微生物的遺傳和變異和菌種保藏課件

1、第七章 微生物的遺傳和變異和菌種保藏黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程遺傳和變異是生物界最基本的屬性。遺傳：微生物在繁殖延續(xù)后代的過(guò)程中，親代與子代之間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生態(tài)、生理生化特性等方面具有一定的相似性，稱為微生物的遺傳。變異：在微生物繁殖過(guò)程中，在世代之間、同代個(gè)體之間存在差異的現(xiàn)象，稱為變異。兩者的關(guān)系：遺傳是相對(duì)的，變異是絕對(duì)的，遺傳中有變異，變異中有遺傳，遺傳和變異的辨證關(guān)系使微生物不斷進(jìn)化。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程7.1 微生物的遺傳遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)：遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸，通過(guò)以下三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)加以證明 7.1.1經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 7

2、.1.2噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 7.1.3植物病毒的重建實(shí)驗(yàn) 黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程7.1.1經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 1.1928年，F(xiàn).Griffith 最早進(jìn)行的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，以“肺炎鏈球菌”作為研究對(duì)象，做如下三組實(shí)驗(yàn)： 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)； 細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)； S型的無(wú)細(xì)胞抽提液實(shí)驗(yàn) 分析：加熱殺死的S型細(xì)菌，在其細(xì)胞內(nèi)可能存在一種具有遺傳轉(zhuǎn)化能力的物質(zhì)，他能通過(guò)某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞，并使R型細(xì)胞獲得表達(dá)S型莢膜性狀的遺傳特性。2.1944年，O.T.Avery 、C.M.Macleod和 M.McCady轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)分析：S型細(xì)菌的DNA能將肺炎鏈球菌的R型轉(zhuǎn)化為S型。而DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效

3、率也越高，只取純DNA的610-8的量時(shí)，仍有轉(zhuǎn)化能力。這說(shuō)明，S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的是以DNA為基礎(chǔ)的遺傳因子。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程7.1.2噬菌體感染實(shí)驗(yàn)1952年，A.D.Hershey和M.Chase 噬菌體感染實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：首先，他們將E.coli培養(yǎng)在以放射性32PO43-或35SO42-作為磷源或硫源的組合培養(yǎng)基中。結(jié)果獲得含32P-DNA（噬菌體核心）的噬菌體或含35S-Pr體外殼的兩種實(shí)驗(yàn)用噬菌體。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：在其DNA中，含有包括合成蛋白質(zhì)外殼在內(nèi)的整套遺傳信息。 黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程真核生物核原核生物染色體

4、的主要區(qū)別有：（1）真核生物的染色體主要由DNA、組蛋白組成，原核生物的染色體是單純的DNA或RNA；（2）真核生物的染色體不止一個(gè)，而原核生物的染色體往往只有一個(gè)（3）真核生物的染色體為核膜所包被，原核生物的染色體外沒(méi)有膜包被。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程2.質(zhì)粒 質(zhì)粒是原核生物（細(xì)菌、放線菌）的染色體外的遺傳物質(zhì)。它與遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移、耐藥性及抗生素等有密切的關(guān)系。例如：F質(zhì)粒（F因子）。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制DNA具有不同于生物體內(nèi)其他物質(zhì)的獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，DNA分子結(jié)構(gòu)的變化，是導(dǎo)致生物多樣性的內(nèi)在原因。（一）D

5、NA的結(jié)構(gòu)1.DNA的化學(xué)組成 核酸有兩種，即脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），它們都是由核苷酸聚合而成的大分子化合物。2.DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程（二）DNA的復(fù)制DNA是生物遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)，DNA分子上儲(chǔ)存著全部的遺傳信息，生物遺傳性就是由DNA分子中堿基對(duì)的數(shù)目和排列順序所決定的。為了確保子代與親代的遺傳性狀不變，必須將親代DNA分子上的遺傳信息原樣地傳給子代，即在母代細(xì)胞中DNA堿基對(duì)地?cái)?shù)目和排列順序必須準(zhǔn)確地被復(fù)制，傳遞到子代細(xì)胞中去。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程7.2.1基因和基因?qū)W說(shuō) 1.基因：基

6、因是一段具有特定功能和結(jié)構(gòu)的DNA片段，是編碼蛋白質(zhì)或RNA分子遺傳信息的基本遺傳單位。概念的理解：基因是一個(gè)含有特定遺傳信息的核苷酸（DNA）序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。2.基因?qū)W說(shuō)：即基因是組成染色體的遺傳單位，他能控制遺傳性狀的發(fā)育，也是突變、重組、交換的基本單位。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程第二節(jié) 微生物的變異一、微生物突變體的主要種類 微生物突變的類型很多，按突變體的表型，可分為以下幾種主要類型。（一）形態(tài)突變型 形態(tài)突變型是指微生物發(fā)生了可見(jiàn)的細(xì)胞形態(tài)變化或菌落形態(tài)改變的突變型。（二）生化突變型1.營(yíng)養(yǎng)缺陷型2.抗性突變型3.發(fā)酵突變型4.毒力突變型5.

7、產(chǎn)量突變型黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程（三）條件致死突變型 條件致死突變型是指在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下卻不表現(xiàn)致死效應(yīng)的突變型。如某些突變體的大腸桿菌在40或在43 時(shí)不能生長(zhǎng)，而在37 則可以生長(zhǎng)。（四）致死突變型 致死突變型是指由于突變而喪失生活力造成個(gè)體死亡的突變型。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程三、基因突變與誘變育種1.基因突變 2.突變的類型 3.突變率 4.基因突變的特點(diǎn) 5.基因突變的機(jī)制黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程1.基因突變 基因突變簡(jiǎn)稱突變，是變異的一類，泛指細(xì)胞內(nèi)（或病毒顆粒內(nèi)）遺傳物質(zhì)

8、的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化，可自發(fā)或誘導(dǎo)產(chǎn)生。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程1.基因突變的特點(diǎn) 自發(fā)性 在無(wú)人為誘發(fā)因素的情況下，各種遺傳性狀的改變可以自發(fā)地產(chǎn)生。不對(duì)應(yīng)性指突變性狀（如抗青霉素）與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，稀有性 自發(fā)突變不可避免，但突變的頻率極低。獨(dú)立性 各種性狀彼此間獨(dú)立可誘導(dǎo)性通過(guò)物理、化學(xué)誘發(fā)，提高突變率穩(wěn)定性 突變后新的遺傳性狀是穩(wěn)定的 可逆性 實(shí)驗(yàn)證明，任何突變既可能正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變，頻率基本相同。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程2.基因突變的機(jī)制 誘發(fā)突變：簡(jiǎn)稱誘變，是指通過(guò)人為的方法，利用物

9、理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率的手段。 堿基的置換；移碼突變；染色體畸變。 自發(fā)突變：指生物體在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變。形成原因：背景輻射和環(huán)境因素的誘變；微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變；又DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起。 紫外線（UV）對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)光復(fù)活作用；切除修復(fù)；重組修復(fù)作用；緊急呼救（SOS）修復(fù)。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程（二）誘變育種根據(jù)微生物基因突變的理論，通過(guò)人工方法采用物理、化學(xué)和生物因素。處理微生物，使其發(fā)生改變，然后從中篩選出符合需要的優(yōu)良突變菌株，供生產(chǎn)和科學(xué)研究使用的菌種選育過(guò)程?；蛑亟M和雜交育種黑龍江生物

10、科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程7.3 基因重組 概念：又稱為遺傳傳遞，是指遺傳物質(zhì)從一個(gè)微生物細(xì)胞向另一個(gè)微生物細(xì)胞傳遞而達(dá)到基因的改變，形成新遺傳型個(gè)體的過(guò)程。將外源重組體（DNA）分子導(dǎo)入受體細(xì)胞的途徑主要有：轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)兩種。雜交 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)導(dǎo) 噬菌體轉(zhuǎn)變?cè)|(zhì)體融合黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程7.3.2轉(zhuǎn)化 概念：受體菌直接吸收了來(lái)自供體菌的DNA片段，通過(guò)交換，把它整合到自己的基因組中，再經(jīng)過(guò)復(fù)制使自己變成一個(gè)轉(zhuǎn)化子。這種受體菌接受供體菌的DNA片段而獲得部分新的遺傳性狀的現(xiàn)象，就稱為轉(zhuǎn)化。條件：能進(jìn)行轉(zhuǎn)化的受體細(xì)胞必須處于感受態(tài)。轉(zhuǎn)化過(guò)程的幾個(gè)階段：

11、雙鏈DNA片段與感受態(tài)細(xì)胞表面的特定位點(diǎn)的結(jié)合；在吸附位點(diǎn)上的DNA片段被核酸內(nèi)切酶水解，形成質(zhì)量平均的DNA片段；DNA雙鏈中的一條鏈被膜上的另一種核酸酶切除，另一條單鏈進(jìn)入細(xì)胞；供體的單鏈DNA片段與受體細(xì)胞核染色體組上的同源區(qū)段配對(duì)；受體染色體組進(jìn)行復(fù)制，雜合區(qū)段分離成兩個(gè)，一個(gè)獲得了供體菌的轉(zhuǎn)化基因形成轉(zhuǎn)化子，另一個(gè)未獲轉(zhuǎn)化基因。黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程7.3.3轉(zhuǎn)導(dǎo) 概念：通過(guò)完全缺陷或部分缺陷噬菌體作為媒介，把供體細(xì)胞的DNA小片段攜帶到受體細(xì)胞中，交換整合，從而使受體細(xì)胞獲得供體細(xì)胞的部分遺傳性狀的現(xiàn)象。1952年，J.Lederberg 等在鼠傷寒沙

12、門氏菌中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象在自然界中普遍存在，目前所知道的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象有多種。1.普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過(guò)完全缺陷噬菌體對(duì)任何DNA小片段的“誤包”，而實(shí)現(xiàn)其遺傳性狀傳遞至受體菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，稱為普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。包括完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)兩種2.局限轉(zhuǎn)導(dǎo)：指通過(guò)部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中，并獲得表達(dá)的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，稱為局限轉(zhuǎn)導(dǎo)。包括低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（LFT）和高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（HFT）兩種黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程第三節(jié) 菌種保藏與復(fù)壯一、菌種保存（一）保存目的：保持菌種原有的性狀和生活能力，不發(fā)生變異，不被其他雜菌污染，不死亡，以便能夠很好地研究和利用微生物。（二）保存原理：根據(jù)微生物的生理、生化特性、創(chuàng)造條件（低溫、干燥、缺氧等）使其代謝處于不活潑的休眠體（分生孢子或芽孢）狀態(tài)，生長(zhǎng)繁殖受到抑制，從而減低菌種的變異率。（三）保存方法：1.低溫保存法：4，196150 （超低溫）2.隔絕空氣保存法：液體石蠟保存法，橡皮塞密封保存法。3.干燥保存法：砂土管保存法，真空冷凍干燥法，麩皮保存法，寄主保存法（活體保存法，病原菌，病毒）黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院生物制藥技術(shù)專業(yè)微生物精品課程二、菌種的衰退與復(fù)壯（一