青島科技大學(xué)環(huán)境微生物4第四章-微生物的遺傳與變異課件

第四章微生物的遺傳與變異4.1微生物的遺傳4.2微生物的變異4.3微生物基因重組4.4人工構(gòu)建新菌株4.5菌種的衰退、復(fù)壯與保藏第四章微生物的遺傳與變異4.1微生物的遺傳14.1微生物的遺傳遺傳的概念營養(yǎng)類型和環(huán)境條件傳給后代。遺傳的保守性：遺傳不可改變的一面。遺傳的變異性：環(huán)境遷移，產(chǎn)生適應(yīng)新環(huán)境的酶，適應(yīng)新環(huán)境4.1微生物的遺傳遺傳的概念2遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA格里菲斯實驗遺傳物質(zhì)在微生物中的存在染色體：所有微生物DNA的主要存在形式細胞器：真核微生物質(zhì)粒遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)34.2微生物的變異微生物的變異與基因突變變異：非遺傳性變異未改變微生物的DNA變異可逆遺傳性變異DNA發(fā)生改變變異不可逆相對穩(wěn)定的遺傳下來基因突變：生物細胞遺傳物質(zhì)DNA分子結(jié)構(gòu)突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。4.2微生物的變異微生物的變異與基因突變4發(fā)生隨機性，結(jié)果無定向性頻率稀有性，可誘變性可逆性穩(wěn)定性基因突變的特點發(fā)生隨機性，結(jié)果無定向性基因突變的特點5Luria等的變量試驗Newcombe的涂布試驗J.Lederberg等設(shè)計的平板影印培養(yǎng)法Luria等的變量試驗Newcombe的涂布試驗J.Le64.2微生物的變異突變類型按突變導(dǎo)致的表型改變分為：形態(tài)突變型、生化突變型、致死突變型和條件致死突變型按突變的條件和原因劃分自發(fā)突變：在自然條件發(fā)生的。誘發(fā)突變：利用誘變劑引起的基因突變。。4.2微生物的變異突變類型7物理誘變利用物理因素化學(xué)誘變利用化學(xué)物質(zhì)復(fù)合處理及協(xié)同效應(yīng)物理化學(xué)誘發(fā)突變物理誘變誘發(fā)突變84.3微生物基因重組4.3.1概念：兩個不同性狀的個體細胞的DNA融合，使基因重新組合，從而發(fā)生遺傳變異產(chǎn)生新品種。4.3.2原核微生物的基因重組細菌接合轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)化原生質(zhì)體融合（4.4中介紹）4.3微生物基因重組4.3.1概念：兩個不同性狀的個體細胞的9接合

（合作）

細菌有性生殖接合：是細菌通過性菌毛將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。接合（合作）細菌有性生殖接合：是細菌通過性菌毛將遺傳物質(zhì)10轉(zhuǎn)導(dǎo)是1951年辛德爾(Zinder)和萊德貝爾格(1Jederberg)在研究鼠沙門氏傷寒桿菌重組時發(fā)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)導(dǎo)是以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)導(dǎo)是1951年辛德爾(Zinder)和萊德貝爾格(11LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成組氨酸（A-）的沙門氏傷寒桿菌

指導(dǎo)色氨酸合成的基因超微燒結(jié)玻璃板細菌不能通過，噬菌體可以通過轉(zhuǎn)導(dǎo)能合成色氨酸間諜侵入、重組“轉(zhuǎn)移、導(dǎo)手”LA-22是

合成色氨酸（B-）但能合成組氨酸（A+）的沙門氏傷寒桿菌一些細胞中含有繁殖速度較慢的溫和噬菌體P-22不能LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸12轉(zhuǎn)化Transformation（引進）轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國的細菌學(xué)家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的,，被命名為格里菲斯實驗（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗之一）。供體菌受體菌DNA片段轉(zhuǎn)化Transformation（引進）轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年13老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ

肺炎雙球菌

無毒

殺死

殺死

轉(zhuǎn)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細胞混合注射加熱殺死后的破碎細胞格里菲斯實驗無毒注射注射？？老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ141944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，在離體條件下進行了轉(zhuǎn)化試驗：只有S型細菌的DNA才能將S.Pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。M15轉(zhuǎn)化過程（革蘭氏陽性菌的轉(zhuǎn)化模型）轉(zhuǎn)化過程（革蘭氏陽性菌的轉(zhuǎn)化模型）16轉(zhuǎn)化過程的特點：a）對核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供體細胞；c）轉(zhuǎn)化效率取決于轉(zhuǎn)化菌株之間的親源關(guān)系；d）通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多轉(zhuǎn)化過程的特點：174.3微生物基因重組4.3.3真核微生物的基因重組有性雜交準性生殖菌絲聯(lián)結(jié)形成異核體核融合體細胞交換酵母菌染色體外的DNA重組4.3微生物基因重組4.3.3真核微生物的基因重組18有性雜交細胞（＋）細胞（－）有性接合染色體重組新遺傳型能產(chǎn)生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以進行有性雜交有性雜交細胞（＋）有性接合染色體重組19準性雜交細胞（＋）細胞（＋）準性接合基因重組新遺傳型菌絲聯(lián)結(jié)質(zhì)配核配有絲分裂交換單倍體雜合子在半知菌類中最為常見半知菌的準性生殖準性雜交細胞（＋）準性接合基因重組20酵母菌染色體外的DNA重組2μm質(zhì)粒線粒體DNA酵母菌染色體外的DNA重組214.4人工構(gòu)建新菌株4.4.1誘變育種-誘變育種的原則-誘變方法4.4人工構(gòu)建新菌株4.4.1誘變育種221.誘變育種的原則（1）使用簡便有效的誘變劑誘變劑物理因素化學(xué)因素紫外線激光離子束X射線r射線快中子烷化劑堿基類似物吖啶化合物1.誘變育種的原則誘變劑物理因素化學(xué)因素紫外線烷化劑23（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株（3）處理單細胞或單孢子懸浮液（4）使用最佳誘變劑量劑量=強度（濃度）×作用時間相對劑量=殺菌率（5）利用協(xié)同效應(yīng)（6）變異菌株的篩選（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株24常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、烷化劑、亞硝酸、卟啶染料等。誘變的步驟Ⅰ.制出發(fā)菌株的單細菌懸浮液Ⅱ.選擇合適的誘變劑劑量進行誘變Ⅲ.篩選突變出的高效菌

2.誘變方法常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、烷化劑、亞硝酸、卟啶染料25突變株的篩選方法誘變檢出營養(yǎng)缺陷型淘汰野生型鑒定營養(yǎng)缺陷型富集培養(yǎng)（抗生素法）（菌絲過濾法）逐個檢出法影印平板法生長譜法突變株的篩選方法誘變檢出營養(yǎng)缺陷型淘汰野生型鑒定營養(yǎng)缺陷型富26誘變正變率多數(shù)未變少數(shù)突變多數(shù)負變少數(shù)正變多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大“高產(chǎn)率”多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)“投產(chǎn)率”可計算：出發(fā)菌株

絕大多數(shù)個體死亡少數(shù)存活存活率突變率誘變正變率多數(shù)未變少數(shù)突變多數(shù)負變少數(shù)正變多數(shù)幅度小少27通常生產(chǎn)上更多利用的是誘導(dǎo)法。通過馴化，能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的菌株被保留下來，且能力逐步提高。通常生產(chǎn)上更多利用的是誘導(dǎo)法。284.4人工構(gòu)建新菌株4.4.2原生質(zhì)體融合概念：通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩細胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進而發(fā)生遺傳重組以產(chǎn)生同時帶有雙親性狀的、遺傳性穩(wěn)定的融合子的過程，稱為原生質(zhì)體融合。4.4人工構(gòu)建新菌株4.4.2原生質(zhì)體融合29青島科技大學(xué)環(huán)境微生物4第四章--微生物的遺傳與變異課件30原生質(zhì)體融合的優(yōu)點：可以提高重組率遺傳物質(zhì)的傳遞更為完整重組體種類較多

有利于不同種間、屬間微生物的雜交通過原生質(zhì)體融合提高產(chǎn)量原生質(zhì)體融合的優(yōu)點：31微生物原生質(zhì)體融合的過程①標記菌株的篩選；②原生質(zhì)體的制備；③原生質(zhì)體的融合；④融合子的選擇；⑤原生質(zhì)體的再生；⑥實用性菌株的篩選。

微生物原生質(zhì)體融合的過程①標記菌株的篩選；32選擇親株

選擇遺傳性狀穩(wěn)定且具有優(yōu)勢互補的兩個親株帶有可以識別的遺傳標記，如營養(yǎng)缺陷型或抗藥性等原生質(zhì)體制備

去除細胞壁是制備原生質(zhì)體的關(guān)鍵

選擇親株選擇遺傳性狀穩(wěn)定且具有優(yōu)勢互補的兩個親株帶有可33原生質(zhì)體融合聚乙二醇（PEG）能有效地促進原生質(zhì)體融合一般PEG的使用濃度范圍在25-40%采用電融合儀：在高頻電場下，用直流電穿孔來進行融合原生質(zhì)體再生使原生質(zhì)體重新長出細胞壁，恢復(fù)完整的細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)原生質(zhì)體融合聚乙二醇（PEG）能有效地促進原生質(zhì)體融合采用34不同微生物的原生質(zhì)體的最適再生條件不同，最重要的一個共同點是都需要高滲透壓再生率

細菌為3-10%真菌在20-80%

融合重組子的篩選通過兩親株遺傳標記的互補而得以識別兩親株的遺傳標記分別為營養(yǎng)缺陷型A+B-和A-B+，融合重組子應(yīng)是A+B+或A-B-不同微生物的原生質(zhì)體的最適再生條件不同，最重要的一個共同點是35重組子的檢出方法有兩種：

直接法

將融合液涂布在不補充親株生長需要的生長因子的高滲再生培養(yǎng)基平板上，直接篩選出原養(yǎng)型重組子

間接法

把融合液涂布在營養(yǎng)豐富的高滲再生平板上，使親株和重組子都再生成菌落，然后用影印法將它們復(fù)制到選擇培養(yǎng)基上檢出重組子。重組子的檢出方法有兩種：直接法將融合液涂布在不補充親株生36青島科技大學(xué)環(huán)境微生物4第四章--微生物的遺傳與變異課件374.4人工構(gòu)建新菌株基因工程概念：在基因水平上的遺傳工程，供體DNA切割后，與載體連接，導(dǎo)入某一受體細胞中，獲得新品種。

體外切割導(dǎo)入遺傳物質(zhì)基因片段受體細胞4.4人工構(gòu)建新菌株基因工程38獲得目的基因選擇基因載體體外重組外源基因?qū)耄毦?、植物、動物、基因槍）篩選和鑒定應(yīng)用基因工程的基本操作獲得目的基因基因工程的基本操作39在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細菌質(zhì)粒載體（具有抗性基因）如抵抗青霉素長出必然是重組成功的細菌外源基因片段詳見《生物化學(xué)》有關(guān)章節(jié)在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細菌質(zhì)粒載體（具有抗性40對特殊基因進行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級細菌”++對特殊基因進行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級細菌”++41Ⅰ.降解石油的工程細菌查氏將能降解脂(含質(zhì)粒A)的一種假單胞菌作受體細菌，分別將能降解芳烴(質(zhì)粒B)、芳烴(質(zhì)粒C)和多環(huán)芳烴(質(zhì)粒D)的質(zhì)粒，用遺傳工程方法人工轉(zhuǎn)入受體細菌，獲得多質(zhì)?！俺壖毦?，可除去原油中2／3的烴。浮油在一般條件下降解需一年以上時間，用“超級細菌”只需幾小時即可把浮油去除，速度快效率高?；蚬こ痰膽?yīng)用Ⅰ.降解石油的工程細菌基因工程的應(yīng)用42Ⅱ.耐汞工程菌惡臭假單胞菌一般在超過2ug／ml汞濃度中即將中毒死，查克拉巴蒂用質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)，把嗜油假單胞菌的耐汞質(zhì)粒(MER質(zhì)粒)轉(zhuǎn)移到惡臭假單胞菌中去，后者獲得MER質(zhì)粒，可在50~70ug／ml氯化汞中生長。Ⅲ．脫色工程菌的構(gòu)建將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的偏號Kx和Kd兩株假單胞菌通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。Ⅱ.耐汞工程菌434.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯-衰退（degeneration）：在微生物的生長過程中，由于變異的存在，使原有的優(yōu)良性狀發(fā)生負變，即菌種的衰退。4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯44復(fù)壯(rejuvenation)：狹義從衰退的群體中找出未衰退的個體，以達到恢復(fù)該菌原有典型性狀的措施；廣義是指在菌種未衰退前就有意識進行純種的分離和生產(chǎn)性能測定工作，以期菌種的生產(chǎn)性能逐步提高。復(fù)壯(rejuvenation)：狹義從衰退的群體中找出未衰454.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因：大量群體中的自發(fā)突變純菌種不純菌種突變個體原始個體衰退菌種4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因464.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯防止衰退的措施減少傳代次數(shù)；創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；利用單核體傳代經(jīng)常進行純種分離，并對相應(yīng)的性狀指標進行檢查；采用有效的菌種保藏方法；4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯474.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯菌種的復(fù)壯純種分離

通過寄主體進行復(fù)壯

淘汰已衰退的個體

4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯484.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種保藏目的：在一定時間內(nèi)使菌種不死、不變、不亂，以供研究、生產(chǎn)、交換之用基本原則：挑選典型菌種的優(yōu)良純種盡量使用分生孢子、芽孢等休眠體創(chuàng)造有利于休眠的保藏環(huán)境（如干燥、低溫）盡可能多的采用不同的手段保藏一些比較重要的微生物菌株

4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種保藏494.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種保藏基本方法培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)（斜面、平板）寄主傳代培養(yǎng)真空冷凍干燥法沙土管干燥生活態(tài)休眠態(tài)石蠟油封藏法

低溫（液氮、低溫冰箱）

4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種保藏基本方法培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)（50幾種常用菌種保藏方法的比較幾種常用菌種保藏方法的比較51思考題基因突變的特點是什么？簡述原核微生物基因重組的機理？人工構(gòu)建新菌株的方法有哪些？菌種衰退和復(fù)壯的概念是什么？菌種的保存方法有哪些？思考題基因突變的特點是什么？52冷凍干燥保藏法和液氮保藏法冷凍干燥保藏法和液氮保藏法53影印試驗(replicaplating)影印試驗(replicaplating)54（六）紫外線對DNA的損傷及其修復(fù)嘧啶嘧啶二聚體UV1、光復(fù)活作用嘧啶二聚體嘧啶光解酶（六）紫外線對DNA的損傷及其修復(fù)嘧啶嘧啶二聚體UV1、光復(fù)55青島科技大學(xué)環(huán)境微生物4第四章--微生物的遺傳與變異課件56二、不同對象的細胞工程（一）微生物細胞工程1、定義：微生物細胞工程應(yīng)用微生物進行細胞水平的研究與生產(chǎn)，具體內(nèi)容包括各種微生物細胞的培養(yǎng)、遺傳性狀的改造、微生物細胞的直接利用或獲得細胞代謝產(chǎn)物等。2、細胞融合基本過程原生質(zhì)體的制備→融合重組→原生質(zhì)體再生成細胞→融合重組的測定二、不同對象的細胞工程（一）微生物細胞工程57（1）原生質(zhì)體的制備酶解法質(zhì)生質(zhì)體的形成率＝原生質(zhì)體數(shù)/未經(jīng)酶處理的總菌數(shù)。①革蘭氏陽性菌：溶菌酶，肽聚糖中N－乙酰胞壁酸與N－乙酰葡萄糖胺之間的β－1,4－糖苷鍵

②革蘭氏陰性菌：溶菌酶+(數(shù)分鐘后）0.1mol/L的EDTA共同作用15－20min，則可使90%以上的革蘭氏陰性菌轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┘毎诤嫌玫那驙铙w。③真核細胞：消解酶、蝸牛酶、纖維素酶、幾丁質(zhì)酶等處理，原生質(zhì)體得率在90%以上。二、不同對象的細胞工程（1）原生質(zhì)體的制備二、不同對象的細胞工程58注意：原生質(zhì)體制備后必須用滲透壓穩(wěn)定劑維持其穩(wěn)定性。（2）融合重組p146圖4－6注意：原生質(zhì)體融合重組作為基因聲稱的一種有效方法，需經(jīng)歷三個主要階段：細胞融合形成異核體、不同核融合產(chǎn)生二倍體、融合核交換和重組生成重組體（3）原生質(zhì)體再生成細胞

二、不同對象的細胞工程注意：原生質(zhì)體制備后必須用滲透壓穩(wěn)定劑維持其穩(wěn)定性。二、不59置于高滲再手固體培養(yǎng)基中。再生頻率＝（原生質(zhì)體再生細胞數(shù)/總菌落數(shù)）×100%(主要是利用原生質(zhì)體對滲透壓的敏感性）（4）融合重組的測定

①直接法：不補充兩親株生長所需營養(yǎng)物或補充兩種藥物

②間接法:親株和重組子都再生，然后用影印法復(fù)制到選擇培養(yǎng)基上以檢出重組子。融合頻率＝融合子數(shù)/再生的原生質(zhì)體數(shù)二、不同對象的細胞工程置于高滲再手固體培養(yǎng)基中。二、不同對象的細胞工程60第四章微生物的遺傳與變異4.1微生物的遺傳4.2微生物的變異4.3微生物基因重組4.4人工構(gòu)建新菌株4.5菌種的衰退、復(fù)壯與保藏第四章微生物的遺傳與變異4.1微生物的遺傳614.1微生物的遺傳遺傳的概念營養(yǎng)類型和環(huán)境條件傳給后代。遺傳的保守性：遺傳不可改變的一面。遺傳的變異性：環(huán)境遷移，產(chǎn)生適應(yīng)新環(huán)境的酶，適應(yīng)新環(huán)境4.1微生物的遺傳遺傳的概念62遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA格里菲斯實驗遺傳物質(zhì)在微生物中的存在染色體：所有微生物DNA的主要存在形式細胞器：真核微生物質(zhì)粒遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)634.2微生物的變異微生物的變異與基因突變變異：非遺傳性變異未改變微生物的DNA變異可逆遺傳性變異DNA發(fā)生改變變異不可逆相對穩(wěn)定的遺傳下來基因突變：生物細胞遺傳物質(zhì)DNA分子結(jié)構(gòu)突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。4.2微生物的變異微生物的變異與基因突變64發(fā)生隨機性，結(jié)果無定向性頻率稀有性，可誘變性可逆性穩(wěn)定性基因突變的特點發(fā)生隨機性，結(jié)果無定向性基因突變的特點65Luria等的變量試驗Newcombe的涂布試驗J.Lederberg等設(shè)計的平板影印培養(yǎng)法Luria等的變量試驗Newcombe的涂布試驗J.Le664.2微生物的變異突變類型按突變導(dǎo)致的表型改變分為：形態(tài)突變型、生化突變型、致死突變型和條件致死突變型按突變的條件和原因劃分自發(fā)突變：在自然條件發(fā)生的。誘發(fā)突變：利用誘變劑引起的基因突變。。4.2微生物的變異突變類型67物理誘變利用物理因素化學(xué)誘變利用化學(xué)物質(zhì)復(fù)合處理及協(xié)同效應(yīng)物理化學(xué)誘發(fā)突變物理誘變誘發(fā)突變684.3微生物基因重組4.3.1概念：兩個不同性狀的個體細胞的DNA融合，使基因重新組合，從而發(fā)生遺傳變異產(chǎn)生新品種。4.3.2原核微生物的基因重組細菌接合轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)化原生質(zhì)體融合（4.4中介紹）4.3微生物基因重組4.3.1概念：兩個不同性狀的個體細胞的69接合

（合作）

細菌有性生殖接合：是細菌通過性菌毛將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。接合（合作）細菌有性生殖接合：是細菌通過性菌毛將遺傳物質(zhì)70轉(zhuǎn)導(dǎo)是1951年辛德爾(Zinder)和萊德貝爾格(1Jederberg)在研究鼠沙門氏傷寒桿菌重組時發(fā)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)導(dǎo)是以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)導(dǎo)是1951年辛德爾(Zinder)和萊德貝爾格(71LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成組氨酸（A-）的沙門氏傷寒桿菌

指導(dǎo)色氨酸合成的基因超微燒結(jié)玻璃板細菌不能通過，噬菌體可以通過轉(zhuǎn)導(dǎo)能合成色氨酸間諜侵入、重組“轉(zhuǎn)移、導(dǎo)手”LA-22是

合成色氨酸（B-）但能合成組氨酸（A+）的沙門氏傷寒桿菌一些細胞中含有繁殖速度較慢的溫和噬菌體P-22不能LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸72轉(zhuǎn)化Transformation（引進）轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國的細菌學(xué)家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的,，被命名為格里菲斯實驗（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗之一）。供體菌受體菌DNA片段轉(zhuǎn)化Transformation（引進）轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年73老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ

肺炎雙球菌

無毒

殺死

殺死

轉(zhuǎn)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細胞混合注射加熱殺死后的破碎細胞格里菲斯實驗無毒注射注射？？老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ741944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，在離體條件下進行了轉(zhuǎn)化試驗：只有S型細菌的DNA才能將S.Pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。M75轉(zhuǎn)化過程（革蘭氏陽性菌的轉(zhuǎn)化模型）轉(zhuǎn)化過程（革蘭氏陽性菌的轉(zhuǎn)化模型）76轉(zhuǎn)化過程的特點：a）對核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供體細胞；c）轉(zhuǎn)化效率取決于轉(zhuǎn)化菌株之間的親源關(guān)系；d）通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多轉(zhuǎn)化過程的特點：774.3微生物基因重組4.3.3真核微生物的基因重組有性雜交準性生殖菌絲聯(lián)結(jié)形成異核體核融合體細胞交換酵母菌染色體外的DNA重組4.3微生物基因重組4.3.3真核微生物的基因重組78有性雜交細胞（＋）細胞（－）有性接合染色體重組新遺傳型能產(chǎn)生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以進行有性雜交有性雜交細胞（＋）有性接合染色體重組79準性雜交細胞（＋）細胞（＋）準性接合基因重組新遺傳型菌絲聯(lián)結(jié)質(zhì)配核配有絲分裂交換單倍體雜合子在半知菌類中最為常見半知菌的準性生殖準性雜交細胞（＋）準性接合基因重組80酵母菌染色體外的DNA重組2μm質(zhì)粒線粒體DNA酵母菌染色體外的DNA重組814.4人工構(gòu)建新菌株4.4.1誘變育種-誘變育種的原則-誘變方法4.4人工構(gòu)建新菌株4.4.1誘變育種821.誘變育種的原則（1）使用簡便有效的誘變劑誘變劑物理因素化學(xué)因素紫外線激光離子束X射線r射線快中子烷化劑堿基類似物吖啶化合物1.誘變育種的原則誘變劑物理因素化學(xué)因素紫外線烷化劑83（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株（3）處理單細胞或單孢子懸浮液（4）使用最佳誘變劑量劑量=強度（濃度）×作用時間相對劑量=殺菌率（5）利用協(xié)同效應(yīng)（6）變異菌株的篩選（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株84常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、烷化劑、亞硝酸、卟啶染料等。誘變的步驟Ⅰ.制出發(fā)菌株的單細菌懸浮液Ⅱ.選擇合適的誘變劑劑量進行誘變Ⅲ.篩選突變出的高效菌

2.誘變方法常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、烷化劑、亞硝酸、卟啶染料85突變株的篩選方法誘變檢出營養(yǎng)缺陷型淘汰野生型鑒定營養(yǎng)缺陷型富集培養(yǎng)（抗生素法）（菌絲過濾法）逐個檢出法影印平板法生長譜法突變株的篩選方法誘變檢出營養(yǎng)缺陷型淘汰野生型鑒定營養(yǎng)缺陷型富86誘變正變率多數(shù)未變少數(shù)突變多數(shù)負變少數(shù)正變多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大“高產(chǎn)率”多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)“投產(chǎn)率”可計算：出發(fā)菌株

絕大多數(shù)個體死亡少數(shù)存活存活率突變率誘變正變率多數(shù)未變少數(shù)突變多數(shù)負變少數(shù)正變多數(shù)幅度小少87通常生產(chǎn)上更多利用的是誘導(dǎo)法。通過馴化，能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的菌株被保留下來，且能力逐步提高。通常生產(chǎn)上更多利用的是誘導(dǎo)法。884.4人工構(gòu)建新菌株4.4.2原生質(zhì)體融合概念：通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩細胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進而發(fā)生遺傳重組以產(chǎn)生同時帶有雙親性狀的、遺傳性穩(wěn)定的融合子的過程，稱為原生質(zhì)體融合。4.4人工構(gòu)建新菌株4.4.2原生質(zhì)體融合89青島科技大學(xué)環(huán)境微生物4第四章--微生物的遺傳與變異課件90原生質(zhì)體融合的優(yōu)點：可以提高重組率遺傳物質(zhì)的傳遞更為完整重組體種類較多

有利于不同種間、屬間微生物的雜交通過原生質(zhì)體融合提高產(chǎn)量原生質(zhì)體融合的優(yōu)點：91微生物原生質(zhì)體融合的過程①標記菌株的篩選；②原生質(zhì)體的制備；③原生質(zhì)體的融合；④融合子的選擇；⑤原生質(zhì)體的再生；⑥實用性菌株的篩選。

微生物原生質(zhì)體融合的過程①標記菌株的篩選；92選擇親株

選擇遺傳性狀穩(wěn)定且具有優(yōu)勢互補的兩個親株帶有可以識別的遺傳標記，如營養(yǎng)缺陷型或抗藥性等原生質(zhì)體制備

去除細胞壁是制備原生質(zhì)體的關(guān)鍵

選擇親株選擇遺傳性狀穩(wěn)定且具有優(yōu)勢互補的兩個親株帶有可93原生質(zhì)體融合聚乙二醇（PEG）能有效地促進原生質(zhì)體融合一般PEG的使用濃度范圍在25-40%采用電融合儀：在高頻電場下，用直流電穿孔來進行融合原生質(zhì)體再生使原生質(zhì)體重新長出細胞壁，恢復(fù)完整的細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)原生質(zhì)體融合聚乙二醇（PEG）能有效地促進原生質(zhì)體融合采用94不同微生物的原生質(zhì)體的最適再生條件不同，最重要的一個共同點是都需要高滲透壓再生率

細菌為3-10%真菌在20-80%

融合重組子的篩選通過兩親株遺傳標記的互補而得以識別兩親株的遺傳標記分別為營養(yǎng)缺陷型A+B-和A-B+，融合重組子應(yīng)是A+B+或A-B-不同微生物的原生質(zhì)體的最適再生條件不同，最重要的一個共同點是95重組子的檢出方法有兩種：

直接法

將融合液涂布在不補充親株生長需要的生長因子的高滲再生培養(yǎng)基平板上，直接篩選出原養(yǎng)型重組子

間接法

把融合液涂布在營養(yǎng)豐富的高滲再生平板上，使親株和重組子都再生成菌落，然后用影印法將它們復(fù)制到選擇培養(yǎng)基上檢出重組子。重組子的檢出方法有兩種：直接法將融合液涂布在不補充親株生96青島科技大學(xué)環(huán)境微生物4第四章--微生物的遺傳與變異課件974.4人工構(gòu)建新菌株基因工程概念：在基因水平上的遺傳工程，供體DNA切割后，與載體連接，導(dǎo)入某一受體細胞中，獲得新品種。

體外切割導(dǎo)入遺傳物質(zhì)基因片段受體細胞4.4人工構(gòu)建新菌株基因工程98獲得目的基因選擇基因載體體外重組外源基因?qū)耄毦⒅参?、動物、基因槍）篩選和鑒定應(yīng)用基因工程的基本操作獲得目的基因基因工程的基本操作99在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細菌質(zhì)粒載體（具有抗性基因）如抵抗青霉素長出必然是重組成功的細菌外源基因片段詳見《生物化學(xué)》有關(guān)章節(jié)在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細菌質(zhì)粒載體（具有抗性100對特殊基因進行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級細菌”++對特殊基因進行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級細菌”++101Ⅰ.降解石油的工程細菌查氏將能降解脂(含質(zhì)粒A)的一種假單胞菌作受體細菌，分別將能降解芳烴(質(zhì)粒B)、芳烴(質(zhì)粒C)和多環(huán)芳烴(質(zhì)粒D)的質(zhì)粒，用遺傳工程方法人工轉(zhuǎn)入受體細菌，獲得多質(zhì)?！俺壖毦保沙ピ椭?／3的烴。浮油在一般條件下降解需一年以上時間，用“超級細菌”只需幾小時即可把浮油去除，速度快效率高?；蚬こ痰膽?yīng)用Ⅰ.降解石油的工程細菌基因工程的應(yīng)用102Ⅱ.耐汞工程菌惡臭假單胞菌一般在超過2ug／ml汞濃度中即將中毒死，查克拉巴蒂用質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)，把嗜油假單胞菌的耐汞質(zhì)粒(MER質(zhì)粒)轉(zhuǎn)移到惡臭假單胞菌中去，后者獲得MER質(zhì)粒，可在50~70ug／ml氯化汞中生長。Ⅲ．脫色工程菌的構(gòu)建將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的偏號Kx和Kd兩株假單胞菌通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。Ⅱ.耐汞工程菌1034.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯-衰退（degeneration）：在微生物的生長過程中，由于變異的存在，使原有的優(yōu)良性狀發(fā)生負變，即菌種的衰退。4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯104復(fù)壯(rejuvenation)：狹義從衰退的群體中找出未衰退的個體，以達到恢復(fù)該菌原有典型性狀的措施；廣義是指在菌種未衰退前就有意識進行純種的分離和生產(chǎn)性能測定工作，以期菌種的生產(chǎn)性能逐步提高。復(fù)壯(rejuvenation)：狹義從衰退的群體中找出未衰1054.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因：大量群體中的自發(fā)突變純菌種不純菌種突變個體原始個體衰退菌種4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因1064.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯防止衰退的措施減少傳代次數(shù)；創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；利用單核體傳代經(jīng)常進行純種分離，并對相應(yīng)的性狀指標進行檢查；采用有效的菌種保藏方法；4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯1074.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯菌種的復(fù)壯純種分離

通過寄主體進行復(fù)壯

淘汰已衰退的個體

4.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退與復(fù)壯1084.5菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種保藏目的：在一定時間內(nèi)使菌種不死、不變、不亂，以供研究、生產(chǎn)、交換