腸桿菌素、枯草桿菌素、乳酸菌素、根瘤菌素等。細(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因、涉及細(xì)菌素運(yùn)輸及發(fā)揮作用（processing）的蛋白質(zhì)的基因、賦予宿主對該細(xì)菌素具有“ 免疫力 ” 的相關(guān)產(chǎn)物的基因，一般都位于質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上，因此， 細(xì)菌素可以殺死同種但不攜帶該質(zhì)粒的菌株。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 26 頁 -

11、 - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -細(xì)菌素抗生素抑制或殺死，甚至同種不同株的細(xì)菌較廣的抗菌譜通過核糖體直接合成的多肽類物質(zhì)一般是次級(jí)代謝產(chǎn)物編碼細(xì)菌素的結(jié)構(gòu)基因及相關(guān)的基因一般位于質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座子上一般無直接的結(jié)構(gòu)基因，相關(guān)酶的基因多在染色體上細(xì)菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進(jìn)行命名：大腸桿菌（ e. coli ）產(chǎn)生的細(xì)菌素為colicins（大腸桿菌素） ，而質(zhì)粒被稱為col 質(zhì)粒。大腸桿菌素是產(chǎn)自大腸桿菌的一種蛋白質(zhì)，具有專一性地殺死其親緣關(guān)系很近的、不具

12、col 質(zhì)粒的其它腸道細(xì)菌的功能。由 g+細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素或與細(xì)菌素類似的因子與colicins 有所不同，但通常也是由質(zhì)?；蚓幋a，有些甚至有商業(yè)價(jià)值，例如一種乳酸細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素nisina 能強(qiáng)烈抑制某些 g+細(xì)菌的生長，而被用于食品工業(yè)的保藏。（4）毒性質(zhì)粒（ virulence plasmid ）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對宿主（動(dòng)物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒。蘇云金桿菌含有編碼 內(nèi)毒素 (伴孢晶體中 )的質(zhì)粒根癌土壤桿菌所含ti 質(zhì)粒是引起雙子

13、葉植物冠癭瘤的致病因子（5）代謝質(zhì)粒（ metabolic plasmid ）質(zhì)粒上攜帶有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進(jìn)行共生固氮， 或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。降解質(zhì)粒： 將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。假單胞菌：具有降解一些有毒化合物tol 質(zhì)粒：含分解甲苯的基因；cam-oct質(zhì)粒：含分解樟腦辛烷的基因（6）隱秘質(zhì)粒（ cryptic plasmid ）隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理方法，例如用凝膠電泳檢測細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性

14、基因）（7）2m 質(zhì)粒大多數(shù)酵母菌含有一種稱為2m 的質(zhì)粒 ,重點(diǎn)介紹2m 質(zhì)粒的特征和意義。特征：它們是閉環(huán)的雙鏈dna 分子，周長約2m （6318bp） ，以高拷貝數(shù)存在于酵母精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -細(xì)胞中，每個(gè)單倍體基因組含60100 個(gè)拷貝，約占酵母細(xì)胞總dna 的 30；各約 600bp長的一對反向重復(fù)順序。由于反

15、向重復(fù)順序之間的相互重組，使2m 質(zhì)粒在細(xì)胞內(nèi)以兩種異構(gòu)體（ a 和 b）形式存在。該質(zhì)粒只攜帶與復(fù)制和重組有關(guān)的4 種蛋白質(zhì)的基因，不賦予宿主任何遺傳表型，屬隱蔽性質(zhì)粒。意義： 2m 質(zhì)粒是酵母菌中進(jìn)行分子克隆和基因工程的重要載體，因此以它為基礎(chǔ)構(gòu)建的克隆和表達(dá)載體已得到廣泛的應(yīng)用。另一方面， 該質(zhì)粒也是研究真核基因調(diào)控和染色體復(fù)制的一個(gè)十分有用的模型難點(diǎn)：1.遺傳性變異與飾變的區(qū)別：飾變（ modification ） ：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)。不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型改變。特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為。變異： （遺傳型變異, 基因突變）遺傳

16、物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變。特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9） 。主要通過基因型、表現(xiàn)型、環(huán)境等的相互聯(lián)系進(jìn)行介紹。2.質(zhì)粒的特性質(zhì)粒是存在于染色體之外的能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子。通過講解質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)、復(fù)制方式等來介紹其特征。四、教學(xué)方法與手段：這一節(jié)的內(nèi)容十分抽象。對于三個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，可以通過遺傳物質(zhì)的探索過程以及實(shí)驗(yàn)方式的進(jìn)步和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析揭示出來。變異與飾變可以通過環(huán)境與適應(yīng)性來闡述。其余的內(nèi)容可以課件展示和講解來幫助理解。五、板書設(shè)計(jì)：1遺傳與變異遺傳（ inheritance） ：親代與子代相似。變異（ variation） ：親代與子代

17、、子代間不同個(gè)體不完全相同。2遺傳型和表型遺傳型（ genotype） ：生物的全部遺傳因子及基因（生物發(fā)育的可能性）。表型 ( phenotype )：具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。（具體化）3變異與飾變飾變（ modification ） ：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)。不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型改變。特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選

18、擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -變異： （遺傳型變異, 基因突變）遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變。特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9） 。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、 3 個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn) （參見p193）1經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：證明dna 是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)。2噬菌體感染實(shí)驗(yàn)：證明dna 是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)。核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。3植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)：rna 是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)。二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式（周德慶p192-197；自學(xué)）第二節(jié)質(zhì)粒（ p196

19、）1.質(zhì)粒的定義質(zhì)粒（ plasmid） ：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。附加體： 指那些既可以整合到核染色體上，作為染色體的一部分而進(jìn)行復(fù)制，又可以再游離出來或攜帶一些寄主的染色體基因游離出來，這類質(zhì)粒被稱為附加體。2質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)：主要是共價(jià)閉合環(huán)狀的雙鏈dna ，也發(fā)現(xiàn)有線型，rna 質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb 左右到 1000kb； （細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb 以內(nèi)）3質(zhì)粒的分離:：堿提取法4質(zhì)粒的檢測5質(zhì)粒的特性位于核基因組外；cccdna （鏈霉菌和酵母菌中發(fā)現(xiàn)了線狀dsdna 質(zhì)粒和 rna 質(zhì)粒） ；自主復(fù)制；有的質(zhì)?？烧系胶巳旧?/p>

20、體上；可重組（質(zhì)粒與質(zhì)粒間，質(zhì)粒與染色體間）；人為消除（丫叮類，uv ，電離輻射，高于最適溫度，利福平等）有的質(zhì)粒可在細(xì)胞間轉(zhuǎn)移（f 因子， r 因子） ；質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢6質(zhì)粒的分類和主要類型6.1 分類6.1.1 根據(jù)質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效來分：致育因子（ fertility factor ，f 因子）抗性質(zhì)粒（ resistance factor，r 因子）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（bacteriocin production plasmid ）精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - -

21、- - - - - - 第 6 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -毒性質(zhì)粒（ virulence plasmid ）代謝質(zhì)粒（ metabolic plasmid ）隱秘質(zhì)粒（ cryptic plasmid ）2 m 質(zhì)粒6.1.2 根據(jù)拷貝數(shù)或復(fù)制特點(diǎn)，質(zhì)?？煞譃椋焊呖截悢?shù)（high copy number） 質(zhì)粒（每個(gè)細(xì)胞中可以有10100 個(gè)拷貝） 如 cole1、 cole2等 松弛型質(zhì)粒 (relaxed plasmi

22、d) 低拷貝數(shù) （low copy number ）質(zhì)粒（每個(gè)細(xì)胞中只有12 個(gè)拷貝） 如 f 因子， r100嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒 (stringent plasmid) 6.1.2 根據(jù)質(zhì)粒復(fù)制的宿主范圍，質(zhì)粒可分為：窄宿主范圍質(zhì)粒(narrow host range plasmid) （只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）6.2主要類型主要講解以下幾種類型：即（1）致育因子 (fertility factor ，f 因子 ) （參見p197）（2）抗性因子（ resistance factor，r 因子） （參

23、見p197）包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡稱r 質(zhì)粒。（3）col 質(zhì)粒：產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（bacteriocin production plasmid ）細(xì)菌素：許多細(xì)菌都能產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物，抑制或殺死其他近緣細(xì)菌或同種不同菌株，因?yàn)檫@些代謝產(chǎn)物是由質(zhì)粒編碼的蛋白質(zhì)，不象抗生素那樣具有很廣的殺菌譜，所以稱為細(xì)菌素（ bacteriiocin ） 。細(xì)菌素種類很多，都按其產(chǎn)生菌來命名，如大腸桿菌素、枯草桿菌素、乳酸菌素、根瘤菌素等。（4）毒性質(zhì)粒（ virulence plasmid ）蘇云金桿菌含有編碼 內(nèi)毒素 (伴孢晶體中 )的質(zhì)粒根癌土壤桿菌所含ti 質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子（

24、5）代謝質(zhì)粒（ metabolic plasmid ）假單胞菌：具有降解一些有毒化合物tol 質(zhì)粒：含分解甲苯的基因；cam-oct質(zhì)粒：含分解樟腦辛烷的基因（6）隱秘質(zhì)粒（ cryptic plasmid ）（7）2m 質(zhì)粒意義：六、思考題：1.定義：基因型、表現(xiàn)型、質(zhì)粒（cccdna ） 、細(xì)菌素精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -2

25、.變異與飾變的區(qū)別3.質(zhì)粒的特性及主要類型4. 2 m質(zhì)粒的特征及意義。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -第二十授課單元一、教學(xué)目的：1.掌握基因突變的類型及幾種特殊突變體的檢出方法2.掌握艾姆斯試驗(yàn)的原理、方法、優(yōu)點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用。3.掌握紫外線誘變的原理和方法及實(shí)際應(yīng)用。4.理解基因突變的分子機(jī)制5.理解基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性及其實(shí)

26、驗(yàn)證明6.了解基因突變的特點(diǎn)7.了解一些常見的誘變劑的特點(diǎn)及誘變的分子機(jī)制。二、教學(xué)內(nèi)容：第三節(jié)：基因突變的規(guī)律及類型1.基因突變的規(guī)律2.基因突變的自發(fā)性和不對性的實(shí)驗(yàn)證明3.突變類型第四節(jié)：基因突變的機(jī)制1.突變的分子基礎(chǔ)2.誘變及致癌作用的檢測 艾姆斯試驗(yàn)3. dna 損傷的修復(fù)三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及處理重點(diǎn)及處理：1.基因突變 （gene mutation） （簡稱突變）廣義上， 突變指細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。包括基因突變 （又稱點(diǎn)突變）和染色體畸變。狹義的突變專指基因突變（點(diǎn)突變）. 基因突變是重要的生物學(xué)現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉(zhuǎn)移、 重組一起提供

27、了推動(dòng)生物進(jìn)化的遺傳多變性。2.基因突變的特點(diǎn)（規(guī)律）自發(fā)性：菌種衰退的根本原因不對應(yīng)性：突變的性狀與突變的原因無關(guān)系稀有性：自發(fā)突變幾率低（10-610-10）突變率：每一個(gè)細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。（某一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株的數(shù)目）獨(dú)立性：某基因的突變率不受它種基因突變率的影響精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 頁，共 26 頁 - - - - - - - -

28、-可誘變性：自發(fā)突變的頻率可因誘變劑的影響而提高（10-310-6）穩(wěn)定性：基因突變后的新性狀是穩(wěn)定的可逆性：野生型菌株某一性狀可發(fā)生正向突變，也可發(fā)生反向的回復(fù)突變突變表型可以回復(fù)到野生型的2 種可能：真正的回復(fù)突變（突變體的核苷酸序列恢復(fù)到野生型的排列）；抑制突變 （另一基因的突變或同一基因內(nèi)發(fā)生第二次突變，可克服第一次突變的作用）；3.基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證據(jù)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應(yīng)關(guān)系！4.基因突變的類型4.1按照發(fā)生突變的原因分類自發(fā)突變：自然發(fā)生的突變，頻率低（10-6-10-9） 。它是生物進(jìn)化的根源。誘變：

29、某些物理、化學(xué)因素對生物體的dna 進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。引起自發(fā)突變的原因主要有以下幾方面：?背景輻射和環(huán)境因素引起；?有害代謝產(chǎn)物引起；?互變異構(gòu)效應(yīng)引起的堿基配對錯(cuò)誤；?dna 復(fù)制過程中堿基配對錯(cuò)誤；?轉(zhuǎn)座因子的作用；4.2按照突變對遺傳物質(zhì)的影響程度分類（突變的機(jī)制）：4.3突變所引起的遺傳信息的改變分為三種：同義突變：表型不發(fā)生改變（密碼子是簡并的,如 cgu 變成 cgc，但都編碼精氨酸） ；錯(cuò)義突變：改變的密碼子編碼的氨基酸改變了；無意義突變：終止密碼子（uaa, uag, uga）dna 損傷修復(fù)機(jī)制基因突變前突可以通過dna 復(fù)制而成為真正的突變，也可以重新變

30、為原來的結(jié)構(gòu)，這取決于修復(fù)作用和其它多種因素。4.4按照突變的表型分類：p202 營養(yǎng)缺陷型抗性突變型選擇性突變株（能在選擇性培養(yǎng)基上或其它的選擇性條件下迅速選條件致死突變型出或鑒別出）形態(tài)突變型抗原突變型非選擇性突變株精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -產(chǎn)量突變型5.突變體的檢出：采用有效的選擇技術(shù)，即只允許突變體生長而野生型不能生

31、長的培養(yǎng)條件，如回復(fù)突變、對環(huán)境壓力的抗性突變、基質(zhì)利用的突變等。（1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph） （參見p203）一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長負(fù)選擇標(biāo)記突變株不能通過選擇平板直接獲得實(shí)驗(yàn)步驟見p 215 營養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫斜體字母表示：hisc（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母 c 同一表型

32、中不同基因的突變）表型：同上，但第一個(gè)字母大寫，且不用斜體：hisc 在具體使用時(shí)多用hisc-和 hisc+，分別表示缺陷型和野生型。（2）抗藥性突變型（resistant mutant） （參見p203）基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點(diǎn)：正選擇標(biāo)記（突變株可直接從抗性平板上獲得- 在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長。所以很容易分離得到。）表示方法：所抗藥物的前三個(gè)小寫斜體英文字母加上“r ”表示 strr和 strs分別表示對鏈霉素的抗性和敏感性（3）條件致死突變型（conditional lethal mutant ）203 在某一條件下具有致死效

33、應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用 ts（temperaturesensitive）表示，這類突變在高溫下（如42）是致死的，但可以在低溫（如25-30）下得到這種突變。特點(diǎn)：負(fù)選擇標(biāo)記這類突變型常被用來分離生長繁殖必需的突變基因（4）形態(tài)突變型（morphological mutant ）造成形態(tài)改變的突變型特點(diǎn)：非選擇性突變，突變株和野生型菌株均可生長，但可從形態(tài)特征上進(jìn)行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選；菌落顏色變化；形成芽孢缺陷菌株（5）抗原突變型指由于基因突變引起的細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生的變異類型，包括細(xì)胞壁缺陷變異、莢膜或鞭精品學(xué)習(xí)資料 可選

34、擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -毛成分變異等。（6）產(chǎn)量突變型通過基因突變而引起的目標(biāo)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量發(fā)生變化的變異菌株，其在產(chǎn)量上高于或低于原始出發(fā)菌株。如果產(chǎn)量提高的突變株，被稱為“ 正突變 ” （plus-mutant） ，也稱為 “ 高產(chǎn)突變株 ”(high producing mutant)；如果產(chǎn)量低于出發(fā)菌株的突變株，則稱為“ 負(fù)突變

35、”（minus-mutant ） 。（7）其它突變類型毒力、 生產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物的發(fā)酵能力的變化等在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義突變類型一般都不具有很明顯或可直接檢測到的表型。其突變株的獲得往往需要較大的工作量。6.基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變：自然發(fā)生的突變，頻率低（10-6-10-9） 。它是生物進(jìn)化的根源。誘發(fā)突變：某些物理、化學(xué)因素對生物體的dna 進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。7.誘變劑及其誘變機(jī)制誘變劑（ mutagen） ：凡能提高基因突變頻率的因素統(tǒng)稱為誘變劑誘變劑的種類：物理誘變劑；化學(xué)誘變劑7.1 化學(xué)誘變劑及其誘變機(jī)制從遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)，將化學(xué)誘變劑分為：引起堿基置換的

36、誘變劑；移碼突變誘變劑；引起染色體畸變的誘變劑；從誘變劑本身的特點(diǎn)，將誘變劑分為：堿基類似物誘變劑；與堿基起化學(xué)反應(yīng)的誘變劑；嵌入誘變劑；輻射和熱；生物誘變因子：轉(zhuǎn)座因子7.1.1引起堿基置換的誘變劑p205轉(zhuǎn)換 (主要 ) 直接顛換間接（1）直接引起置換的誘變劑（與堿基起化學(xué)反應(yīng)，改變堿基的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致錯(cuò)配）亞硝酸： g-c a -t 轉(zhuǎn)換互變羥胺：只引起g-c a-t 轉(zhuǎn)換（專一性與c 起反應(yīng)）各種烷化劑：g-c a -t 互變有些誘變劑的作用具有選擇性，偏向與某些堿基作用，并產(chǎn)生特殊類型的損傷。亞硝酸：對堿基的主要作用是氧化脫胺作用（使氨基變?yōu)橥?，改變配對性質(zhì)，引起堿基轉(zhuǎn)換）。（2）間接

37、引起置換的誘變劑p204205 一類與正常堿基結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，稱為堿基類似物。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 12 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 12 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -它們在 dna 復(fù)制中能摻入dna 分子中，由于其產(chǎn)生異構(gòu)體的頻率高，因此發(fā)生的錯(cuò)誤配對可引起堿基的置換。7.1.2移碼突變的誘變劑嵌入誘變劑p203 7.13引起染色體畸變的誘變劑烷化劑擬輻射誘變劑亞硝酸7.1.4轉(zhuǎn)座因

38、子（ transposable element）“ 又稱 “ 跳躍基因 ”p206位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的dna 序列。 廣泛分布于原核和真核細(xì)胞中。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)座因子可在dna 分子的許多位點(diǎn)插入及整合，不需要轉(zhuǎn)座子和目標(biāo)位點(diǎn)之間廣泛的同源性。轉(zhuǎn)座因子不能自主復(fù)制和獨(dú)立存在染色體外（有別于質(zhì)粒）。沒有像病毒那樣的生命循環(huán)周期而不同于噬菌體。典型轉(zhuǎn)座是復(fù)制型轉(zhuǎn)座，即轉(zhuǎn)座子的一個(gè)拷貝插入靶dna ，而轉(zhuǎn)座子本身卻留在染色體原來的位置。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和遺傳性質(zhì)，轉(zhuǎn)座因子可分為3 類：插入序列（ insertion sequence, is） ：只含轉(zhuǎn)座基因，可編碼特殊的酶和調(diào)節(jié)蛋白，而并

39、不賦予細(xì)菌任何表型特征。但其插入可干擾基因的正常讀碼序列，導(dǎo)致基因失活或引起突變。轉(zhuǎn)座子（ transposon, tn） ：除轉(zhuǎn)座基因外，還有抗藥性基因。能在同一細(xì)胞內(nèi)從一個(gè)質(zhì)粒移至另一個(gè)質(zhì)粒，也能從質(zhì)粒移到細(xì)胞染色體或前噬菌體上。分為復(fù)合轉(zhuǎn)座子和復(fù)雜轉(zhuǎn)座子mu 噬菌體：是以大腸桿菌為宿主的溫和性噬菌體。與其它溫和性噬菌體的差別：mu的基因組無論進(jìn)入裂解周期或處于溶源狀態(tài)均可整合到宿主染色體上，而且整合的部位是隨機(jī)的，即它同時(shí)具有溫和噬菌體和轉(zhuǎn)座因子的雙重功效。轉(zhuǎn)座的遺傳學(xué)效應(yīng)：引起突變；染色體畸變；阻斷翻譯或轉(zhuǎn)錄；打開或關(guān)閉基因；幫助f 因子插入，攜帶抗藥性基因質(zhì)粒既可作為攜帶抗性基因的轉(zhuǎn)

40、座子的來源，也可以作為轉(zhuǎn)座的靶。事實(shí)上， 多重抗藥性質(zhì)粒很可能是由于轉(zhuǎn)座子在單個(gè)質(zhì)粒上的積累而形成的。因?yàn)檗D(zhuǎn)座子也可以在質(zhì)粒和染色體之間移動(dòng)，所以抗藥性基因能夠在質(zhì)粒和染色體之間交換，導(dǎo)致抗藥性的進(jìn)一步傳播。7.2 物理誘變劑及其誘變機(jī)制紫外線， x-射線， 射線，快中子，超聲波等（1）紫外線誘變機(jī)制精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 13 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 13 頁，共 26 頁 - - - - - - - -

41、-大劑量導(dǎo)致菌體死亡，小劑量可引起突變。嘧啶比嘌呤對uv 的作用更敏感。可在同一條鏈或兩條鏈上形成胸腺嘧啶二聚體，前者是雙鏈的解開和復(fù)制受阻，后者破壞腺嘌呤的正常摻入和堿基正常配對，從而導(dǎo)致突變的發(fā)生。（2）紫外線照射的操作方法誘變箱，紫外燈（功率：15 w，照射距離： 30 cm,波長： 253.7 nm）（3）紫外誘變在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用8.誘變及化學(xué)致癌物質(zhì)的檢測 ames 試驗(yàn) p208 8.1 檢測原理：“ 生物化學(xué)統(tǒng)一性” 法則：人和細(xì)菌在dna 的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的dna ，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。誘變劑的共性原

42、則：化學(xué)藥劑對細(xì)菌的誘變率與其對動(dòng)物的致癌性成正比。超過 95%的致癌物質(zhì)對微生物有誘變作用；90%以上的非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用；8.2 ames 試驗(yàn)方法：具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(salmonella typhmurium )組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率（為了進(jìn)一步增加試驗(yàn)的敏感性，這些菌株的切除修復(fù)dna 的能力是缺陷的） ?；貜?fù)突變 (reverse mutation 或 back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變。用途：廣泛用于檢測環(huán)境和食品中是否存在化學(xué)致癌物。特點(diǎn)：快速、準(zhǔn)確、費(fèi)用廉價(jià)a

43、mes 檢驗(yàn)實(shí)例 : 9.dna 損傷的修復(fù)p209 自學(xué)教學(xué)難點(diǎn)及處理：1.基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性通過講解三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：變量實(shí)驗(yàn)、 涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)，證明證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應(yīng)關(guān)系。2.突變體的檢出方法重點(diǎn)講解每種突變體的特征及各種檢出方法的適應(yīng)范圍，通過二者的結(jié)合， 從而確定相應(yīng)突變體的檢出方案。3.艾姆斯試驗(yàn)為何能檢測致癌物質(zhì)分析物質(zhì)是否致癌的分子機(jī)制及生物界的統(tǒng)一性原則4.不同誘變劑誘變的分子機(jī)制精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 14 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可

44、選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 14 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -從化學(xué)的角度闡明，不同的物質(zhì)可以引起不同的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致 dna 的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。四、教學(xué)方法與手段：通過講解三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：變量實(shí)驗(yàn)、 涂布實(shí)驗(yàn)、 影印實(shí)驗(yàn)來證明基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性，讓同學(xué)們知道如何用實(shí)驗(yàn)去揭示理論，了解實(shí)踐對理論的重要性。通過艾姆斯試驗(yàn)，讓同學(xué)們了解微生物學(xué)理論對日常生活的意義，增加學(xué)習(xí)微生物學(xué)的興趣。講授與啟發(fā)性相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合、理論與日常生活相結(jié)合。五、板書設(shè)計(jì)第三節(jié)基因突變的規(guī)律及類型一、基因突變（gene mutatio

45、n） （簡稱突變）廣義上， 突變指細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。包括基因突變 （又稱點(diǎn)突變）和染色體畸變。狹義的突變專指基因突變（點(diǎn)突變）二、基因突變的特點(diǎn)（規(guī)律）（參見p199）三、實(shí)驗(yàn)證據(jù)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應(yīng)關(guān)系！四、基因突變的類型1按照發(fā)生突變的原因分類自發(fā)突變：自然發(fā)生的突變，頻率低（10-6-10-9） 。它是生物進(jìn)化的根源。誘變：某些物理、化學(xué)因素對生物體的dna 進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。2按照突變對遺傳物質(zhì)的影響程度分類（突變的機(jī)制）：3突變所引起的遺傳信息的改變分為三種同義突變：表型不發(fā)

46、生改變（密碼子是簡并的,如 cgu 變成 cgc，但都編碼精氨酸） ；錯(cuò)義突變：改變的密碼子編碼的氨基酸改變了；無意義突變：終止密碼子（uaa, uag, uga）4按照突變的表型分類：營養(yǎng)缺陷型抗性突變型選擇性突變株（能在選擇性培養(yǎng)基上或其它的選擇性條件下迅速選條件致死突變型出或鑒別出）形態(tài)突變型抗原突變型非選擇性突變株產(chǎn)量突變型5.突變體的檢出：（1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph） ：一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 15 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資

47、料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 15 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -維生素、堿基等）的突變型， 只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長特點(diǎn)： 在選擇培養(yǎng)基 （一般為基本培養(yǎng)基）上不生長負(fù)選擇標(biāo)記，突變株不能通過選擇平板直接獲得實(shí)驗(yàn)步驟見p 215 營養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫斜體字母表示：hisc（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母 c 同一表型中不同基因的突變）表型：同上，但第一個(gè)字母大寫，且不用斜體：hisc 在具體使用

48、時(shí)多用hisc-和 hisc+，分別表示缺陷型和野生型。（2）抗藥性突變型（resistant mutant） （參見p203）基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點(diǎn)：正選擇標(biāo)記（突變株可直接從抗性平板上獲得- 在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長。所以很容易分離得到。）表示方法：所抗藥物的前三個(gè)小寫斜體英文字母加上“r ”表示 strr和 strs分別表示對鏈霉素的抗性和敏感性（3）條件致死突變型（conditional lethal mutant ）203 在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用 t

49、s（temperaturesensitive）表示，這類突變在高溫下（如42）是致死的，但可以在低溫（如25-30）下得到這種突變。特點(diǎn)：負(fù)選擇標(biāo)記這類突變型常被用來分離生長繁殖必需的突變基因（4）形態(tài)突變型（morphological mutant ）造成形態(tài)改變的突變型特點(diǎn)：非選擇性突變，突變株和野生型菌株均可生長，但可從形態(tài)特征上進(jìn)行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選；菌落顏色變化；形成芽孢缺陷菌株（5）抗原突變型（6）產(chǎn)量突變型通過基因突變而引起的目標(biāo)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量發(fā)生變化的變異菌株，其在產(chǎn)量上高于或低于原始出發(fā)菌株。如果產(chǎn)量提高的突變株，被稱為“ 正突變 ” （plus-mutan

50、t） ，也稱為 “ 高產(chǎn)突變株 ”(high producing mutant)；如果產(chǎn)量低于出發(fā)菌株的突變株，則稱為“ 負(fù)突變 ”（minus-mutant ） 。（7）其它突變類型精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 16 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 16 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -第四節(jié)基因突變的機(jī)制一、基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變：自然發(fā)生的突變，頻率低（10-6-10-9） 。它是生物進(jìn)化的根

51、源。誘發(fā)突變：某些物理、化學(xué)因素對生物體的dna 進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。二、誘變劑及其誘變機(jī)制誘變劑（ mutagen） ：凡能提高基因突變頻率的因素統(tǒng)稱為誘變劑誘變劑的種類：物理誘變劑；化學(xué)誘變劑（一）化學(xué)誘變劑及其誘變機(jī)制引起堿基置換的誘變劑從遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)，將化學(xué)誘變劑分為：移碼突變誘變劑引起染色體畸變的誘變劑堿基類似物誘變劑與堿基起化學(xué)反應(yīng)的誘變劑從誘變劑本身的特點(diǎn)，將誘變劑分為：嵌入誘變劑輻射和熱生物誘變因子：轉(zhuǎn)座因子1引起堿基置換的誘變劑p205轉(zhuǎn)換 (主要 ) 直接顛換間接（1）直接引起置換的誘變劑（與堿基起化學(xué)反應(yīng)，改變堿基的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致錯(cuò)配）亞硝酸： g-

52、c a -t 轉(zhuǎn)換互變羥胺：只引起g-c a-t 轉(zhuǎn)換（專一性與c 起反應(yīng)）各種烷化劑：g-c a -t 互變（2）間接引起置換的誘變劑p204205 2移碼突變的誘變劑嵌入誘變劑p203 3引起染色體畸變的誘變劑烷化劑擬輻射誘變劑亞硝酸4轉(zhuǎn)座因子（transposable element）“ 又稱 “ 跳躍基因 ”p206位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的dna 序列。 廣泛分布于原核和真核細(xì)胞精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 17 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - -

53、- - - - - - - - - - - 第 17 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -中。特點(diǎn)：根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和遺傳性質(zhì)，轉(zhuǎn)座因子可分為3 類：插入序列（ insertion sequence, is） ：只含轉(zhuǎn)座基因，可編碼特殊的酶和調(diào)節(jié)蛋白，而并不賦予細(xì)菌任何表型特征。但其插入可干擾基因的正常讀碼序列，導(dǎo)致基因失活或引起突變。轉(zhuǎn)座子（ transposon, tn） ：除轉(zhuǎn)座基因外，還有抗藥性基因。能在同一細(xì)胞內(nèi)從一個(gè)質(zhì)粒移至另一個(gè)質(zhì)粒，也能從質(zhì)粒移到細(xì)胞染色體或前噬菌體上。分為復(fù)合轉(zhuǎn)座子和復(fù)雜轉(zhuǎn)座子mu 噬菌體：是以大腸桿菌為宿主的溫和性噬菌體。與其它溫和性噬菌體的差別

54、：mu的基因組無論進(jìn)入裂解周期或處于溶源狀態(tài)均可整合到宿主染色體上，而且整合的部位是隨機(jī)的，即它同時(shí)具有溫和噬菌體和轉(zhuǎn)座因子的雙重功效。轉(zhuǎn)座的遺傳學(xué)效應(yīng)：引起突變；染色體畸變；阻斷翻譯或轉(zhuǎn)錄；打開或關(guān)閉基因；幫助f 因子插入，攜帶抗藥性基因5、誘變及化學(xué)致癌物質(zhì)的檢測ames 試驗(yàn) p208 原理：“ 生物化學(xué)統(tǒng)一性” 法則誘變劑的共性原則：ames 試驗(yàn)具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(salmonella typhmurium )組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率（為了進(jìn)一步增加試驗(yàn)的敏感性，這些菌株的切除修復(fù)dna 的能力是缺陷的） ?；貜?fù)突變 (reverse mutation

55、或 back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變。實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：ames 試驗(yàn)的常規(guī)方法有斑點(diǎn)試驗(yàn)和平板摻入試驗(yàn)。用途：廣泛用于檢測環(huán)境和食品中是否存在化學(xué)致癌物。特點(diǎn)：快速、準(zhǔn)確、費(fèi)用廉價(jià)（二）物理誘變劑及其誘變機(jī)制紫外線， x-射線， 射線，快中子，超聲波等1紫外線（ uv ）p205 （1）誘變機(jī)制大劑量導(dǎo)致菌體死亡，小劑量可引起突變。嘧啶比嘌呤對uv 的作用更敏感?？稍谕粭l鏈或兩條鏈上形成胸腺嘧啶二聚體，前者是雙鏈的解開和復(fù)制受阻，后者破壞腺嘌呤的正常摻入和堿基正常配對，從而導(dǎo)致突變的發(fā)生。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p

56、d f - - - - - - - - - - - - - - 第 18 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 18 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -（2）紫外線照射的操作方法誘變箱，紫外燈（功率：15 w，照射距離： 30 cm,波長： 253.7 nm）實(shí)例：四、 dna 損傷的修復(fù)p209 自學(xué)六、思考題1.定義：基因突變，同義突變，錯(cuò)義突變，無意義突變，營養(yǎng)缺陷型，抗性突變型，條件致死突變型，轉(zhuǎn)座因子2. 營養(yǎng)缺陷型、抗性突變型、條件致死突變型菌株的篩選方法3.

57、 ames 試驗(yàn)的原理與方法4. 紫外線誘變育種的原理與方法精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 19 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 19 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -第二十一授課單元一、教學(xué)目的：1.了解誘變育種的幾個(gè)原則2.理解誘變育種的定義與環(huán)節(jié)3.掌握誘變育種的一般過程及營養(yǎng)缺陷性和抗性突變型的篩選方法。4.掌握基本培養(yǎng)基、完全培養(yǎng)基、補(bǔ)充培養(yǎng)基及野生型、原養(yǎng)型和營養(yǎng)缺陷型的定義二、教學(xué)內(nèi)容：第五

58、節(jié)：微生物的誘變育種1. 誘變育種的幾個(gè)原則2. 誘變育種的一般過程3. 幾種重要突變株的篩選方法三、 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及處理重點(diǎn)：1.誘變育種及其主要環(huán)節(jié)定義： 指利用物理或化學(xué)誘變劑處理微生物群體細(xì)胞，促進(jìn)其突變率顯著提高，然后設(shè)法從中選取少數(shù)符合育種目的的突變株。2 個(gè)主要環(huán)節(jié)：誘變（隨機(jī)） ：選用合適的誘變劑和誘變劑量處理大量均勻、分散的微生物細(xì)胞，以引起絕大多數(shù)細(xì)胞致死的同時(shí)，使存活個(gè)體中的突變頻率大大提高。篩選（定向） ：設(shè)計(jì)有效的篩選方法，將少量正變株中的優(yōu)良菌株挑選出來。工業(yè)微生物育種過程分為三個(gè)階段：（1）菌種基因型改變；（2）篩選菌種，確認(rèn)并分離出具有目的基因型或表型的變異株

59、；（3）產(chǎn)量評估，全面考察此變異株在工業(yè)化生產(chǎn)上的接受性。誘變育種的目的：高產(chǎn)菌株；抗性突變株；營養(yǎng)缺陷型突變株2.誘變育種的基本原則：?選擇簡便有效的誘變劑；?挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株；精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 20 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 20 頁，共 26 頁 - - - - - - - - -?處理單細(xì)胞或單孢子懸液；?選用最適的誘變劑量；?充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)；?利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)

60、；?設(shè)計(jì)高效篩選方案；?創(chuàng)造新型篩選方法；3.誘變育種的程序出發(fā)菌株（純化）前培養(yǎng)（cm ，培養(yǎng)至對數(shù)期）菌懸液制備 活菌計(jì)數(shù)誘變預(yù)備實(shí)驗(yàn)（劑量存活率曲線） 誘變處理（相對殺菌率為70-75%，30-70%） 活菌計(jì)數(shù)中間培養(yǎng)（ cm，培養(yǎng)過夜，克服表型延遲） 突變株分離初篩復(fù)篩產(chǎn)性能試驗(yàn) 菌種（鑒定與）保藏3.1 出發(fā)菌株（ original strain ）3.1.1 出發(fā)菌株的選擇標(biāo)準(zhǔn)：?具有有利性狀（如高產(chǎn)、生長速度快、營養(yǎng)要求粗放、標(biāo)記明顯等）；?對誘變劑敏感3.1.2 出發(fā)菌株的來源：?野生型菌株；?從生產(chǎn)中選育的自發(fā)突變菌株；?誘變獲得的高產(chǎn)菌株（不一定是產(chǎn)量繼續(xù)提高潛力最大的菌