微生物的遗传和变异
微生物的遗传与变异
第八章微生物的遗传与变异[教学目的要求]掌握微生物遗传与变异的基本原理，了解微生物育种的基本技术。
[重点与难点]遗传变异的物质基础基因突变和诱变育种基因重组[教学方法与手段]讲授结合多媒体课件[教学时间]8学时[教学内容]第一节：遗传突变的物质基础一、什么是遗传与变异遗传：子代与亲代相似的现象通称为遗传。
保持物种连续性和相对稳定性，是物种存在依据。
保证了种的存在和延续．变异：是子代与亲代间的差异。
可遗传给后代，是物种发展，进化的依据。
推动了种的进化和发展。
微生物特性的改变不一定都是变异，只发生在转录、翻译水平的表型变化是不遗传的。
不是变异。
表型(phcnotype)：是指遗传特性在—定环境条件下的具体表现。
微生物变异发生最快、迅速、常见。
不一定都是变异或都能遗传。
突变：是遗传物质核酸（RNA，DNA）中的核苷酸顺序发生了稳定的可遗传的变化。
（合段发生改变，而引起遗传性状改变）包括：染色体突变和基因突变。
微生物主要是基因突变。
二、DNA是遗传变异的物质基础(一)从孟德尔的粒子到DNA双螺旋结构1865（1866）年：孟德尔：发现遗传规律分离、自由组合规律1893年：Overton 发现植物细胞减数分裂。
1900年：重新发现孟德尔定律，建立遗传学。
1901年：发现X染色体。
1902年：建立细胞遗传学。
1903年W．S．Sutton，染色体的遗传行为与性状的遗传行为有着平行的关系。
1905年：Wilson 发现性染色体1905-08年：发现连锁基因。
1906年：提出性染色体。
1909年：丹麦生物学家W.L.Johannsen提出基因概念。
1910年：摩尔根（Morgan）建立基因学说。
1913年：减数分裂与孟德尔定律联系起来。
得到正确解释。
1910-27年：连锁互换。
1935年：电镜问世。
20世纪40、50年代，3个典型实验：1944年：肺炎双球菌转化。
遗传信息物质是DNA，核酸水平1952年：Watson Crick 提出DNA结构。
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
第七章微生物的遗传和变异
大肠埃希菌
乳糖
环境无乳糖，则不产生三种酶
含链霉素培基 痢疾杆菌 依赖链霉素株 ( 耐药菌株 )
耐药性改变：
二、微生物遗传和变异的物质基础 真核微生物的遗传物质： 原核微生物的遗传物质： 病毒的遗传物质：
一、微生物的遗传变异现象
形态与结构变异 菌落形态变异 毒力变异 酶活力变异 抗药性变异
形态改变1
3-6% NaCl 鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型) 琼脂培基
青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)
正常霍乱弧菌
霍乱弧菌L型
形态改变2
42-43℃ 炭疽杆菌────→失去形成芽胞能力, 毒性减弱 10-20天 0.1%石炭酸 变形杆菌（有鞭毛） （无鞭毛）
1923年： 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌 卡介苗 （有毒） 13年(230代) （弱毒，保持抗原性）
毒力改变2
β-半乳糖苷酶 半乳糖苷渗透酶 半乳糖苷转酰酶
中国科学院武汉病毒所菌种保藏中心
单位 缩写
单位名称
单位 缩写
单位名称
各国主要菌种保藏机构
（二） 菌种的复壮 使衰退的菌种恢复原来优良性状。是指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施。
纯种分离
生物学性状检测 生产性能检测
国内外菌种保藏机构
KIM
德国微生物研究所菌种收藏室
NCIB
英国国立工业细菌收藏所
MIG
德国发酵红叶研究所微生微生物收藏室
CMI
英联邦真菌研究所
RKI
德国科赫研究所
微生物的遗传与变异
•
3、染色体层面 1）不同生物的染色体数目相差很大。 2）单倍体，双倍体，三倍体，多倍体。 3）部分双倍体。
•
4、核酸层面 DNA或RNA; DNA单链或双链; RNA单链或双链; bp（碱基对）; kp（千碱基对）; mp（兆碱基对）。
•
5、基因层面 基因：生物体内一切具有自主复制能力的最
•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。 •
•
•
•(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HRV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HRV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。
无义突变：某碱基突变造成UAG，UAA和 UGA等终止码的出现，导致多肽链合成终 止，原功能丧失。
•
3、表型变化及其分离 1、营养缺陷型——是一种缺乏合成其生存所
必需的营养物，只有从周围环境或培养基中 获得这些营养或其前体物才能生长的突变型 。
2、抗药性突变型——指由于基因突变使菌株 对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生 抗性的一种突变。
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。
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异在我们生活的这个世界中，微生物无处不在。
从土壤里的细菌到人体内的菌群，从发酵食品中的酵母菌到导致疾病的病毒，微生物的身影随处可见。
而微生物的遗传与变异，是其生命活动中极其重要的特性，对微生物的生存、繁衍以及与环境的相互作用都有着深远的影响。
首先，让我们来了解一下什么是微生物的遗传。
遗传，简单来说，就是微生物将自身的特性传递给子代的过程。
微生物通过遗传，能够把它们适应环境的特性、代谢途径、生理特征等稳定地传递下去，保证了物种的延续和稳定性。
微生物的遗传物质主要包括 DNA 和 RNA。
对于大多数微生物而言，DNA 是主要的遗传物质，其存在形式多种多样。
细菌的 DNA 通常位于一个环状的染色体上，同时还可能有一些小的环状 DNA 分子，称为质粒。
质粒可以携带一些特殊的基因，比如对抗生素的抗性基因。
病毒的遗传物质则更加多样，有的是 DNA，有的是 RNA，而且其结构也有单链和双链之分。
遗传信息的传递过程，也就是微生物的繁殖过程。
细菌主要通过二分裂的方式进行繁殖，一个细菌细胞分裂成两个子细胞，每个子细胞都获得了与亲代相同的遗传物质。
真菌可以通过出芽生殖、孢子生殖等方式繁衍后代。
病毒则需要侵入宿主细胞，利用宿主细胞的物质和能量来复制自己的遗传物质，并合成蛋白质外壳，最终组装成新的病毒粒子。
接下来，我们谈谈微生物的变异。
变异是指微生物子代与亲代之间，以及子代不同个体之间存在的差异。
这种差异可能是由于遗传物质的改变引起的，也可能是由于环境因素的影响导致的表型变化。
微生物变异的原因多种多样。
基因突变是最常见的一种变异形式，它可以是由于 DNA 复制过程中的错误，或者是外界因素如辐射、化学物质等引起的碱基对的替换、缺失或增加。
基因重组也是微生物变异的重要途径，比如细菌可以通过接合、转化和转导等方式，从其他细菌获得新的基因。
此外，微生物在长期的进化过程中，还可能会发生染色体变异，如染色体的缺失、重复、倒位和易位等。
细菌的遗传和变异
温和噬菌体可有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性 噬菌体只有一个溶菌性周期
噬菌体与宿主的相互关系
四 转座因子
转座因子(transposzble element)又称跳跃基因 (jumping gene)：
是指存在于细菌染色体或质粒DNA分子上一段特异 的具有转移特性的核苷酸序列它在基因组不必借助 同源序列就可以移动，可以直接从基因组的一个位 点转移到另一个位点的（供体和受体）。
第十二章 微生物的遗传和变异
遗传(heredity)：使微生物的性状保持相对稳 定，且代代相传，使其物种得以保存。 变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代 之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的 差异。
江苏大学 医学院 申红星
基因:是一个相对独立的可遗传生物学功能 单位. 基因组:是指某一生物种类的遗传信息总和. 基因型:一种生物遗传物质的总和构成该生 物的基因型. 表性:由基因表达产物决定,生物所表现的生 物学性状。
是最小的转位因子，＜2kb，除了和转座功能相关的基因外，
不携带任何已知与插入功能无关的基因区域。IS两端有反向重 复序列。
2.转座子（transposon,Tn）
＞2kb，除携带与转座有关的基因外，还携带耐药性基
因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。
可能与细菌的多重耐药性有关。
IS
Resistance Gene(s)
噬菌体的抗原性
噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性抗体。 该抗体能抑制相应噬菌体侵袭敏感细菌， 但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用， 噬菌体仍能复制增殖。
噬菌体的抵抗力
噬菌体对理化因素与多数化学消毒剂的抵抗 力比一般细菌的繁殖体强； 能抵抗乙醚、氯仿和乙醇，一般经75℃ 30min或更久才能被灭活。噬菌体能耐受低 温和冰冻， 对紫外线和X射线敏感，一般经紫外线照射 10～15min即失去活性。
微生物学遗传与变异ppt课件
含毒素基因
编码毒素蛋白
• 毒力减弱—— 有毒菌株变异为弱毒或无毒菌株
卡介苗 Bacillus of Calmette- Guerin,BCG : 卡介二氏用有毒的牛 结核分枝杆菌在含甘油、马铃薯的培养基上，经13年连续230次传 代所获得的一毒力减弱但保留有抗原性的变异株。是 用于人工免疫 以预防结核病的活疫苗。
• 染色体DNA chromosome • 质粒 plasmid • 转位因子 transposable element • 噬菌体 phage
• 染色体DNA
chromosome
• 无内含子 • 重复序列少 • 功能相关基因组
成操纵子
• 病原菌中存在
毒力島（pathogenecity Island)
1．形态结构： EM 下 有 三 种 基 本 形 态 ：
蝌蚪型 微球形 丝形
2．化学组成：
• 噬菌体由核酸和蛋白质组成。 • 核酸是噬菌体的遗传物质，根据其组成可为DNA噬
菌体和RNA噬菌体。
• 蛋白质是噬菌体头部衣壳及尾部的主要组成成份，
能保护噬菌体核酸，决定其外形和表面特征。
噬菌体与细菌的关系
4、耐药性变异variation of virulence
细菌对某种抗生素或药物由敏感变为不敏感即为细菌
的耐药现象。
多重耐药株:同时耐受多种抗生素的菌株。 抗生素依赖菌株：如痢疾志贺菌的赖链霉素菌株。
抗生素
抗生素
敏感
耐药
细菌遗传变异的物质基础
material basis of bacterial heredity and variation
转导频率
普遍性转导
局限性转导
裂解期
第九章微生物的遗传与变异
❖①加S菌DNA
长出S菌
活R菌
❖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
只有R菌
❖⑤加S菌的蛋白质
❖⑥加S菌的荚膜多糖
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。
（二）噬菌体感染实验
A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中 （2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中 所以，进入细胞的是噬菌体的核酸而不是蛋白质。
（三）植物病毒的重建实验
❖为了证明核酸是遗传物质，H. FraenkelConrat（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。
插入突变 产生染色体畸变（复制性转座子） 基因的移动和重排
第四节 基因突变及修复
一、基因突变
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 结构或数量突然发生的可遗传的变化。突 变率常在10-8~10-9范围内。
成分是蛋白质。
❖ DNA是遗传变异的物质基础的证明：1944年以后，利
用微生物为实验对象进行的三个著名实验（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）
一、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） ❖ S型菌株：有致病性，菌落表面光滑，有荚膜 ❖ R型菌株：无致病性，菌落表面粗糙，无荚膜
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
微生物遗传和变异
微生物的遗传变异和育种遗传 (inheritance) ：是发生在亲子之间即上下代间的关系，即指上一代生物如何将自身的一套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的保守特性。
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。
注：遗传和变异是生命的最本质特性之一（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所携带的遗传信息。
是一种内在的可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。
（2）表现型：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形态等生物学特征的总和。
注：表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。
（3）表型饰变：即外表的修饰性改变，是发生在转录、转译水平上的变化，不涉及遗传物质的结构改变。
特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为（4）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微生物是遗传学研究中的明星：（1）微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。
（2）很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。
（3）对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
第一节遗传变异的物质基础一、核酸为遗传的物质基础生物分子：糖类、脂类、蛋白质、核酸1、肺炎双球菌实验证明了：DNA是转化所必需的转化因子；2、噬菌体感染实验证明了：遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质；3、植物病毒的重建实验证明了：在RNA病毒中，遗传物质基础也是核酸，只不过是RNA罢了。
通过上述三个实验证明了：只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式1、细胞水平：在细胞水平上，真核微生物和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。
分为原核微生物基因组、真核微生物基因组。
2、细胞核水平：真核生物的细胞核是有核膜包囊，形态固定的真核，核内的DNA与组蛋白结合在一起形成一种在光学显微镜下能见的核染色体；（1）基因组(genome)：一个物种的单倍体内的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。
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第五章微生物的遗传和变异本章要点：1.遗传变异的物质基础。
2.基因突变的特点和机制。
3.菌种如何选育及如何诱变育种?4.基因重组。
5.基因工程的原理和操作步骤。
6.如何保藏菌种？5.1 基因对遗传性状的控制5.1.1遗传和变异的物质基础DNA遗传变异的物质基础曾是生物学中激烈争论的重大问题。
1944年Avery等人以微生物为研究对象进行的三个经典实验有力地证实了核酸是遗传物质，基因是其信息单位，染色体是其存在形式。
一.证明核酸是遗传变异的物质基础的经典实验1.转化实验转化指A品系的生物吸收了来自B品系生物的遗传物质从而获得B品系的遗传性状的现象。
转化现象是格里菲斯（Griffith）于1928年研究肺炎链球菌感染小白鼠的实验中发现，后经艾弗里（Avery）等于1944年证实的。
2.噬菌体感染实验1952年，侯喜（A.D.Hershey）和蔡斯（M.Chase）为了证实噬菌体的遗传物质是DNA，用放射性同位素标记大肠杆菌T2噬菌体进行实验(图5-1)。
图5-1 噬菌体感染实验3.植物病毒重建实验1956年Fraenkel-Conrat等用含RNA的烟草花叶病毒进行了病毒(TMV)重建实验(图5-2)，证实了RNA是遗传物质。
图5-2 TMV重建实验5.1.2 DNA的结构与复制一.DNA的化学组成DNA是一种大分子化合物，由4种核苷酸组成。
每一种核苷酸又由碱基、脱氧核糖和磷酸3部分构成。
4种核苷酸的差异仅在于碱基不同。
在DNA中，4种碱基是；腺嘌呤 (adenine，A)、鸟嘌呤(guanine，G)、胞嘧啶(cytosine，C)和胸腺嘧啶(thymine，T)。
脱氧核糖1位上的碳原子与嘌呤9位上的氮原子相连，5位上的碳原子与磷酸相连，就构成了4种不同的核苷酸。
二.DNA的双螺旋结构模型1953年美国遗传学家沃森(James Deway Watson)和英国物理学家克里克( Francis Harry Compton Crick)根据英国晶体衍射专家维尔金斯(Maurice Hugh Frederick Wilkins)对脱氧核糖核酸的X射线衍射资料，以及碱基含量分析、键长键角资料、酸碱滴定数据等，提出了像麻花、油条一样扭在一起的DNA双螺旋结构模型（图5-3、5-4）。
图5-3 DNA 的一级结构 图5-4 DNA 分子双螺旋结构示意图三.DNA 的复制通过实验证明，DNA 的复制是以半保留复制(semiconservative replication)形式进行的。
其复制过程是这样的：首先碱基对间的氢键断裂，两条核苷酸链的螺旋松开，碱基显露出来，就像拉链一样拉开。
然后以每条单链为模板，按照碱基对互补的要求，在DNA 多聚酶的催化作用下，通过碱基配对，逐渐合成一条新的核苷酸链，再和旧链形成新的双螺旋。
5.2 基因突变突变泛指细胞内(或病毒颗粒内)的遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。
突变往往导致产生新的等位基因及新的表现型。
狭义的突变专指基因突变，也称点突变，而广义的突变则包括基因突变和染色体畸变。
突变的概率一般很低，约为10-6×10-9。
突变是工业微生物产生变种的根源，是育种的基础，但也是菌种发生退化的主要原因。
5.2.1微生物突变体的主要类型基因突变的类型极为多样。
人们可从不同的角度对基因突变进行分类，并给以不同的名称。
根据突变体表型不同，可把突变分成以下几种类型：营养缺陷型、抗性突变型、条件致死突变型、形态突变型、抗原突变型、其他突变型。
5.2.2基因突变的分子基础一.碱基置换及其对遗传信息的影响碱基置换是指DNA中核苷酸的一个碱基被另一个碱基所取代。
其中一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所取代（G→C或C→G），叫颠换(transversion)；如果一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所取代，称转换(transition)。
根据它们对氨基酸序列的影响不同，可分为下列几种情况：1.同义突变：由于遗传密码具有简单性，所以有些碱基替换并不造成氨基酸的变化。
2.错义突变：指碱基替换后引起氨基酸序列的改变。
有些错义突变严重影响到蛋白质的活性，甚至使活性完全丧失，从而影响了基因的表型。
3.无义突变：编码区的单碱基突变导致终止密码子的形成，使mRNA的翻译提前终止，形成不完整的肽链，因而其产物一般是没有活性的。
二.移码突变及其产生由于在DNA分子的编码区插入或缺失非3的整数倍个(1个、2个或4个)核苷酸而导致的阅读框架的位移。
因为遗传信息是按3个碱基为一组依次排列而成的，蛋白质的翻译是从起始密码子开始，按密码子顺序依次向下读码。
当在起始密码子后面加入1个、2个或4个碱基后，则后面的所有密码子的阅读框都发生改变，结果翻译出来的蛋白质的氨基酸序列与野生型完全不同。
当然，如果插入或缺失的碱基正好是3个或其整数倍，那么在翻译出的多肽上可能是多一个、几个或少一个、几个氨基酸，而不完全打乱整个氨基酸序列。
三.缺失和重复大片段的缺失或重复(超过几个碱基对)是基因突变的主要原因之一。
特别是在放线菌中的自发突变中，缺失或重复范围从几个基因到几十个基因。
5.2.3 基因突变的特点一.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。
二.自发性：由于自然界环境因素的影响和微生物内在的生理生化特点，在没有人为诱发因素的情况下，各种遗传性状的改变可以自发地产生。
三.稀有性：生物的基因自发突变是随时发生的，但发生的几率是很低的，即突变率很低，也很稳定，一般在10-6～10-9之间。
这反映了物种和基因的相对稳定性。
四.独立性：基因突变的发生一般是独立的，即在某一群体中既可能发生抗青霉素的突变型，也可发生抗链霉素或其他某药物的突变型，而且还可发生不属抗药性的突变型。
五.可诱变性：通过各种物理、化学诱变剂的作用，提高突变率，一般可提高10～105倍。
六.可逆性：基因突变的过程是可逆的。
通常存在于某种生物中的野生型基因A可突变为对应的基因a，这个过程称为正向突变；反之，由基因a也可以突变成野生型基因A，称为回复突变或回变。
七.稳定性：突变的根源是遗传物质结构发生了稳定的变化，产生的变异性状是稳定的、可遗传的。
5.2.4基因突变的机制突变是DNA分子结构或数目的变化。
据引起变化的原因可分为自发突变和诱发突变；据DNA变化的程度可分为基因突变和染色体畸变。
一.碱基置换A＝T T＝A 颠换C＝G G＝C 转换碱基对的转换可由互变异构和化学诱变引起。
1.互变异构在DNA分子的四种碱基中，胸腺嘧啶(T)和鸟嘌呤(G)可以酮式或烯醇式出现。
胞嘧啶(C)和腺嘌呤(A)可以氨基式或亚氨基式出现。
在生物体中，一般以酮式和氨基式结构存在。
但在极少数情况下，胸腺嘧啶分子中的N3位上的氢能转移到C4位氧上，使酮式转变为烯醇式，但瞬间即恢复为酮式，这种分子结构上的互变称为互变异构。
如果就在变为烯醇式的瞬间，DNA的复制刚好到达这一部位，这时的胸腺嘧啶就不再与腺嘌呤配对，而与鸟瞟岭配对。
2.化学诱变剂引起的碱基对置换能够引起DNA分子中碱基对置换的诱变剂很多，常见的有碱基结构类似物，如亚硝酸、羟胺、烧化剂等。
它们可直接或间接地引起DNA分子的碱基对置换。
二.移码突变移码突变指DNA分子中增添或缺失少数几个碱基对，而造成其后面全部遗传密码发生转录和翻译错误的基因突变。
点突变一般只涉及到一个密码子的改变，而移码突变涉及到了突变点以后所有密码子的改变，因此是一类影响较大的突变。
与染色体畸变相比，移码突变仍属于DNA分子的微小损伤。
三.染色体畸变由于某些理化因素的作用造成DNA分子的大损伤所引起的突变叫染色体畸变。
包括染色体的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。
染色体结构上的变化可分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。
引起染色体畸变的原因很多，可以自发地进行，也可以诱发进行。
亚硝酸等诱发点突变的诱变剂，也可引起染色体畸变。
物理诱变剂一般以引起染色体畸变为主。
1.紫外线：DNA具有强烈的紫外吸收能力，尤其是核酸链上的碱基对。
其主要生物学效应是其对DNA的作用，包括使DNA链断裂、DNA链内或链间交联、嘧啶碱的水合作用及胸腺嘧啶二聚体的形成。
2.X射线、γ射线和快中子：X射线、γ射线和快中子等属于电离辐射，穿透力强，碰到原子或分子便产生次级电子，次级电子可产生电离作用。
它们的直接效应是碱基间、DNA间、糖与磷酸间的化学键断裂；间接效应是电离作用引起水或有机分子产生自由基作用于DNA分子，导致缺失或其他损伤。
3.热：可使胞嘧啶脱氨基变成尿嘧啶，从而引起碱基配对错误；还可引起鸟嘌呤脱氧核糖键移动，从而在DNA复制时出现碱基对的错配。
4.生物诱变因子：转座因子也是实验室中常用的诱变因子，它们可在基因组的任何部位插入，引起该基因的失活导致突变。
转座因子是细胞中能改变自身位置的一段DNA序列。
5.3 菌种的选育选种是根据微生物的特性，采用各种分离筛选方法，从自然界中或从生产实践中选出符合人们要求的菌种。
育种是根据微生物遗传变异的原理，在已有的菌种基础上，采用诱变或杂交的方法，迫使菌种发生变异，然后在变异的菌株中挑选出符合生产实际要求的菌种。
5.3.1从自然界中获得新菌种一.从自然界中选种1.样品采集根据我们的目的到最合适的地方去采集样品。
在这方面，掌握了解微生物的生态知识有利于菌种的筛选。
从土壤中采集样品，又称采土。
采土的时候，应注意土壤肥瘦、采土深度、采土季节、采土方法。
2.增殖培养增殖培养是往样品中加人适合某些微生物生长繁殖的物质，或创造有利于某些微生物生长繁殖的环境条件，这样就促进了某些微生物大量繁殖，如往土样中加入一些石油，能利用石油的微生物容易生长繁殖；把土样加入到含糖浓度高的培养基中，并把pH调到4以下，就可使酵母菌得到增殖。
3.分离纯化分离纯化有很多方法：平板划线分离法、稀释涂布分离法、单孢直接挑取法、菌丝尖端切割法等。
4.性能测定性能测定分粗测和精测。
粗测又称初筛，主要起定性的作用，一般在培养皿上进行。
经初筛后的菌种还要进行精测，才能适合生产的需要。
精测又称复筛，一般采用接近生产工艺条件的三角烧瓶液体进行振荡培养或用台式发酵罐进行发酵，然后测定发酵液，再进行分析比较，最后选出比较理想的菌种。
二.从生产中选种在生产过程中，经常注意那些菌体形态或菌落性状以及某些生理性能上发生自然变异的微生物，将它们挑选出来，进行比较试验，有时可以选出更加理想的菌种。
5.3.2自发突变与定向培育一.自发突变的原因引起微生物自发突变的因素很多，主要有以下几方面：DNA复制、微生物自身产生诱变物质、环境对微生物的诱变作用等。
二.自发突变的偶然性及其热点S. Luria等人提出突变是一个偶然事件，突变概率很低，这些突变可发生在任一瞬间、任一碱基，这是难以预见的，因此任何时间、任何基因或任一个基因位置都有可能发生突变，这似乎说明突变是随机的，但有些事实证明突变并非是完全随机的，突变位置也并非是完全随机分布的。