微生物诱变育种(微生物诱变育种编写组编)思维导图
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专题07 生物的变异、育种和进化(必备知识清单+思维导图)
专题07 生物的变异、育种和进化→教材必背知识1、DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，叫做基因突变。
（P81）2、由于自然界诱发基因突变的因素很多，基因突变还可以自发产生，因此，基因突变在生物界中是普遍存在的。
（P82）3、基因突变是随机发生的、不定向的。
（P83）4、在自然状态下，基因突变的频率是很低的。
（P84）5、基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。
（P85）6、染色体结构的改变，都会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，可能导致性状的变异。
（P86）7、染色体数目的变异可以分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。
（P87）8、杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
（P99）9、诱变育种是利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。
（P100）10、基因工程，又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
（P102）11、生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
（P114）12、一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。
（P115）13、在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。
（P116）14、基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。
（P116）15、在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
（P118）16、能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。
（P119）17、不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。
微生物的诱变育种
2.4 诱变剂及诱变剂量
2. 最适诱变剂量的选择
(1) 使所希望得到的突变 株在存活群体中占有最 大的比例。 (2) 最大形态变异率的 剂量不一定是诱发正变 的最适剂量。
2.4 诱变剂及诱变剂量
2. 最适诱变剂量的选择
(3) 诱变剂对产量的诱变作用，大致趋向是：处理剂量大，杀菌
率高(90～99％)，在单位存活细胞中负变菌株多，正变菌株少； 但在不多的正变株中可能筛选到产量提高幅度大的变株。
3.7 培养基和培养条件的调整
2 正交试验设计的方法步骤
1. 确定试验的培养基组成成分(因素)和每种组成成分
所取的含量(水平)
为了研究遗传因素引起的不同菌落类型，应尽量避 免非遗传因素引起的菌落形态变化，以免鱼目混珠、 干扰试验结果。
1.2 菌种特性与生产性能关系
1. 多方面考查菌种的生活史，了解它们的形态、生理、生
化等生物学特性，以及这些特性与代谢产物合成的关系。 土霉素产生菌斜面孢子培养3~4天好于9~10天
2. 研究菌种的某些生物学特性与产量合成的相关性。
除去菌丝片段，因为一般菌丝是多核的。
菌悬液的孢子或细菌数可用平板计数、血球计数器计数和光密度 法测定。
制备菌悬液通常采用生理盐水，如果用化学诱变剂处理时，则应 采用相应的缓冲液配制。
2.3 单孢子(或单细胞)悬液的制备
2. 菌悬液制备方法
(1) 细菌
采用同步化的预培养方法：
20～24h 培养 的新鲜斜面
1.1 诱变前对出发菌株的了解
2. 出现不同菌落类型的原因
主要原因：遗传因素
由遗传因素造成的不同类型菌落是一种变异现象，属不同 遗传特性的个体，而且可以遗传给下一代。
微生物 诱变育种
见光的能量而被激活。
紫外损伤的光复活作用
DNA损伤的修复
切补修复 切补修复是在内切核酸酶、
外切核酸酶、DNA聚合酶以及 连接酶的协同作用下将嘧啶 二聚体酶切除去，继而重新 合成一段正常的DNA链以填补 酶切所留下的缺口，使损伤 的DNA分子恢复正常的修复方 式。由于整个过程不依赖于 可见光，所以切补修复也称 暗修复。切补修复几乎存在 于所有的微生物中。
也可用长了菌落的平板直接照射。 一般照射剂量4~10万伦琴。
此外还能引起染色体畸变，即因 染色体断裂引起染色体的倒位、 缺损和重组等。但发生了染色体
断裂的细胞常常不稳定。
化学诱变因素
化学诱变剂用量很少，诱变时设
备简单，只要一般实验室的玻璃 器皿就行，所以其应用发展较快。
碱基类似物
碱基类似物是指与DNA结构中的四种碱基 A、T、G、C在化学结构上相似的一类物 质。如5-溴尿嘧啶（BU）和5-溴脱氧尿
紫外损伤的切补修复
紫外线照射的操作方法
在暗室中安装的15瓦紫外线灯管最 好装有稳压装置，以求剂量稳定。
处理时，可将5毫升菌悬液放在直径 5厘米的培养皿中，置磁力搅拌器上， 使培养皿底部离灯管30厘米左右， 培养皿底要放平，处理前应先开灯 20~30分钟预热稳定。照射时启动磁 力搅拌器，以求照射均匀。
诱变育种
第一节基因突变
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。
突变的几率一般很低，约为106~10-9。
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。
紫外损伤的光复活作用
DNA损伤的修复
切补修复 切补修复是在内切核酸酶、
外切核酸酶、DNA聚合酶以及 连接酶的协同作用下将嘧啶 二聚体酶切除去，继而重新 合成一段正常的DNA链以填补 酶切所留下的缺口，使损伤 的DNA分子恢复正常的修复方 式。由于整个过程不依赖于 可见光，所以切补修复也称 暗修复。切补修复几乎存在 于所有的微生物中。
也可用长了菌落的平板直接照射。 一般照射剂量4~10万伦琴。
此外还能引起染色体畸变，即因 染色体断裂引起染色体的倒位、 缺损和重组等。但发生了染色体
断裂的细胞常常不稳定。
化学诱变因素
化学诱变剂用量很少，诱变时设
备简单，只要一般实验室的玻璃 器皿就行，所以其应用发展较快。
碱基类似物
碱基类似物是指与DNA结构中的四种碱基 A、T、G、C在化学结构上相似的一类物 质。如5-溴尿嘧啶（BU）和5-溴脱氧尿
紫外损伤的切补修复
紫外线照射的操作方法
在暗室中安装的15瓦紫外线灯管最 好装有稳压装置，以求剂量稳定。
处理时，可将5毫升菌悬液放在直径 5厘米的培养皿中，置磁力搅拌器上， 使培养皿底部离灯管30厘米左右， 培养皿底要放平，处理前应先开灯 20~30分钟预热稳定。照射时启动磁 力搅拌器，以求照射均匀。
诱变育种
第一节基因突变
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。
突变的几率一般很低，约为106~10-9。
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。
第三章微生物育种
菌悬液的浓度，要求霉菌孢子浓度约为106mL-1，放线 菌孢子浓度约为106-107mL-1。菌悬液的孢子或细菌数可 用平板计数、血球计数器计数和光密度法测定。
制备菌悬液通常采用生理盐水。如果用化学诱变剂处理 时，应采用相应的缓冲液配制，以防处理过程中pH变化而 影响诱变效果。
三、诱变剂及诱变剂量的选择
复合因子处理中，为了提高诱变效果，在具体使用时还 要注意诱变剂处理先后和协同效应问题。
五、影响突变率的因素
菌种遗传特性 菌体细胞壁结构 培养条件和环境条件 பைடு நூலகம் 诱变前预培养和诱变后培养（突变体的修复、表型迟 延） ➢ 温度、pH、氧气等外界条件的影响 ➢ 平皿密度效应
六、突变体的分离和筛选
微生物通过诱变处理后，群体中产生各种类型突变体，有 正突变、负突变和未突变的菌株，需要经过分离和筛选， 逐一挑选出来。
第一节 诱变育种
诱变育种：是以人工手段诱发微生物基因突变，改变其遗传 结构和功能，从中筛选出产量高、性状优良的突变株， 并 设计出适合该突变株最佳的培养基和条件，使其在最适的工 艺条件下最有效地合成产物。
诱变育种有以下几个优点：速度快，收效大、方法简单。
诱变育种的三大要素：诱变剂、诱变条件、筛选技术。
分三个阶段：菌种基因型改变， 突变体筛选，产量评估
诱变育种的步骤
•出发菌株的选择与纯化 •单孢子（单细胞）悬液的制备 •诱变剂及诱变剂量的选择 •诱变处理方法 •高产菌株的分离
一、出发菌株
对出发菌株的要求：
(1)从自然界样品中分离筛选出来的野生菌株，虽然产量 较低，但对诱变因素敏感，变异幅度大，正突变率高；
通常丝状菌菌株由于遗传分离产生不纯现象，一个多核细胞 经诱变剂处理后，某个核发生有益的突变易被其他尚未突变 的核竞争性地抑制，多核菌体会降低单位存活菌的突变率
制备菌悬液通常采用生理盐水。如果用化学诱变剂处理 时，应采用相应的缓冲液配制，以防处理过程中pH变化而 影响诱变效果。
三、诱变剂及诱变剂量的选择
复合因子处理中，为了提高诱变效果，在具体使用时还 要注意诱变剂处理先后和协同效应问题。
五、影响突变率的因素
菌种遗传特性 菌体细胞壁结构 培养条件和环境条件 பைடு நூலகம் 诱变前预培养和诱变后培养（突变体的修复、表型迟 延） ➢ 温度、pH、氧气等外界条件的影响 ➢ 平皿密度效应
六、突变体的分离和筛选
微生物通过诱变处理后，群体中产生各种类型突变体，有 正突变、负突变和未突变的菌株，需要经过分离和筛选， 逐一挑选出来。
第一节 诱变育种
诱变育种：是以人工手段诱发微生物基因突变，改变其遗传 结构和功能，从中筛选出产量高、性状优良的突变株， 并 设计出适合该突变株最佳的培养基和条件，使其在最适的工 艺条件下最有效地合成产物。
诱变育种有以下几个优点：速度快，收效大、方法简单。
诱变育种的三大要素：诱变剂、诱变条件、筛选技术。
分三个阶段：菌种基因型改变， 突变体筛选，产量评估
诱变育种的步骤
•出发菌株的选择与纯化 •单孢子（单细胞）悬液的制备 •诱变剂及诱变剂量的选择 •诱变处理方法 •高产菌株的分离
一、出发菌株
对出发菌株的要求：
(1)从自然界样品中分离筛选出来的野生菌株，虽然产量 较低，但对诱变因素敏感，变异幅度大，正突变率高；
通常丝状菌菌株由于遗传分离产生不纯现象，一个多核细胞 经诱变剂处理后，某个核发生有益的突变易被其他尚未突变 的核竞争性地抑制，多核菌体会降低单位存活菌的突变率
第六章微生物诱变育种
复合处理的方式
• 复合处理有几类：
• 一类是两种或多种诱变剂的先后使用；
• 第二类是同一种诱变剂的重复使用；
• 第三类是两种或多种诱变剂的同时使用。
诱变因子的复合处理及其协同效应
单独处理 菌种 诱变剂 紫外线 X射线 氮芥 (0.1%) 紫外线 紫外线 γ射线 突变率(%) 21.3 19.7 复合处理 诱变剂 X射线+紫外线 突变率(%) 42.8
因此，应让变异处理后细胞在液体培养基中培养 几小时，使细胞的遗传物质复制，繁殖几代，以 得到纯的变异细胞。这样，稳定的变异就会显现 出来。 若不经液体培养基的中间培养，直接在平皿上分 离就会出现变异和不变异细胞同时存在于一个菌 落内的可能，形成混杂菌落，以致造成筛选结果 的不稳定和将来的菌株退化。
3、诱变处理方法
（１）、紫外线和光照复活的交替处理
• 应用光照复活现象能使紫外线诱变作用得 到显著增强。 • 一次紫外线处理后，光照复活一次，突变 率降低；但是，增加剂量再次用紫外线照 射处理，光照复活后，突变率提高了。若 多次进行该处理，则突变率增加更大。
（２）诱变剂复合处理
• 诱变育种中还常常采取诱变剂的复合处理。 因为每种诱变剂有各自的作用方式，引起 的变异有局限性，复合处理则可扩大突变 的位点范围，使它们产生协同效应，获得 正突变菌株的可能性增大，因此，诱变剂 复合处理的效果往往好于单独处理.
32
突变株的筛选：
（1）产量突变株的筛选：琼脂块培养法 （2）抗药性突变株的筛选：梯度平板法 （3）营养缺陷型突变株的筛选：影印平板 法等 （4）形态、色素、酶活性和拮抗性等变异 菌株的筛选
诱变
春 日 霉 素 高 产 菌 种 琼 脂 块 培 养 法 筛 选
人教版高中生物必修二第六章第1节杂交育种与诱变育种共28张文稿演示
F2 9高抗 3高不抗 3矮抗 1矮不抗
ddTT dT
F3
矮抗 ddTT ddTt 矮抗 矮不抗
假如从播种到收获种子要一年，那么培育出一个
能稳定遗传的纯种矮抗小麦至少要几年？ 4年
试一试：动物的杂交育种方法
假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短 毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定 遗传的长毛折耳猫（BBee）？
称为单__倍___体__育种.其优点是___明__显__缩___短__育___种__年__限.
⑶叫由_③__培多__育_倍_出_体_⑥_的__常。用依方据法的是原用_理_秋_是___水__染__仙__色____素__体__处__变__理__异_,形。成的⑥
2.60Co是典型的γ放射源，可用于作 物诱变育种。我国运用这种方法培 育出了许多农作物新品种，如棉花 高产品种“鲁棉1号”，在我国自己 培养的棉花品种中栽培面积最大。
“神舟”五号搭载育成的巨人南瓜
甘肃种植的太空育种的蔬菜
太空黄瓜
思考与讨论 P100
４、优点 提高基因突变频率，加速育种进程。 产生新基因，大幅度地改良某些性状
５、缺点 难以控制突变方向，具有一定的盲 目性,有利个体少;需大量处理实验 材料 ，工作量大 。
三、几种育种方法的比较
杂交育种
诱变育种
人教版高中生物必修二第六章第1节杂交育种与诱变育种 共28张文稿演示
第一节 杂交育种与诱变育种
学习目标 1.简述杂交育种和诱变育种的概念 2.举例说明杂交育种和诱变育种方法的优点 和不足。 3.举例说明杂交育种、诱变育种在生产中的 应用。 4.讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。
古人驯化野生动物－家禽、家畜
B、诱变育种
1、概念
微生物诱变育种
第四章 微生物诱变育种
诱变育种：是以人工手段诱发微生物基因突变，改变其遗传 结构和功能，从多种多样的突变体中筛选出产量高、性状优 良的突变株， 并设计出适合该突变株最佳的培养基和条件， 使其在最适的工艺条件下最有效地合成产物。 分三个阶段：菌种基因型改变， 突变体筛选，产量评估 基因突变是微生物变异的主要源泉，人工诱变是加速基因突 变的重要手段。诱变育种有以下几个优点：速度快、收效大、 方法简单。
15
17
18
19
20
21
21
生长因子的配制方法： 把同一组的氨基酸粉末混合置于洁净的瓶中，加入灭菌的 蒸馏水，充分溶解，置冰箱保存。 配制浓度：用于放线菌测定的氨基酸约1mg／ml 用于霉菌测定的约10mg／ml 维生素一般0.1mg／ml 生物素、维生素B12约0.01mg／ml 测定方法：缺陷型菌株和基本培养基混合制成平板，把 6 组生长因子直接点加于同一琼脂平板上，或用滤纸片沾取 后覆于琼脂平板上，培养后，观察哪一组或哪两个组区产 生混浊生长圈，即可确定该菌株缺陷的生长因子。
①
天冬氨酰磷酸
天冬氨酸-β-半醛 ASA ② ③ 二氨基庚二酸 DAP 高丝氨酸 Hse
④
高丝氨酸 磷酸 苏氨酸 Thr
⑤
O-琥珀酸 高丝氨酸
赖氨酸
甲硫氨酸 Met
反馈抑制
异亮氨酸 Ile
优先合成
Asp
ASA DDP DAP Lys
Hse Met
Thr Ile
谷氨酸棒状菌、黄色短杆菌
Asp ASA DDP DAP Lys Hse Met Thr Ile Asp ASA DDP DAP Lys Hse Met Thr Ile
挑菌落
初筛 1瓶/株
诱变育种：是以人工手段诱发微生物基因突变，改变其遗传 结构和功能，从多种多样的突变体中筛选出产量高、性状优 良的突变株， 并设计出适合该突变株最佳的培养基和条件， 使其在最适的工艺条件下最有效地合成产物。 分三个阶段：菌种基因型改变， 突变体筛选，产量评估 基因突变是微生物变异的主要源泉，人工诱变是加速基因突 变的重要手段。诱变育种有以下几个优点：速度快、收效大、 方法简单。
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生长因子的配制方法： 把同一组的氨基酸粉末混合置于洁净的瓶中，加入灭菌的 蒸馏水，充分溶解，置冰箱保存。 配制浓度：用于放线菌测定的氨基酸约1mg／ml 用于霉菌测定的约10mg／ml 维生素一般0.1mg／ml 生物素、维生素B12约0.01mg／ml 测定方法：缺陷型菌株和基本培养基混合制成平板，把 6 组生长因子直接点加于同一琼脂平板上，或用滤纸片沾取 后覆于琼脂平板上，培养后，观察哪一组或哪两个组区产 生混浊生长圈，即可确定该菌株缺陷的生长因子。
①
天冬氨酰磷酸
天冬氨酸-β-半醛 ASA ② ③ 二氨基庚二酸 DAP 高丝氨酸 Hse
④
高丝氨酸 磷酸 苏氨酸 Thr
⑤
O-琥珀酸 高丝氨酸
赖氨酸
甲硫氨酸 Met
反馈抑制
异亮氨酸 Ile
优先合成
Asp
ASA DDP DAP Lys
Hse Met
Thr Ile
谷氨酸棒状菌、黄色短杆菌
Asp ASA DDP DAP Lys Hse Met Thr Ile Asp ASA DDP DAP Lys Hse Met Thr Ile
挑菌落
初筛 1瓶/株
微生物学课件第七章 微生物的遗传变异和育种 第二节 基因突变和诱变育种
如何证明基因突变的非对应性？
抗性突变引起的争论和斗争
观点之一： “驯化”或“驯养”论
突变是生物对某特定环境的适应而产生 的，这种环境正是突变的诱因，所产生的抗 性性状是与该环境因素相对应的，并认为这 就是“定向变异”。
观点之二： 自发突变论
基因突变是自发的，即使诱发产生，其产生 的性状与诱变因素间也是不对应的，即最终适应 了的化学药物等不良因素并非诱变因素，而仅仅 是一种用于筛选的环境而已。
Salmonella typhi Bacillus megaterium
（4）独立性
某基因的突变率不受它种基因突变率的影响。
突变一般是独立发生的。 某一基因发生突变不会影响其他基因的变几率的乘积。
（5）可诱变性
自发突变的频率可因诱变剂（mutagen）
三个经典实验
变量实验、涂布实验、影印实验
证明 突变的性状与引起突变的原因间
无直接对应关系！
1.变量试验（fluctuation test）
又称波动试验或彷徨试验。
1943年，S. E. Luria和M. Delbrück根据统计学 的原理，设计实验。
Salvador Luria
Max Delbruck
（三）基因突变的特点
（1）自发性
7
（2）非对应性
个 （3）稀有性
共 （4）独立性
同 （5）可诱变性
点 （6）稳定性
（7）可逆性
（1）自发性
各种性状的突变，可在无人为的诱变因素 处理下自发地产生。
（2）非对应性
突变的性状与引起突变的原因间 无直接的对应关系。
这是突变的一个重要特点，也是容易引起争论的问题
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。
抗性突变引起的争论和斗争
观点之一： “驯化”或“驯养”论
突变是生物对某特定环境的适应而产生 的，这种环境正是突变的诱因，所产生的抗 性性状是与该环境因素相对应的，并认为这 就是“定向变异”。
观点之二： 自发突变论
基因突变是自发的，即使诱发产生，其产生 的性状与诱变因素间也是不对应的，即最终适应 了的化学药物等不良因素并非诱变因素，而仅仅 是一种用于筛选的环境而已。
Salmonella typhi Bacillus megaterium
（4）独立性
某基因的突变率不受它种基因突变率的影响。
突变一般是独立发生的。 某一基因发生突变不会影响其他基因的变几率的乘积。
（5）可诱变性
自发突变的频率可因诱变剂（mutagen）
三个经典实验
变量实验、涂布实验、影印实验
证明 突变的性状与引起突变的原因间
无直接对应关系！
1.变量试验（fluctuation test）
又称波动试验或彷徨试验。
1943年，S. E. Luria和M. Delbrück根据统计学 的原理，设计实验。
Salvador Luria
Max Delbruck
（三）基因突变的特点
（1）自发性
7
（2）非对应性
个 （3）稀有性
共 （4）独立性
同 （5）可诱变性
点 （6）稳定性
（7）可逆性
（1）自发性
各种性状的突变，可在无人为的诱变因素 处理下自发地产生。
（2）非对应性
突变的性状与引起突变的原因间 无直接的对应关系。
这是突变的一个重要特点，也是容易引起争论的问题
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。