普通生物学课件第八章微生物的遗传变异与育种
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微生物的遗传变异与育种优秀课件 (2)
举例：
25℃——→深红色菌落（灵杆菌素）
粘质赛氏杆菌
（饰变）
25℃——→深红色菌落
（饰变）
37℃——→ 无色素（表型的改变）
25℃→无色素（遗传性变异） 基因型的改变
表型饰变：
表型的差异只与环 境有关 特点：暂时性、不 可遗传性、表现为 全部个体的行为
遗传型变异（基因变异、基因突变）：
遗传物质改变，导致表型改变 特点：遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频 率通常为10-6-10-9）
——→SⅢ
×——→SⅢ、RⅡ
各自保持着遗 传特性
——→RⅡ RⅡ ——→ 长出RⅡ
在这里SⅢ菌已被加热杀死，当然不能死而复生。因此 所分离到的活的SⅢ菌只能是RⅡ的变异菌株，而这又 是在SⅢ型肺炎球菌的称为转化因子的物质的作用下发 生的。至于这种转化因子到底是什么化学成分的物质， 在当时格里菲斯并未做出回答。
2、微生物营养体绝大多数是单倍体，核结构 较为简单，核中DNA发生的变化，一般都能在 遗传性状上表现出来。
• 它是分子生物学、分子遗传学等现代生物技 术进一步研究和发展的有力工具。
3、微生物的繁殖速度快，传代时间短。 （如：E.coli每20′即可繁殖一代 ）
4、微生物的突变体容易被识别。
营养要求简单、易形成肉眼可见的菌落，环境 条件对各个体的作用直接而均匀，存在着多种 原始的进化类型等。为分子生物学和分子遗传 学的创立和发展提供了基础和依据。
20世纪40年代起，由于细菌杂交试验的成 功，使微生物遗传学有了飞速的发展，并一跃 成为20世纪70年代后生物科学中发展最为迅速 的学科之一。
微生物为什么是研究遗传学和生命科学有 关基本理论问题的最好的对象和实验材料？为 什么说它为分子遗传学、分子生物学、生物工 程等作出了巨大的贡献？
生物课件第八章 微生物的遗传变异和育种 第二节 基因突变和诱变育种
（四）基因突变自发性和不对应性 的实验证明
如何证明基因突变的非对应性？
三个经典实验
变量实验、涂布实验、影印实验
证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！
甲1.管变量试验（fluctuation test）
乙管
又称波动试验或彷徨试验。1943年，S. E. Luria
和M. Delbrück根据统计学的原理，设计实验。
变异率计算
初筛 复筛
保藏及扩大试验
2. 诱变育种中的原则
（1）选择简便有效的诱变剂
物理因素
诱变剂
（mutagen）
Salvador Luria
Max Delbruck
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969
2.涂布试验（Newcombe experiment）
1949年，H.B.Newcombe在《NATURE》上发表了 一篇与变量试验属同一观点的但实验方法更为简单 的涂布试验结果。
2.自发突变（spontaneous mutation）
自发突变（spontaneous mutation）是指生物体
在无人工干预下自然发生的低频率突变。
自发突变的原因
（1）背景辐射和环境因素 例如，天然的宇宙射线等
（2）微生物自身有害代谢产物 例如，过氧化氢等
（3）DNA复制过程中碱基配对错误 一个1000bp的基因自发突变频率约为10-6
⑤ 增添三个碱基后，只引起一段密码子不正常： ⑥ 如缺失三个碱基，也只引起一段密码子不正常：
吖啶类化合物引起移码突变的机制：
吖啶类化合物
嘌呤－嘧啶对
结构相似
嵌
入
平面型三环分子
微生物的遗传变异与育种 PPT
雄性菌株与雌性菌株接合结果
三者根本区别在于DNA转移的方式不同
转化： 供体DNA片断→注入受体细胞，通过细胞膜 接合： 供体进入受体通过性纤毛 转导： 供体DNA片断通过媒介－噬菌体携带进入受体
物理诱变因素 化学诱变因素 生物诱变因素
• 由40年代B、 McClintock对得遗传研究而发现染 色体易位,自1967年以来,已在微生物和其她生物中 得到普遍证实,并已成为分子遗传学研究中得一个热 点。
转化(transformation)
几个概念:转化、转化因子、感受态 转化过程 转化得特点
转 化 (transformation)
受体细胞直接吸收了来自供体细胞得 DNA片断,并把她整合到自己得基因组 中,细胞部分遗传性状发生变化得现 象叫转化。
转化因子
转化就是游离得ＤＮＡ片断得转移和重 组游离得ＤＡＮ片断叫转化因子 转化因子由供体提供 自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生,
• 转座因子
• Transposible Element:
• 在染色体组中或染色体组间能改变自身位置得一 段DNA顺序。也称作跳跃基因(jumping gene)或 可移动基因(movable gene)。
转座因子
• 插入序列 (IS,insertion sequence)
• 转座子 (Tn,transposon,又称转位子,易位子)
ATC ATC ATG CTA CTA CTA CTA CTA 缺少一个碱基
ABC BCA BCA BCA BCA BCA BCA BCA
造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误
染色体畸变
某些理化因子,如Ｘ射线,紫外线, 亚硝酸等,除 能引起点突变外,还会引起DNA分子大损伤,包 括染色体易位,倒位,缺失,重复等,即为染色体畸 变。
微生物学 08第八章 微生物遗传、变异和育种 图文
从平板上挑选NTG处理的 长势好孢子丰满的菌落
选中菌落转接 斜面培养保存
摇瓶发酵、测定 蛋白酶活性水平
从中选出高产 蛋白酶突变株
82
①选择简便有效的诱变剂与最适诱变剂量 ②挑取优良的出发菌株 ③处理单倍体单细胞（或单孢子）悬液 ④利用复合处理的协同效应 ⑤选择利用形态、生理与产量间相关指标 ⑥设计采用高效筛选方法
72
（2）定向培养选育优良菌种
定向培育一般是指用某一特定环境 长期处理某一微生物培养物，同时不断 对它们进行移种传代，是达到积累和选 择合适的自发突变体的一种育种方法。 这种方法培育目的菌株的过程比较缓慢， 但有重要应用价值。
73
杂交是微生物基因重组的方式之一。一般分
有性杂交、准性杂交与体细胞杂交等。
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注：IS: insertion sequence 插入序列
20Leabharlann 1222324
可插入 大至 50kb外 源基因
现经改 构可转 化多种 非双子 叶植物
Ti质粒长 200 kb ，是一个大型质粒
25
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28
一、基因突变的基本概念 基因突变（gene mutation）简称突变，是
变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结 构突然发生的可遗传的变化。突变几率一般 在10－6～10－9范围内。
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选中菌落转接 斜面培养保存
摇瓶发酵、测定 蛋白酶活性水平
从中选出高产 蛋白酶突变株
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①选择简便有效的诱变剂与最适诱变剂量 ②挑取优良的出发菌株 ③处理单倍体单细胞（或单孢子）悬液 ④利用复合处理的协同效应 ⑤选择利用形态、生理与产量间相关指标 ⑥设计采用高效筛选方法
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（2）定向培养选育优良菌种
定向培育一般是指用某一特定环境 长期处理某一微生物培养物，同时不断 对它们进行移种传代，是达到积累和选 择合适的自发突变体的一种育种方法。 这种方法培育目的菌株的过程比较缓慢， 但有重要应用价值。
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杂交是微生物基因重组的方式之一。一般分
有性杂交、准性杂交与体细胞杂交等。
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注：IS: insertion sequence 插入序列
20Leabharlann 1222324
可插入 大至 50kb外 源基因
现经改 构可转 化多种 非双子 叶植物
Ti质粒长 200 kb ，是一个大型质粒
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一、基因突变的基本概念 基因突变（gene mutation）简称突变，是
变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结 构突然发生的可遗传的变化。突变几率一般 在10－6～10－9范围内。
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第八章微生物的遗传变异和育种3ppt课件
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温和噬菌体携带；
③ 缺陷噬菌体的形成方式是由于它在脱离宿主染色体过
程中，发生低频率（～10-5）“误切”（不正常切离， abnormal excesion）或由于双重溶源菌的裂解而形成；
④ 局限转导噬菌体的产生要通过UV等因素对溶源菌的
诱导并引起裂解后才产生。
能将一个细菌的部分染色体或质粒DNA带到
另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体。
细菌转导的二种类型： 完全普遍转导
普遍性转导 流产普遍转导
局限性转导
1.普遍转导（generalized transduction）
通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌任何小
片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌
的现象，称为普遍转导。
感受态细胞（competent cell）具有摄取外源DNA
能力的细胞。
自然感受态
是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；
人工感受态
则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力， 或人为地将DNA导入细胞内。 （该过程与细菌自身的遗传控制无关！）
感受态受遗传控制，但也存在个体差异。 感受态出现的时间不同； 感受态细胞所占比例和维持时间不同； 外界环境因子如腺苷酸（cAMP）及Ca2＋等对 感受态也有重要影响。
根据转导子出现频率的高低分类
低频转导 局 限 转 导 高频转导
温和噬菌体感染
整合到细菌染色体的特定位点上 宿主细胞发生溶源化
溶源菌因诱导而发生裂解时， 在前噬菌体二侧的少数宿主基 因因偶尔发生的不正常切割而 连在噬菌体DNA上
部分缺陷的温和噬菌体
把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中
② 该特定基因由部分缺陷的温和噬菌体携带；
③ 缺陷噬菌体的形成方式是由于它在脱离宿主染色体过
程中，发生低频率（～10-5）“误切”（不正常切离， abnormal excesion）或由于双重溶源菌的裂解而形成；
④ 局限转导噬菌体的产生要通过UV等因素对溶源菌的
诱导并引起裂解后才产生。
能将一个细菌的部分染色体或质粒DNA带到
另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体。
细菌转导的二种类型： 完全普遍转导
普遍性转导 流产普遍转导
局限性转导
1.普遍转导（generalized transduction）
通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌任何小
片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌
的现象，称为普遍转导。
感受态细胞（competent cell）具有摄取外源DNA
能力的细胞。
自然感受态
是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；
人工感受态
则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力， 或人为地将DNA导入细胞内。 （该过程与细菌自身的遗传控制无关！）
感受态受遗传控制，但也存在个体差异。 感受态出现的时间不同； 感受态细胞所占比例和维持时间不同； 外界环境因子如腺苷酸（cAMP）及Ca2＋等对 感受态也有重要影响。
根据转导子出现频率的高低分类
低频转导 局 限 转 导 高频转导
温和噬菌体感染
整合到细菌染色体的特定位点上 宿主细胞发生溶源化
溶源菌因诱导而发生裂解时， 在前噬菌体二侧的少数宿主基 因因偶尔发生的不正常切割而 连在噬菌体DNA上
部分缺陷的温和噬菌体
把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中
第8章 微生物遗传与变异PPT课件
由于终止密码出现在一条ｍＲＮＡ的中间部
位，就使多肽链的翻译就此终止，形成一条 不完整的多肽链。
（二）表型变化
表型：指可观察或可检测到的个体性状或特征，
是特定的基因型在一定环境条件下的表现。
基因型：指贮存在遗传物质中的信息，也就是它
的DNA碱基顺序。
几种常见的表型变化的突变型
1、营养缺陷型 2、抗性突变型 3、条件致死突变型 4、形态突变型
是一类典型的条件致死突变株
例如
T4噬菌体突变株在25℃ 下可感染宿主大肠杆菌，
而在37℃时却不能感染
大肠杆菌的某些菌株在
37℃下正常生长，而 在42℃下却不能生长
突变使某些重要蛋白质的结构和功能发生 改变，以致会在某特定温度下具有功能，而在 另一温度下则无功能
4、形态突变型
指造成形态改变的突变型，包括影响 细胞和菌落形态、颜色以及影响噬菌体的 噬菌斑形态的突变型。
（二）转化作用的发现
肺炎链球菌分为S型和R型两种。从活 的S型菌中抽提各种细胞成分（DNA、蛋白 质、荚膜多糖等），然后对各种生化组分 进行转化实验。
试 验
活R菌
转化S菌的DNA 转化S菌的RNA 转化S菌的蛋白质 转化S菌的荚膜多糖
长出S菌 只长出R菌
结果表明：只有S型菌株的DNA
才能将R型菌株转化为S型
3. 工干预下自然发
4. 生的低频率突变
（二）诱发突变
是指通过人为的方法，利用物理、化学或 生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。
诱发突变不是用诱变剂
注
产生新的突变,而是通过不
同的方式提高突变率
诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂
1、碱基类似物 2、插入染料 3、直接与DNA起化学反应的诱变剂 4、辐射和热 5、生物诱变因子
位，就使多肽链的翻译就此终止，形成一条 不完整的多肽链。
（二）表型变化
表型：指可观察或可检测到的个体性状或特征，
是特定的基因型在一定环境条件下的表现。
基因型：指贮存在遗传物质中的信息，也就是它
的DNA碱基顺序。
几种常见的表型变化的突变型
1、营养缺陷型 2、抗性突变型 3、条件致死突变型 4、形态突变型
是一类典型的条件致死突变株
例如
T4噬菌体突变株在25℃ 下可感染宿主大肠杆菌，
而在37℃时却不能感染
大肠杆菌的某些菌株在
37℃下正常生长，而 在42℃下却不能生长
突变使某些重要蛋白质的结构和功能发生 改变，以致会在某特定温度下具有功能，而在 另一温度下则无功能
4、形态突变型
指造成形态改变的突变型，包括影响 细胞和菌落形态、颜色以及影响噬菌体的 噬菌斑形态的突变型。
（二）转化作用的发现
肺炎链球菌分为S型和R型两种。从活 的S型菌中抽提各种细胞成分（DNA、蛋白 质、荚膜多糖等），然后对各种生化组分 进行转化实验。
试 验
活R菌
转化S菌的DNA 转化S菌的RNA 转化S菌的蛋白质 转化S菌的荚膜多糖
长出S菌 只长出R菌
结果表明：只有S型菌株的DNA
才能将R型菌株转化为S型
3. 工干预下自然发
4. 生的低频率突变
（二）诱发突变
是指通过人为的方法，利用物理、化学或 生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。
诱发突变不是用诱变剂
注
产生新的突变,而是通过不
同的方式提高突变率
诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂
1、碱基类似物 2、插入染料 3、直接与DNA起化学反应的诱变剂 4、辐射和热 5、生物诱变因子
微生物的遗传变异和育种1课件
4.复合诱变剂的处理
同一诱变剂的重复使用，两种或 多种诱变剂的先后使用等。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
三、营养缺陷型的筛选方法
1、诱变处理 2、淘汰野生型 3、检出缺陷型 4、鉴定缺陷型
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3、检出缺陷型
限 量 补 充 法
大，野 小，变
<1%蛋白胨
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
第一节 基因突变
一、基因突变 二、突变的机制 三、突变的特点
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一、基因突变
染色体 上基因 本身变 突化 变
基因突变：少数碱基改变
染色体的畸变：大片段 DNA变化
染色体数量变化
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
第二节 微生物的育种
一、自发突变育种 二、诱变育种
同一诱变剂的重复使用，两种或 多种诱变剂的先后使用等。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
三、营养缺陷型的筛选方法
1、诱变处理 2、淘汰野生型 3、检出缺陷型 4、鉴定缺陷型
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3、检出缺陷型
限 量 补 充 法
大，野 小，变
<1%蛋白胨
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
第一节 基因突变
一、基因突变 二、突变的机制 三、突变的特点
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一、基因突变
染色体 上基因 本身变 突化 变
基因突变：少数碱基改变
染色体的畸变：大片段 DNA变化
染色体数量变化
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
第二节 微生物的育种
一、自发突变育种 二、诱变育种
微生物教程yyd第八章微生物的遗传变异和育种ppt课件
(五）基因突变的机制
突变机制是多样性的，可以是自发的或诱发的，具体见 下图。
1.诱变机制
诱发突变：简称诱变，指通过人为的方法，利用物 理、化学或生物因素显著提高基因自发突变几率 的手段。
诱变剂：能够提高突变几率的任何因素。
➢碱基的置换
➢移码突变
➢染色体畸变
（1） 碱基置换
它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换，属
巨大质粒：比一般质粒大几十倍至几百 倍。
其他质粒：降解性质粒只存在于假单胞 菌属，能够编码可降解复杂物质的酶类。
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第二节基因突变和诱变育种
几个重要概念：
基因突变：简称突变，是遗传物质的分子结构 或数量突然发生的可遗传性的变化，可自发或 诱导产生。
野生型菌株：从自然界分离到的菌株，简称野 生型。
变量
大肠杆菌稀释培养物
10 ml
(培养前先分成50小管)
10 ml
(在同一个大管
5
抗噬菌体菌落数
涂布试验
涂布敏感菌5×104个 共12个平板
5×104个菌落 5000个细菌/菌落
重新涂布后 喷入T1保温
喷入T1保温
6个平板共353个菌落
6个平板共28个菌落
F．Griffith作了3组实验如下图
噬菌体感
原理 步骤
3：
DNA只含P不含S
Pr 只含S不含P
1：用含同位素Ｓ35, P32的培养基培养大肠杆菌 2：让T2感染上述大肠杆菌使其打是S35P32标记
吸附
10分钟后 搅动
离心
上清液 沉淀
结果：上清液中含15%放射击性；沉淀中含85%放射性
（三） 植物病毒的重建试验
由突变型基因返回到原始的野生型基因，称回复突变。
C-第八章--微生物的遗传和变异PPT课件
原核：DNA呈环状，在细菌质粒中超螺旋
病毒粒：呈环状或线状 -
30
基因水平
基因
在生物体中，一切具有自主复制能力的遗传功能 单位，都可称为基因
基因的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的核 酸片段
基因的大小
分子量：一个基因6.7×105 Da 碱基对：一个基因约有1000bp 数量：每个细菌约有5000～10000个基因
• 致死突变型
由于基因突变造成菌体死亡或生活能力下降 双倍体生物能够以杂合子的形式存活下来，一
旦形成纯合子，则发生死亡
-
43
三、基因突变的特点
• 随机性 • 稀有性 • 独立性 • 可逆性 • 稳定性
-
44
随机性
定义
各种性状的突变可以在没有任何人为的诱变因素
处理的情况下，可以发生在生物的任何个体的发
实验（3）结论
只有S型中的DNA才能使R型转化为S型，多 糖和蛋白质都不具备转化能力
-
17
2、噬菌体感染实验
研究者
A.D.Hershey和M.Chase
实验材料
E. Coli、T2嗜菌体
实验原理
用同位素32P标记噬菌体的DNA、用同位素35S 标记噬菌体的蛋白质，然后再感染宿主细胞
染色体水平
真核生物 染色体数目不同 染色体倍数不同
倍数：指同一细胞中染色体的套数 单倍体:一个细胞中只有一套相同功能的染色体 双倍体:一个细胞中有二套相同功能的染色体.
原核生物
仅有一条染色体，单倍体.
-
28
核酸水平
核酸种类
DNA：绝大多数生物的遗传物质 RNA：部分病毒
核酸的组成
育时期及任何基因上
特点
微生物的遗传变异与菌种优秀课件
（64）环稳状定突性出。效应
（7）可逆性。
碱基对的置换
碱基对的置换可分成两个亚类：一类是DNA 链上的一 个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换， 称为转换；另一类是DNA 链上的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，称为颠换
A：T
T：A
A
T
C：G
G：C
C
G
双链DNA
结果发现，几乎全部 35S 都在上清液中，而几 乎全部 32P 和细菌一起出现在沉淀物中。
烟草花叶病毒的拆开与重组实验
1956 年，美国的法朗克-康勒特(Fraenkel-Conrat) 将烟草花叶病毒拆成RNA(因该病毒不含DNA)和蛋白质，并分别
对烟草进行感染实验； 结果发现只有 RNA能感染烟草，并在感染后的寄主中分离到完
微生物的遗传变异与菌种
本章主要内容
微生物遗传变异的基本原理
☀ 关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。 ☀ 关于微生物基因突变的基本原理（类型、特点和机制）。 ☀ 关于微生物基因重组的基本原理（方式和特点）。
微生物菌种的选育
☀ 关于野生型微生物菌菌株分离、筛选与纯化。 ☀ 关于微生物的诱变育种的工作程序和方法步骤。 ☀ 关于营养缺陷型突变菌株的筛选方法和具体应用。 ☀ 原生质体融合育种技术的操作程序。 ☀ 基因工程育种技术的操作步骤和取得的成就。 ☀ 微生物菌种退化的原因；掌握菌种复壮的方法、防止菌种 退化的措施以及菌种保藏的方式和原理。
（三）分子水平 DNA（ RNA）－－→在DNA 大分子上存在着决定某些遗传性状的 特定区段，即所谓基因－－→一个基因含若干核苷酸碱基组成 的三联密。四种核苷酸，按其排列组合方式的不同，可编出三 联密码 43＝64个，用于决定组成蛋白质的20 种氨基酸顺序。 起始密码（AUG）和终止密码（UAA、UGA和UAG）。
（7）可逆性。
碱基对的置换
碱基对的置换可分成两个亚类：一类是DNA 链上的一 个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换， 称为转换；另一类是DNA 链上的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，称为颠换
A：T
T：A
A
T
C：G
G：C
C
G
双链DNA
结果发现，几乎全部 35S 都在上清液中，而几 乎全部 32P 和细菌一起出现在沉淀物中。
烟草花叶病毒的拆开与重组实验
1956 年，美国的法朗克-康勒特(Fraenkel-Conrat) 将烟草花叶病毒拆成RNA(因该病毒不含DNA)和蛋白质，并分别
对烟草进行感染实验； 结果发现只有 RNA能感染烟草，并在感染后的寄主中分离到完
微生物的遗传变异与菌种
本章主要内容
微生物遗传变异的基本原理
☀ 关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。 ☀ 关于微生物基因突变的基本原理（类型、特点和机制）。 ☀ 关于微生物基因重组的基本原理（方式和特点）。
微生物菌种的选育
☀ 关于野生型微生物菌菌株分离、筛选与纯化。 ☀ 关于微生物的诱变育种的工作程序和方法步骤。 ☀ 关于营养缺陷型突变菌株的筛选方法和具体应用。 ☀ 原生质体融合育种技术的操作程序。 ☀ 基因工程育种技术的操作步骤和取得的成就。 ☀ 微生物菌种退化的原因；掌握菌种复壮的方法、防止菌种 退化的措施以及菌种保藏的方式和原理。
（三）分子水平 DNA（ RNA）－－→在DNA 大分子上存在着决定某些遗传性状的 特定区段，即所谓基因－－→一个基因含若干核苷酸碱基组成 的三联密。四种核苷酸，按其排列组合方式的不同，可编出三 联密码 43＝64个，用于决定组成蛋白质的20 种氨基酸顺序。 起始密码（AUG）和终止密码（UAA、UGA和UAG）。
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⑦对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感； ⑧对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。
微生物的独特生物学特性：
（ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） 个体的体制极其简单； 营养体一般都是单倍体； 易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖； 繁殖速度快； 易于积累不同的中间代谢产物或终产物； 菌落形态特征的可见性和多样性； 环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和 均一性； （8） 易于形成营养缺陷型； （9） 各种微生物一般都有相应的病毒； （10） 存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传 递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具 稳定性。 遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的 全部基因的总和；------是一种内在可能性或潜力。
3. Col因子（colicinogenic factor）
• 产大肠杆菌素因子。 • 大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的细菌素，能 通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死 其它肠道细菌。其分子量约4×104~8×104Dalton。大肠 杆菌素都是由Col因子编码的。 • Col因子可分为两类，分别以ColE1和ColIb为代表。
一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
（一）经典转化实验（transformation）：F.Griffith， 研究对象： Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌） SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性 RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性 1928年，Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验 对小鼠注射活RII菌或死SIII菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌 ———小鼠死亡 活的SIII菌
代谢
遗传型 + 环境条件
发育
表型
表型（ phenotype ）：指生物体所具有的一切外表特征和内在 特性的总和 ;------ 是一种现实存在，是具一定遗传型的 生物在一定条件下所表现出的具体性状。
遗传与变异的概念
变异 (variation): 生物体在外因或内因的作用下，遗传物 质的结构或数量发生改变。变异的特点：a. 在群体中以 极低的几率出现，（一般为 10-6 ～ 10-10 ）； b. 形状变化 的幅度大； c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传 的。 饰变（modification）：指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。特点是： a. 几乎 整个群体中的每一个个体都发生同样的变化；b. 性状变 化的幅度小； c. 因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。 例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵 杆菌素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度 降到25℃，又恢复产色素的能力。
第八章
微生物的遗传变异与育种
理想的工业发酵菌种应符合以下要求：
①遗传性状稳定； ②生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染； ③目标产物的产量尽可能接近理论转化率； ④目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利 于分离； ⑤尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产 量并利于分离；
⑥培养基成分简单、来源广、价格低廉；
抽取心血 分离
Griffith 转化试验示意
RII型活菌
健康
健康
SIII型活菌
Байду номын сангаас健康
病死
健康
健康
SIII型热死菌 健康
病死
RII型活菌
健康
病死
混合培养 SIII型活菌
（2）细菌培养实验
平皿培养 热死SIII菌————— 不生长 活 RII 菌—————长出RII菌 -6S 菌 热死SIII菌————— 长出大量 R 菌和 10 II III +活R 菌
（3）S型菌的无细胞抽提液试验 活R菌+S菌无细胞抽提液——长出大量R菌和 少量S菌
II
以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可 能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型 细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII 型细胞。
1944 年 O.T.Avery 、 C.M.MacLeod 和 M 。 McCarty 从热死 S 型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分， 并在离体条件下进行了转化试验：
第一节 遗传变异的物质基础
种质连续理论： 1883~1889 年间 Weissmann 提出。认为遗传物 质是一种具有特定分子结构的化合物。 基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了染 色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学 说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。 但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基 酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以 达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由4 种不同的核苷酸组成，它们通过排列核组合只能产生较少 种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基 因，起活性成分是蛋白质。 DNA 是遗传变异的物质基础的证明： 1944 年以后，先后有利 用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球 菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试 验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。
（二）噬菌体感染实验 A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
吸附 离心
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
上清液中含 15%放射性 沉淀中含 85%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中
以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验
上述结果说明，在 RNA 病毒中， 遗传的物质基础也是核酸。
HRV MTV
二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式
（一）核酸存在的七个水平及质粒
细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核
细胞核水平: 原与真核生物的细胞核结构不同，核外DNA 染色体水平: 倍性(真核)和染色体数
核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体
– ColE1分子量约为5×106Dalton，无接合作用，是多 copy的； ColE1研究得很多，并被广泛地用于重组 DNA 的研究和用于体外复制系统上。
– ColIb分子量约为80×106Dalton，它与F因子相似，具有
三、原核生物的质粒
③可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到 另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒 转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一 起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。
④对于细菌的生存并不是必要的
⑤功能多样化
三、原核生物的质粒
功能：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生 毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。
重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。
存在范围：很多细菌如E.coli、Shigella、S.aureus、 Streptococcus lactis、根癌土壤杆菌等
制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和 蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。 鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶 切图谱等方法
①加S菌DNA ②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RNA ⑤加S菌的蛋白质 ⑥加S菌的荚膜多糖 长出S菌 只有R菌
活R菌
只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S 型。且 DNA 纯度越高，转化效率也越高。说明 S 型菌株转 移给R型菌株的，是遗传因子。
通过交换掺入染色体上，以附加体（episome）的形式存在；
• ②质粒是一种复制子（replicon），根据自我复制能力的不同，可 把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒的复
制受细胞核控制，与染色体DNA复制相伴随,一般一个寄主细胞内
只有少数几个（1~5）个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核控制， 在染色体DNA复制停止的情况下仍可以进行复制，在细胞内的数 量可以达到10~200个或更多。
几种代表性质粒：
1. F–因子（fertility factor）：又称致育 因子或性因子，62×106Dalton，94.5kb， 相当于核染色体DNA2%的环状双链 DNA，足以编码94个中等大小多肽，其 中1/3基因（tra区）与接合作用有关。存 在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、 奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性 别。
上清液中含 75%放射性 沉淀中含 25%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
吸附
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中
（三）植物病毒的重建实验 为了证明核酸是遗传物质， H. Fraenkel-Conrat （ 1956 ）用含 RNA 的烟草花叶病毒（ TMV ） 进行了著名的植物病毒重建实验。 将 TMV 在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将 其蛋白质外壳与 RNA 核心相分离。分离后的 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，而且在病斑中还能分离 出正常病毒粒子。
选用 TMV 和霍氏车前花叶病毒 （ HRV ），分别拆分取得各 自的 RNA 和蛋白质，将两种 RNA 分别与对方的蛋白质外 壳重建形成两种杂合病毒：
（1）RNA（TMV） 蛋白质（HRV） （2）RNA（HRV） 蛋白质（TMV）
MTV
HRV
用两种杂合病毒感染寄主：
微生物的独特生物学特性：
（ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） 个体的体制极其简单； 营养体一般都是单倍体； 易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖； 繁殖速度快； 易于积累不同的中间代谢产物或终产物； 菌落形态特征的可见性和多样性； 环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和 均一性； （8） 易于形成营养缺陷型； （9） 各种微生物一般都有相应的病毒； （10） 存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传 递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具 稳定性。 遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的 全部基因的总和；------是一种内在可能性或潜力。
3. Col因子（colicinogenic factor）
• 产大肠杆菌素因子。 • 大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的细菌素，能 通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死 其它肠道细菌。其分子量约4×104~8×104Dalton。大肠 杆菌素都是由Col因子编码的。 • Col因子可分为两类，分别以ColE1和ColIb为代表。
一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
（一）经典转化实验（transformation）：F.Griffith， 研究对象： Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌） SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性 RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性 1928年，Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验 对小鼠注射活RII菌或死SIII菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌 ———小鼠死亡 活的SIII菌
代谢
遗传型 + 环境条件
发育
表型
表型（ phenotype ）：指生物体所具有的一切外表特征和内在 特性的总和 ;------ 是一种现实存在，是具一定遗传型的 生物在一定条件下所表现出的具体性状。
遗传与变异的概念
变异 (variation): 生物体在外因或内因的作用下，遗传物 质的结构或数量发生改变。变异的特点：a. 在群体中以 极低的几率出现，（一般为 10-6 ～ 10-10 ）； b. 形状变化 的幅度大； c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传 的。 饰变（modification）：指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。特点是： a. 几乎 整个群体中的每一个个体都发生同样的变化；b. 性状变 化的幅度小； c. 因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。 例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵 杆菌素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度 降到25℃，又恢复产色素的能力。
第八章
微生物的遗传变异与育种
理想的工业发酵菌种应符合以下要求：
①遗传性状稳定； ②生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染； ③目标产物的产量尽可能接近理论转化率； ④目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利 于分离； ⑤尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产 量并利于分离；
⑥培养基成分简单、来源广、价格低廉；
抽取心血 分离
Griffith 转化试验示意
RII型活菌
健康
健康
SIII型活菌
Байду номын сангаас健康
病死
健康
健康
SIII型热死菌 健康
病死
RII型活菌
健康
病死
混合培养 SIII型活菌
（2）细菌培养实验
平皿培养 热死SIII菌————— 不生长 活 RII 菌—————长出RII菌 -6S 菌 热死SIII菌————— 长出大量 R 菌和 10 II III +活R 菌
（3）S型菌的无细胞抽提液试验 活R菌+S菌无细胞抽提液——长出大量R菌和 少量S菌
II
以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可 能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型 细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII 型细胞。
1944 年 O.T.Avery 、 C.M.MacLeod 和 M 。 McCarty 从热死 S 型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分， 并在离体条件下进行了转化试验：
第一节 遗传变异的物质基础
种质连续理论： 1883~1889 年间 Weissmann 提出。认为遗传物 质是一种具有特定分子结构的化合物。 基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了染 色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学 说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。 但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基 酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以 达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由4 种不同的核苷酸组成，它们通过排列核组合只能产生较少 种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基 因，起活性成分是蛋白质。 DNA 是遗传变异的物质基础的证明： 1944 年以后，先后有利 用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球 菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试 验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。
（二）噬菌体感染实验 A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
吸附 离心
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
上清液中含 15%放射性 沉淀中含 85%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中
以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验
上述结果说明，在 RNA 病毒中， 遗传的物质基础也是核酸。
HRV MTV
二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式
（一）核酸存在的七个水平及质粒
细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核
细胞核水平: 原与真核生物的细胞核结构不同，核外DNA 染色体水平: 倍性(真核)和染色体数
核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体
– ColE1分子量约为5×106Dalton，无接合作用，是多 copy的； ColE1研究得很多，并被广泛地用于重组 DNA 的研究和用于体外复制系统上。
– ColIb分子量约为80×106Dalton，它与F因子相似，具有
三、原核生物的质粒
③可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到 另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒 转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一 起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。
④对于细菌的生存并不是必要的
⑤功能多样化
三、原核生物的质粒
功能：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生 毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。
重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。
存在范围：很多细菌如E.coli、Shigella、S.aureus、 Streptococcus lactis、根癌土壤杆菌等
制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和 蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。 鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶 切图谱等方法
①加S菌DNA ②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RNA ⑤加S菌的蛋白质 ⑥加S菌的荚膜多糖 长出S菌 只有R菌
活R菌
只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S 型。且 DNA 纯度越高，转化效率也越高。说明 S 型菌株转 移给R型菌株的，是遗传因子。
通过交换掺入染色体上，以附加体（episome）的形式存在；
• ②质粒是一种复制子（replicon），根据自我复制能力的不同，可 把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒的复
制受细胞核控制，与染色体DNA复制相伴随,一般一个寄主细胞内
只有少数几个（1~5）个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核控制， 在染色体DNA复制停止的情况下仍可以进行复制，在细胞内的数 量可以达到10~200个或更多。
几种代表性质粒：
1. F–因子（fertility factor）：又称致育 因子或性因子，62×106Dalton，94.5kb， 相当于核染色体DNA2%的环状双链 DNA，足以编码94个中等大小多肽，其 中1/3基因（tra区）与接合作用有关。存 在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、 奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性 别。
上清液中含 75%放射性 沉淀中含 25%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
吸附
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中
（三）植物病毒的重建实验 为了证明核酸是遗传物质， H. Fraenkel-Conrat （ 1956 ）用含 RNA 的烟草花叶病毒（ TMV ） 进行了著名的植物病毒重建实验。 将 TMV 在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将 其蛋白质外壳与 RNA 核心相分离。分离后的 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，而且在病斑中还能分离 出正常病毒粒子。
选用 TMV 和霍氏车前花叶病毒 （ HRV ），分别拆分取得各 自的 RNA 和蛋白质，将两种 RNA 分别与对方的蛋白质外 壳重建形成两种杂合病毒：
（1）RNA（TMV） 蛋白质（HRV） （2）RNA（HRV） 蛋白质（TMV）
MTV
HRV
用两种杂合病毒感染寄主：