高二生物微生物的遗传和育种
微生物遗传变异和育种 答案
第7章微生物遗传变异和育种填空题1．证明DNA是遗传物质的三个经典实验是、、和。
而证明基因突变自发性和不对应性的三个经典实验是、、和细菌转化噬菌体感染植物病毒重建变量试验涂布试验影印平板培养法2．______是第一个发现转化现象的。
并将引起转化的遗传物质称为_______。
Griffith 转化因子3．Avery和他的合作者分别用降解DNA、RNA和蛋白质的酶作用于有毒的S型细胞抽提物，然后分别与______混合，结果发现，只有DNA被酶解而遭到破坏的抽提物无转化活性，说明DNA是转化所必须的转化因子。
无毒的R型细胞（活R菌）4．Alfred 和Martha Chase用P32标记T2噬菌体的DNA，用S35标记的蛋白质外壳所进行的感染实验证实：DNA携带有T2的______。
全部遗传信息5．H. Fraenkel Conrat用含RNA的烟草花叶病毒进行的拆分与重建，实验证明______也是遗传物质。
RNA6．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______。
单倍体二倍体7．DNA分子中一种嘧啶被另一种嘌呤取代称为______。
颠换8．______质粒首先发现于大肠杆菌中而得名，该质粒含有编码大肠菌素的基因Col9．原核生物中的基因重组形式有4种类型：_______、_______、_______和_______。
转化转导接合原生质体融合10．当DNA的某一位置的结构发生改变时，并不意味着一定会产生突变，因为细胞内存在一系列的_______，能清除或纠正不正常的DNA分子结构和损伤，从而阻止突变的发生。
修复系统11．营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段，由于这类突变型在_______上不生长，所以是一种负选择标记。
基本培养基12．两株多重营养缺陷型菌株只有在混合培养后才能在基本培养墓上长出原养型菌落，而未混合的两亲菌均不能在基本培养基上生长，说明长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传_______和_______所致。
微生物 第7章 微生物遗传变异
裂解
过程：供体菌
正常噬菌体 + 完全缺陷噬菌体
少量裂解物 + 大量受体菌 遗传稳定的转导子
2020/1/15
完全普遍转导
2020/1/15
感染复数（m.o.i，multiplicity of infection）:
一、原核微生物的基因重组
• 基因重组的方式
– 转化 – 转导 – 接合 – 原生质体融合
2020/1/15
（一）转化（transformation）
1、转化及其发现：
R型活菌+S型死菌→ →S型活菌 ➢定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌 的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部 分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受 体菌称为转化子（transformant）。 ➢有关名词：
2020/1/15
2020/1/15
（二）噬菌体感染实验 • 创立人：美国人Hershey AND Chase于
1952年 • 研究对象：噬菌体
2020/1/15
（三）植物病毒的重建实验 • 创立人：Conrat AND Singer于1956年创立 • 研究对象：TMV AND HRV • 过程：将两病毒的RNA和蛋白质外壳分别抽取出来并
（一）遗传物质在7个水平上的形式 1、细胞水平 2、细胞核水平 3、染色体水平 4、核酸水平 5、基因水平 6、密码子水平 2020/1/175 、核苷酸水平
（二）微生物基因组结构的特点
1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组
1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）； 2）基因组上遗传信息具有连续性； 基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数 一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。 3）功能相关的结构基因组成操纵子结构； 4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝； 5）基因组的重复序列少而短； 个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和tRNA 中也发现有内含子或间插序列
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。
微生物育种复习资料
第一章绪论一、微生物遗传育种对野生型菌株或低产菌株进行遗传操作和分离筛选，从大量突变体中筛选出性状优良的菌株，并对其发酵条件加以优化，得到适合发酵工业生产的优良菌种（产量、质量、新产物）。
二、微生物遗传育种的具体目标:1、提高产量生产效率和生产效益总是排在一切商业发酵首位的目标2、提高产物的纯度，减少副产物如色素；提高有效组分3、改变菌种形状，改善发酵过程，如改变和扩大菌种的原料结构；改善菌种生长速率；提高斜面孢子化程度；降低需氧量和能耗；耐不良环境；耐目的产物；改变细胞透性，提高产物分泌4、遗传性状特别是生产性状稳定5、改变生物合成途径，获得新产物三、优良发酵菌株应具备哪些特性1、遗传稳定2、易于培养：营养谱广、培养条件易达到3、易于保存（如孢子丰富或产生休眠体）4、种子生长旺盛5、发酵周期短，产量高，产物单一6、产物易于分离纯化第二章微生物遗传学基础一、名词解释：基因：遗传信息的基本单位。
一般指位于染色体上编码一个特定功能产物（如蛋白质或RNA分子等）的一段核苷酸序列。
转化：受体细胞直接吸收了来自供外源DNA片断，并把它整合到自己的基因组中，细胞部分遗传性状发生变化的现象叫转化。
转导：外源遗传物质通过噬菌体的携带进入受体细胞，并与受体染色体发生基因重组接合：供体菌通过性菌毛传递不同长度的单链DNA给受体菌，在后者细胞中发生交换、整合，从而使后者获得新的遗传性状的现象。
菌种衰退：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的衰退。
二、突变型的种类形态突变型、生化突变型、条件致死突变型、致死突变型、抗性突变型。
三、试质粒的性质及其在基因工程中的应用性质：自我复制、拷贝数高、不相容性、转移性。
应用：基因工程中作为载体将目的基因带入宿主细胞；其所带抗性基因可作为标记基因；降解复杂有机化合物；合成限制性内切酶或修饰酶。
第三章遗传与变异一、基因组对于原核生物来说，就是它的整个染色体；对于二倍体的真核生物来说，是能够维持配子或配子体正常功能的最低数目的一套染色体。
微生物育种学的主要原理和技术
微生物育种学的主要原理和技术摘要微生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。
微生物的育种技术已从常规的突变和筛选技术发展到基因诱变、基因重组和基因工程等，育种技术的不断成熟，大大提高了微生物的育种效果。
本文将讲述微生物育种学的主要原理和技术。
关键词：微生物育种原理方法技术1.微生物育种学的主要原理微生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。
其原理如下：生物进化过程中微生物形成完善的代谢调节机制→不会有代谢产物的积累→解除或突破微生物的代谢调节控制→目的产物积累→微生物育种的目的2.微生物育种学的主要技术2.1 自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。
一般认为自然突变有两种原因引起，即多因素低剂量效应和互变异构效应。
所谓多因素低剂量效应，是指在自然环境中存在着低剂量的宇宙射线、各种短波辐射、低剂量的诱变物质和微生物自身代谢产生的诱变物质等作用引起的突变。
互变异构效应是指四种碱基第六位上的酮基或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配。
自然突变可能会产生两种截然不同的结果，一种是菌种退化而导致目标产量或质量下降；另一种是对生产有益的突变。
为了保证生产水平的稳定和提高，应经常地进行生产菌种自然选育，以淘汰退化的，选出优良的菌种。
自然选育是一种简单易行的选育方法，可以达到纯化菌种，防止菌种退化，稳定生产，提高产量的目的。
但是自然选育的效率低，因此经常要与诱变育种交替使用，以提高育种效率。
由于DNA的半保留复制以及校正酶系的校正作用和光修复、切除修复、重组修复、诱导修复等作用，使得自发突变几率极低，一般为10-6～10–10。
所以常规育种时间较长，工作量较大。
通过常规育种提高菌种生产能力、筛选高产菌株的效率较低，效果不明显。
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。
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
第七章 微生物的遗传变异和育种
以上实验说明：加热杀死的S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R型细胞并使R型细 胞获得稳定的遗传性状，转变为S型细胞。
第7页，共93页。
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20页，共93页。
4、质粒在基因工程中的应用
质粒的优点：
（1）体积小，易分离和操作 （2）环状，稳定 （3）独立复制 （4）拷贝数多 （5）存在标记位点，易筛选
E. coli的pBR322质粒是一个 常用的克隆载体
第21页，共93页。
5、质粒的分离与检定
提取所有胞内DNA后电镜观察； 超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；
F.Griffith，
研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎链球菌）
S型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性;
R型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性
第5页，共93页。
1928年，Griffith进行了以下几组实验：
（1）动物实验 对小鼠注射活R菌或死S菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活S菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 ———小鼠死亡 抽取心血分离
活的S菌
加热杀死的S型细菌里可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过 某种方式进入R型细胞，使其获得S型的遗传特性
第6页，共93页。
（2）细菌培养实验
热死S菌———平皿—培—养 不生长 活 R 菌——平皿—培—养 —长出R菌 热死S菌——+活—R—菌 —长出大量R菌和10-6SI菌
微生物遗传育种
原生质体融合操作示意图
五、基因工程育种
20世纪70年代 包括基因工程、分子定向进化等 以微生物本身为出发菌株利用基因工程方法进行改造而获得
的工程菌，或者是将微生物甲的某种基因导入到乙中，使后 者具有前者的某些性状或表达前者的某些基因产物而获得的 新菌种。 优点：克服远缘杂交的不亲和障碍、定向改变生物性状 缺点：可能会引起生态危机、技术难度大
3.溶源性转变
概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主 的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。
区别： 当宿主丧失其原噬菌体时，通过溶源转变而获得的新性状也随之消失 温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基因，是噬菌体自身基因使宿主获得新 性状 温和噬菌体是完整的，不是缺陷的 获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子
16
基因重组（gene recombination）：通过两个具有不同优良性状的亲本菌株 杂交达到基因重组，使两个亲本的优良性状集中到一个重组菌株内。
杂交育种(Hybridization breeding)：一般是指人为利用真核微生物的有性 杂交或准性生殖，或原核微生物的接合、转导和转化等过程，促使两个具不 同遗传性状的菌株发生基因重组，以获得性能优良的生产菌株。
诱变育种的特点
诱变育种存在一定的盲目性和随机性，但操作简便、突变率高、突 变谱广，不仅能提高产量、改进质量，还能扩大产品种类和简化工艺条 件，用于代谢控制育种和杂交育种。因此，发酵工业的优良菌种的选育 主要采用诱变育种方法。
长期诱变会出现产量性状难以继续提高的问题，菌株生活能力一般 会逐渐下降，例如生长周期延长，孢子量减少，代谢减慢，产量增加缓 慢等。
常见微生物菌种保藏方法比较
高中生物--育种方法
1、杂交育种：用于有性生殖的生物，利用基因自由组合原理，周期长。
（1）原理：基因重组（通过基因分离、自由组合，分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起。
（2）方法：连续自交，不断选种。
（3）举例：已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病(R)对易染底盘锈病(r)为显性，两对性状独立遗传。
现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。
要求使用杂交育种的方法培育出具有优良性状的新品种。
操作方法：①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1；②让F1自交得F2③选F2中矮秆抗病小麦自交得F3；④留F3中未出现性状分离的矮秆抗病个体，对于F3中出现性状分离的再重复③④步骤。
（4）特点：育种年限长，需连续自交不断举优汰劣才能选育出需要的类型。
（5）说明：①该方法常用于：A．同一物种不同品种的个体间，如上例；B．亲缘关系较近的不同物种个体间（为了使后代可育，应做染色体加倍处理，得到的个体即是异源多倍体），如八倍体小黑麦的培育、萝卜和甘蓝杂交。
②若该生物靠有性生殖繁殖后代，则必须选育出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离；若该生物靠无性生殖产生后代，那么只要得到该优良性状就可以了，纯种、杂种并不影响后代性状的表达。
2、人工诱变育种（1）原理：基因突变（2）方法：用物理因素（如X射线、r射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使其在细胞分裂间期DNA复制时发生差错，从而引起基因突变。
（3）举例：太空育种、青霉素高产菌株的获得（4）特点：提高了突变率，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种，但由于突变的不定向性，因此该种育种方法具有盲目性。
（5）说明：该种方法常用于微生物育种、农作物育种等。
3、单倍体育种：无性生殖（组织培养），利用花药离体培养，周期短。
（1）原理：染色体变异（2）方法：花药离休培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。
（3）举例：已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。
微生物的遗传变异和育种学习心得
《微生物的遗传变异和育种》学习心得生物工程05-2班余丽我在学习时，一般都分三个步骤，首先是把课本浏览一遍，然后根据课后习题大概了解本章的重点难点在哪里，着重弄懂它们，最后就全章列一个提纲，以后复习时条理就比较清晰，也容易帮助自己回忆知识点。
第七章的内容比较多，概念性的东西很多。
在自习的时候比较有难度，因为内容多不易找到重点，难点也相对多一些，所以在第一遍看书时，我只是浏览了一下课本，没有马上着手记知识点。
课本的编写者想的很周到，在每一章后面都有小结，在看第七章时，我就是在浏览课本后仔细看了小结，再在小结和课后习题的基础上着重看了重要的地方，把重要的知识点找到、记住、理清它们的关系，最后再用联想、比较等方法把全章的知识点列成一个提纲。
我学这一章的方法具体如下：1.记忆。
不管学什么知识，都是建立在记忆的基础上的，只有知道了它的基本概念、定义、特点、用途等之后，我们才能在这个基础上去学习更深的知识，就像我们必须要先记住了汉字的音形义，才能在这基础上写文章。
当然记忆也有一些方法，比如把一些相关或类似的东西放到一起记忆，在比较的情况下记忆，这样既记住了它们，也在无形中区别了它们，避免概念混淆。
有些概念是母子承接关系，即一个概念解释的对象是另一概念解释对象的一部分或衍生，也可以把他们放到一起。
例如：遗传性、遗传形和表型，变异和饰变，转化和转导是相似的概念，放到一起记忆。
转化作用和转化子，转导和转导子，基因突变和诱变、自发突变，诱变和点突变、畸变等等，这些母子关系的概念可以放到一起。
利用比较和联想记忆，效果会好很多。
2.列提纲。
这是一个很好的理清自己思路的方法。
根据每一章各节之间的联系紧密程度，可以列一个或多个提纲。
如果一章的内容很少或每一节之间衔接很紧密，那么就只用列一个提纲，把知识点串起来。
如果一章内容太多或每一节独立性强，则可以根据需要多列几个提纲。
提纲内容不用很详细，把关键字写出即可，关键要表现出知识点之间的联系。
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(4)选用最适剂量
要确定一个合适的剂量，常常要经过多次试验。就 一般微生物而言，诱变率往往随剂量的增高而提高， 但达到一定剂量后，再提高剂量反而会使诱率下降。 根据对紫外线、X射线和乙烯亚胺等诱变效应的研究 结果，发现正变转多地出现在偏低的剂量中，而负 变较多地出现于偏高的剂量中；还发现经多次诱变 而提高产量的菌株中，更容易出现负变。因此，在 诱变育种工作中，目前比较倾向于采用较低的剂量。
4、独立性
突变的发生一般是独立的，即在某一群体中，既 可发生抗青霉素的突变型，也可发生抗链霉素或 任何其他药物的抗药性，而且还可发生其他不属 抗药性的任何突变。某一基因的突变，既不提高 也不降低其他基因的突变率。
5、诱变性
通过诱变剂的作用，可提高自发Байду номын сангаас变的频率，一 般可提高10-10 5倍。不论是自发突变或诱发突变 (诱变)得到的突变型，它们之间并无本质上的差 别，因为诱变剂仅起着提高突变率的作用。
1、诱变育种的基本环节
2、诱变育种的步骤
1、初筛：以量为主 2、复筛：以质为主
3、营养缺陷型的筛选
营养缺陷型(auxotroph)是指通过诱变而产生的， 在一些营养物质(如氨基酸、维生至少和碱基等) 的合成能力上出现缺陷，因此必须在基本培养基 (minimal medium)中加入相应的有机营养成分才 能正常生长的变异菌株。 野生型是指从自然界分离到的任何微生物在其发 生人为营养缺陷突变前的原始菌株。在其相应的 基本培养基上生长。
(5)利用复合处理的协同效应
诱变剂的复合处理常常呈现一定的协同效应， 这对育种实践是很有参考价值的。
(6)利用和创造形态、生理与产量间的相 关指标
为了确切地了解某一突变株产量性状的提 高程度，必须进行大量的分析测定和统计工 作。
(7)设计和采用高效筛选方案和方法
通过诱变处理，在微生物群体中会出现种种突 变型个体，绝大多数是负变体，要在其中把极个 别的产量提高较显著的正变体筛选到手，就要求 采用效率较高的科学筛选方案和方法。 筛选过程以分初筛与复筛两阶段进行为好。前者 以量(选留菌株的数量)为主，后者以质(测定数 据的精确度)为主。
一、基因突变
（一）基因突变的类型
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 5、抗原突变型 6、其他突变型 如毒力、糖发酵能力、代谢 产物的种类和产量以及对某种药物的依赖性突 变型等。
（二）基因突变的特点(7个特点)
1 不对应性 2 自发性 3 稀有性 4 独立性 5 诱变性 6 稳定性
1、Luria等的变量试验（彷徨实验） 2、Newcombe的涂布试验 3、Lederberg等的影印平板培养法
彷徨试验(fluctuation test)
影印试验(replica plating)
二、诱变与育种
• 1、物理诱变： 紫外线、X射线等 紫外线诱变机制 辐射剂量 光复活作用
(二) 诱变育种
诱变育种就是利用物理或化学诱变剂处理均匀 分散的微生物细胞群，促进其突变频率大幅度提高， 然后设法采用简便、快速和高效的筛选方法，从中 挑选少数符合育种目的突变株，以供生产实践或科 学实验之用。 诱变育种除提高产量外，还可改进产品质量、 扩大品种和简化工艺等目的。它具有方法简便、工 作速度快和收效显著等优点，仍是目前最广泛使用 的育种手段。
（二）、核酸的结构与复制
• 1、DNA的结构
（A、T、C、G）
• 2、RNA的结构
（A、U、C、G）
3、核酸的复制－－半保留复制
（三）、遗传物质在细胞内存在的方式
真核微生物的核内DNA与组蛋白结合成为 染色体。 原核微生物的DNA不与蛋白质结合，呈松 散的核质体状态存在。
第三节
基因突变和诱变育种
• 活的、非致病性的R型从已被杀死的SⅢ型 中获得了遗传物质，使其产生膜 成为致病性的SⅢ型。Griffith将这种现 象称为转化(transformation)
2、噬菌体感染实验
1952年，Hershey和Chase证实了DNA 是噬菌体的遗传物质基础的著名实验。
T2噬菌体的实验
3、植物病毒重建实验
6、稳定性
由于突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的 变化，所以产生的新性状也是稳定的、可遗传的。
7、可逆性
由原始的野生型基因变异为突变型基因的 过程，称为正向突变，相反的过程则称为 回复突变或回变。实验证明，任何性状既 有正向突变，也可发生回复突变。
（三） 基因突变自发性和不对应性的实 验证明
一、原核微生物的基因重组 (一)接合
通过供体菌和受体菌完整细胞间的直接 接触而传递大段 DNA 的过程，称为接合 ( 有 时也称"杂交")。
接合：是细菌通
过性菌毛相互连接 沟通，将遗传物质 （主要是质粒DNA） 从供体菌转移给受 体菌。能通过结合 方式转移的质粒称 为接合性质粒，不 能通过性菌毛在细 菌间转移的质粒为 非接合性质粒。
与筛选营养缺陷型突变株有关的3类培养基： 基本培养基 完全培养基 补充培养基
筛选营养缺陷型菌株4个环节：
(1)诱变剂处理 (2)淘汰野生型 (3)检出缺陷型 (4)鉴定缺陷型
4、诱变育种工作中的几个原则 (1)选择简便有效的诱变剂 目前在实践上常用的诱变剂主要有紫外线 (u.v.)、氮芥、硫酸二乙酯、N-甲基-N′-硝 基-N-亚硝基胍(NTG或MNNG)和亚硝基甲脲 (NMU)等。后两种因为有突出的诱变效果，所 以被誉为“超诱变剂”。 (2)挑选优良的出发菌株
遗传性变异是由基因结构发生改变所致， 主要通过基因突变、基因损伤后的修复、 基因的转移与重组来实现。
基因突变 又称点突变， DNA链上的一对
或少数几对碱基发生改变。 (碱 遗 突变 基置换 、移码突变 ) 传 染色体畸变 DNA 的大段变化 ( 损伤 ) 现象 性 (添加、缺失、易位、倒位 ) 变 异 基因重组：把两个不同性状个体内的遗传基因转移 到一起，经过遗传分子的重新组合后， 形成新遗传型个体的方式，称为基因重 组(原核生物、真核生物)
第二节 遗传变异的物质基础
• （一）、核酸－－遗传变异的物质基础 （3个经典实验）
1、经典转化实验
• Griffith是第一个发现转化现象的 ，虽 然当时还不知道称之为转化因子的本质是 什么，但是他的工作为后来Avery等人进 一步揭示转化因子的实质，确立DNA为遗 传物质奠定了重要基础。
结论
7 可逆性
1、不对应性
即突变的性状与引起突变的原因间无直接的对 应关系。 例如，细菌在有青霉素的环境下，出现了抗青霉 素的突变体；在紫外线的作用下，出现了抗紫外 线的突变体；在较高的培养温度下，出现了耐高 温的突变体等。表面上看来，会认为正是由于青 霉素、紫外线或高温的"诱变"，才产生了相对应 的突变性状。事实恰恰相反，这类性状都可通过 自发的或其任何诱变因子诱发而行。这里的青霉 素、紫外线或高仅是起着淘汰原有非突变型(敏感 型)个体的作用。
1956年Fraenkel-Conrat等用含RNA的 烟草花叶病毒进行了病毒重建实验，证实 了RNA是遗传物质。
(1)用表面活性剂处理标准TMV，得到它的蛋白质； (2)从TMV的变种HR通过弱碱处理得到它的RNA；
(3)通过重建获得杂种病毒；
(4)证实杂种病毒的蛋白质外壳是来自TMV标准株。 (5) 杂种病毒感染烟草产生 HR 所特有的病斑，说明杂种病毒 的感染特性是由HR的RNA 所决定，而不是二者的融合特征 (6)从病斑中一再分离得到的子病毒的蛋白质外壳是HR蛋白 质，而不是标准株的蛋白质外壳。以上实验结果说明杂种病 毒的感染特征和蛋白质的特性 是由它的RNA所决定，而不是 由蛋白质所决定，遗传物质是RNA。
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(群体)，同时不断对它们进行移种 传代，以达到积累和选择合适的自发突变体的一 种古老的育种方法。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一般十分 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被动状态。 例如，异烟肼是吡哆醇的代谢拮抗物(即结构 类似物)，两者分子结构类似。
• 变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引 起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的 改变。变化后的新性状是稳定的、可遗传的。 饰变：指外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传 物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表 型变化。饰变是不遗传的。
例如，粘质沙雷氏菌，在25℃下培养时， 会产生一种深红色的灵杆菌素，把菌落染成 似鲜血那样。可是，当培养在37℃下时，群 体中所有细胞都不产色素。如果重新降温至 25℃，产色素能力又得到恢复。只有遗传型 的改变，即生物体遗传物质结构上发生的变 化，才称为变异。
第七章 微生物的遗传变异和育 种
遗传和变异是生物体最本质的属性 之一。在遗传性适宜的环境条件下时， 通过代谢和发育才能使其后代转化为与 亲代相同的具体性状。对微生物遗传变 异规律的深入研究，不仅促进了现代生 物学的发展，而且还为微生物育种工作
第一节
微生物的遗传与变异概述
遗传性：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。 表型：指某一生物个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条 件下通过代谢和发育而得到的具体表现。
2、自发性
各种性状的突变，可以在没有人为的诱变因素处 理下自发地发生。 "自发突变"决不意味着这种突 变是没有原因的，而只是说明人们对它们还没有 很好认识而已。
3、稀有性
自发突变虽可随时发生，但突变的频率是较低和 稳定的，一般在10-6~10-9间。所谓突变率，一般 指每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的机 率。例如，突变率为1×10-8者，就意味着当10 8 个细胞群体分裂成2×10 8个细胞时，平均会形成 一个突变体。