食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件

第九章

微生物的遺傳變異和育種食品科學(xué)與工程學(xué)院楊保偉第九章食品科學(xué)與工程學(xué)院楊保偉1第九章微生物的遺傳變異和育種第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)基因突變與基因重組第三節(jié)微生物育種第四節(jié)基因工程第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏第九章微生物的遺傳變異和育種第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基2基本內(nèi)容：遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)（證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)），細(xì)菌和真菌基因重組的原理和方法，微生物誘變育種的原理和方法，基因工程的基本原理，菌種的衰退、復(fù)壯和保藏方法。重點(diǎn)與難點(diǎn)：遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)，基因突變及修復(fù)，細(xì)菌的基因重組，微生物誘變育種的原理和方法?；緝?nèi)容：重點(diǎn)與難點(diǎn)：3變異(variation)：生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，表現(xiàn)為親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同。----遺傳和變異是生物體最本質(zhì)的屬性之一。遺傳(heredity或inheritance)：講的是親子間的關(guān)系，指生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能，它具有極其穩(wěn)定的特性。變異(variation)：生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所4第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、遺傳變異的基本概念1.遺傳型(genotype)又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有的全部遺傳因子即基因的總和。遺傳型是一種內(nèi)在可能性或潛力，其實(shí)質(zhì)是遺傳物質(zhì)上所負(fù)載的特定遺傳信息。2.表型(phenotype)

指某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和，是遺傳型在合適環(huán)境下的具體體現(xiàn)。它與遺傳型不同,是一種現(xiàn)實(shí)性。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、遺傳變異的基本概念5第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3.飾變(modification)

指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯水平上的表型變化。特點(diǎn)：整個(gè)群體中的幾乎每一個(gè)體都發(fā)生同樣變化；性狀變化的幅度小；因遺傳物質(zhì)不變，故飾變不遺傳。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3.飾變(modificatio6第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)二、證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）

R型（菌體無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病能力）第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)二、證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典7第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1928年，F(xiàn).Griffth作了3組實(shí)驗(yàn):第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1928年，F(xiàn).Griffth作8第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1944年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子實(shí)驗(yàn)證明，將R菌轉(zhuǎn)化為S菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1944年，Avery精確重復(fù)了9第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全部信息。2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)10第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，遺傳信息的流向與DNA的傳遞是一致的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，遺11第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)三、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的存在方式

(一）7個(gè)水平1、細(xì)胞水平2、細(xì)胞核水平3、染色體水平4、核酸水平5、基因水平6、密碼水平7、核苷酸水平第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)三、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的存在方式12染色體基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA染色體基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA13DNA就是脫氧核糖核酸鏈腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因測(cè)序就是讀出A-C-G-T-G-G-A-C-G…...DNA就是脫氧核糖核酸鏈腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T14基因控制Pr因而控制性狀GATCTAGAUDNAmRNA天冬氨酸

基因控制Pr因而控制性狀GATCT15第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1、細(xì)胞水平真核微生物：細(xì)胞核原核微生物：核區(qū)細(xì)胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1、細(xì)胞水平16第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、細(xì)胞核水平真核生物細(xì)胞核核染色體原核生物核區(qū)DNA鏈核基因組在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質(zhì)。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、細(xì)胞核水平核基因組在核基因組17第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、染色體水平染色體是由組蛋白與DNA構(gòu)成的線狀結(jié)構(gòu)。染色體的數(shù)目在不同的生物中是不同的。染色體的倍數(shù)在同一生物的不同生活時(shí)期是不同的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、染色體水平18第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、核酸水平核酸種類：DNA，RNA核酸結(jié)構(gòu)：雙鏈、單鏈；環(huán)狀，線狀，超螺旋狀DNA長(zhǎng)度：因種而異第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、核酸水平19第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)5、基因水平基因的物質(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)具有特定核苷酸順序的DNA片段。結(jié)構(gòu)基因：為細(xì)胞結(jié)構(gòu)、組成(如細(xì)胞生化反應(yīng)所需的酶)及完成細(xì)胞功能所需的蛋白質(zhì)等進(jìn)行編碼的基因。調(diào)節(jié)基因：用于編碼調(diào)節(jié)蛋白的基因。操縱基因：是位于啟動(dòng)子和結(jié)構(gòu)基因之間的一段堿基順序，能與調(diào)節(jié)蛋白相結(jié)合，以此來(lái)決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄是否能進(jìn)行。

重復(fù)基因：DNA片段重復(fù)跳躍基因：可在DNA上轉(zhuǎn)移位置的基因（Tn因子）第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)5、基因水平基因的物質(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)20第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、密碼子水平遺傳密碼就是指DNA鏈上各個(gè)核苷酸的特定排列順序。每個(gè)密碼子(codon)是由3個(gè)核苷酸順序所決定的，它是負(fù)載遺傳信息的基本單位。各種生物都遵循著一套共同的密碼。由于DNA上的三聯(lián)密碼子要通過(guò)轉(zhuǎn)錄成mRNA密碼后才能與氨基酸相對(duì)應(yīng)，因此，三聯(lián)密碼子一般都用mRNA上的3個(gè)核苷酸順序來(lái)表示。

第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、密碼子水平遺傳密碼就是指DN21第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)7、核苷酸水平

核苷酸是最小突變單位和交換單位。在絕大多數(shù)生物的DNA組分中,都只含腺苷酸(AMP)、胸苷酸(TMP)、鳥苷酸(GMP)和胞苷酸(CMP)4種脫氧核苷酸。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)7、核苷酸水平22第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)（二）原核生物的質(zhì)粒1、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，存在于各種微生物細(xì)胞中。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(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(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)（二）原核生物的質(zhì)粒23第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；

也發(fā)現(xiàn)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1000kb；細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)24食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件25第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒(stringentplasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制同步，低拷貝數(shù)。②松弛型質(zhì)粒(relaxedplasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制不同步，高拷貝數(shù)。3、質(zhì)粒的類型①窄宿主范圍質(zhì)粒(narrowhostrangeplasmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）②廣宿主范圍質(zhì)粒(broadhostrangeplasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒(stringent26第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，易分離和操作（2）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨(dú)立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多（5）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選E.coli的pBR322質(zhì)粒是一個(gè)常用的克隆載體第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用275、質(zhì)粒的檢測(cè)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(duì)于實(shí)驗(yàn)室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點(diǎn)，如抗藥性初步判斷。5、質(zhì)粒的檢測(cè)提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；超速離心或28第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、質(zhì)粒的主要種類①F因子(fertilityfactor)②R因子(resistancefactor)③Col因子(colicinogenicfactor)④Ti質(zhì)粒(tumorinducingplasmid)⑤巨大質(zhì)粒(mega質(zhì)粒)⑥降解性質(zhì)粒第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、質(zhì)粒的主要種類①F因子(fe29第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①F因子(fertilityfactor)又稱致育因子或性因子。是E.coli等細(xì)菌中決定性別的質(zhì)粒。約等于2%核染色體DNA的小型cccDNA。分子量為6.2×107Da,94.5kb,其中有1/3的基因與接合作用有關(guān)。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①F因子(fertilityf30第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)②R因子(resistancefactor)又稱R質(zhì)?；蚩剐再|(zhì)粒。多數(shù)R因子是由相連的兩個(gè)DNA片段組成。其一為RTF質(zhì)粒(resistancetransferfactor,抗性轉(zhuǎn)移因子),它含有調(diào)節(jié)DNA復(fù)制和拷貝數(shù)的基因及轉(zhuǎn)移基因；RTF決定性菌毛的形成，通過(guò)接合而傳遞。

其二為抗性決定質(zhì)粒(r-determinant),大小不固定,從幾百萬(wàn)直至100×106Da以上。其上含有抗生素抗性基因,例如抗青霉素(Pen)、安比西林(Amp)、氯霉素(Cam)、鏈霉素(Str)、卡那霉素(Kan)和磺胺(Sul)等基因。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)②R因子(resistance31第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)③Col因子(colicinogenicfactor)產(chǎn)大腸桿菌素因子。許多細(xì)菌都能產(chǎn)生使其他原核生物致死的蛋白質(zhì)類細(xì)菌毒素(bacteriocin)。

大腸桿菌素(colicin)是一種E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌毒素,具有通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯或能量代謝等而專一地殺死其他腸道細(xì)菌的功能。凡帶Col因子的菌株,由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白,從而對(duì)大腸桿菌素有免疫作用,不受其傷害。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)③Col因子(colicinog32第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)④Ti質(zhì)粒(tumorinducingplasmid)誘癌質(zhì)粒。根癌土壤桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)可引起許多雙子葉植物的根癌,它是由該菌的Ti質(zhì)粒所引起。當(dāng)細(xì)菌侵入到植物細(xì)胞中后,將其DNA釋放至植物細(xì)胞中,此時(shí),含有復(fù)制基因的Ti質(zhì)粒的小片段與植物細(xì)胞中的核染色體組發(fā)生整合,破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng),從而使它轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)④Ti質(zhì)粒(tumorindu33Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。一些具有重要性狀的外源基因可借DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到Ti質(zhì)粒中,并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上,以改變?cè)撝参锏倪z傳性,達(dá)到培育植物優(yōu)良品種的目的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。第一節(jié)遺傳變34第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)⑤巨大質(zhì)粒(mega質(zhì)粒)為近年來(lái)在根瘤菌屬(Rhizobium)中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒,分子量為200～300×106Da,比一般質(zhì)粒大幾十倍至幾百倍,故稱巨大質(zhì)粒,其上有一系列固氮基因。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)⑤巨大質(zhì)粒(mega質(zhì)粒)35⑥降解性質(zhì)粒只在假單胞菌屬(Pseudomonas)中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)?？删幋a一系列能降解復(fù)雜物質(zhì)的酶,從而能利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)作碳源。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名,例如有分解CAM(樟腦)質(zhì)粒,OCT(辛烷)質(zhì)粒,XYL(二甲苯)質(zhì)粒,SAL(水楊酸)質(zhì)粒,MDL(扁桃酸)質(zhì)粒,NAP(萘)質(zhì)粒和TOL(甲苯)質(zhì)粒等。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)⑥降解性質(zhì)粒第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)36第二節(jié)基因突變與基因重組突變(mutation)指遺傳物質(zhì)核酸(DNA或RNA)中的核苷酸順序突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。突變包括基因突變(genemutation,又稱點(diǎn)突變)和染色體畸變(chromosomalaberration)兩類,其中以點(diǎn)突變?yōu)槌Ｒ?jiàn)。第二節(jié)基因突變與基因重組突變(muta37基因突變是由于DNA鏈上的一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起的。第二節(jié)基因突變與基因重組染色體畸變則是DNA的大段變化(損傷)現(xiàn)象,表現(xiàn)為染色體的插入(insertion)、缺失(deletion)、重復(fù)(duplication)、易位(translocation)和倒位(inversion)?；蛲蛔兪怯捎贒NA鏈上的一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起的38條件致死突變型（株）一、基因突變（一）基因突變的類型突變株表型選擇性突變株非選擇性突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型（株）抗性缺陷型（株）形態(tài)突變型（株）抗原突變型（株）產(chǎn)量突變型（株）按方法分：按突變株的表型是否能在選擇性培養(yǎng)基上加以鑒別來(lái)區(qū)分。條件致死突變型（株）一、基因突變突變株選擇性39形態(tài)突變型菌落形態(tài)突變型菌體形態(tài)突變型生化突變型營(yíng)養(yǎng)突變體(營(yíng)養(yǎng)缺陷型)發(fā)酵突變體抗性突變體條件致死突變體抗原突變型產(chǎn)量突變型按突變實(shí)質(zhì)分（一）基因突變的類型形態(tài)突變型菌落形態(tài)突變型菌體形態(tài)突變型生化突變型營(yíng)養(yǎng)突變體40第二節(jié)基因突變與基因重組1.形態(tài)突變型:指突變引起細(xì)胞形態(tài)變化或引起菌落形態(tài)改變。如細(xì)菌的鞭毛、芽孢或莢膜的有無(wú),菌落的大小、外形的光滑(S型)、粗糙(R型)和顏色等的變異;放線菌或真菌產(chǎn)孢子的多少、外形或顏色的變異等。（一）基因突變的類型第二節(jié)基因突變與基因重組1.形態(tài)突變型:指突變引起細(xì)胞形41第二節(jié)基因突變與基因重組2.生化突變型:指一類代謝途徑發(fā)生變異但形態(tài)沒(méi)有明顯變化的突變型。該突變型可進(jìn)一步細(xì)分為營(yíng)養(yǎng)缺陷型、抗性突變型和抗原突變型3種類型。①營(yíng)養(yǎng)缺陷型--是一類重要的生化突變型。由基因突變而引起代謝過(guò)程中某酶合成能力喪失的突變型,必須在原有培養(yǎng)基中添加細(xì)胞不能合成的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)。（一）基因突變的類型第二節(jié)基因突變與基因重組2.生化突變型:指一類代謝途徑發(fā)42②抗性突變型--是一類能抵抗有害理化因素的突變型。據(jù)其抵抗的對(duì)象可分抗藥性、抗紫外線或抗噬菌體等突變類型。它在遺傳學(xué)基本理論的研究中十分有用,常作為選擇性標(biāo)記菌種。③抗原突變型--指細(xì)胞成分尤其是細(xì)胞表面成分(細(xì)胞壁、莢膜、鞭毛)的細(xì)微改變而引起抗原性變化的突變型。第二節(jié)基因突變與基因重組（一）基因突變的類型②抗性突變型--是一類能抵抗有害理化因素的突變型。據(jù)其抵抗的43第二節(jié)基因突變與基因重組3.致死突變型--由于基因突變而導(dǎo)致個(gè)體死亡的突變型。4.條件致死突變型--某菌株或病毒經(jīng)基因突變后,在某種條件下可正常生長(zhǎng)、繁殖并實(shí)現(xiàn)其表型,而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)、繁殖的突變類型。5.其他突變型--如毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量以及對(duì)某種藥物的依賴性突變型等。（一）基因突變的類型第二節(jié)基因突變與基因重組3.致死突變型--由于基因突變而44（二）突變率出發(fā)菌株

長(zhǎng)出突變株含誘變劑的培養(yǎng)基某一細(xì)胞或病毒粒在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率，稱突變率。（二）突變率出發(fā)菌株長(zhǎng)出突變株含誘變劑的培養(yǎng)基45第二節(jié)基因突變與基因重組（三）基因突變的特點(diǎn)1.不對(duì)應(yīng)性：即突變的性狀與引起突變的原因間無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

例如：細(xì)菌在有青霉素的環(huán)境下,出現(xiàn)了抗青霉素的突變體;在紫外線的作用下,出現(xiàn)了抗紫外線的突變體;在較高的培養(yǎng)溫度下,出現(xiàn)了耐高溫的突變體等。從表面上看,會(huì)認(rèn)為正是由于青霉素、紫外線或高溫的“誘變”,才產(chǎn)生了相對(duì)應(yīng)的突變性狀。事實(shí)恰恰相反,這類性狀都可通過(guò)自發(fā)的或其他任何誘變因子誘發(fā)得到。青霉素、紫外線或高溫僅是起著淘汰原有非突變型(敏感型)個(gè)體的作用。

第二節(jié)基因突變與基因重組（三）基因突變的特點(diǎn)46第二節(jié)基因突變與基因重組2.自發(fā)性--各種性狀的突變,可以在沒(méi)有人為的誘變因素處理下自發(fā)產(chǎn)生。3.稀有性--指自發(fā)突變的頻率較低,而且穩(wěn)定,一般在10-6～10-9間。例如,突變率為1×10-8,就意味著108個(gè)細(xì)胞群體分裂成2×108個(gè)細(xì)胞時(shí),平均會(huì)形成一個(gè)突變體。第二節(jié)基因突變與基因重組2.自發(fā)性--各種性狀的突變,可47第二節(jié)基因突變與基因重組4.獨(dú)立性--突變的發(fā)生一般是獨(dú)立的,即在某一群體中,既可發(fā)生抗青霉素的突變型,也可發(fā)生抗鏈霉素或任何其他藥物的抗藥性。某一基因的突變,即不提高也不降低其他任何基因的突變率。突變不僅對(duì)某一細(xì)胞是隨機(jī)的,且對(duì)某一基因也是隨機(jī)的。5.誘變性--通過(guò)誘變劑的作用,可提高自發(fā)突變的頻率,一般可提高10～105倍。第二節(jié)基因突變與基因重組4.獨(dú)立性--突變的發(fā)生一般是獨(dú)48第二節(jié)基因突變與基因重組6.穩(wěn)定性--由于突變的根源是遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了穩(wěn)定的變化。所以產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定和可遺傳的。

7.可逆性--由原始的野生型基因變異為突變型基因的過(guò)程稱為正向突變(forwardmutation),相反的過(guò)程則稱為回復(fù)突變或回變(backmutation或reversemutation)。實(shí)驗(yàn)證明,任何性狀既有正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變。第二節(jié)基因突變與基因重組6.穩(wěn)定性--由于突變的根源是遺49變量試驗(yàn)涂布試驗(yàn)影印培養(yǎng)試驗(yàn)第二節(jié)基因突變與基因重組（四）基因突變自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明變量試驗(yàn)涂布試驗(yàn)影印培養(yǎng)試驗(yàn)第50大腸桿菌稀釋培養(yǎng)物10ml10ml(在同一個(gè)大管中作整體培養(yǎng))

3714435抗噬菌體菌落數(shù)抗噬菌體菌落數(shù)變量試驗(yàn)(培養(yǎng)前先分成50小管)這就說(shuō)明,E.coli抗噬菌體性狀的突變,不是由所抗的環(huán)境因素—噬菌體誘導(dǎo)出來(lái)的,而是在它接觸到噬菌體前,在某一次細(xì)胞分裂過(guò)程中隨機(jī)地自發(fā)產(chǎn)生的。這一自發(fā)突變發(fā)生得越早,則抗性菌落出現(xiàn)得越多,反之則越少,噬菌體在這里僅起著淘汰原始的未突變的敏感菌和鑒別抗噬菌體突變型的作用。利用這一方法,還可計(jì)算出突變率。

大腸桿菌稀釋培養(yǎng)物1010(在同一個(gè)大管中作整體培養(yǎng))51涂布試驗(yàn)

涂布敏感菌5×104個(gè)共12個(gè)平板5×104個(gè)菌落5000個(gè)細(xì)菌/菌落噴入T1保溫重新涂布后噴入T1保溫6個(gè)平板共353個(gè)菌落

6個(gè)平板共28個(gè)菌落涂布試驗(yàn)涂布敏感菌5×104個(gè)5×104個(gè)菌落噴入T1保溫52影印培養(yǎng)無(wú)藥培養(yǎng)基含藥培養(yǎng)基影印培養(yǎng)試驗(yàn)原始敏感菌種影印培養(yǎng)無(wú)藥含藥影印培養(yǎng)試驗(yàn)原始敏53第二節(jié)基因突變與基因重組（五）基因突變及其機(jī)制1.誘發(fā)突變（inducedmutation)誘發(fā)突變簡(jiǎn)稱誘變，是指通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率的手段。凡能顯著提高突變頻率的理化因子,都可稱為誘變劑(mutagen)。

堿基的置換移碼突變?nèi)旧w畸變第二節(jié)基因突變與基因重組（五）基因突變及其機(jī)制堿基的置換54①堿基的置換①堿基的置換55食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件56直接引起置換的誘變劑HNO2CNH2腺嘌呤CO次黃嘌呤(Hk)A..THe..THk..

THk..

CA..THk..

CG..

CCOH次黃嘌呤(He)①堿基的置換直接引起置換的誘變劑HNO2CNH2腺嘌呤CO次黃嘌呤(H57間接引起置換的誘變劑COHT：烯醇式CT：酮式OA..TT..

AG..

CA..T酮式T..

G烯醇式①堿基的置換間接引起置換的誘變劑COHT：烯醇式CT：酮式OA..T58ＤＮＡ分子中缺失或增加少數(shù)幾個(gè)堿基對(duì)而引起造成突變點(diǎn)以后全部遺傳密碼轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)釋發(fā)生錯(cuò)誤ABCABCABCABCABCABCABCABCAB+ABCABCCABCABCABCABCABABCBCABCABCABCABCABCABCA增添一個(gè)堿基缺少一個(gè)堿基②移碼突變ＤＮＡ分子中缺失或增加少數(shù)幾個(gè)堿基對(duì)而引起造成突變點(diǎn)以后全部59食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件60食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件61③染色體畸變

某些理化因子，如Ｘ射線，紫外線，亞硝酸等，除能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA分子大損傷，包括染色體易位，倒位，缺失，重復(fù)等，即為染色體畸變。

Cncnc-micro③染色體畸變某些理化因子，如Ｘ射線，紫外線，亞硝酸等62紫外線誘變作用機(jī)理使ＤＮＡ鏈裂斷，破壞核糖和磷酸間的鍵聯(lián)引起胞嘧啶和尿嘧啶產(chǎn)生水合作用造成氫鍵斷裂能使胸腺嘧啶成二聚體，使ＤＮＡ結(jié)構(gòu)發(fā)生改變③染色體畸變紫外線誘變作用機(jī)理使ＤＮＡ鏈裂斷，破壞核糖和磷酸間的鍵聯(lián)引63第二節(jié)基因突變與基因重組2.自發(fā)突變（spontaneousmutation)指微生物在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變。

自發(fā)突變的原因：①背景輻射和環(huán)境因素引起；②微生物自身有害代謝產(chǎn)物引起；③DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤。第二節(jié)基因突變與基因重組2.自發(fā)突變（spontaneo64（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)嘧啶嘧啶二聚體UV1、光復(fù)活作用（photoreactivation)嘧啶二聚體嘧啶光解酶（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)嘧啶嘧啶二聚體UV1、光復(fù)652.切除修復(fù)（excisionrepair)是活細(xì)胞內(nèi)一種用于對(duì)被UV等誘變劑損傷后DNA的修復(fù)方式之一，又稱暗修復(fù)（darkrepair)。不依賴可見(jiàn)光，只通過(guò)酶切作用去處嘧啶二聚體，隨后重新合成一段正常DNA鏈的核酸修復(fù)方式。（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)2.切除修復(fù)（excisionrepair)是活細(xì)胞內(nèi)一種66第二節(jié)基因突變與基因重組二、基因重組（generecombination)凡把兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起,經(jīng)過(guò)遺傳物質(zhì)分子重新組合,形成新遺傳型個(gè)體的方式,稱基因重組。

1.原核微生物的基因重組

在原核微生物中,基因重組主要有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和原生質(zhì)體融合4種形式。第二節(jié)基因突變與基因重組二、基因重組（genereco67第二節(jié)基因突變與基因重組①轉(zhuǎn)化(transformation)受體細(xì)胞直接吸收了來(lái)自供體細(xì)胞的DNA片斷，并把它整合到自己的基因組中，細(xì)胞部分遺傳性狀發(fā)生變化的現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)：不需兩個(gè)細(xì)胞直接接觸，供體DNA提取出來(lái)，注入受體即可。第二節(jié)基因突變與基因重組①轉(zhuǎn)化(transformati68轉(zhuǎn)化是游離DNA片斷的轉(zhuǎn)移和重組游離的DNA片斷叫轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子由供體提供自然情況下轉(zhuǎn)化因子可由細(xì)菌細(xì)胞自行裂解產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)提取獲得雙鏈DNA有轉(zhuǎn)化能力，單鏈沒(méi)有第二節(jié)基因突變與基因重組①轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)化是游離DNA片斷的轉(zhuǎn)移和重組游離的DNA片斷叫轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)69第二節(jié)基因突變與基因重組轉(zhuǎn)化過(guò)程：

每個(gè)受體細(xì)胞表面約有30～80個(gè)轉(zhuǎn)化因子結(jié)合點(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)化因子結(jié)合到受體表面結(jié)合點(diǎn)上時(shí)，DNA一條鏈被受體細(xì)胞膜上的核酸酶分解，另一條鏈進(jìn)入受體細(xì)胞，通過(guò)整合與受體細(xì)胞進(jìn)行基因重組。受體細(xì)胞能接受轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)，只有處于感受態(tài)的細(xì)菌才能接受轉(zhuǎn)化因子。第二節(jié)基因突變與基因重組轉(zhuǎn)化過(guò)程：受體細(xì)70轉(zhuǎn)化過(guò)程轉(zhuǎn)化71第二節(jié)基因突變與基因重組②轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)

通過(guò)噬菌體的媒介作用，把供體細(xì)胞的DNA片段攜帶到受體細(xì)胞中，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞,稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子。第二節(jié)基因突變與基因重組②轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction72細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)類型普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)第二節(jié)基因突變與基因重組細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)類型普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)第二節(jié)基73普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體的任何部分到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。進(jìn)入受體的外源DNA通過(guò)與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）74局限轉(zhuǎn)導(dǎo)溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中局限轉(zhuǎn)導(dǎo)溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)75局限轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：a）局限轉(zhuǎn)導(dǎo)中，宿主菌部分基因被轉(zhuǎn)導(dǎo)，與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有隨機(jī)性。局限轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：a）局限轉(zhuǎn)導(dǎo)中，宿主菌部分基因76

溶源轉(zhuǎn)變是一個(gè)與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似又不同的現(xiàn)象溫和噬菌體感染細(xì)胞后使之發(fā)生溶源化，因噬菌體的基因整合到宿主染色體上，而使后者獲得了新性狀的現(xiàn)象。溶源轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：

1、噬菌體不攜帶任何供體菌的基因；2、噬菌體是完整的，而不是缺陷的；3、噬菌體基因的整合到宿主染色體上導(dǎo)致宿主獲得新性狀，無(wú)通過(guò)基因重組而形成的穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子；4、宿主獲得新性狀具有不穩(wěn)定性。溶源轉(zhuǎn)變是一個(gè)與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似又不同的現(xiàn)象溫和噬菌體感染細(xì)胞后使77第二節(jié)基因突變與基因重組③接合(conjugation)通過(guò)供體菌和受體菌完整細(xì)胞間的直接接觸而傳遞大段DNA的過(guò)程稱為接合。第二節(jié)基因突變與基因重組③接合(conjugation)78三者根本區(qū)別在于DNA轉(zhuǎn)移的方式不同

轉(zhuǎn)化：供體DNA片斷→注入受體細(xì)胞接合：供體進(jìn)入受體通過(guò)性纖毛轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體DNA片斷通過(guò)媒介－噬菌體攜帶進(jìn)入受體Cncnc-micro三者根本區(qū)別在于DNA轉(zhuǎn)移的方式不同轉(zhuǎn)化：接合：轉(zhuǎn)導(dǎo)：Cn79④原生質(zhì)體融合第二節(jié)基因突變與基因重組通過(guò)人為的方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行融合，借以獲得兼有雙親性狀的穩(wěn)定重組子的過(guò)程，稱為原生質(zhì)體融合。

由此法獲得的重組子，稱為融合子。④原生質(zhì)體融合第二節(jié)基因突變與基因重組通過(guò)80④原生質(zhì)體融合④原生質(zhì)體融合81二、真核微生物的基因重組（一）有性雜交細(xì)胞（＋）細(xì)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(jìn)行有性雜交二、真核微生物的基因重組細(xì)胞（＋）有性接合染色體重組82（二）準(zhǔn)性雜交細(xì)胞（＋）細(xì)胞（＋）準(zhǔn)性接合基因重組新遺傳型在半知菌類中最為常見(jiàn)菌絲聯(lián)結(jié)質(zhì)配核配有絲分裂交換單倍體雜合子半知菌的準(zhǔn)性生殖二、真核微生物的基因重組（二）準(zhǔn)性雜交細(xì)胞（＋）準(zhǔn)性接合基因重組83一、突變與育種1.自發(fā)突變與育種從生產(chǎn)中選育定向培育優(yōu)良品種2.誘變育種

從青霉素的產(chǎn)量看誘變育種誘變育種的基本環(huán)節(jié)誘變育種的原則第三節(jié)微生物育種一、突變與育種1.自發(fā)突變與育種從生產(chǎn)中選育定向培育優(yōu)良品種841945時(shí)間1943194319431947195519711977目前發(fā)酵單位(u/ml)100250500～850～850～8000～2萬(wàn)～5萬(wàn)5～10萬(wàn)①?gòu)那嗝顾氐漠a(chǎn)量看誘變育種1945時(shí)間19431943194319471955197185②誘變育種的基本環(huán)節(jié)大多死亡少數(shù)存活存活率多數(shù)未變少數(shù)突變突變率多數(shù)負(fù)變少數(shù)正變正變率多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大高產(chǎn)率投產(chǎn)率多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)出發(fā)菌株計(jì)算出誘變②誘變育種的基本環(huán)節(jié)大多死亡少數(shù)存活存活率多數(shù)未變少數(shù)突變突86③誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則選擇優(yōu)良的出發(fā)菌株處理單孢子或單細(xì)胞懸液選擇簡(jiǎn)便有效、最適劑量的誘變劑利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法③誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則選擇優(yōu)良的出發(fā)菌株處理單孢子87單倍體純種的菌株采用具有優(yōu)良性狀的菌株采用前體或最終產(chǎn)物代謝高的菌株選對(duì)誘變劑敏感的菌株/已發(fā)生其他變異的菌株選擇優(yōu)良的出發(fā)菌株③誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則單倍體純種的菌株采用具有優(yōu)良性狀的菌株采用前體或最終產(chǎn)物代謝88芽孢桿菌應(yīng)處理芽孢放線菌，霉菌應(yīng)處理孢子細(xì)菌指數(shù)期，放線菌霉菌要稍加萌發(fā)后使用出發(fā)菌株應(yīng)制成均勻懸夜處理單孢子或單細(xì)胞懸液③誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則芽孢桿菌應(yīng)處理芽孢放線菌，霉菌應(yīng)處理孢子細(xì)菌指數(shù)期，放線菌霉89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選擇簡(jiǎn)便有效、最適劑量的誘變劑③誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則誘變劑物理因素化學(xué)因素紫外線烷化劑選擇簡(jiǎn)便有效、最適劑量的誘90使用最佳誘變劑量：

劑量=強(qiáng)度（濃度）×作用時(shí)間合適劑量：能擴(kuò)大變異幅度又能促使變異移向正變范圍的劑量選擇簡(jiǎn)便有效、最適劑量的誘變劑使用最佳誘變劑量：合適劑量：能擴(kuò)大變異幅度又能促使91兩種或多種誘變劑先后使用同種誘變劑重復(fù)使用兩種或多種誘變劑同時(shí)使用利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)兩種或多種誘變劑先后使用同種誘變劑重復(fù)使用兩種或多種誘變劑同92設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法93第四節(jié)基因工程特點(diǎn)：可設(shè)計(jì)性、穩(wěn)定性、遠(yuǎn)緣性、風(fēng)險(xiǎn)性一、基因工程定義：在基因水平上，改造遺傳物質(zhì)，從而使物種發(fā)生變異，創(chuàng)建出具有某種穩(wěn)定新性狀的生物新品系的技術(shù)。第四節(jié)基因工程特點(diǎn)：可設(shè)計(jì)性、穩(wěn)定性、遠(yuǎn)緣性、風(fēng)險(xiǎn)性一、94獲得目的基因選擇基因載體體外重組外源基因?qū)耄?xì)菌、植物、動(dòng)物、基因槍）篩選和鑒定應(yīng)用二、基因工程的基本操作獲得目的基因二、基因工程的基本操作95第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否則生產(chǎn)或科研都無(wú)法正常進(jìn)行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：a）變異；b）污染；c）死亡。第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作96第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏一、菌種的退化及其防治1.菌種退化/衰退（degeneration)

生產(chǎn)菌株生產(chǎn)性狀的劣化或遺傳研究菌株遺傳標(biāo)記的丟失均稱為菌種退化。菌種退化是指細(xì)胞群體的變化,而不是指單個(gè)細(xì)胞的變化。

第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏一、菌種的退化及其防治97第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏2.菌種退化的表現(xiàn)①原有形態(tài)性狀變得不典型；②生長(zhǎng)速度變慢，產(chǎn)生的孢子變少；③代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力下降；④致病菌對(duì)宿主侵染力的下降；⑤對(duì)外界不良條件（低溫、高溫、噬菌體）抵抗力的下降；第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏2.菌種退化的表現(xiàn)98第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏3.菌種退化的原因菌種退化的一個(gè)重要原因是基因突變。4.菌種退化的防止①減少傳代次數(shù)；②創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；③利用單核體傳代；④經(jīng)常進(jìn)行純種分離，并對(duì)相應(yīng)的性狀指標(biāo)進(jìn)行檢查；⑤采用有效的菌種保藏方法。第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏3.菌種退化的原因99第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏二、菌種的復(fù)壯

1.含義①?gòu)乃ネ说木N群體中把少數(shù)個(gè)體找出來(lái)，重新獲得具有原有典型性狀的菌種。

②有意識(shí)地利用微生物會(huì)發(fā)生自發(fā)突變的特性，在日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選“正變”個(gè)體。第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏二、菌種的復(fù)壯100第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏二、菌種的復(fù)壯2.復(fù)壯的措施①純種分離

常用的分離純化的方法有平板稀釋法、單細(xì)胞或單孢子分離法等。②通過(guò)宿主體復(fù)壯對(duì)于寄生性的退化菌株,可回接到相應(yīng)寄主體上,以恢復(fù)或提高其寄生性能。

③淘汰已經(jīng)衰退的個(gè)體。第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏二、菌種的復(fù)壯101第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏三、菌種的保藏

目的：在一定時(shí)間內(nèi)使菌種不死、不變、不亂，以供研究、生產(chǎn)、交換之用?；驹瓌t：1、挑選典型菌種的優(yōu)良純種2、盡量使用分生孢子、芽孢等休眠體3、創(chuàng)造有利于休眠的保藏環(huán)境（如干燥、低溫）4、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第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏三、菌種的保藏目的：在一定102基本方法培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)（斜面、平板）寄主傳代培養(yǎng)低溫（液氮、低溫冰箱）干燥（沙土管、真空干燥）生活態(tài)休眠態(tài)第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏三、菌種的保藏

基本方法培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)（斜面、平板）寄主傳代培養(yǎng)低溫（液氮、103食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件104冷凍干燥保藏法和液氮保藏法美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)菌種收藏所AmericanTypeCultureCollection冷凍干燥保藏法和液氮保藏法美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)菌種收藏所America105小結(jié)1.遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)

基本概念（遺傳型，表型，飾變），證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，噬菌體感染實(shí)驗(yàn)，植物病毒重組實(shí)驗(yàn)），遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的存在方式，細(xì)胞核外遺傳物質(zhì)（質(zhì)粒的種類及其組成和應(yīng)用）。小結(jié)1.遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)106小結(jié)2.基因突變基因突變的類型，突變率，基因突變的特點(diǎn)，基因突變自發(fā)性和不對(duì)稱性證明試驗(yàn)，基因突變的種類及其機(jī)制。3.基因重組原核和真核微生物基因重組的形式、過(guò)程及其特點(diǎn)（重點(diǎn)是原核）。小結(jié)2.基因突變3.基因重組107小結(jié)3.微生物育種誘變育種的基本環(huán)節(jié)和基本原則。4.基因工程基本定義和操作程序5.菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種退化的表現(xiàn)、原因和防止措施，菌種復(fù)壯的措施，菌種保藏的目的、基本原則和方法。小結(jié)3.微生物育種4.基因工程基本定義和操作程序5.菌種的108復(fù)習(xí)思考題1.名詞解釋遺傳變異遺傳型表型飾變質(zhì)粒F因子R因子Col因子突變?nèi)旧w畸變誘發(fā)突變自發(fā)突變基因重組轉(zhuǎn)化感受態(tài)轉(zhuǎn)導(dǎo)接合原生質(zhì)體融合基因工程菌種退化菌種復(fù)壯2.簡(jiǎn)單題(1)簡(jiǎn)述證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。(2)遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的存在方式有哪幾種？請(qǐng)分別簡(jiǎn)述。(3)簡(jiǎn)述原核微生物質(zhì)粒的特點(diǎn)、類型及其應(yīng)用于基因工程的優(yōu)點(diǎn)。(4)簡(jiǎn)述質(zhì)粒的主要種類，各種質(zhì)粒的特點(diǎn)及其應(yīng)用。(5)簡(jiǎn)述基因突變的類型及其基本應(yīng)用。(6)簡(jiǎn)述基因突變的特點(diǎn)。復(fù)習(xí)思考題1.名詞解釋2.簡(jiǎn)單題109(7)簡(jiǎn)述證明基因突變自發(fā)性和不對(duì)稱性的試驗(yàn)流程。(8)基因突變的種類及其相應(yīng)的機(jī)制。(9)簡(jiǎn)述紫外線誘變作用機(jī)理。(10)簡(jiǎn)述基因自發(fā)突變的原因。(11)原核微生物基因重組的主要形式及其過(guò)程和特點(diǎn)。(12)真核微生物基因重組的主要形式及其過(guò)程。(13)簡(jiǎn)述誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則及其包含的內(nèi)容。(14)簡(jiǎn)述基因工程的基本操作。(15)影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素。(16)簡(jiǎn)述菌種退化的表現(xiàn)及其防止措施。(17)簡(jiǎn)述菌種保藏的基本原則和方法。(7)簡(jiǎn)述證明基因突變自發(fā)性和不對(duì)稱性的試驗(yàn)流程。110第九章

微生物的遺傳變異和育種食品科學(xué)與工程學(xué)院楊保偉第九章食品科學(xué)與工程學(xué)院楊保偉111第九章微生物的遺傳變異和育種第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)基因突變與基因重組第三節(jié)微生物育種第四節(jié)基因工程第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏第九章微生物的遺傳變異和育種第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基112基本內(nèi)容：遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)（證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)），細(xì)菌和真菌基因重組的原理和方法，微生物誘變育種的原理和方法，基因工程的基本原理，菌種的衰退、復(fù)壯和保藏方法。重點(diǎn)與難點(diǎn)：遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)，基因突變及修復(fù)，細(xì)菌的基因重組，微生物誘變育種的原理和方法?；緝?nèi)容：重點(diǎn)與難點(diǎn)：113變異(variation)：生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，表現(xiàn)為親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同。----遺傳和變異是生物體最本質(zhì)的屬性之一。遺傳(heredity或inheritance)：講的是親子間的關(guān)系，指生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能，它具有極其穩(wěn)定的特性。變異(variation)：生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所114第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、遺傳變異的基本概念1.遺傳型(genotype)又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有的全部遺傳因子即基因的總和。遺傳型是一種內(nèi)在可能性或潛力，其實(shí)質(zhì)是遺傳物質(zhì)上所負(fù)載的特定遺傳信息。2.表型(phenotype)

指某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和，是遺傳型在合適環(huán)境下的具體體現(xiàn)。它與遺傳型不同,是一種現(xiàn)實(shí)性。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、遺傳變異的基本概念115第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3.飾變(modification)

指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯水平上的表型變化。特點(diǎn)：整個(gè)群體中的幾乎每一個(gè)體都發(fā)生同樣變化；性狀變化的幅度小；因遺傳物質(zhì)不變，故飾變不遺傳。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3.飾變(modificatio116第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)二、證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）

R型（菌體無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病能力）第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)二、證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典117第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1928年，F(xiàn).Griffth作了3組實(shí)驗(yàn):第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1928年，F(xiàn).Griffth作118第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1944年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子實(shí)驗(yàn)證明，將R菌轉(zhuǎn)化為S菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1944年，Avery精確重復(fù)了119第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全部信息。2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)120第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，遺傳信息的流向與DNA的傳遞是一致的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，遺121第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)三、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的存在方式

(一）7個(gè)水平1、細(xì)胞水平2、細(xì)胞核水平3、染色體水平4、核酸水平5、基因水平6、密碼水平7、核苷酸水平第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)三、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的存在方式122染色體基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA染色體基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA123DNA就是脫氧核糖核酸鏈腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因測(cè)序就是讀出A-C-G-T-G-G-A-C-G…...DNA就是脫氧核糖核酸鏈腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T124基因控制Pr因而控制性狀GATCTAGAUDNAmRNA天冬氨酸

基因控制Pr因而控制性狀GATCT125第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1、細(xì)胞水平真核微生物：細(xì)胞核原核微生物：核區(qū)細(xì)胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1、細(xì)胞水平126第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、細(xì)胞核水平真核生物細(xì)胞核核染色體原核生物核區(qū)DNA鏈核基因組在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質(zhì)。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、細(xì)胞核水平核基因組在核基因組127第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、染色體水平染色體是由組蛋白與DNA構(gòu)成的線狀結(jié)構(gòu)。染色體的數(shù)目在不同的生物中是不同的。染色體的倍數(shù)在同一生物的不同生活時(shí)期是不同的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)3、染色體水平128第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、核酸水平核酸種類：DNA，RNA核酸結(jié)構(gòu)：雙鏈、單鏈；環(huán)狀，線狀，超螺旋狀DNA長(zhǎng)度：因種而異第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、核酸水平129第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)5、基因水平基因的物質(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)具有特定核苷酸順序的DNA片段。結(jié)構(gòu)基因：為細(xì)胞結(jié)構(gòu)、組成(如細(xì)胞生化反應(yīng)所需的酶)及完成細(xì)胞功能所需的蛋白質(zhì)等進(jìn)行編碼的基因。調(diào)節(jié)基因：用于編碼調(diào)節(jié)蛋白的基因。操縱基因：是位于啟動(dòng)子和結(jié)構(gòu)基因之間的一段堿基順序，能與調(diào)節(jié)蛋白相結(jié)合，以此來(lái)決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄是否能進(jìn)行。

重復(fù)基因：DNA片段重復(fù)跳躍基因：可在DNA上轉(zhuǎn)移位置的基因（Tn因子）第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)5、基因水平基因的物質(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)130第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、密碼子水平遺傳密碼就是指DNA鏈上各個(gè)核苷酸的特定排列順序。每個(gè)密碼子(codon)是由3個(gè)核苷酸順序所決定的，它是負(fù)載遺傳信息的基本單位。各種生物都遵循著一套共同的密碼。由于DNA上的三聯(lián)密碼子要通過(guò)轉(zhuǎn)錄成mRNA密碼后才能與氨基酸相對(duì)應(yīng)，因此，三聯(lián)密碼子一般都用mRNA上的3個(gè)核苷酸順序來(lái)表示。

第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、密碼子水平遺傳密碼就是指DN131第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)7、核苷酸水平

核苷酸是最小突變單位和交換單位。在絕大多數(shù)生物的DNA組分中,都只含腺苷酸(AMP)、胸苷酸(TMP)、鳥苷酸(GMP)和胞苷酸(CMP)4種脫氧核苷酸。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)7、核苷酸水平132第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)（二）原核生物的質(zhì)粒1、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，存在于各種微生物細(xì)胞中。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(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(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)（二）原核生物的質(zhì)粒133第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；

也發(fā)現(xiàn)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1000kb；細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)134食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件135第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒(stringentplasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制同步，低拷貝數(shù)。②松弛型質(zhì)粒(relaxedplasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制不同步，高拷貝數(shù)。3、質(zhì)粒的類型①窄宿主范圍質(zhì)粒(narrowhostrangeplasmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）②廣宿主范圍質(zhì)粒(broadhostrangeplasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒(stringent136第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，易分離和操作（2）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨(dú)立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多（5）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選E.coli的pBR322質(zhì)粒是一個(gè)常用的克隆載體第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用1375、質(zhì)粒的檢測(cè)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(duì)于實(shí)驗(yàn)室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點(diǎn)，如抗藥性初步判斷。5、質(zhì)粒的檢測(cè)提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；超速離心或138第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、質(zhì)粒的主要種類①F因子(fertilityfactor)②R因子(resistancefactor)③Col因子(colicinogenicfactor)④Ti質(zhì)粒(tumorinducingplasmid)⑤巨大質(zhì)粒(mega質(zhì)粒)⑥降解性質(zhì)粒第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6、質(zhì)粒的主要種類①F因子(fe139第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①F因子(fertilityfactor)又稱致育因子或性因子。是E.coli等細(xì)菌中決定性別的質(zhì)粒。約等于2%核染色體DNA的小型cccDNA。分子量為6.2×107Da,94.5kb,其中有1/3的基因與接合作用有關(guān)。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)①F因子(fertilityf140第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)②R因子(resistancefactor)又稱R質(zhì)?；蚩剐再|(zhì)粒。多數(shù)R因子是由相連的兩個(gè)DNA片段組成。其一為RTF質(zhì)粒(resistancetransferfactor,抗性轉(zhuǎn)移因子),它含有調(diào)節(jié)DNA復(fù)制和拷貝數(shù)的基因及轉(zhuǎn)移基因；RTF決定性菌毛的形成，通過(guò)接合而傳遞。

其二為抗性決定質(zhì)粒(r-determinant),大小不固定,從幾百萬(wàn)直至100×106Da以上。其上含有抗生素抗性基因,例如抗青霉素(Pen)、安比西林(Amp)、氯霉素(Cam)、鏈霉素(Str)、卡那霉素(Kan)和磺胺(Sul)等基因。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)②R因子(resistance141第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)③Col因子(colicinogenicfactor)產(chǎn)大腸桿菌素因子。許多細(xì)菌都能產(chǎn)生使其他原核生物致死的蛋白質(zhì)類細(xì)菌毒素(bacteriocin)。

大腸桿菌素(colicin)是一種E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌毒素,具有通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯或能量代謝等而專一地殺死其他腸道細(xì)菌的功能。凡帶Col因子的菌株,由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白,從而對(duì)大腸桿菌素有免疫作用,不受其傷害。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)③Col因子(colicinog142第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)④Ti質(zhì)粒(tumorinducingplasmid)誘癌質(zhì)粒。根癌土壤桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)可引起許多雙子葉植物的根癌,它是由該菌的Ti質(zhì)粒所引起。當(dāng)細(xì)菌侵入到植物細(xì)胞中后,將其DNA釋放至植物細(xì)胞中,此時(shí),含有復(fù)制基因的Ti質(zhì)粒的小片段與植物細(xì)胞中的核染色體組發(fā)生整合,破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng),從而使它轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)④Ti質(zhì)粒(tumorindu143Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。一些具有重要性狀的外源基因可借DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到Ti質(zhì)粒中,并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上,以改變?cè)撝参锏倪z傳性,達(dá)到培育植物優(yōu)良品種的目的。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。第一節(jié)遺傳變144第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)⑤巨大質(zhì)粒(mega質(zhì)粒)為近年來(lái)在根瘤菌屬(Rhizobium)中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒,分子量為200～300×106Da,比一般質(zhì)粒大幾十倍至幾百倍,故稱巨大質(zhì)粒,其上有一系列固氮基因。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)⑤巨大質(zhì)粒(mega質(zhì)粒)145⑥降解性質(zhì)粒只在假單胞菌屬(Pseudomonas)中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)粒可編碼一系列能降解復(fù)雜物質(zhì)的酶,從而能利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)作碳源。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名,例如有分解CAM(樟腦)質(zhì)粒,OCT(辛烷)質(zhì)粒,XYL(二甲苯)質(zhì)粒,SAL(水楊酸)質(zhì)粒,MDL(扁桃酸)質(zhì)粒,NAP(萘)質(zhì)粒和TOL(甲苯)質(zhì)粒等。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)⑥降解性質(zhì)粒第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)146第二節(jié)基因突變與基因重組突變(mutation)指遺傳物質(zhì)核酸(DNA或RNA)中的核苷酸順序突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。突變包括基因突變(genemutation,又稱點(diǎn)突變)和染色體畸變(chromosomalaberration)兩類,其中以點(diǎn)突變?yōu)槌Ｒ?jiàn)。第二節(jié)基因突變與基因重組突變(muta147基因突變是由于DNA鏈上的一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起的。第二節(jié)基因突變與基因重組染色體畸變則是DNA的大段變化(損傷)現(xiàn)象,表現(xiàn)為染色體的插入(insertion)、缺失(deletion)、重復(fù)(duplication)、易位(translocation)和倒位(inversion)。基因突變是由于DNA鏈上的一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起的148條件致死突變型（株）一、基因突變（一）基因突變的類型突變株表型選擇性突變株非選擇性突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型（株）抗性缺陷型（株）形態(tài)突變型（株）抗原突變型（株）產(chǎn)量突變型（株）按方法分：按突變株的表型是否能在選擇性培養(yǎng)基上加以鑒別來(lái)區(qū)分。條件致死突變型（株）一、基因突變突變株選擇性149形態(tài)突變型菌落形態(tài)突變型菌體形態(tài)突變型生化突變型營(yíng)養(yǎng)突變體(營(yíng)養(yǎng)缺陷型)發(fā)酵突變體抗性突變體條件致死突變體抗原突變型產(chǎn)量突變型按突變實(shí)質(zhì)分（一）基因突變的類型形態(tài)突變型菌落形態(tài)突變型菌體形態(tài)突變型生化突變型營(yíng)養(yǎng)突變體150第二節(jié)基因突變與基因重組1.形態(tài)突變型:指突變引起細(xì)胞形態(tài)變化或引起菌落形態(tài)改變。如細(xì)菌的鞭毛、芽孢或莢膜的有無(wú),菌落的大小、外形的光滑(S型)、粗糙(R型)和顏色等的變異;放線菌或真菌產(chǎn)孢子的多少、外形或顏色的變異等。（一）基因突變的類型第二節(jié)基因突變與基因重組1.形態(tài)突變型:指突變引起細(xì)胞形151第二節(jié)基因突變與基因重組2.生化突變型:指一類代謝途徑發(fā)生變異但形態(tài)沒(méi)有明顯變化的突變型。該突變型可進(jìn)一步細(xì)分為營(yíng)養(yǎng)缺陷型、抗性突變型和抗原突變型3種類型。①營(yíng)養(yǎng)缺陷型--是一類重要的生化突變型。由基因突變而引起代謝過(guò)程中某酶合成能力喪失的突變型,必須在原有培養(yǎng)基中添加細(xì)胞不能合成的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)。（一）基因突變的類型第二節(jié)基因突變與基因重組2.生化突變型:指一類代謝途徑發(fā)152②抗性突變型--是一類能抵抗有害理化因素的突變型。據(jù)其抵抗的對(duì)象可分抗藥性、抗紫外線或抗噬菌體等突變類型。它在遺傳學(xué)基本理論的研究中十分有用,常作為選擇性標(biāo)記菌種。③抗原突變型--指細(xì)胞成分尤其是細(xì)胞表面成分(細(xì)胞壁、莢膜、鞭毛)的細(xì)微改變而引起抗原性變化的突變型。第二節(jié)基因突變與基因重組（一）基因突變的類型②抗性突變型--是一類能抵抗有害理化因素的突變型。據(jù)其抵抗的153第二節(jié)基因突變與基因重組3.致死突變型--由于基因突變而導(dǎo)致個(gè)體死亡的突變型。4.條件致死突變型--某菌株或病毒經(jīng)基因突變后,在某種條件下可正常生長(zhǎng)、繁殖并實(shí)現(xiàn)其表型,而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)、繁殖的突變類型。5.其他突變型--如毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量以及對(duì)某種藥物的依賴性突變型等。（一）基因突變的類型第二節(jié)基因突變與基因重組3.致死突變型--由于基因突變而154（二）突變率出發(fā)菌株

長(zhǎng)出突變株含誘變劑的培養(yǎng)基某一細(xì)胞或病毒粒在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率，稱突變率。（二）突變率出發(fā)菌株長(zhǎng)出突變株含誘變劑的培養(yǎng)基155第二節(jié)基因突變與基因重組（三）基因突變的特點(diǎn)1.不對(duì)應(yīng)性：即突變的性狀與引起突變的原因間無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

例如：細(xì)菌在有青霉素的環(huán)境下,出現(xiàn)了抗青霉素的突變體;在紫外線的作用下,出現(xiàn)了抗紫外線的突變體;在較高的培養(yǎng)溫度下,出現(xiàn)了耐高溫的突變體等。從表面上看,會(huì)認(rèn)為正是由于青霉素、紫外線或高溫的“誘變”,才產(chǎn)生了相對(duì)應(yīng)的突變性狀。事實(shí)恰恰相反,這類性狀都可通過(guò)自發(fā)的或其他任何誘變因子誘發(fā)得到。青霉素、紫外線或高溫僅是起著淘汰原有非突變型(敏感型)個(gè)體的作用。

第二節(jié)基因突變與基因重組（三）基因突變的特點(diǎn)156第二節(jié)基因突變與基因重組2.自發(fā)性--各種性狀的突變,可以在沒(méi)有人為的誘變因素處理下自發(fā)產(chǎn)生。3.稀有性--指自發(fā)突變的頻率較低,而且穩(wěn)定,一般在10-6～10-9間。例如,突變率為1×10-8,就意味著108個(gè)細(xì)胞群體分裂成2×108個(gè)細(xì)胞時(shí),平均會(huì)形成一個(gè)突變體。第二節(jié)基因突變與基因重組2.自發(fā)性--各種性狀的突變,可157第二節(jié)基因突變與基因重組4.獨(dú)立性--突變的發(fā)生一般是獨(dú)立的,即在某一群體中,既可發(fā)生抗青霉素的突變型,也可發(fā)生抗鏈霉素或任何其他藥物的抗藥性。某一基因的突變,即不提高也不降低其他任何基因的突變率。突變不僅對(duì)某一細(xì)胞是隨機(jī)的,且對(duì)某一基因也是隨機(jī)的。5.誘變性--通過(guò)誘變劑的作用,可提高自發(fā)突變的頻率,一般可提高10～105倍。第二節(jié)基因突變與基因重組4.獨(dú)立性--突變的發(fā)生一般是獨(dú)158第二節(jié)基因突變與基因重組6.穩(wěn)定性--由于突變的根源是遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了穩(wěn)定的變化。所以產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定和可遺傳的。

7.可逆性--由原始的野生型基因變異為突變型基因的過(guò)程稱為正向突變(forwardmutation),相反的過(guò)程則稱為回復(fù)突變或回變(backmutation或reversemutation)。實(shí)驗(yàn)證明,任何性狀既有正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變。第二節(jié)基因突變與基因重組6.穩(wěn)定性--由于突變的根源是遺159變量試驗(yàn)涂布試驗(yàn)影印培養(yǎng)試驗(yàn)第二節(jié)基因突變與基因重組（四）基因突變自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明變量試驗(yàn)涂布試驗(yàn)影印培養(yǎng)試驗(yàn)第160大腸桿菌稀釋培養(yǎng)物10ml10ml(在同一個(gè)大管中作整體培養(yǎng))

3714435抗噬菌體菌落數(shù)抗噬菌體菌落數(shù)變量試驗(yàn)(培養(yǎng)前先分成50小管)這就說(shuō)明,E.coli抗噬菌體性狀的突變,不是由所抗的環(huán)境因素—噬菌體誘導(dǎo)出來(lái)的,而是在它接觸到噬菌體前,在某一次細(xì)胞分裂過(guò)程中隨機(jī)地自發(fā)產(chǎn)生的。這一自發(fā)突變發(fā)生得越早,則抗性菌落出現(xiàn)得越多,反之則越少,噬菌體在這里僅起著淘汰原始的未突變的敏感菌和鑒別抗噬菌體突變型的作用。利用這一方法,還可計(jì)算出突變率。

大腸桿菌稀釋培養(yǎng)物1010(在同一個(gè)大管中作整體培養(yǎng))161涂布試驗(yàn)

涂布敏感菌5×104個(gè)共12個(gè)平板5×104個(gè)菌落5000個(gè)細(xì)菌/菌落噴入T1保溫重新涂布后噴入T1保溫6個(gè)平板共353個(gè)菌落

6個(gè)平板共28個(gè)菌落涂布試驗(yàn)涂布敏感菌5×104個(gè)5×104個(gè)菌落噴入T1保溫162影印培養(yǎng)無(wú)藥培養(yǎng)基含藥培養(yǎng)基影印培養(yǎng)試驗(yàn)原始敏感菌種影印培養(yǎng)無(wú)藥含藥影印培養(yǎng)試驗(yàn)原始敏163第二節(jié)基因突變與基因重組（五）基因突變及其機(jī)制1.誘發(fā)突變（inducedmutation)誘發(fā)突變簡(jiǎn)稱誘變，是指通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率的手段。凡能顯著提高突變頻率的理化因子,都可稱為誘變劑(mutagen)。

堿基的置換移碼突變?nèi)旧w畸變第二節(jié)基因突變與基因重組（五）基因突變及其機(jī)制堿基的置換164①堿基的置換①堿基的置換165食品微生物-第九章-微生物的遺傳變異和育種課件166直接引起置換的誘變劑HNO2CNH2腺嘌呤CO次黃嘌呤(Hk)A..THe..THk..

THk..

CA..THk..

CG..

CCOH次黃嘌呤(He)①堿基的置換直接引起置換的誘變劑HNO2CNH2腺嘌呤CO次黃嘌呤(H167間接引起置換的誘變劑CO