第八章微生物遗传和变异
第八章
第八章微生物的遗传遗传：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及基因。
表型（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。
表型饰变：表型的差异只与环境有关。
特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为。
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自发突变频率通常为10-6---10-9微生物是遗传学研究中的明星：微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。
很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。
对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
第一节遗传的物质基础一、DNA作为遗传物质Griffith的转化实验（DNA）；T2噬菌体感染实验（DNA）；植物病毒重建实验（DNA\RNA）。
二、RNA作为遗传物质生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病毒蛋白质外壳（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清处理，证明杂种病毒的蛋白质外壳来自病毒1，而非病毒2杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为病毒2，而非病毒1遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质三、朊病毒的发现与思考（一）发现：朊病毒是亚病毒的一种，是一种具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚未发现该蛋白内含有核酸。
致病机理：其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。
引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病，如羊搔痒症(scrapie)，牛海绵状脑病(spongiform encephalopathy)，人的库鲁病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等。
Stanley B. Prusiner (1982)提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceous infectious particle），并将之称做Prion或Virino，即朊病毒。
准性生殖
第八章微生物的遗传与变异一、目的要求掌握和了解微生物遗传变异的基本规律，为培育优良品种打下良好的基础。
二、教学内容1．遗传变异的物质基础2．基因突变3．诱变育种4．基因重组5．基因工程6．菌种退化、复壮和保藏三、重点内容1．基因突变的特点和机制2．诱变育种3．原核微生物的基因生组与真核微生物的准性生殖4．菌种的保藏四、教学方法应用多媒体进行课堂教学遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
遗传就是指子代和亲代相似的现象；变异就是子代与亲代间的差异。
遗传保证了种的存在和延续；而变异则推动了种的进化和发展。
遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有全部遗传因子即基因的总和。
它是一种内在潜力，只有在适当的环境条件下，通过自身的发代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。
表型是指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现。
变异是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。
特点：①几率低（10-5--10-10）；②性状的幅度大；③新性状具稳定和遗传性。
饰变是指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。
特点：①个体变化相同；②性状变化的幅度小；③新性状不具遗传性。
如粘质沙雷氏菌，在25℃培养时，可产生深红色的灵杆菌素，这是一种饰变，但当在37℃培养时，则不产生色素，再在25℃下培养时，又恢复产生色素的能力。
由于微生物有一系列非常独特的生物学特性，因而在研究现代遗传学和其他许多重要的生物学基本理论问题中，微生物成为最热衷的研究对象。
如：个体微小，结构简单；营养体一般都是单倍体；繁殖快；易于累积不同的中间代谢物；菌落形态可见性与多样性等。
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，而且还为育种工作提提供了丰富的理论基础，促使育种工作向着不自觉到自觉，从低效到高效，从随机到定向，从近缘杂交到远缘杂交等方向发展。
第一节遗传变异的物质基础遗传变异有无物质基础以及何种物质可承担遗传变异功能的问题，是生物学中的一个重大理论问题。
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。
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。
微生物学课程习题(下)
微生物学课程习题（下）第八章微生物遗传与变异一．填空1．证明核酸是遗传物质的三个经典实验是肺炎双球菌的转化实验、T2噬菌体感染实验和植物病毒的重建实验。
2．质粒根据分子结构可有CCC型、OC型和L型三种构型。
质粒在细胞中的拷贝数也不尽相同。
有的拷贝数很少，只有一、二个拷贝，称为严紧型质粒，另一些具有较高的拷贝数，约有10个以上，称为松弛型质粒。
3．检测质粒常用的方法有提取所有胞内DNA后电镜观察、超速离心和琼脂糖凝胶电泳。
4．不同碱基变化对遗传信息的改变可分为缺失、添加、易位和倒位四种类型；常见的表型变化的突变型有营养缺陷型、抗药性突变型、条件致死突变型、形态突变型、抗原突变型和产量突变型等。
5．营养缺陷型的筛选一般要经过诱变，淘汰野生型，检出和鉴定营养缺陷型四个环节。
6．基因突变的特点为自发性、不对应性、稀有性、独立性、可诱变性、稳定性、可逆性。
7．普遍性转导可能出现的三种后果是形成转导子、流产转导和转导失败。
8．紫外线照射能使DNA相邻碱基形成胸腺嘧啶二聚体，从而导致DNA复制产生错误，用紫外线诱变微生物后应在红光或暗处条件下进行，以防止光复活现象的产生。
9．原核生物基因重组的类型主要有转化、转导、溶原性转换、接合和原生质体融合等多种，真核微生物则有有性杂交，准性杂交和原生质体融合等多种。
10．原核生物中的转座因子主要有三种类型：插入序列、转座子、转座噬菌体或前噬菌体。
11．微生物菌种保藏的原理是在干燥、避光、缺氧、缺乏营养物质和低温等环境条件下，使其处于代谢不活泼状态。
12. 能在同一细菌中并存的质粒属于不同的不亲和群，而在同一细菌中不能并存的质粒属于同一不亲和群。
三．名词解释1．微生物遗传：在一定的环境条件下，微生物的形态、结构、代谢、繁殖、毒力和对药物的敏感等性状相对稳定，并能代代相传，子代与亲代之间表现出相似性，这种现象称为遗传。
遗传可以使微生物的性状保持相对稳定，而且能够代代相传，使它的种属得以保存。
第八章遗传与变异 第1节遗传规律教案
第八章遗传与变异一、本章教材分析：生物世代相传，其性状的传递保持着相对稳定。
性状传递有序地按规律进行。
在第六章探讨过遗传信息的传递和表达、第七章了解生殖方式和细胞分裂过程中遗传物质传递规律的基础上，本章继续研究遗传规律。
了解遗传规律，有助于人们对生命的认识，并指导生产实践和预防遗传病。
本章从遗传规律、伴性遗传、变异、人类遗传病和遗传病的预防四个方面阐述了生命遗传与变异的最基本规律。
基因的分离和自由组合规律是孟德尔首先发现的，孟德尔的实验过程和科学方法是学生学习科学探究方法和精神的良好教材。
通过模拟实验能帮助学生进一步了解性状与基因组合之间的关系，从而使学生更好理解基因的两大遗传规律。
对于“伴性遗传”的内容，教材以人类伴性遗传的典型例子如红绿色盲、抗维生素D佝偻病、毛耳性状的遗传等，说明伴随着X、Y染色体遗传的特点，方便学生理解伴性遗传的相关知识。
“变异”是生物多样性和进化的来源。
教材通过举例说明变异在生物界无处不在，然后简要介绍基因重组、基因突变、染色体畸变等概念，并指出这些变化是导致遗传物质发生变异的主要原因。
变异可以自发产生也可以在人工条件下发生。
人类可通过物理、化学、太空育种等方法实施人工诱变获得需要的品种。
但某些人工诱变可可能导致人体细胞的癌变，是生活中需要避免的。
通过实验“探究化学因子对蚕豆根尖细胞变异的影响”，学生可以直观地了解化学、物理因子引起细胞染色体发生变异实例。
第4节介绍常见的遗传病种类及病因，并从遗传学角度分析探讨人类优生与遗传病的预防关系，体现STS教学理念。
二、课题：第八章遗传和变异第1节遗传规律三、本节教材分析：遗传与变异是生命的基本特征之一，遗传现象普遍存在，遗传规律的揭示是建立在实验基础上的。
孟德尔是近代遗传学的奠基人，本节首先介绍孟德尔的研究轶事，突出他的研究思路、方法及科学研究的精神。
通过让学生读出孟德尔的研究获得成功的原因，让学生思考成功的科学研究包含的要素，鼓励学生积极运用科学知识、树立正确的态度解决自己学生和生活中遇到的问题。
第八章微生物遗传
2. 噬菌体感染实验
1952年，A.D. Hershey &M. Chase 利用噬菌体感染实验 证明DNA是噬菌体的 遗传物质基础。
3. 植物病毒重建实验
1956年，H. Fraenkel-Conrat 用含RNA的烟草花叶病 毒（TMV）与霍氏车前花叶病毒(HMV)进行著名的植 物病毒重建实验，证明RNA是病毒的遗传物质。
– 特点：群体几乎所有个体发生同样变化，性状变化 幅度小，且不稳定、不可遗传。
• 野生型(wild type) ：从自然界中分离到的微生
物菌株，称野生型菌株，简称野生型。
• 突变型：野生型菌株经突变后形成的带有新性状
的菌株，称突变株，或突变体、突变型。
第一节 微生物遗传的物质基础
什么是遗传的物质基础？
1）动物试验
2）细菌培养试验
3）S型菌的无细胞抽提液试验
活R菌 + S型菌的无细胞抽提液 培养皿培养大量R菌和少量S菌 说明在死的S型细菌体内可能存在某种具有遗传转化能力的物质，可 以进入R型菌细胞，使R性菌株获得表达S型荚膜性状的遗传物质。
第一证据确定DNA是遗传的物质基础
• 1944年， O.T. Avery等从热死S型菌株提 纯了几种可能的转化因子进行体外转化。
➢ 毒性区（Vir） ➢ 接合转移区（con） ➢ 复制启始区 ➢ T-DNA区
T-DNA区 毒性区（Vir）
接合转移区（con）
复制启始区
5) Ri质粒
6)
与再生根形成有关的质粒
• 与Ti 质粒相似，有Ri质粒转化的根部不形成 根瘤，仅生出可再生新植株的毛状根。
• 在基因工程中，Ri 质粒作为外源基因的载体。
或数字表示，如lacZ
第八章 微生物的遗传和变异 复习题解
第八章微生物的遗传和变异习题与题解一、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1928年Griffith的细菌转化实验、Avery等的1944年发表的细菌细胞抽提物的降解、转化实验和1952年Alfred等进行的35S、32P标记的T2噬菌体繁殖实验。
而1956年，H.Fraenkel-Conrat 用RNA病毒（烟草花叶病毒TMV）所进行的拆分和重建实验，证明了RNA也是遗传物质。
2、细菌在一般情况下是一套基因，即单倍体；真核微生物通常是有两套基因又称二倍体。
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体形式存在于细胞中，该小体被称为拟核。
4、酵母菌基因组最显著的特点是高度重复。
酵母基因组全序列测定完成后，在其基因组上发现了许多较高同源性的DNA重复序列，称之为遗传丰余。
5、质粒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CCC型、OC型和L型。
6、转座因子1）是细胞中位于染色体或质粒上能改变自身位置（如从染色体或质粒的一个位点转到另一个位点，或者在两个复制子之间转移）的一段DNA序列。
2）原核微生物中的转座因子有三种类型：插入序列（IS）、转座子（Tn）和某些特殊病毒（如Mu）。
3）转座因子可引发多种遗传变化，主要包括插入突变、产生染色体畸变、基因的移动和重排。
7、在普遍性转导中，噬菌体可以将供体细菌染色体的任何部分转导到受体细菌中；而在局限性转导中，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菌与细菌的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程9、线粒体遗传特征的遗传发生在核外，且在有丝分裂和减数分裂过程以外，因此它是一种细胞质遗传。
10、丝状真菌遗传学研究主要是借助有性过程和准性生殖过程，并通过遗传分析进行的，而准性生殖是丝状真菌，特别是不产生有性孢子的丝状真菌特有的遗传现象。
准性生殖是指不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程。
微生物的遗传基因知识
1、基因突变（点突变）：一对或少数几对 碱基发生改变。
2、染色体畸变：DNA的大段变化(损伤)， 表现为插入、缺失、重复、易位和倒位。
按表型特征：
1、形态突变型：细胞或菌落形态改变。 2、生化突变型--代谢途径发生变异而形态
没有明显变化。分营养缺陷型、抗性突变型 和抗原突变型。
（一）基因突变类型
3、致死突变型--基因突变导致个体死亡。 A、条件致死突变型：突变后，在某种条件下可
正常生长、繁殖并实现其表型，而在另一条件 下却无法生长、繁殖。例如，E.coli的某些菌株 可在37℃下正常生长，不能在42℃下生长等。 B、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等。
一、基本概念
（四）、饰变：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。
饰变特点：整个群体中每一个体都发生同样 变化；性状变化的幅度小；饰变性状不遗传。
例如，粘质沙雷氏菌25℃培养，产生深红色 灵杆菌素，把菌落染成鲜血似的(因此过去称 它为“神灵色杆菌”或“灵杆菌”)；37℃时， 群体中所有个体都不产色素。重新降温至 25℃ ，所有细胞产色素能力又可以恢复。
四、原核生物的质粒
（二）、R因子、R质粒：
多数由相连的两个DNA片段组成。其一称 RTF质粒(抗性转移因子)，含有调节DNA复制 和拷贝数的基因及转移基因，有时还有四环 素抗性基因。11×106Da。其二为r质粒（抗 性决定质粒），几百万至100×106Da以上。 含其他抗生素的抗性基因，例如抗青霉素、 安比西林、氯霉素、链霉素、卡那霉素和磺 胺等基因。
3、S型菌无细胞抽提液试验：活R菌加S菌 的无细胞抽提液，在培养皿中培养，长出大 量的R菌和少量的S菌。
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
《微生物学》主要知识点-08 第八章 微生物的遗传
第八章微生物的遗传概述：遗传（heredity or inheritance）和变异（variation）是生物体的最本质的属性之一。
遗传即生物的亲代将一整套遗传因子传递给子代的行为或功能。
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。
基因型（genotype）某一生物个体所含有的全部基因的总和。
表型（phenotype）某一生物所具有的一切外表特征及内在特性的总和。
饰变（modification）不涉及遗传物质结构改变而发生在转录、翻译水平上的表型变化。
8.1 遗传变异的物质基础8.1.1 三个经典实验1. 经典转化实验：1928年F.Griffith以Streptococcus pneumoniae为研究对象进行转化（transformation）实验。
1944年O.T.Avery等人进一步研究得出DNA是遗传因子。
2.噬菌体感染实验：1952年Alfred D.Hershey和Martha Chase用32P标记病毒的DNA，用35S标记病毒的蛋白质外壳，证实了T2噬菌体的DNA是遗传物质。
3.植物病毒的重建实验：1956年H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMV）与TMV近源的霍氏车前花叶病毒（Holmes ribgrass mosaic virus,HRV）所进行的拆分与重建实验证明，RNA也是遗传的物质基础。
8.2 微生物的基因组结构：基因组（genome）是指存在于细胞或病毒中的所有基因。
细菌在一般情况下是一套基因，即单倍体（haploid）；真核微生物通常是有两套基因又称二倍体（diploid）。
基因组通常是指全部一套基因。
由于现在发现许多非编码序列具有重要的功能，因此目前基因组的含义实际上是指细胞中基因以及非基因的DNA序列的总称，包括编码蛋白质的结构基因、调控序列以及目前功能还尚不清楚的DNA序列。
第八章微生物遗传
中间平板上长出的原养型 菌落是两菌株之间发生了 遗传交换和重组所致。
证实接合过程需要细胞间的直接接触的 “U”型管实验（ Bernard Davis，1950 ）
F因子
大肠杆菌是有性别分 化的。决定它们性别的因
子称为F因子(致育因子
或称性质粒)，呈超螺旋
状态，既可以在细胞内独 立存在, 具有自主的与染色 体进行同步复制和转移到 其他细胞中的能力,也可插 入(即整合)到染色体上
（局限转导噬菌体）
转导 低感染 局限转导子 （极少量） 颗粒 频率
高频转导：
形成转导子的频率很高, 理论上可达 50%。
• 高频转导是双重溶源的结果： λ ─┐ │＋ E.coli k12 → [E.coli K12(λ/λ dgal )F ] λ dgal ┘ ↓UV 转导噬菌体（λgal）→ 转导子菌落 辅助噬菌体（λ）→ 噬菌斑
3）F′×F 杂交
F′×F-与F+×F-的不同：
供体的部分染色体基因随 F′一起转入受体细胞 a）与染色体发生重组； b）继续存在于F′因子上， 形成一种部分二倍体；
F′＋ F′
细胞基因的这种转移过程又常称为性导（sexduction）
二、细菌的转导(transduction)
1、普遍性转导（generalized transduction）
• S. typhimurium： LT22A (trp-)； LT2(his-) • LT22溶原性 →噬菌体P22 → 感染LT2（非溶原性） →可能释放带trp+的P22 →LT22A (trp-) →呈原养型。
Why and How ?
沙门氏菌LT22A是携带P22噬菌体的溶源性细菌 另一株是非溶源性细菌
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，
第八章微生物遗传变异与菌种选育习题及答案
第八章微生物遗传变异与菌种选育习题及答案第八章《微生物遗传与菌种选育》习题及参考答案一、名词解释1．点突变：DNA链上的一对或少数几对碱基发生改变，称为点突变。
2．感受态：受体菌最易接受到外源DNA片段并实现转化的生理状态。
3．基因工程：又称重组DNA技术，它是根据人们的需要在体外将供体生物控制某种遗传性状的一段生物大分子-----DNA切割后，同载体连接，然后导入受体生物细胞中进行复制、表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。
4．接合：遗传物质通过细胞间的直接接触从一个细胞转入到另一细胞而表达的过程称为接合。
5．F'菌株：当Hfr菌株内的F因子不正常切割而脱离其染色体时，可形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，含有这种F因子的菌株称为F'菌株。
6．诱变育种：使用各种物理或化学因子处理微生物细胞，提高突变率，从中挑选出少数符合育种目的的突变株。
7．营养缺陷型：由于基因突变引起菌株在一些营养物质（如氨基酸、维生素和碱基）的合成能力上出现缺陷，而必须在基本培养基中添加相应的物质才能正常生长的突变型。
野生型：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。
原养型：一般指营养缺陷型突变株经回复突变或重组后产生的菌株。
9．重组DNA技术：是指对遗传信息的分子操作和施工，即把分离到的或合成的基因经过改造，插入载体中，导入宿主细胞内，使其扩增和表达，从而获得大量基因产物或新物种的一种崭新的育种技术。
10．基因重组：或称遗传重组，两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程。
11．基因突变（genemutation）和移码突变：基因突变（genemutation）：一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，而导致的遗传变化就称基因突变。
移码突变：指诱变剂会使DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增添或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。
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第八章微生物的遗传和变异习题一、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。
二、选择题1、最小的遗传单位是（）。
（1）染色体（2）基因（3）密码子（4）核苷酸2、细菌直接摄取外界游离的DNA片段发生变异称为（）（1）转导（2）转化（3）接合（4）转换3、基因组通常是指全部一套基因。
由于现在发现许多调控序列非编码序列具有重要的功能，因此，目前基因组的含义实际上包括编码蛋白质的结构基因，以及目前功能还尚不清楚的（）。
（1）RNA序列（2）DNA序列（3）调控序列（4）操纵子序列4、琼脂糖胶电泳是根据（）和电泳呈现的带型将染色体DNA与质粒分开。
（1）数量（2）相对分子质量大小（3）凝胶用量（4）线型结构5、由于个别碱基的置换、插入或缺失引起的突变称为（）（1）染色体突变（2）基因突变（3）自发突变（4）人工诱导突变6、插入顺序和转座子有两个重要的共同特征：它们都携带有编码转座酶的基因，该酶是转移位置，即转座所必需的；另一共同特征是它们的两端都有（）。
（1）反向末端重复序列（2）不同源序列（3）同源序列（4）不重复序列7、Mu噬菌体是一种以大肠杆菌为宿主的温和噬菌体，其基因组上除含有为噬菌体生长繁殖所必需的基因外，还有为转座所必需的基因，因此它也是最大的（）。
（1）噬菌体（2）插入顺序（3）转座子（4）转座因子8、F‵是携带有宿主染色体基因的F因子，F‵×F—的杂交与F‵×F—不同的是给体的部分染色体基因随F‵—起转入受体细胞，并且不需要整合就可以表达，实际上是形成一种部分二倍分二倍体，此时的受体细胞也就变成了（）。
（1）F+ （2）F‵（3）F—（4）F9、形成转导颗粒的噬菌体可以是温和的也可以是烈性的，主要的要求是具有能偶尔识别宿主DNA的（），并在宿主基因组完全降解以前进行包装。
（1）裂解机制（2）包装机制（3）识别机制（4）侵入机制10、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。
（1）重组频率（2）融合频率（3）突变频率（4）调控频率三、是非题1、Avery和他的合作者C.M.Macleod和M.J.McCarty为了弄清楚Griffith实验中的转化因子的实质，他们分别用降解DNA、RNA或蛋白质的酶作用于有度的S型细胞抽提物，选择性地破坏这些细胞成分，然后分别与无毒的R型细胞混合，观察转化现象的发生。
结果发现，只有DNA被酶解而遭破坏的抽提物无转化作用，说明DNA是转化所必须的转化因子。
2、大肠杆菌及其他原核生物编码rRNA的基因 rrn多拷贝及结构基因的单拷贝，也反映了它们基因组经济而有效的结构。
3、大多数酵母菌株含有一种称之为1μm的质粒，它们是封闭环状的双链DNA 分子，周长约6kb，以高拷贝数存在于酵母细胞中，每个单倍体基因组含60～100个拷贝，约占酵细胞总DNA的30%。
4、酵母的DNA也是与4种主要的组蛋白（H2A、H2B、H3和H4）结合构成染色的14bp核小体核心DNA；染色体DNA上有着丝粒和端粒，也有明显的操纵子结构，没有间隔区或内含子序列。
5、质粒作为细胞中的主要遗传因子，携带有在所有生长条件下所必需的基因。
6、Tn 比IS分子大，与IS的主要差别是T n携带有授予宿主某些遗传特性的基因，主要是抗生素和某些毒物抗性基因。
7、线粒体基因组可编码一些为线粒体呼吸链所需要的蛋白质，大多数的线粒体蛋白质是由线粒体基因编码的。
8、营养缺陷型是微生物遗传学研究重要的选择标记和育种的重要手段，由于这类突变型在基本培养基上不生长，所以是一种负选择标记，需采用划线分离的方法进行分离。
9、基因型和表型是遗传学中常用的两个概念，基因型是指可观察或可检测到的个体性状或特征；表型是指贮存在遗传物质中的信息，也就是它的DNA碱基顺序。
10、自然感受态除了对线型染色体DNA分子的摄取质粒DNA和噬菌体DNA，后者又称为转化。
四、名词解释基因组遗传丰余转座因子同义突变结构类似物普遍性转导局限性转导遗传转化诱变育种原生质融合五、简答题1、请概述质粒、转座因子异同点。
2、什么是准性生殖？简述其过程3、根据突变的光复活修复作用、原理，你认为在进行紫外线诱变处理时，应注意什么？4、H fr×F－和 F+×F－杂交得到的接合子都有性菌毛产生吗？它们是否都能被M13噬菌体感染呢？5、简述DNA Shuffling技术六、论述题1、从遗传学角度谈谈你对朊病毒（Prion）的理解和看法。
2、DNA链上发生的损伤是否一定发生表型的改变？尽你所能说出理由。
3、细菌接合作用机制？比较大肠杆菌的F+、F-、Hfr和F’菌株区别？习题答案一、填空题1、细菌转化噬菌体繁殖病毒重建2、单倍体二倍体3、DNA分子拟核4、高度重复遗传丰余5、共价闭合状 CCC OC L6、插入突变产生染色体畸变基因的移动和重排7、普遍性局限性8、转移重组9、细胞质遗传 10、准性生殖准性生殖二、选择题1、（2）2、（2）3、（2）4、（2）5、（2）6、（1）7、（4）8、（2）9、（2）10、（3）三、是非题1、+2、+3、-4、-5、-6、+7、-8、-9、- 10、-四、名词解释1、指存在于细胞或病毒中的所有基因2、基因组中许多较高同源性的DNA重复序列3、细胞中能改变自身位置的一段DNA序列。
4、指某个碱基的变化没有改变产物氨基酸序列的密码子变化的突变5、一些和细菌体内氨基酸、嘌呤、维生素等代谢物产物结构类似的物质6、噬菌体可以携带染色体的任何部分到受体细胞中转导7、噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞中8、同源或异源的游离DNA分子被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。
9、利用各种诱变剂处理微生物细胞，提高基因的随机突变频率，通过一定的筛选方法（或特定的筛子）获得所需要的高产优质菌株。
10、将遗传性状不同的两种菌（包括种间、中内及属间）融合为一个新细胞的技术。
五、简答题1、质粒和转座因子都是一细胞中除染色体以外的另外两类遗传因子。
前者是一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中；后者是位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。
2、不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程。
准性生殖的过程包括异核体的形成、二倍体的形成以及体细胞交换和单元化。
3、在进行紫外线诱变处理时应注意避光，以防光复活修复作用。
一般在红光下操作，在黑暗中培养。
在紫外线照射时，盛菌液的培养皿应置于磁力搅拌器上，边照射边搅拌使细胞能均匀受到紫外线照射4、H fr×F－中，由于Hfr菌株的染色体在向F－的转移过程中，整合在染色体上的F因子除先导区外，绝大部分处于转移染色体的末端，由于转移过程中常被中断，因此F因子不易转移到受体细胞中，所以H fr×F－得到的接合子仍然是F－，无性菌毛的产生；F+×F－得到的接合子有性菌毛产生，能被M13噬菌体感染，因为M13的侵染途径是性菌毛。
5、将来源不同但功能相同的一组同源基因，用DNA核酸酶Ⅰ进行消化产生随机小片段，由这些随机小片段组成一个文库，使之互为引物和模板，进行PCR扩增，当一个基因拷贝片段作为另一个基因拷贝的引物时，引起模板转换，重组因而发生，导入体内后，选择正突变做新一轮的体外重组，一般通过2-3次循环，可获得产物大幅度提高的重组突变体。
六、问答题1、阮病毒是不含核酸的蛋白质传染颗粒，但它不是传递遗传信息的载体，也不能自我复制而仍然是有基因编码的一种正常蛋白质（PrP）的良种异构体PrP C(存在正常组织中)和PrP sC（存在病变组织中），其氨基酸和线性排列顺序相同但是三维构象不同，因此，由PrP sC引起的疾病又称之为构象病。
2、不一定，如下列情况：同义突变或沉默突变；发生了基因内另一位点或是另一基因的抑制突变（一般指tRNA基因的突变）使突变得到校正；即使是错义突变，但是是否改变表型还看置换的氨基酸是否影响蛋白质的功能；各种修复机制可清除DNA的各种损伤，使其表型不发生改变。
3、指供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，通过F 质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递，产生的遗传信息的转移和重组过程。
F+（雄性）菌株是指细胞内存在游离的F质粒，细胞表面有性菌毛的菌株。
F—雌性菌株是指细胞中没有F 质粒，细胞表面也无性毛的菌株，与F+菌株或F′菌株接合获得 F 质粒或 F′质粒，并转变成为F+菌株或F′菌株。
细胞中 F 质粒从游离态转变成在核染色体组特定位点上的整合态的菌株。
Hfr 菌株与F－菌株的基因重组频率要比单纯用 F+与F－接合后的频率高出数百倍而得名。
它的遗传性状介于F+菌株与Hfr菌株之间，是Hfr菌株细胞内的 F 质粒因不正常切离而脱离核染色体组时，形成游离的、带小段染色体基因的环状的特殊F 质粒，称 F′质粒。