微生物遗传育种
微生物遗传育种学
微生物遗传育种学一、名词解释（3*5）1、pcr:聚合酶链式反应，是一项在生物体外复制特定dna片段的核酸合成技术。
2、操纵子：操纵子(operon)：原核生物能mRNA出来一条mrna的几个功能有关的结构基因及其上游的调控区域，称作一个操纵子（operon）。
3、启动子(promoter)：真核基因启动子是rna聚合酶结合点周围的一组转录控制元件，包括：至少一个转录起始点及一个以上的功能组件。
4、冈崎片段:冈崎片段就是由于解链方向与激活方向不一致，其中一股子链的激活，Gondrecourt母链求出足够多长度才已经开始分解成引物接着缩短。
这种不已连续的激活片段就是冈崎片段。
5、营养缺陷型：指某一菌株在诱变后丧失了合成某种营养成分（生长因子）的能力，使其在基本培养基上不能生长，必须加入相应物质才能生长的突变体。
6、准性生殖：就是一种类似有性生殖但比它更为完整的一种生殖方式。
可使同一种生物的两个相同来源（即为同种相同株）的体细胞经融合后，不通过有丝分裂而引致高频率的基因重组。
准性生殖常见于某些真菌，尤其就是半知菌中。
7、限制性核酸内切酶(restrictionendonuclease):识别并切割特异的双链dna序列的一种内切核酸酶。
8、密码的自旋性：密码的自旋性就是多个密码子编码同一个氨基酸的现象。
9、转座子(transposons):转座子是可以从一个染色体位点转移至另一个位点的分散的重复序列。
转座子也包括含有两个反向重复序列的侧翼，内有转座酶基因，并含有抗生素耐药基因等其他基因。
10、微生物繁育：人为地使用物理、化学的因素，引致有机体产生遗传物质的突变，经选育成为新品种的途径。
二、是非题（2*5）三、选择题（3*5）1、限制性内乌酶的种类、辨识位点、功能、区别根据酶的亚单位组成、识别序列的种类和是否需要辅助因子，限制与修饰系统主要分成三大类。
ⅱ型酶所占到的比例最小，相对来说最简单，它们辨识回文等距序列，在回文序列内部或附近研磨dna。
基因工程育种微生物遗传育种
• 基因工程育种与微生物遗传育种概述 • 基因工程育种技术 • 微生物遗传育种技术 • 基因工程育种与微生物遗传育种的应
用 • 基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
01
基因工程育种与微生物遗传育种概述
基因工程育种定义与特点
定义
基因工程育种是通过基因工程技术对 生物体的基因进行改造，以达到改良 生物性状和提高产量等目的的育种方 法。
工业领域的应用
工业酶
利用基因工程技术生产具有特殊功能的工业酶，广泛应用于洗涤 剂、食品、纺织和制药等行业。
生物燃料
通过基因工程技术改良微生物，生产高效、环保的生物燃料，减少 对化石燃料的依赖。
生物材料
利用基因工程技术生产具有特殊性能的生物材料，如可降解塑料、 生物纤维等，替代传统石化材料。
05
基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
技术挑战与伦理问题
技术挑战
基因工程育种和微生物遗传育种技术需要高 水平的科学知识和技术能力，同时面临着技 术难度大、成本高、周期长等问题。
伦理问题
基因工程育种和微生物遗传育种涉及到人类 基因和生命形式的改变，可能引发伦理和道 德方面的争议，需要慎重考虑和规范。
未来发展方向与前景
精准育种
随着基因组学和生物信息学的发展，基因工程育种和微生物遗传育种将更加精准和高效， 能够更好地满足农业生产和生物医药等领域的需求。
VS
细胞工厂构建
通过代谢工程手段改造微生物细胞，使其 具备生产特定化学品、燃料或材料的能力 。
04
基因工程育种与微生物遗传育种的应
用
医药领域的应用
基因治疗
利用基因工程技术修复或替换缺陷基因，以达到治疗 遗传性疾病和恶性肿瘤等疾病的目。
微生物遗传育种名词解释（二）
微⽣物遗传育种名词解释（⼆）1、⾃然选育：从⾃然界直接分离和筛选菌种或在⽣产中利⽤⾃发突变选育优良菌株。
2、诱变育种：对出发菌株进⾏诱变，然后运⽤合理的程序与⽅法筛选符合要求的优良菌株。
3、代谢调控育种：利⽤现有的代谢调控知识，筛选特定突变型，改变代谢流量或流向，从⽽提⾼⽬的产物产量的⼀种育种技术。
4、重组育种；利⽤微⽣物间的遗传重组来改变其遗传物质组成及结构的⼯业微⽣物育种技术。
5、原⽣质体融合育种；通过⼈为⽅法，使遗传性状不同的两细胞的原⽣质体发⽣融合，从⽽实现遗传重组的⼯业微⽣物育种技术。
6、基因⼯程育种技术：在体外构建重组DNA分⼦并导⼊宿主内⾼效表达，从⽽获得重组微⽣物的育种技术。
7、突变：遗传物质核酸中的核苷酸序列发⽣了稳定的可遗传的变化。
8、突变体：带有突变基因的细胞或个体9、突变型：突变体的基因型或表型称为突变型，和其相对的原存在状态称为野⽣型。
10、⾃发突变（spontaneous mutagenesis）：未经任何⼈为处理⽽⾃然发⽣的突变；11、诱发突变（induced mutagenesis）：由⼈们有意识地利⽤物理或化学⼿段对⽣物体进⾏处理⽽引起的突变。
12、整倍体：含有完整的染⾊体组。
13、⾮整倍体：含有不完整状态的染⾊体组，⼀般是指⼆倍体中成对染⾊体成员的增加或减少。
14、部分⼆倍体：原核⽣物中由⼀整条染⾊体和外来染⾊体⽚段所构成的不完整⼆倍体。
增变基因（mutator gene）：其基因突变会导致整个基因组的突变频率明显上升的⼀些基因。
15、前突变：诱变剂所造成的DNA分⼦某⼀位置的损伤16、光复活：指细菌在紫外线照射后⽴即⽤可见光照射，可以显著地增加细菌的存活率，降低突变率。
17、表型延迟phenotype lag：突变体表型改变落后于其基因型改变的现象。
18、分离性延迟segregational lag ：突变基因由杂合状态到纯合状态所造成的表型迟延19、⽣理性延迟physiological lag ：由于基因产物的“稀释”过程所造成的表型迟延野⽣型（wild type）：从⾃然界分离到的任何微⽣物在其发⽣营养缺陷突变前的原始菌株；基因重组：由于不同DNA链的断裂和连接⽽产⽣DNA⽚段的交换和重新组合，形成新的DNA分⼦，进⽽形成新遗传个体的⽅式称为基因重组。
微生物遗传育种(1)
微生物遗传育种答案第一章微生物的遗传物质一、名词1 转化: 指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质而发生遗传性状的改变2 cccDNA——共价、闭合、环状DNA3 复制子：指能独立进行复制的DNA部分, 一个复制子包括复制起点及其复制区4 启动子(promoter)——是位于结构基因5’端,启始结构基因转录的DNA顺序。
它决定转录的准确启始,并与转录效率有关。
5 Pribnow框(Pribnow box): 又称-10区或Rc区，与核心酶结合的位置，一致顺序：TATPuA二、问题1证明核酸是遗传物质有哪些实验证据答：肺炎双球菌的转化实验和噬菌体的侵染实验证明DNA为遗传物质。
烟草花叶病毒的遗传物质的发现及重组实验证明RNA也是遗传物质。
2 1928年, F Griffith 发现转化现象的过程答：肺炎双球菌野生型，有毒力菌落光滑产荚膜为S型；突变型无毒力菌落粗糙无荚膜为R 型，然而讲加热杀死的S型细菌与R型细菌混合培养，能分离得到S型细菌，说明加热杀死的S型菌中存在能将R型菌转化为S型菌的因子。
3 1944年，Avery证明DNA是遗传物质的过程答：Avery他们从S型细菌细胞物质中抽提并纯化出转化因子，将它用多种蛋白水解酶处理后，并不影响转化效果，如果用脱氧核糖核酸酶去处理则转化消失，从而直接证明了转化因子是DNA.四、选择题：1 E.coli含有一个cccDNA，约编码2000个基因。
2 E.coli的基因组测序1997年完成，E.coli cccDNA 有基因4.6×106 bp,含4288个基因第二章基因突变和损伤DNA的修复一、名词1基因突变(gene mutation) : 是指基因的分子结构(核苷酸顺序)的改变1.形态突变——可见突变2.生化突变：指没有形态效应的突变（去年考题）3.致死突变：指引起个体死亡或生活力下降的突变4.条件致死突变：指在某些条件下能成活, 而在另一些条件下是致死的突变二、问题1根据突变对表型的效应，基因突变分为哪些类型？（去年考题）答：1形态突变：肉眼可见，即有关形状、大小、生育状态、颜色、颜色分布等表型变化的突变；2：生化突变：没有形态：指没有形态效应的突变；3致死突变：引起个体死亡或活力下降的突变4：条件致死突变:指在某些条件下能成活而在另一些条件下是致死的突变。
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。
微生物遗传育种第二章
1952年，J. 和E. Lederberg 夫妇发明了一种直接证明突变自发 性的方法 -----影印培养法，证明了 细菌的抗药性是发生在加入药物之 前的，而药物的作用仅是把突变型 筛选出来。
第二节 基因突变的规律
Lederberg等设计的平板影印培养法
第二节 基因突变的规律
二、自发性
各种性状的突变，可以在没有人 为的诱变因素下自发地发生。
第三节 诱变的机制
（5）NTG（NNG）的作用特点：
第三节 诱变的机制
三、嵌合剂的致突变作用
吖啶类染料和ICR类化合物是通过同 DNA分子结合而发生诱变作用的两类主要的 化学诱变剂。吖啶类化合物主要有原黄素， 5-氨基吖啶、吖啶橙等。ICR化合物是指由 美国癌症研究所应用化学方法合成的 （Institute for Cancer Research)，是一些由 烷化剂和吖啶类相结合的化合物。
分子结构，引起生物体发生突变。
第三节 诱变的机制
A 直接诱发碱基错配：
鸟嘌呤N7位置上的烷化有利于发生
电离作用，而离子化的鸟嘌呤则应该具
有同T而不是同C配对的倾向，因此，便
能产生GC→AT的转换。
第三节 诱变的机制
B 错误修复： 鸟嘌呤N7烷化作用的另一种效应是使 鸟嘌呤碱基与糖-磷酸的键合削弱，从而导 致烷化的鸟嘌呤从DNA上逐渐地脱落下来， 这个过程就是所谓的“烷化脱嘌呤作用”。 脱嘌呤形成了分子裂缝，在随后的DNA复 制过程中便会产生转换或颠换。
1、突变（Mutation）：指遗传物质发生了稳定 的可遗传的变化，所有的突变都是DNA结构中碱 基所发生的改变。 2、突变体（Mutant）：携带突变的生物个体或 群体或株系，称为突变体。
3、突变基因（Mutant Gene）和野生型基因 （Wild Gene）：发生了突变的基因称为突变基 因，没有发生突变的基因称为野生型基因。
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。
微生物遗传育种知识点汇总
微生物遗传育种知识点汇总1.微生物基因组学：微生物基因组学是研究微生物基因组结构、功能和表达的学科。
通过对微生物基因组的测序、比较分析和功能注释，可以了解微生物的遗传特性和功能。
2.微生物突变：微生物突变是指微生物在自然环境或实验室中发生的基因突变。
突变可以是基因变异、插入突变、缺失突变等，这些突变可能会导致微生物表型的变化。
3.微生物选择：微生物选择是通过对微生物的生长条件进行调控，选择出具有其中一种特定性状的菌株。
例如，可以通过对耐盐性的选择培养基进行培养，选择出具有耐盐性的微生物菌株。
5.基因工程微生物：基因工程微生物是指经过人工改造的微生物，具有特定基因表达或基因功能改变的能力。
基因工程微生物可用于生产重要医药、酶类、化学品等。
6.自然变异与人工选择：微生物在自然环境中会发生一定程度的自然变异，这些变异可以通过人工选择进行进一步改良。
例如，选择耐药性菌株进行生产抗生素。
7.反向遗传学：反向遗传学是指通过与传统遗传学相反的方式研究生物体的遗传特性。
利用反向遗传学可以探索微生物基因的功能和作用。
9.高通量筛选技术：高通量筛选技术是指通过自动化设备对大量微生物进行快速筛选和分析的技术。
这些技术可以大大提高筛选效率和准确性，用于微生物遗传育种中。
10.代谢工程：代谢工程是指通过改造微生物的代谢路径和基因表达调控来提高目标产物的产量和选择性。
代谢工程可通过基因工程、突变、选择和培养条件优化等手段实现。
11.微生物系统发育学：微生物系统发育学是研究微生物演化和亲缘关系的学科。
通过比较分析微生物基因组，确定其进化关系和分类地位。
以上是微生物遗传育种的一些基本知识点汇总。
微生物遗传育种是一个综合性学科，涉及到多个学科的知识和技术，对于改良微生物品种和开发新的微生物应用具有重要意义。
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
微生物遗传育种(提高产品的产量和质量的育种方法)
提高产品的产量和质量的育种方法
01 发展简史
03 研究对象 05 应用领域
目录
02 学科分支 04 科研成果 06 学术著作
微生物遗传育种，所谓微生物遗传育种，即菌种改良，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，使我们获得所需要 的高产、优质和低耗的菌种，其目的是改良菌种的特性，使其符合工业生产的要求。本内容是根据菌种自然变异而进行的自然选育，以及用人工方法引起菌种变异，再按照工 业生产的要求进行筛选来获得新的变种。微生物遗传育种的主要方法有经典的自然选育和诱变育种技术，使菌种 发生突变，存优去劣，这是普遍采用的方法，容易施行，易见成效；另一条途径是研究目的物的基因结构及基因 调控、表达的方式，进行基因重组、转殖，使之高效表达。微生物菌种的选育，不仅可提高目的物的产量，使目 的物产量上百上千倍的提高，大大降低生产成本，提高经济效益，而且通过微生物菌种的选育，可简化工艺，减 少副产品，提高产品质量，改变有效成分组成，甚至获得活性更高的新成分。
（一）自然选育
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。这类突变没有人工参与并非是没 有原因的，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。
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。
微生物遗传育种名词解释(一)
1、工业微生物菌种：在大规模培养条件下，批量商业性获得微生物细胞或其代谢产物过程中所使用的微生物菌株；或利用微生物特定代谢过程，规模化加工或转化特定底物或环境物料的微生物菌株。
2、天然菌种：通过自然筛选和分离获得的工业菌种。
3、诱变菌种：通过物理、化学等诱变剂在实验室人工诱变自然筛选与分离的菌株，获得产量或/ 和性状改善的工业菌种。
4、重组菌种：通过遗传重组技术对菌种进行定向遗传改良获得的工业菌种。
3、染色体畸变：是指生物细胞中染色体在数目和结构上发生的变化。
包括缺失、重复、倒位和易位。
①缺失：指染色体片段的丢失。
②重复：指染色体片段的二次出现。
③倒位：指染色体的片段发生了180°的位置颠倒，造成染色体部分阶段的位置顺序颠倒，极性相反。
④易位：指一个染色体的一个片段连接到另一个非同源染色体上。
4、基因突变：指一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，包括一对或少数几对核苷酸的缺少、插入或置换。
①碱基置换：DNA链上一个碱基对被另一碱基对所取代。
（注意转换和颠换的区别）②移码突变：在DNA序列中由于一对或少数几对核苷酸的插入或缺失而使其后全部遗传密码的阅读框架发生移动，进而引起转录和翻译错误的突变。
5、错义突变：一对碱基的改变使某氨基酸的密码子变为另一氨基酸密码子的突变。
无义突变：一对碱基的改变使某氨基酸的密码子变为终止密码子的突变。
6、形态突变型：指细胞个体形态或菌落形态改变的突变型。
7、营养缺陷型：野生型菌株由于基因突变而丧失合成一种或几种生长因子能力的突变株。
8、抗性突变型：由于基因突变而产生的对某些化学药物、致死物理因子或噬菌体具有抗性的变异菌株叫抗性突变株。
9、致死性突变型：由于基因突变而导致个体死亡的突变型。
10、条件致死性突变型：在某种条件下可以正常繁殖并呈现其固有的表型，而在另一条件下却是致死的突变型叫条件致死突变型。
11、产量突变型：所产生的代谢产物的产量明显有别于原始菌株的突变株称产量突变型。
微生物遗传育种 资料
一般步骤：同步、对数期培养液→菌悬液的制备→UV诱变处理→后培养→strr突变株的筛选→菌种保藏。
（1）对数期：生长旺盛，细胞浓度较高；同步培养物：诱变剂处理后，群体中变化一致。（2）菌悬液的制备，玻璃株打散形成单细胞悬液，有利于诱变剂的处理。（3）诱变处理，利用UV诱变作用，提高突变频率。照射以后要避免光复活现象，红灯下操作、避光培养。（4）后培养（液体完全培养基中培养）：突变基因纯合并且表达，消除表型延迟现象。（5）strr突变株筛选：str药物平板筛选（药物浓度可以用临界浓度或采用梯度平板）。以一定浓度的str作为筛子，检出突变株。
5、乳糖操纵子
O（操纵基因）；lacZ，Y，A；lacI已成为基因工程的重要工具。
（1）lac启动子突变或lacI突变，控制表达。
（2）蓝-白筛选，IPTG-Xgal(β-半乳糖苷酶水解产蓝色)操纵子正调控、负调控。
定义：操纵子的调控，在没有调节蛋白的存在下，对加入的调节蛋白的应答反应来确定。加入调节蛋白，基因表达被关闭-负调控；阻遏蛋白；加入调节蛋白，基因由关闭变表达-正调控；无辅基诱导蛋白。
7、以谷氨酸棒杆菌为出发菌株，通过诱变育种，为什么筛选高丝氨酸缺陷型（Hser-）突变株，可以获得赖氨酸（Lys）高产菌株？并进一步叙述营养缺陷菌株筛选的主要步骤及理由。
谷氨酸棒杆菌代谢途径中赖氨酸和苏氨酸对天冬氨酸磷酸激酶（AK酶）有协同反馈抑制作用。通过筛选高丝氨酸缺陷型（Hser-）突变株：①可以解除协同反馈抑制，因为高丝氨酸是合成苏氨酸的前体物质。②可以改变代谢流，切掉一个支路，使代谢流转向赖氨酸方向。所以选育Hser-突变株能得到Lys高产菌株。
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
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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
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，
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一名词解释1 突变:泛指细胞内(或病毒颗粒内)遗传物质分子结构或数量发生可遗传的变化,他是一种遗传状态,往往引起新的等位基因的形成和新的表型2 表型:指一个生物体(或细胞)可以观察到的性状或特征,是特定的基因型和环境相互作用的结果3 抗性突变:指由于发生基因突变而对某些化学药物.致死物理因子或噬菌体产生抗性的变异菌株.抗性突变型包括抗药性突变型.抗噬菌体突变型.抗辐射突变型.抗高温突变型,抗高浓度酒精突变型.抗高渗透压突变型等4 基因重组:凡把两个不同形状个体内的遗传物质转移到一起,经过遗传分子间的重新组合,形成新遗传个体的方式5 诱变育种:用物理和化学等因素，人为的对出发菌株进行诱变处理，然后运用合理的筛选方案和适当的筛选方法把符合要求的优良的变异菌株筛选出来的一种方法6 营养缺陷型：某一野生菌株由于发生基因突变而丧失合成一种或多种生长因子的能力，因而不能在基本培养基上生长繁殖的变异类型。
主要有氨基酸缺陷型、维生素缺陷型、嘌呤嘧啶缺陷型。
二解答题1 筛选生物活性物质产生菌的成功因素有哪些，并简述筛选的一般思路因素：（1）待筛选样品的性质；（2）产生菌的选择；（3）采用什么样的筛选方案，选择筛选方案有两个要点即选择性和灵敏度；（4）筛选方案的设计；思路：（1）定方案：首先要查阅资料，了解所需菌生长培养特性；（2）采样：有针对性的采取样品；（3）增殖：人为的通过控制养分或培养条件，使所需菌种增殖后，在数量上占优势；（4）分离：利用分离技术得到纯种（5）发酵性能的测定：进行生产性能测定。
这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种质量、耐受最高温度、生长和发酵最适PH、提取工艺等2 微生物遗传育种工作中突变产生的突变类型有哪些？3 突变引起的遗传性状有哪几种类型？答：（1）形态突变型：指发生在细胞个体形态或菌落形态改变的突变型，是一种可见的突变；（2）营养缺陷型：某一野生菌株由于发生基因突变而丧失合成一种或多种生长因子的能力，因而不能在基本培养基上生长繁殖的变异类型。
主要有氨基酸缺陷型、维生素缺陷型、嘌呤嘧啶缺陷型；（3）抗性突变型：指由于发生基因突变而对某些化学药物.致死物理因子或噬菌体产生抗性的变异菌株.抗性突变型包括抗药性突变型.抗噬菌体突变型.抗辐射突变型.抗高温突变型,抗高浓度酒精突变型.抗高渗透压突变型等；（4）致死突变型：由于基因突变而导致个体死亡的突变型。
分为显性致死和隐性致死；（5）条件致死突变型：在某种条件下可以正常生长繁殖并呈现其固有的表型，而在另一条件下却是致死的突变型叫做条件致死突变型。
温度敏感突变型是典型的条件致死突变型；（6）产量突变型：所产生的代谢产物的产量明显有别于原始菌株的突变株称产量突变型；产量高于原始菌株的成为正突变菌株，反之称为负突变菌株。
4 诱变育种有哪些特点？ 答：（1）提高突变率，扩大突变谱。
自发突变的频率较低但稳定，一般在10-6 --10-9间。
通过各种物理化学诱变剂的作用，可提高突变率。
一般诱变率在千分子一左右，多种突变因素可使突变率提高到3%；（2）改良单一性状比较有效，同时改良多个形状较困难。
在一个突变体中，很难出现多个理想 性状的变异；（3）性状稳定快，育种年限短。
诱发变异大多是一个主基因的改变，因此稳定较快，一般经3~4代即可基本稳定，有利于较短时间育成新品种； （4）诱发突变的方向和性质难于掌握。
突变类型多种多样，但有益变性状少，要求大群体。
5 诱变育种工作的原则 答：（1）选择简便有效的诱变剂； （2）选择优良的出发菌株；（3）处理单细胞或单孢子悬液，使成分散状态均匀接触诱变剂。
细菌或酵母菌悬液中加玻璃珠并震荡，或用脱脂棉过滤，可获得均匀分散的单细胞悬液。
放线菌和霉菌的菌丝是多核的，诱变育种应用其单核的孢子。
（4）选用最适的剂量：在高诱变率的前提下，既能扩大变异幅度，又能促使变异移向正变范围的剂量，即为最适剂量；（5）利用复合处理的协同效应：两种或多种诱变剂的先后使用，同一种诱变剂的重复使用，两种或多种诱变剂的同时使用，均常呈现一定的协同效应，会取得更好的诱变效果 ； （6）利用微生物形态、生理与产量间的相关指标，如变色圈、水解圈、抑菌圈、反应圈的大小等，以便在初筛中即可从形态性状估计其生产力；（7）设计和采用高效的筛选方案和方法，以期花费最少的工作量，在最短的时间内，取得最大的成效。
6 简述原生质体融合的一般步奏及其与常规杂交有哪些优势？ 答：遗传标记亲株筛选 原生质体制备原生质体再生及再生频率计算 原生质体融合 异核检出重组体检出和鉴定重组体的形态、生理生化和遗传分析微生物原生质体融合程序与常规杂交相比，优势：（1）大幅度提高亲本之间重组频率：细胞壁是微生物细胞之间物质、能量和信息交流的主要屏障，同时也阻碍丁细胞遗传物质交换和重组。
原生质体剥离了细胞壁，去除了细胞间物质交换的主要障碍，也避免了修复系统的制约，加上融合过程中促融合剂的诱导作用，重组频率显著提高。
1 亲本标记：作为原生质体融合的二亲本菌株都应该带有一定的遗传标记，便于重组体的筛选2 原生质体的制备与再生：制备大量具有活性的原生质体是微生物原生质体融合育种的前提。
活性原生质体制备过程包括原生质体的分离、收集、纯化、活性鉴定和保存等操作步骤。
3原生质体的鉴定：低渗爆破法、荧光染色法（2）扩大重组亲本的范围：常规杂交的亲本间必须具有感受态，有些菌株由于其表面结构缘故而无法用常规方法进行杂交重组。
原生质体由于完全或部分去除了细胞壁，因此，实现常规杂交无法做到的种间、属间、门间等远缘杂交。
（3）原生质体融合时亲本整会染色体参与交换，遗传物质转移和重组性状较多，集中双亲本优良件状机会更大。
常规杂交仅为供体与受体菌株间部分遗传物质的转移，形成部分结合子，参与交换和重组的染色体片段较短，优良性状的整合率低。
原生质体融合时除了染色体交换和重组外，还能传递细胞质，产生更丰富的性状整合。
除双亲融合杂交之外，还能进行多亲融合。
7生产菌应该具备哪些基本特征 答：（1）生产菌 应具有在较短的发酵周期内产生大量的发酵产物的能力；（2）在发酵过程中不产生或者少产生与目标产物性质相近的副产物及其他产物；（3）生长繁殖能力强，有较强的生长速率，产生孢子的菌种应具有较强的产孢子能力； （4）能够高效地将原料转化为产品；（5）有利用广泛来源原材料的能力，并对发酵原料成分的波动敏感较小；（6）对需要添加的前体物质有耐受能力，并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用； （7）遗传特性稳定泡沫要少； （8）具有抗噬菌体感染。
8简述诱发突变体形成的过程 答: 细胞外的诱变剂细胞膜细胞内的诱变剂细胞质诱变剂可能失活或被激活接触DNA造成DNA 损伤（前突变）修复 不修复存活 促进差错避免差 的修复 死亡错的修复恢复正常 基因突变分离突变基因型突变表型 细胞分裂 突变型克隆 突变形成过程9 简述诱变育种的一般步骤 答：诱变育种流程主要包括诱变与筛选两步以及培养环境的优化：（1）出发菌株的选择；（2）诱变菌株的培养；（3）诱变菌悬液的制备；（4）诱变处理；（5）后培养；（6）高产菌株的分离与筛选。
一、诱变剂接触DNA 之前：当化学诱变剂处理微生物细胞时，首先是和细胞充分接触，通过扩散作用，诱变物质穿过细胞壁、膜及细胞质，才能到达核质体，与DNA 接触。
这个过程中，诱变剂受多种因素的影响。
二、DNA 的损伤：诱变剂与DNA 接触后能否发生突变，与DNA 是否处于复制状态密切相关，而DNA 复制活跃程度与某些营养条件和细胞的生理状态有关。
三、DNA 的修复：在长期的进化中，生物体演化出了一系列保障DNA安全的修复系统，包括纠正偶然的复制错误的系统。
四、突变体的形成：DNA 结构发生改变后，进过多种修复作用后有两种可能性：一种是DNA 变异分子经过修复系统修补后恢复成原有的DNA 分子结构，不能形成突变体；而另一种是DNA 突变分子在复制过程中排出或克服修复系统的作用而成为突变体。
五、从突变到突变表型：突变基因的出现并不意味着突变表型的出现，表型的改变落后于基因的改变称为表型延迟。
基本步骤如图：2 各步应注意的事项 ：（1）挑选优良的出发菌株出发菌株就是用于育种的原始菌株。
出发菌株适合，育种工作效率就高。
（2）菌悬液的制备一般采用生理状态一致 （3）选择简便有效、最适剂量的诱变剂（4）利用复合处理的协同效应诱变剂的复合处理常呈现一定的协同效应，因而对育种有利。
（5）多次筛选10 简述微生物杂交育种的基本程序答：亲本菌株的选择（原始亲本、直接亲本）、标记、杂交、筛选、重组菌株的鉴定诱变剂处理1 亲本菌株选择原始亲本:原始亲本是微生物杂交育种中具有不同遗传背景的优质出发菌株，主要根据杂交的目的来选择。
从育种角度出发，通常选择具有优良性状如产量高、代谢快、产孢子能力强、无色素、泡沫少、黏性小等发酵性能好的菌株为原始亲本。
直接亲本:在杂交育种中具有遗传标记和亲和能力而直接用于杂交配对的菌株，称为直接亲本。
它是由原始亲本菌株经诱变别处理后选出的具营养缺陷型标记或其他遗传标记，又通过亲和力测定的直接用于杂交的菌株。
2 遗传标记:一般杂交亲本用营养缺陷型或抗药性突变型等遗传标记．作为选择重组体的标准和依据。
除此，还要利用亲本菌株本身具有的某些特殊遗传性状作为辅助标记。
遗传标记菌株的获得，要通过诱变剂处理，按常规筛选方法进行，。