第七章_微生物的遗传变异

第七章 微生物的遗传变异

与育种

微生物的亲代 子代 下

一代，并且相对稳

定地一代一代地传下去，这就是微生物的遗传性。微生物的遗传性与其他生物一样是相对稳定的。

微

生

物

群

体中少数个体 遗传性发生改变，

这就是微生物的变异性。变异由于是在遗传物质水平发生改变，因此是可遗传的，并且是普遍的，其变异现象很多。

遗传是相对的，变异是绝对的；遗传中有变异，变异中有遗传，从而使微生物不断进化。

变异了的微生物与原来的微生物有所不同，称为变种。 由于微生物有一系列非常独特的生物学特性，因而在现代遗传学研究中往往把它作为研究对象。这些生物学特性包括：

1. 个体结构简单；

2. 营养体一般都是（n ）；

适宜的环境条件下 代谢和发育

生长繁殖

遗传特性 在内因和外因的相互作用下 在遗传物质水平上发生了改变

3.生长能力强、繁殖速度快、易于在成分简单的合成培养基上大量生长繁殖；

4.易于累积不同的中间代谢产物和终端代谢产物；

5.环境条件对微生物各个群体作用直接均一，且重复性好；

6.易于形成营养缺陷型等突变类型；

7.各种微生物都有其相应的病毒；

8.特殊的生殖方式：无性及原始的有性；

9.菌落形态的多样性和可见性。

第一节遗传变异的物质基础

在遗传学的研究和学习中，已经证明遗传变异的物质基础是核酸。这个结论的得出就是以微生物为研究对象而得来的。

一、三个著名经典实验

1.经典转化实验：以有荚膜和无荚膜的Streptococcus

pneumoniae（肺炎链球菌）为试验对象；

2. 噬菌体感染实验：E.coli及其噬菌体；

3. 植物病毒的重建实验：TMV及与其近缘的HRV。

通过这三个实验以确凿的事实证实了核酸尤其是DNA （RNA病毒为RNA）才是遗传变异的真正物质基础，只有核酸才是负荷遗传信息的真正物质基础。但就微生物而言，其核酸类型、结构、存在部位等和其他生物相比，有相同之处，也有其独特之处。

二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式

（一）七个水平

1. 细胞水平

大部分DNA集中在核区，不同微生物或同种不同细胞中细胞核数目常不同。

2. 细胞核水平

真核、原核，DNA含量少、能自主复制的核外染色体。

3. 染色体水平

（1）染色体数：不同生物染色体数目差别很大。（2）染色体倍数

自然界中微生物染色体多为（n），只有少数营养细胞及合子为（2n）原核生物通过转化、转导或接合可形成不稳定的部分（2n）。

4. 核酸水平

（1）核酸种类

（2）核酸结构

（3）DNA长度

用bp、kb、mb表示。

5. 基因水平

原核生物的基因组成以下调控系统而发挥作用：

6. 密码子水平

7. 核苷酸水平

AMP、TMP、GMP、CMP，E.COLI的T偶数噬菌体的DNA中有5—羟甲基胞嘧啶。

（二）原核生物的质粒

1.质粒

凡游离于原核生物基因组外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，称为质粒。

2.质粒的特征

（1）形状大小：超螺旋结构、106 ~ 108Da、1%核基因组大小。

（2）数量：每个菌体内有一个或几个、或很多。

（3）质粒上携带有某些核基因组上所没有的基因，使原核生物的生长繁殖过程中增添了一些特殊功能，如：接合、产毒、抗药、固氮、产特殊酶、降解毒物等。

（4）是一种独立存在于细胞内的复制子。

严紧型复制控制：复制行为与核染色体的复制同步。

松弛型复制控制：复制行为与核染色体的复制不同步。

（5）少数质粒可在不同菌株间转移，如：F因子、R 因子。

（6）质粒消除：因某些理化因素的影响致使质粒复制受抑而核染色体的复制仍继续进行，从而引起子代细胞中不带质粒的现象。

（7）有些质粒具有与核染色体整合和脱离的功能——附加体。

（8）质粒还有重组的功能：可在质粒与质粒间、质粒与核染色体间发生基因重组。

3. 几种典型质粒

（1）F质粒（F因子、致育因子、性因子）

是E.coli等细菌决定性别并有转移能力的质粒。

（2）R质粒（R因子）

存在于某些肠道细菌中的抗药性质粒，这些细菌不仅能抗多种抗生素等药物，还能把抗药基因传递到其他肠道细菌中。

（3）Col质粒（大肠杆菌素质粒、大肠杆菌素因子）

使E.coli等细菌产生大肠杆菌素等细菌素，具有通过抑

制复制、转录、转译或能量代谢等方式专一地抑制或杀死其他肠道细菌生长。

（4）Ti质粒（致癌质粒）

存在与根癌杆菌中，可引起许多双子叶植物根癌。

（5）Ri质粒

发根土壤杆菌或发根农杆菌中，可侵染双子叶植物的根部，并诱生大量毛状的不定根。

（6）mega质粒（巨大质粒）

根瘤菌中，其上有一系列与固氮相关的基因。

（7）降解性质粒

假单胞菌中发现，可为降解一系列复杂有机物的酶编码。在污水处理、环境保护等方面有特有作用。

第二节基因突变和诱变育种

一、基因突变（突变）

是变异的一类。凡指细胞内或病毒粒内遗传物质的分子结构突然发生的可遗传的变化。可自发或诱导产生。

狭义的突变：专指基因突变（点突变）。

广义的突变：包括基因突变和染色体突变。

突变的几率很低——10-6 ~ 10-9。

野生型菌株（wild type strain，野生型）：从自然界分离到的菌株。

突变株（mutant，突变体、突变型）：野生型经突变后

形成的带有新性状的菌株。