7第七章微生物的遗传和变异TO 学生
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
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异微生物是地球上最古老的居民之一，它们在地球的生态系统中发挥着重要的作用。
然而，微生物的遗传与变异特性使得它们能够适应不断变化的环境，并在这个过程中演化出新的物种。
一、微生物的遗传微生物的遗传是通过DNA或RNA等核酸分子来传递的。
这些分子中含有遗传信息，可以指导微生物的生长发育和代谢活动。
微生物的遗传具有以下特点：1、高度多样性：微生物的种类繁多，不同种类的微生物具有不同的遗传信息，因此具有高度的多样性。
2、快速进化：微生物的遗传信息可以很容易地发生突变，这使得它们能够快速适应不断变化的环境。
3、群体遗传：微生物通常以群体形式存在，它们之间的相互作用会影响群体的遗传特征。
二、微生物的变异微生物的变异是指它们的遗传特征发生变化的过程。
这些变化可能是由于环境因素（如温度、湿度、辐射等）的影响，也可能是由于DNA 复制过程中的随机错误。
微生物的变异具有以下特点：1、适应性变异：微生物在适应环境的过程中会发生适应性变异，这些变异有助于它们在特定环境中生存和繁殖。
2、突变：微生物的DNA分子在复制过程中会发生随机错误，这些错误可能导致微生物的遗传特征发生变化。
3、基因转移：微生物之间可以通过基因转移来实现遗传信息的交流，这有助于它们适应新的环境。
三、微生物遗传与变异的实际应用微生物的遗传与变异特性在许多领域都有实际应用。
例如，科学家可以利用微生物的遗传信息来开发新的药物和生物技术产品；通过研究微生物的变异机制，可以为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。
微生物的遗传与变异特性是它们适应不断变化的环境的重要机制之一。
通过深入研究这些特性，我们可以更好地了解微生物的生命活动和演化过程，为人类社会的发展提供更多的帮助和支持。
微生物的遗传与变异课件一、引言微生物，作为生命的基本单元，其遗传与变异的研究对于理解生命的本质和进化机制具有重要意义。
本篇文章将深入探讨微生物的遗传与变异，希望能为相关领域的学习和研究提供有益的参考。
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。
微生物的遗传变异和育种要点︰四个概念︰遗传型表型
第一節微生物的遺傳變異的概述遺傳和變異是生物體最本質的屬性之一。
所謂遺傳，講的是發生在親子間的關係，即指生物的上一代將自己的一整套遺傳因子穩定地傳遞給下一代的行為或功能，它具有極其穩定的特性。
而變異是指子代與親代之間的不相似性。
遺傳是相對的，變異是絕對的。
遺傳保證了物種的存在和延續，而變異推展了物種的進化和發展。
在學習遺傳、變異內容時，先應清楚掌握以下幾個概念︰（一）遺傳型又稱基因型，指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳訊息。
遺傳型是一種內在可能性或潛力，其實質是遺傳物質上所負載的特定遺傳訊息。
具有某遺傳型的生物只有在適當的環境條件下，透過自身的代謝和發育，才能將它具體化，即產生表型。
（二）表型指某一生物體所具有的一切外表特徵及內在特性的總和，是其遺傳型在合適環境下透過代謝和發育而得到的具體體現。
所以，它與遺傳型不同，是一種現實性。
（三）變異指在某種外因或內因的作用下生物體遺傳物質架構或數量的改變，亦即遺傳型的改變。
變異的特點是在群體中以極低的機率(一般為10-5～10-10)出現，性狀變化的幅度大，且變化后的新性狀是穩定的、可遺傳的。
（四）飾變指一種不涉及遺傳物質架構改變而只發生在轉錄、翻譯水準上的表型變化。
其特點是整個群體中的幾乎每一個體都發生同樣變化；性狀變化的幅度小；因其遺傳物質不變，故飾變是不遺傳的。
例如，Serratia marcescens(粘質沙雷氏菌)在25℃下培養時，會產生深紅色的靈杆菌素，它把菌落染成鮮血似的。
可是，當培養在37℃下時，群體中的一切個體都不產色素。
如果重新降溫至25℃，所有個體又可恢復產色素能力。
所以，飾變是與變異有著本質差別的另一種現象。
上述的S.marcescens產色素能力也會因發生突變而消失，但其機率僅10-4，且這種消失是不可恢復的。
從遺傳學研究的角度來看，微生物有著許多重要的生物學特性︰微生物架構簡單，個體易于變異；營養體一般都是單倍體；易于在成分簡單的合成培養基上大量生長繁殖；繁殖速度快；易于累積不同的最終代謝產物及中間代謝物；菌落形態特徵的可見性與多樣性；環境條件對微生物群體中各個體作用的直接性和均一性；易于形成營養缺陷型；各種微生物一般都有相應的病毒；以及存在多種處于進化過程中的原始有性生殖模式等。
微生物的遗传与变异优秀课件
3、染色体水平 （1）染色体数： 在不同生物体的每个细胞核内，往往有 不同数目的染色体。真核生物常有较多的染色体；而原核 生物的核质体中只有一个裸露的、光镜不可见的环状染色 体，所以对原核生物来说，染色体水平实际上与核酸水平 相同。 （2）染色体倍数：除染色体的数目外，染色体的套数也不 同。如果在一个细胞中只有一套相同功能的染色体，它就 是一个单倍体。在自然界中发现的微生物，多数都是单倍 体的；包含有两套相同功能 染色体的细胞，就称为双倍体。 只有少数微生物如酿酒酵母的营养细胞以及由两个单倍体 的性细胞通过接合或体细胞融合而形成的合子，才是双倍 体。在原核生物中，通过转化、转导或接合等过程而获得 外源染色体片段时，只能形成一种不稳定的称作部分双倍 体的细胞。
（2）微生物繁殖快，个体易于变异，易得到突变体；
（3）微生物的变异易于识别，便于建立纯系。
遗传与变异的几个概念
遗传和变异是生命最本质的属性之一。 遗传(heredity) 表型（phenotype） 遗传型（genotype） 变异(variation) 饰变（modification）
2、细胞核水平 （1）核内染色体：真核生物的细胞核外被核膜，核内的
DNA与组蛋白结合在一起，形成结构稳定的染色体； 原核生物的类核无核膜，呈松散的核质体状态存在， DNA也不与任何蛋白质结合。 （2）核外染色体：核外遗传物质 A) 真核生物的“质粒” ： 细胞质基因：线粒体、叶绿体； 共生生物：卡巴颗粒； 酵母菌的2um质粒 B) 原核生物的质粒：F因子、R因子、Col质粒、Ti质粒、 巨大质粒、降解性质粒等。
7第七章微生物的遗传和变异TO 学生
19
B．方法
• 常用的诱变剂：紫外线、5—溴尿嘧啶、亚硝酸、卟啶染 料等。 诱变的步骤 Ⅰ.制出发菌株的单细菌悬浮液 为什么？如何在整个过程中尽量使细菌分散呢？ 诱变剂与细菌充分接触；向细菌培养液中加入玻璃珠，并 保持在诱变过程中始终进行振荡搅拌形成出发细菌的单细 菌悬浮液；
定向培育在水的生物处理俗称驯化。
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(1)细菌的筛选方法
• 原理：优胜劣汰 • 方式：选择性培养基（天然+人工） • 天然——特殊区域采样
• 例如 筛选能降解石油的细菌？
收集长期被石油污染的土壤(天然选择性固体培养基）， 必有适应石油环境利用石油作为食物的细菌，将土壤样 品在实验室用石油降解菌选择性培养基，对样品中的石 油降解菌进行进一步的选择培养，筛选分离，富集，为 下一步的驯化工作奠定基础。
• 污泥培养初期逐步提高污水比例，有些菌种不能适 应被淘汰(筛选)，能产生诱导酶的菌株及自发突变体
中能来降解此类废水的菌种能够生存而被保留下来，且 能力逐步提高，使废水达到预期的排放标准；
• *诱变菌株环保市场的开发前景如何?目前国内
外有哪些主要的此类公司?
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③基因重组法
• 不同个体基因重新组合 • 形式 • 自发基因重组与人工基因重组
8
DNA
复制传递的 稳定性
复制传递的 差错性
遗传的保守性
变异的多样性
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1.遗传的保守性
遗传性— “种瓜得瓜种豆得豆”
——子代与亲代相似性（“大同”） 正面：继“承优胜亲代优点，保持物种延续 负面：？“”劣汰
”
10
2.变异的多样性
• 细菌变异形式，如：个体形态的变化，菌落形态(光滑型 ／粗糙型)的变异，营养要求的变异，对温度、pH要求 的变异，毒性的变异，抗毒能力的变异，生理生化特性 的变异及代谢途径、产物的变异等。
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。
微生物第七章总结
二，遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式
（一）7个水平
1.细胞水平：真核和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。
1.光复活作用：把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光下时，就可以出现明显降低其死亡率的现象，即光复活作用。经了解，经UV照射后带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光激活酶——光解酶结合，这种复合物在300-500nm可见光下时，此酶会因获得光能而激活，并使二聚体重新分解成单体。
2.切除修复：是活细胞内一种用于被UV等诱变剂损伤后DNA的修复方式之一，又称暗修复。，这是一种不依赖可见光，只通过酶切作用去除嘧啶二聚体，随后重新合成一段正常DNA链的核酸修复方式。
1.Luria等的变量试验2.Newcombe的涂布试验3.Lederberg等的影印平板培养法。实验过程详见书P204-206
（五）基因突变及其机制：基因突变的机制是多样的，可以是自发的或诱发的，诱发的又可分仅影响一对碱基对的点突变和影响一段染色体的畸变。
1. 诱发突变：简称诱变，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。凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂。
1.诱变育种的基本环节：见书P214
2.诱变育种中的几个原则：
（1）选择简单有效的诱变剂 艾姆氏实验：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方法。
（2）挑选优良的出发菌株 出发菌株：就是用于育种的原始菌株。
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
微生物重点第七章
第七章:微生物的遗传变异和育种1: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（genome）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。
2:表型又称表现型，指某一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表现。
3:饰变表型饰变：指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。
4:变株的表型5:溶源转变正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主核基因组上，而使宿主获得了除免疫性外的新遗传性状的现象，称溶源转变。
F因子的4种细胞形式a）F-菌株，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收F因子而变成雄性菌株（F+）；b）F+菌株，F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。
c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。
d）F′菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F′因子。
细胞表面同样有性菌毛。
5:转导通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。
获得新遗传性状的受体细胞，就称转导子。
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。
经转导噬菌体的媒介而获得了供体菌DNA片段的受体菌，外源DNA在其内进行交换、整合和复制，使其成为一个遗传性状稳定的重组体，称作普遍转导子，这种现象就称普遍转导。
经转导噬菌体的媒介而获得了供体菌DNA片段的受体菌，外源DNA在其内既不进行交换、整合和复制，也不迅速消失，而仅进行转录、转译和性状表达，这种现象就称流产转导。
指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形成转导子的现象。
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。
第七章 微生物遗传—变异物质基础
根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿 瘤的致病因子。
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Ti质粒中的T-DNA可携带任何外源基因整合到植物基 因组中，是植物基因工程中有效的克隆载体。
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（5）代谢质粒（Metabolic plasmid）
质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降 解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某 些放线菌）等。
第七章 微生物遗传
遗传： 亲代与子代相似 变异： 亲代与子代、子代间不同个体不完全相同
遗传(inheritance)和变异(variation)是生命的最本质特性之一。
遗传型： 生物的全部遗传因子所携带的遗传信息 表型： 具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生
长发育所表现出来的外表特征和内在特征的总和。
plasmid） 毒性质粒（virulence plasmid） 代谢质粒（Metabolic plasmid） 隐秘质粒（cryptic plasmid）
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（1）致育因子(Fertility factor，F因子)
又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠 杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。
隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只 有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提 液等方法才能发现。
在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因 工程的载体（一般加上抗性基因）。
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转基因生物
7第七章微生物的遗传和变异TO
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学生
正确态度——
• 理性看待转基因技术。
A long way…
• 某些新闻媒体和科学家的过激倾向已给生命科学的发展带 来很大的负面压力。正确的社会舆论导向有利于决策者做 出正确的决策，从而促进科技发展。
• 在对待转基因生物问题上，不能因出现一些问题而因噎废 食，也不能对可能出现的问题掉以轻心。
——环境微生物
Chap 7 microbial heredity and variation
微生物的遗传变异和育种
李祝 7第E七-m章微a生il物: 的遗传T和e变l：异TO
学生
几个概念
遗传型
表型
变异
饰变
phenotype：
genotype： 指某一生物个 又称基因型， 体所具有的一 指某一生物 切外表特征和 个体所含有 内在特性的总 的全部遗传 和，是其遗传 因子即基因 型在合适环境 组所携带的 条件下通过代 遗传信息。 谢和发育而得
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学生
a.遗传工程的方法
• 遗传工程方法包括两个水平的研究：一种是细胞水平；另一种是
基因水平。所以，又可把它分为细胞工程和基因工程。
• 细胞工程——两个细胞原生质体融合
基因工程——两个细胞DNA片段剪接拼接
狭义的讲，遗传工程就是基因工程。
原理：限制性核酸内切酶
体外切割
导入
遗传物质
基因片段
受体细胞
7第七章微生物的遗传和变异TO
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学生
THE END!
7第七章微生物的遗传和变异TO 学生
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7第七章微生物的遗传和变异TO
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③基因重组法
• 不同个体基因重新组合 • 形式 • 自发基因重组与人工基因重组
• 自发基因重组
• a. 真 核 生 物 为 杂 交； • 精卵细胞质融合过程中所有遗传物质的重组
b. 原 核 生 物 为 转 化 、 转 导 、接合；
部分遗传物质的转移和重组
7第七章微生物的遗传和变异TO
诱变剂：温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化 学诱变剂等等。
基因突变的分子机制？ DNA碱基丢失、增多、错配等
点突变→染色体畸变
基因突变有这样几个特点。
7第七章微生物的遗传和变异TO
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A．基因突变的特点
• 发生Ⅰ.随机性结果Ⅱ.无定向性
• 基因突变在哪一个细菌中发生是随机的，突变基因的部 位也是随机的。突变的发生没有固定的方向。
遗传的保守性
变异的多样性
7第七章微生物的遗传和变异TO
9
学生
1.遗传的保守性
遗传性— “种瓜得瓜种豆得豆”
——子代与亲代相似性（“大同”）
正面：继“承优胜亲代优点，保持物种延续 负面：？“”劣汰
”
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2.变异的多样性
• 细菌变异形式，如：个体形态的变化，菌落形态(光滑型 ／粗糙型)的变异，营养要求的变异，对温度、pH要求 的变异，毒性的变异，抗毒能力的变异，生理生化特性 的变异及代谢途径、产物的变异等。
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• 通常生产上更多利用的是诱导法。
• 污泥培养初期逐步提高污水比例，有些菌种不能适 应被淘汰(筛选)，能产生诱导酶的菌株及自发突变体
中能来降解此类废水的菌种能够生存而被保留下来，且 能力逐步提高，使废水达到预期的排放标准；
• *诱变菌株环保市场的开发前景如何?目前国内
外有哪些主要的此类公司?
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b.遗传工程在环境工程中的应用
++
“超 对特殊基因进行“剪切－粘贴－链接”制造 级细菌”
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• Ⅰ.降解石油的工程细菌
• 70年代美国生物学家查克捡巴蒂(Chakrabarty)针对海洋输油，造成浮
油污染，影响海洋生态等问题进行了研究。石油成分复杂，是由饱和、 不饱和、直链、支链、芳香……烃类组成，不溶于水。而海水含盐量高， 虽发现90多种微生物有不同程度降解烃类的能力，但不一定能在海水中 大量繁殖生存，而且降解速率也较馒，查氏将能降解脂(含质粒A)的一 种假单胞菌作受体细菌，分别将能降解芳烃(质粒B)、芳烃(质粒C)和多 环芳烃(质粒D)的质粒，用遗传工程方法人工转入受体细菌，获得多质 粒“超级细菌”，可除去原油中2／3的烃。浮油在一般条件下降解需一 年以上时间，用“超级细菌”只需几小时即可把浮油去除，速度快效率 高。见下图。
• 筛选—“众里挑一” 定向培育—“教育培训”
定向培育在水的生物处理俗称驯化。
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(1)细菌的筛选方法
• 原理：优胜劣汰 • 方式：选择性培养基（天然+人工） • 天然——特殊区域采样
• 例如 筛选能降解石油的细菌？
收集长期被石油污染的土壤(天然选择性固体培养基），
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（2）细菌的驯化
• ①渐变－诱导法(休眠的酶基因复活+自然突变) • 方法：
选择性培养基（待降解 物，如石油）浓度升高
5
n
5
67
N
N死
大一
→
大四
待降解物通常为有机毒物或惰性物。
+
结1 果
筛选与诱导驯化可以同时进行
特点:操作简便，驯化的潜力有限，慢。
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②突变—诱变法 • 哪些因素可以引起基因突变呢？
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评价
• 诱变法潜力要远大于诱导法，但操作复杂。在
实际诱变中，往往要经过几次不同诱变方法的诱变处理 以及大量繁琐的筛选分离工作才有可能获得理想的突变 体。最后这些突变体将会在实验室小试、中试的基础上 被投放到生产实践中。 • 参见 《环境微生物学技术手册》
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• 频率Ⅲ.稀有性 可Ⅳ.诱变性
• 突变率（每一细菌在每一世代中发生某一性状突变的机 率）通常为10-5~10-10。十万至一百亿个细菌中才可能 有一个细菌的基因发生突变。
• 人工诱变可提高10～105倍
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• Ⅴ. 可逆性
• 修复成功
• Ⅵ.稳定性
• 修复失败 • 产生的变异性状是稳定的、可遗传的。
一、遗传变异的物质基础
1. 遗传的物质基础——DNA
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2 证明DNA为遗传物质的三个经典实验 1）转化实验
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2）噬菌体感染实验
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Байду номын сангаас
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3） 病毒的拆开和重组实验
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• Ⅱ.选择合适的诱变剂剂量进行诱变 • 为什么要有剂量限制呢？ • 少,效率低;过高“是药三分毒” 会造成细菌大量死亡。
• 例如在进行细菌紫外诱变时，通常使用15或20W的紫外灯距离细菌 单细菌悬浮液15~30cm，照射15~20min。
• Ⅲ.筛选突变出的高效菌 • 如何筛？ • 选择性培养基
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• 基因工程方法看似简单，但在具体实施上有较大 的难度。A.细菌的质粒本身容易丢失或转移
B.质粒具有不相容性
• （只有在一定条件下，属于不同的不相容种群的质粒 才能稳定地共存于同一宿主中。）
• *使用哪些方法有利于不同质粒的相容? 国内那 些科研院校进行基因重组工程菌的开发研究?
• 利用基因突变的特点，可以通过 人工诱变进行细菌的基因改造。
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B．方法
• 常用的诱变剂：紫外线、5—溴尿嘧啶、亚硝酸、卟啶染 料等。 诱变的步骤 Ⅰ.制出发菌株的单细菌悬浮液 为什么？如何在整个过程中尽量使细菌分散呢？ 诱变剂与细菌充分接触；向细菌培养液中加入玻璃珠，并 保持在诱变过程中始终进行振荡搅拌形成出发细菌的单细 菌悬浮液；
必有适应石油环境利用石油作为食物的细菌，将土壤样
品在实验室用石油降解菌选择性培养基，对样品中的石
油降解菌进行进一步的选择培养，筛选分离，富集，为
下一步的驯化工作奠定基础。
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筛选分离
选择性培养基（石油） 浓度升高
1
4
1 小考
2 中考
3、4 高考
驯化
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• 生物安全是近年来才出现的新问题, 应该对研究人员、普通 公众、政府部门的管理者和决策者等进行生物安全的教育 和培训, 将科学的生物安全知识完整地告诉公众, 树立公众 的生物安全风险意识和遵守生物安全法规意识。
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三、 细菌的选育*（重点）与细菌的变异
• 选育—筛选与定向培育
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• Ⅲ.转导（间谍窃取）
• 间谍？
• Ⅱ.接合 （合作） • 噬菌体－细菌病毒
• 通过噬菌体的携带而转移
导手的基因重组现象称为
转导。
• 转导是1951年辛德尔(Zinder)和
莱德贝尔格(1Jederberg)在研究
鼠沙门氏伤寒杆菌重组时发现