微生物的遗传和育种
微生物 10-4、5、6第十章 微生物的遗传变异和育种
工程菌的稳定性问题
由工程菌产生的珍稀药物如：胰岛素、干扰素、 人生长激素、乙肝表面抗原、人促红细胞生成 素、重组链激酶等都已先后供应市场，不仅保 证了这些药物的来源，而且使成本大大降低。 但工程菌在发酵生产和保存过程中表现出不稳 定性，具体表现为：质粒的丢失；重组质粒发 生DNA片断脱落；表达产物不稳定。 工程菌的稳定与否，与重组质粒本身的分子组 成、宿主细胞生理和遗传性以及环境条件等因 素有关。
性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否 则生产或科研都无法正常进行。 影响微生物菌种稳定性的因素：a）变异；b）污染； c ）死亡。
一、菌种的衰退与复壮
衰退：菌种出现或表现出负变性状
菌种衰退的原因： ①大量群体中的自发突变
自发突变
纯菌种
不纯菌种
传代增殖
衰退菌种
原始个体
突变个体 菌种衰退的原因： ②分离现象。 菌种衰退的原因： ③培养条件与传代。
准性杂交育种
第五节 分子育种（基因工程育种）
一、基因工程 定义：在基因水平上，改造遗传物质，从而使 物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的 生物新品系。
特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性
二、基因工程的基本操作 获得目的基因
选择基因载体
体外重组 外源基因导入 筛选和鉴定
应用
通过基因工程改变后的菌株被称为“工程菌”， 工程菌已逐渐应用于药物的微生物发酵生产中， 主要有以下几个方面：①增加生物合成基因量而 增加抗生素产量；②导入强启动子或抗性基因而 增加抗生素产量；③把两种不同的生物合成基因 在体外重组后再导入受体而产生杂交抗生素；④ 激活沉默基因，以其产生新的生物活性物质或提 高抗生素产量；⑤把异源基因克隆到宿主中表达， 以期彻底改变生产工艺。
第八章-微生物的遗传变异与育种答案
第七章习题答案一、名词解释1.转座因子:具有转座作用得一段DNA序列、2.普遍转导:通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”,而将其遗传性状传递给受体菌得现象称为普遍转导。
3.准性生殖:就是一种类似于有性生殖,但比它更为原始得两性生殖方式,这就是一种在同种而不同菌株得体细胞间发生得融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子、4.艾姆氏试验:就是一种利用细菌营养缺陷型得回复突变来检测环境或食品中就是否存在化学致癌剂得简便有效方法5.局限转导:通过部分缺陷得温与噬菌体把供体得少数特定基因携带到受体菌中,并与后者得基因整合,重合,形成转导子得现象、6.移码突变:诱变剂使DNA序列中得一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面得全部遗传密码得阅读框架发生改变、7、感受态:受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化得一种生理状态、8、高频重组菌株:该细胞得F质粒已从游离态转变为整合态,当与F菌株相接合时,发生基因重组得频率非常高、9、基因工程:通过人工方法将目得基因与载体DNA分子连接起来,然后导入受体细胞,从而使受体细胞获得新得遗传性状得一种育种措施称基因工程。
10、限制性内切酶:就是一类能够识别双链DNA分子得特定序列,并能在识别位点内部或附近进行切割得内切酶。
11.基因治疗:就是指向靶细胞中引入具有正常功能得基因,以纠正或补偿基因得缺陷,从而达到治疗得目得。
12.克隆:作为名词,也称为克隆子,它就是指带有相同DNA序列得一个群体可以就是质粒,也可以就是基因组相同得细菌细胞群体。
作为动词,克隆就是指利用DNA体外重组技术,将一个特定得基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上,进行扩增。
二、填空1.微生物修复因UV而受损DNA得作用有光复活作用与切除修复、2.基因组就是指一种生物得全套基因。
3.基因工程中取得目得基因得途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变与染色体突变两种类型。
第七章微生物的遗传变异和育种2
10-6~10-9
若干细菌某一性状的突变率
菌名
突变性状
突变率
Escherichia coil （大肠杆菌）
抗T1噬菌体
3×10-8
E．coil
抗T3噬菌体
1×10-7
E．coil
不发酵乳糖
1×10-10
E．coil
Staphylococcus aureus（金黄色葡 萄球菌）
S．aureus
抗紫外线 抗青霉素 抗链霉素
间接引起置换的诱变剂：
引起这类变异的诱变剂都是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧 啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤 （8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP） 等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA 分子中后而引起的，故是间接的。
（2）移码突变（frame-shift mutation 或phase-shift mutation）
（四） 基因突变的自发性和不对应性的证明
一种观点：突变是“定向变异”，是“驯化”，是由环 境因子诱发出来的；
另一种观点；基因突变是自发的，且与环境因素是不对 应的，后者只不过是选择因素；
1、 变量试验（fluctuation test） 又称波动试验或彷徨试 验。
2、涂布试验（Newcombe experiment） 3、平板影印培养试验（replica plating） 1952年，J．Lederberg夫妇
2、定向培育优良品种：指用某一特定因素长期处理某微生 物的群体，同时不断的对它们进行移种传代，以达到积 累并选择相应的自发突变株的目的。由于自发突变 的 频 率较低，变异程度较轻微，所以培育新种的过程十分缓 慢。与诱变育种、杂交育种和基因 工程技术相比，定向 培育法带有“守株待兔”的性质，除某些抗性突变外， 一般要相当长的时间
微生物的遗传变异与育种答案解析
第七章习题答案一.名词解释1.转座因子：具有转座作用的一段DNA序列.2.普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段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。
3.准性生殖：是一种类似于有性生殖,但比它更为原始的两性生殖方式,这是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子.4.艾姆氏试验：是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的简便有效方法5.局限转导：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体的少数特定基因携带到受体菌中,并与后者的基因整合,重合,形成转导子的现象.6.移码突变：诱变剂使DNA序列中的一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变.7.感受态：受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态.8. 高频重组菌株：该细胞的F质粒已从游离态转变为整合态,当与F- 菌株相接合时,发生基因重组的频率非常高.9.基因工程：通过人工方法将目的基因与载体DNA分子连接起来，然后导入受体细胞，从而使受体细胞获得新的遗传性状的一种育种措施称基因工程。
10.限制性内切酶：是一类能够识别双链DNA分子的特定序列，并能在识别位点内部或附近进行切割的内切酶。
11.基因治疗：是指向靶细胞中引入具有正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。
12.克隆：作为名词，也称为克隆子，它是指带有相同DNA序列的一个群体可以是质粒，也可以是基因组相同的细菌细胞群体。
作为动词，克隆是指利用DNA体外重组技术，将一个特定的基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上，进行扩增。
二. 填空1.微生物修复因UV而受损DNA的作用有光复活作用和切除修复.2.基因组是指一种生物的全套基因。
3.基因工程中取得目的基因的途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变和染色体突变两种类型。
微生物遗传育种学
微生物遗传育种学
微生物遗传育种学是研究微生物的遗传变异、遗传改良及育种技术的学科。
微生物指的是细菌、真菌、病毒等单细胞生物。
微生物遗传育种学主要关注微生物在遗传水平上的变异、变异的调控机制以及如何通过遗传改良来获得具有特定性状的微生物株系。
微生物遗传育种学的研究内容包括：
1. 遗传变异的检测与分析：通过分子生物学、基因组学等技术手段，研究微生物中存在的遗传变异，探究变异的产生机制和变异位点的定位。
2. 遗传改良的策略和方法：通过基因工程、突变育种、自然选择等手段，改良微生物的遗传性状，如产量、耐受性、代谢能力等，以提高微生物在工业生产、环境修复、药物开发等方面的应用性能。
3. 突变育种的应用：通过诱变剂或辐射等方法，诱发微生物的突变，筛选出具有特定性状的突变株系，进一步进行遗传改良。
4. 基因工程的应用：通过外源基因的引入、基因的删除或修改等手段，改变微生物的基因组，使其具有特定的功能或产物。
通过微生物遗传育种学的研究与应用，可以获得具有工业、农业、医疗等方面应用潜力的微生物种类，为人类社会的发展和生活带来诸多好处。
微生物的遗传变异和育种
第一节 微生物遗传的物质基础
三、基因表达 在所有的生物中，基因的主要功能是把遗传信息转变 为特定氨基酸顺序的多肽，从而决定生物性状的过程，这 一过程称为基因表达。基因表达包括以下两个步骤，首先 以DNA为模板，通过RNA聚合酶转录出mRNA（信使RNA）， 然后将mRNA的碱基顺序翻译成由相应氨基酸顺序组成的蛋 白质（图6-1)。
第一节 微生物遗传的物质基础
（四）核苷酸 各种遗传密码子储存着各自对应的信息，而单个核苷 酸或碱基则是密码子的组成单位，是基因突变的最小单位。 从绝大多数微生物的DNA组分来看，其分别由腺苷酸、胸 苷酸、鸟苷酸和胞苷酸4种脱氧核苷酸组成。其上的碱基 分别为腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞 嘧啶（C）。
第一节 微生物遗传的物质基础
相结合。不论真核微生物的细胞核还是原核微生物细胞的 核区都是该微生物遗传信息的大本营和信息库，因此被称 为核基因组、核染色体组或简称基因组。再从细胞内的染 色体数目来看，不同的微生物的染色体数目差别很大，真 核微生物常有较多的染色体，如酵母菌属中有的种有17条 之多，而原核微生物中常只有一条裸露的环状DNA大分子 核酸，即一条染色体。
第一节 微生物遗传的物质基础
二、DNA的结构与复制 （一）DNA的结构 1953年，Watson和Crick首先提出DNA的结构模型，认 为DNA是由两条反向平行的多核苷酸组成的双螺旋结构， 两条多核苷酸链通过碱基间的氢键相结合。此结构已经扫 描隧道显微镜所证实。
第一节 微生物遗传的物质基础
（二）DNA的复制 在细胞分裂和传代的过程中，作为微生物遗传物质 的DNA必须准确无误地复制，才能使子代细胞含有相同的 遗 传 信 息 ， 以 保 持 物 种 的 稳 定 。 1 9 5 8 年 ， Meselson 和 Stahl用15N标记的碱基培养大肠杆菌，并定时取样分离DNA， 进行密度梯度离心。研究结果证明，DNA是以独特的半保 留方式进行复制的，即每一子代DNA分子的一条链来自亲 代，另一条链是新合成的。
食品微生物学 第四章微生物遗传与菌种选育 第二节微生物的菌种选育
微生物遗传与菌种选育
4.2.2.1 诱变育种的步骤:
确定出发菌 ↓
菌种的纯化选优 ↓出发菌株性能测定
同步培养 ↓
制备单细胞（单孢子）悬液 ↓
诱变剂选择与诱变剂量的预试验 ↓
诱变处理 ↓
平板分离 ↓计形态变异菌落数、↓
重复筛选 ↓摇瓶发酵试验
选出突变株进行生产试验
如果此野生型菌株产量偏低，达不到工业生产的要求， 可以留之作为菌种选育的出发菌株。
微生物遗传与菌种选育
4.2.2 微生物的诱变育种
诱变育种是利用物理和化学诱变剂处理微生物细胞群， 促进其突变率在同提高，再从中筛选出少数符合育种目的的 突变株。
诱变育种的主要手段是以合适的诱变剂处理大量而分散 的微生物细胞，在引起大部分细胞死亡的同时，使存活细胞 的突变率迅速提高，再设计既简便、快速又高效的筛选方法， 进而淘汰负突变并把正突变中效果最好的优良菌株挑选出来。
微生物遗传与菌种选育
4.2.1.4 纯种培养 经过分离培养，在平板上出现很多单个菌落，通过菌落
形态观察，选出所需菌落，然后取菌落的一半进行菌种鉴定， 对于符合目的菌特性的菌落，可将之转移到试管斜面纯培养。 4.2.1.5 生产性能测定
从自然界中分离得到的纯种称为野生型菌株，它只是筛 选的第一步，所得菌种是否具有生产上的实用价值，能否作 为生产菌株，还必须采用与生产相近的培养基和培养条件， 通过三角瓶进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌 种。
微生物遗传与菌种选育
4.2.2.2 营养缺陷型突变株的筛选
在诱变育种工作中，营养缺陷型突变体的筛选及应用有 着十分重要的意义。营养缺陷型菌株是指通过诱变而产生的 缺乏合成某些营养物质(如氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶碱 基等)的能力，必须在其基本培养基中加入相应缺陷的营养 物质才能正常生长繁殖的变异菌株。其变异前的菌株称为野 生菌株。
微生物的遗传和育种
微生物育种的社会和经济影响
社会影响
随着微生物遗传和育种技术的不 断发展，人们需要关注相关的伦 理、安全和环境问题，以确保技 术的可持续发展和应用。
经济影响
微生物育种技术的发展有望为工 业、农业、医药等领域带来巨大 的经济效益，同时也需要关注技 术的成本和商业化前景。
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土壤修复
微生物育种技术可用于土壤修复领域，通过改良土壤中微生物的种 类和数量，改善土壤质量，提高土壤肥力。
空气净化
某些微生物具有降解空气中有害物质的能力，通过微生物育种技术 可以改良这些微生物的降解能力，用于空气净化。
05
未来展望
基因编辑技术的发展
基因编辑技术
随着CRISPR等基因编辑技术的发展， 科学家们能够更精确、高效地修改微 生物基因，从而改良微生物的性状和 生产性能。
代谢工程育种
代谢途径分析
对微生物的代谢途径进行分析， 了解各代谢途径之间的相互关系 和调控机制。
代谢流量调控
通过调节代谢途径中的关键酶活 性或改变代谢流量的方向，以提 高目标产物的合成效率。
细胞工厂构建
通过基因工程技术对微生物进行 改造，构建具有特定代谢特征的 细胞工厂，实现目标产物的定向 生产。
基因编辑的应用
基因编辑技术有望在医药、农业、工 业等领域发挥重要作用，例如用于生 产新型药物、改良农作物、提高微生 物产物的产量和品质等。
合成生物学在微生物育种中的应用
合成生物学
合成生物学是一门新兴的交叉学科，旨 在通过设计和构建人工生物系统来改良 和优化生物功能。
VS
微生物育种中的应用
合成生物学在微生物育种中具有广阔的应 用前景，例如通过设计和构建人工微生物 来生产燃料、化学品、药物等，同时也有 助于解决环境问题和粮食安全问题。
微生物 10-1第十章 微生物的遗传变异和育种
R100质粒 质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性： 可使宿主对下列药物及重金属具有抗性： 质粒 可使宿主对下列药物及重金属具有抗性 汞（mercuric ion ，mer）四环素（tetracycline，tet ）链霉素 ）四环素（ ， (Streptomycin, Str)、磺胺 、磺胺(Sulfonamide, Su)、氯霉素 、 (Chlorampenicol, Cm)、夫西地酸（fusidic acid，fus） 、夫西地酸（ ， ） 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。
3、质粒的类型 、
严谨型质粒(stringent plasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数 严谨型质粒 ：复制行为与核染色体的复制同步， 松弛型质粒(relaxed plasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数 松弛型质粒 ：复制行为与核染色体的复制不同步，
窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid) 窄宿主范围质粒 只能在一种特定的宿主细胞中复制） （只能在一种特定的宿主细胞中复制） 广宿主范围质粒(broad host range plasmid) 广宿主范围质粒 可以在许多种细菌中复制） （可以在许多种细菌中复制）
因子） （2）抗性因子（Resistance factor，R因子） ）抗性因子（ ， 因子
包括抗药性和抗重金属二大类，简称 质粒 质粒。 包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。 抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。 抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。
抗性转移因子（ 抗性转移因子（RTF）：转移和复制基因 ） R质粒 质粒 抗性决定因子： 抗性决定因子：抗性基因
微生物的遗传变异和育种
第七章微生物的遗传变异和育种第一节微生物的遗传变异的概述遗传和变异是生物体最本质的属性之一。
所谓遗传，讲的是发生在亲子间的关系，即指生物的上一代将自己的一整套遗传因子稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的特性。
而变异是指子代与亲代之间的不相似性。
遗传是相对的，变异是绝对的。
遗传保证了物种的存在和延续，而变异推动了物种的进化和发展。
在学习遗传、变异内容时，先应清楚掌握以下几个概念：（一）遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。
遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。
具有某遗传型的生物只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。
（二）表型指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是其遗传型在合适环境下通过代谢和发育而得到的具体体现。
所以，它与遗传型不同，是一种现实性。
（三）变异指在某种外因或内因的作用下生物体遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。
变异的特点是在群体中以极低的概率(一般为10-5～10-10)出现，性状变化的幅度大，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。
（四）饰变指一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻译水平上的表型变化。
其特点是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；因其遗传物质不变，故饰变是不遗传的。
例如，Serratia marcescens(粘质沙雷氏菌)在25℃下培养时，会产生深红色的灵杆菌素，它把菌落染成鲜血似的。
可是，当培养在37℃下时，群体中的一切个体都不产色素。
如果重新降温至25℃，所有个体又可恢复产色素能力。
所以，饰变是与变异有着本质差别的另一种现象。
上述的S.marcescens产色素能力也会因发生突变而消失，但其概率仅10-4，且这种消失是不可恢复的。
从遗传学研究的角度来看，微生物有着许多重要的生物学特性：微生物结构简单，个体易于变异；营养体一般都是单倍体；易于在成分简单的合成培养基上大量生长繁殖；繁殖速度快；易于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物；菌落形态特征的可见性与多样性；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型；各种微生物一般都有相应的病毒；以及存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式等。
微生物的遗传变异和育种PPT课件
1952年，美国的莱德伯格夫妇
实验材料
E.coli K12
实验过程
Lederberg 的平板培养法
（四）突变的特点
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
核基因组
真核生物的 有核膜包裹的真核
(DNA+组蛋白)
原核生物的 无核膜包裹的核区
(环状双链DNA)
线粒体
真核生物的
细胞质基因 共生生物
叶绿体等
核外染色体
2um质粒等 F因子(F质粒)
R因子(R质粒)
原核生物的
Col质粒
Ti质粒 巨大质粒
降解性质粒等
原核生物的质粒
1. 质粒的定义
•指游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制 能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即 cccDNA(circular covalently closed DNA)。
4）Ti质粒 (tumor inducing plasmid)
Agrobacterium tumefaciens（根
癌土壤杆菌）从一些双子叶植物的受 伤根部侵入，最后在其中溶解，释放 出Ti质粒，其上的T-DNA片段与植物 细胞中的核染色体组发生整合，合成 正常菌株所没有的冠瘿碱类，破坏控 制细胞分裂的激素调节系统，从而使 它转变成癌细胞。
自发突变几率 一般在10-6~10-9范围内；
突变率为10-9的含义
抗性突变是最常见的突变类型；
细菌产生抗药性的途径 基因突变 抗药性质粒的转移 生理适应
由基因突变引起的抗药性的原因？
两种观点：
突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性 — 抗性突变株的产生是由环境因素 诱发出来的，属定向变异；
微生物的遗传育种-杂交育种
（transductant）。
⑵转导的类型
①普遍性转导（generalized transduction）
通过完全缺陷的phage 对供体菌任何DNA小片段 的“误包”，而实现其遗传性状传递至受体菌的转 导现象，称为普遍性转导。
1.杂交育种中亲本选择
⑴原始亲本的选择
⑵直接亲本的选择
2.培养基的选择
发酵培养基
3.杂交育种的遗传标记
• 4.杂交育种方法
常规杂交育种
微生物常规杂交形式
原生质体融合育种
谢 谢！
㈠原核微生物杂交理论基础
原 核 微 生 物 杂 交 方 式 ：
1. 接合作用
⑴定义：
接合(conjugation)指供体菌与受体菌的完整细胞
经过直接接触而传递大段DNA（包括质粒）遗传 信息的现象。
通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接
合子（conjugant）。
性菌 毛
♂
E. coli接合电镜图
项目二 微生物的遗传变异和育种
( Microbial genetics and
breeding )
任务四 杂交育种
一、杂交育种的目的
1、杂交育种的定义
杂交育种是指将两个基因型不同的菌株
经吻合（或接合）使遗传物质重新组合，从中 分离和筛选具有新性状的菌株。
2.杂交育种的目的
二、微生物杂交理论基础
自供体细胞的离体DNA片段，并通过交换把它 整合到自己的基因组中，从而获得了供体细胞 的某些遗传性状的现象。获得新性状的受体称
为转化子（transformant）。
⑵转化过程
微生物遗传变异和育种
★按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞 来分：
选择性突变株（selective mutant）：具有选择标 记（如营养缺陷型、抗性突变型、条件致死突变 型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、 pH值等，就比较容易检出和分离到。
非选择性突变株（non-selective mutant）：无选 择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变 型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌 落并找出差异。
免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不 受其伤害。
4.4 Ti质粒（tumor inducing plasmid）
• 即诱癌质粒。 • 存在于根癌土壤杆菌（Agrobacterium
tumefaciens）中,可引起许多双子叶植物的根癌。
• 当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细
菌的DNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基 因的Ti质粒的T-DNA小片段与植物细胞中的核染 色体发生整合，合成正常植株所没有的冠瘿碱类， 破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使它转变 成癌细胞。
子进行转化的生理状态。
，交换重组
感受态：促进 自溶素的表达， 使细胞表面的 DNA结合蛋白 和核酸酶裸露 出来，从而使 其能与外源 DNA结合并对 DNA进行切割， 只有一条链能 与特异蛋白结 合进入细胞。 另一条链被核 酸酶降解，产 生的能量用于 核酸链的进入。
鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶 切图谱等方法
3 质粒的种类：
1、大肠杆菌的F因子 2、细菌抗药质粒（R因子） 3、大肠杆菌素质粒（Col因子） 4、Ti质粒 5、降解质粒 6、毒性质粒
4.1 F–因子（fertility factor）：又称致
第八章微生物的遗传变异与育种ppt课件
（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 其它许多主要的生物学基本理 论问题中最热衷的研究对象。
❖对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物 学和生物工程学的发展，而且为育种工作提供了丰富的理 论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、 从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。
（movable gene）。
转座因子
定义：可在DNA链上改变自身位置的一段DNA序列。
原核生物中的转座子类型 转座的遗传效应
插入（IS）序列
转座子(Tn)
特殊病毒（Mu噬 菌体）
插入序列（IS，insertion sequence)
分子量最小（仅0.7~1.4kb），只有引起转座的转座酶基 因而不含其它基因，具有反向末端重复序列。已在染色体、 F因子等质粒上发现IS序列。E . coli的F因子和核染色体组 上有一些相同的IS，通过这些同源序列间的重组，就可使 F因子插入到E . coli的核染色体组上，形成Hfr菌株。因IS 在染色体组上插入的位置和方向的不同，其引起的突变效 应也不同。IS被切离时引起的突变可以回复，如果因切离 部位有误而带走IS以外的一部分DNA序列，就会在插入部 位造成缺失，从而发生新的突变。
第八章 微生物的遗传变异与育种
➢ 第一节 遗传变异的物质基础 ➢ 第二节 微生物的基因组结构 ➢ 第三节 质粒和转座因子 ➢ 第四节 基因突变及修复 ➢ 第五节 基因重组 ➢ 第六节 微生物育种 ➢ 第七节 菌种的衰退、复壮与保藏
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：亲代将自身一整套遗传因子传递给下一代的行为和 功能，
微生物的遗传变异和育种名词解释1转导2流产转导3
第七章微生物的遗传变异和育种一、名词解释：1.转导2.流产转导3.局限性转导4.普遍性转导5.转导噬菌体6.突变7.移码突变8.点突变9.自发突变10.诱变剂11.转化12.感受态13.基本培养基14.完全培养基(CM)15.光复活作用(或称光复活现象)16.转座子(Tn)17.基因工程18.基因19.突变20.接合21.转化子22.转导子23.F 菌株24.Hfr 菌株25.F+菌株26.F-菌株27.诱变育种28.抗性突变型29.营养缺陷型30.野生型菌株31.染色体畸变32.准性生殖33.异核体34.基因组35.同义突变36.原生质融合二、填空题1.证明DNA是遗传物质的事例很多，其中最直接的证明有（）、（）、（）三个经典实验。
2.细菌在一般情况下是一套基因，即（）；真核微生物通常是有两套基因又称（）。
3.大肠杆菌基因组为双链环状的（），在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小形式存在于细胞中，该小体被称为（）。
4.酵母菌基因组最显著的特点是（），酵母基因组全序列测定完成后，在其基因组上还发现了许多较高同源性的DNA重复序列，并称之为（）。
5.质粒通常以（）的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中，但从细胞中分离的质粒大多是3种构型，即（）型、（）型和（）型。
6.转座因子可引发多种遗传变化主要包括（）、（）和（）。
7.在（）转导中，噬菌体可以转导给体染色体的任何部分到受体细胞中；而在转导中，噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞中。
8.细菌的结合作用是指细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的（）和过程9.线粒体遗传特征的遗传发生在核外和有丝分裂和减数分裂过程以外，因此它是一种（）遗传。
10.丝状真菌遗传学研究主要是借助有性过程和（）过程，并通过遗传分析进行的，而（）是丝状真菌，特别是不产生有性孢子的丝状真菌特有的遗传现象。
11.DNA分子中一种嘧啶被另一种嘌呤取代称为（）。
12.受体细胞从外界吸收供体菌的DNA片段（或质粒），引起基因型改变的过程称为（）。
第七章_微生物的遗传变异和育种
第七章_微⽣物的遗传变异和育种本科⽣物技术、⽣物科学专业《微⽣物学》分章节试题库（命题⼈：曾松荣）第2章真核微⽣物的形态、构造和功能（10分）第7章微⽣物的遗传变异和育种（15分）第7章微⽣物的遗传变异和育种⼀、选择题1、将细菌作为实验材料⽤于遗传学⽅⾯研究的优点是。
A.⽣长速度快B.易得菌体C.细菌中有多种代谢类型D.所有以上特点2、细菌直接摄取外界游离的DNA⽚段发⽣变异称为。
A 转导B 转化C 接合D 转换3、诱变育种是指利⽤各种诱变剂处理微⽣物细胞，提⾼基因的随机，通过⼀定的筛选⽅法获得所需要的⾼产优质菌株。
A 重组频率B 融合频率C 突变频率D 调控频率4、抗药性质粒（R因⼦）在医学上很重要是因为它们。
A.可引起某些细菌性疾病B.携带对某些抗⽣素的特定抗性基因C.将⾮致病细菌转变为致病菌D.可以将真核细胞转变为癌细胞5、F+ F-杂交时，以下哪个表述是错误的？A.F-细胞转变为F+细胞B.F+细胞转变为F-细胞C.染⾊体基因不转移D.细胞与细胞间的接触是必须的6、以下突变中哪个很少有可能产⽣回复突复？A.点突变B.颠换C.转换D.染⾊体上三个碱基的缺失7、准性⽣殖。
A.通过减数分裂导致基因重组B.有可独⽴⽣活的异核体阶段C.可导致⾼频率的基因重组D.常见于⼦囊菌和担⼦菌中8、游离于各种微⽣物细胞质中的⼩DNA分⼦称作下列哪种结构？A、质体B、质粒C、类菌质体D、间体9、携带不同基因的F因⼦称为。
A、F-菌株B、F′菌株C、F+菌株D、Hfr菌株10、以噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA⽚段带到受体细胞中，使后者获得前者的部分遗传性状的现象叫。
A、转化B、转导C、转换D、接合11、证明核酸是遗传变异物质基础的三个经典实验是。
A．转化、变量和涂布实验 B.转导、变量和影印培养实验C．彷徨、涂布和影印培养实验 D.噬菌体感染实验、病毒拆开重建实验以及转化实验12、在选育抗青霉素的菌株时，在培养基中必须加⼊青霉素，其作⽤是。
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RNA杂合病毒实验
烟草花叶病毒经弱碱、尿素、去垢剂等处理，可以将其蛋白外壳与 RNA分开，重新将蛋白外壳与RNA混合，病毒粒子又会重建。
苯酚
苯酚
HRV B
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 1. 细胞水平:存在于细胞核或核质体，单核或多核 2. 细胞核水平: 原核与真核生物的细胞核结构不同，核基因
DNA分子形成环状， 这种环呈超螺旋状
它从致密的含蛋白质的 结构中伸出（支架）
DNA这种高度折叠的结构使 DNA分子长度压缩了千余倍。
5.基因水平
➢ 基因:是生物体内一切具有自主复制能力的最 小遗传功能单位，其物质基础是一条以直线 排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。
➢ 有众多基因构成了染色体。 ➢ 基因大小：1000-1500bp，分子质量
特点：
a.几乎整个群体中的每一个体都发生同样的 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。
4.饰变（modification）:
➢ 例子:粘质沙雷氏菌（神灵色杆菌） ➢ 粘质沙雷氏菌在25℃下培养时，会产生深
红色的灵杆菌素,把菌落染成鲜血状，可是, 当培养在37℃下时,群体中的所有个体都不 产色素。如果重新降温至25℃,所有细胞产 色素能力又可以恢复。 ➢ 宗教中称它为“神灵色杆菌”或“灵杆菌” ➢ 饰变是与变异有着本质区别
（二）噬菌体的侵染标记实验
1952年Hersey（侯喜）和Chase（蔡斯）的同 位素标记大肠杆菌T2噬菌体进行侵染实验。
实验方法 材料:大肠杆菌， T2噬菌体 培养基：32PO43- 和35SO42-的组合培养基。 结果：制备出含32P-DNA核心的噬菌体
制备出含35S-蛋白质外壳的噬菌体
离心 离心
遗传型 + 环境条件====== 表型
3.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， 亦即遗传型的改变。
变异的特点: a.群体一般为10-5～10-10;
b.性状变化的幅度大；
c.变化后形成的新性状是稳定的、可遗传的。
4.饰变（modification）: 指外表的修饰性 改变，是一种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。
1.细胞水平
➢ 细胞核或核区 ➢ 单核或多核
2.细胞核水平
➢ 核染色体=核基因组=核染色体组=基因组 ➢ 核外染色体=核外遗传因子
3.染色体水平
（1）染色体数 不同生物的染色体数差别很大。 书P193表7-1 （2）染色体倍数 ➢ 定义:指同一细胞中相同染色体的套数。 ➢ 单倍体：一套染色体 ➢ 双倍体：两套功能相同的染色体
染色体的一般形态结构
染色体组型
4.核酸水平
➢核酸种类 DNA或RNA
➢核酸结构 双链或单链 双链DNA:环状、线状、超螺旋状（麻花状）
➢DNA长度 基因组的大小 单位：bp（碱基对）、Kb（千碱基对）、Mb
（兆 碱基对） 例如 ：p194表7-2
DNA Supercoiling
To package the DNA into the cell requires that the DNA be supercoiled.
组和核外染色体。 3. 染色体水平: 染色体数和倍数(真核)，单倍体和双倍体 4. 核酸水平：核酸种类、核酸结构和DNA长度（单位bp、
kb、Mb ）。 5. 基因水平：具自主复制能力的最小遗传功能单位，核酸片
断。长度与信息量，转录——翻译 6. 密码子水平： 信息单位,起始和终止, 7. 核苷酸水平： 突变或交换单位，四种碱基
第一节 遗传变异的物质基础
一、3个经典实验 证明核酸是遗传物质的实验。 （一）转化实验 研究材料:肺炎链球菌，小白鼠 肺炎链球菌特点： S型——有荚膜，菌落表面光滑，属致病菌。致病性，
人患肺炎，小白鼠患败血症而死亡。 R型——无荚膜，菌落表面粗糙，属非致病菌
体内转化实验－DNA是遗传物质的证明
1928年，英国微生物学家Griffith(格里费斯）做了肺炎链球 菌的转化实验。实验说明了加热杀死的S型菌，在细胞内有一种具 有遗传转化能力的物质，可进入R型菌细胞内，使R型菌获得表达荚 膜的遗传特性。
体外转化实验－DNA是遗传物质的证明
超速离心
脂类除去
进入
显示出DNA的优势
1944年 Avery（艾费里） 揭开了转化因子的化学本质。
32p85% 35s75%
（三）植物病毒的重建实验
➢ 烟草花叶病毒的感染和繁殖过程，证实 RNA也是重要的遗传物质。
➢ 1956年，法郎克-康勒特（H.FraenkelConrat）分离RNA和protein，进行重组实验。
➢ 实验材料:烟草花叶病毒（TMVA)与霍氏 车前花叶病毒（HRV，TMVB）。
遗传学的一些概念
➢ 遗传(heredity): 上一代生物如何将自身的 一整套遗传基因稳定地传递给下一代的行 为或功能。
➢ 特点：具稳定性。 四个基本概念：
1.遗传型（genotype）： 又称基因型，指 某一生物个体所含有的全部遗传因子即基 因组所带的遗传信息。
2.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，是其遗 传型在合适环境下通过代谢和发育而得到 的具体体现。
There are over 50 supercoiled domains in
the E. Biblioteka olichromosome, they are stabilized by association with the structural
➢ E.coli:2.4×109Da，42000
Kb（1300微米），闭合环 状，约编码2000个基因。 ➢ 类核（nucleoid）。 支 架 (scafford ） 50-100 个 DNA 环 组 成 ， 每 200bp 就有一个负超螺旋
6.7×105 ➢ 基因调控系统
（二）原核生物的质粒
基因不仅存在在染色体 上，还存在于细胞中的 染色体外的遗传因子上
线粒体 细胞质基因 叶绿体 （质体） 中心体
真核生物