微生物遗传学的几个基本概念
微生物的遗传与变异
微生物的遗传与变异遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
遗传性：指世代间子代和亲代相似的现象；变异性：是子代与子代之间及子代与亲代之间的差异。
遗传性保证了种的存在和延续；而变异性则推动了种的进化和发展。
遗传型（基因型）：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：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：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。
饰变：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。
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。
微生物在遗传学中的地位：✧个体微小，结构简单；✧营养体一般都是单倍体；✧易培养；✧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；✧环境条件对微生物群体中每个个体的直接性与一致性；✧易于形成营养缺陷型；✧存在多种处于进化过程中的原始有性生殖过程。
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。
对此有着不同的猜测。
直到1944年后，利用微生物这一实验对象进行了三个著名的实验，才以确凿的事实证实了核酸尤其是DNA才是遗传变异的真正物质基础。
一、证明核酸是遗传物质的三个经典实验（一）转化实验✧发现者：英国人Griffith于1928年首次发现这一现象。
✧研究对象：肺炎链球菌S型和R型✧过程：1944年Avery等证明遗传物质是DNA。
《微生物遗传》课件
04
自然选育
利用自然变异选择有益的变异体，通过遗传稳定性和生产性状的鉴定，培育出新的菌种。
微生物遗传学应用
05
工业发酵是微生物遗传学应用的重要领域之一，通过利用微生物的遗传特性，实现大规模生产各类发酵产品，如酒精、醋酸、酵母、抗生素等。
工业发酵中，通过遗传育种和基因工程手段改良微生物菌种，提高发酵效率和产物质量，降低生产成本。
详细描述
总结词
介绍基因表达的概念、基因表达的调控机制以及基因表达的改变对微生物的影响。
详细描述
基因表达是DNA中的遗传信息转录为RNA并翻译为蛋白质的过程。基因表达受到多种因素的调控，包括DNA的甲基化、染色质构象以及转录和翻译水平的调控。基因表达的改变可能影响微生物的生长、代谢和致病性等方面。
微生物基因突变与重组
19世纪末期
遗传学奠基人摩尔根提出基因概念，为遗传学的发展奠定了基础。
20世纪初期
DNA双螺旋结构发现，开启了分子生物学时代。
20世纪50年代
人类基因组计划启动，推动了基因组学的发展。
20世纪70年代
微生物遗传物质基础
02
介绍DNA的基本结构，包括碱基、磷酸和脱氧核糖，以及DNA的双螺旋结构。
总结词
工业发酵的微生物菌种通常具有特殊生理功能和代谢途径，通过研究其遗传机制，有助于发现新的发酵产品和工艺。
生物制药是利用微生物或其代谢产物作为药物成分，治疗和预防人类疾病的领域。
通过遗传工程手段，可以改良微生物细胞工厂，高效表达具有药效的蛋白质或其他活性分子。
生物制药中，对微生物的遗传特性和表达调控机制的研究，有助于发现和开发新的药物候选分子。
生物环保是利用微生物的降解和转化能力，处理和治理环境污染的领域。
微生物的分子遗传学研究
微生物的分子遗传学研究微生物是指体积小，单细胞或多细胞的微小生物。
微生物通常指细菌、真菌、病毒和原核生物等。
微生物的分子遗传学主要涉及DNA、RNA和蛋白质等分子的遗传学研究，包括遗传信息的编码、复制、转录、翻译以及相关的调控机制等。
微生物的分子遗传学研究具有广泛的应用价值，可以应用于基因工程、生物技术、医学和环境保护等领域，为人类社会的发展做出了重要的贡献。
一、微生物的分子遗传学研究进展随着分子生物学技术的不断发展，微生物的分子遗传学研究日益深入。
主要包括基因组学、转录组学、蛋白组学、蛋白质互作网络和代谢组学等研究领域。
这些技术的集成为微生物分子遗传学研究提供了全面准确的遗传信息和相关的调控机制数据。
基因组学研究主要涉及微生物基因组或部分基因组的解读。
通过基因组研究可以发现微生物的基因数目、内含子和外显子的结构，以及基因在基因组中的位置和分布情况等。
转录组学研究主要涉及对微生物转录组内基因表达的调控机制进行分析。
转录组研究可以发现在不同生物学过程中微生物基因的表达水平变化，以及此过程的调控机制。
蛋白组学研究主要涉及微生物蛋白质的定量和鉴定。
通过蛋白质组学研究可以了解微生物蛋白质的种类、数量和分布情况等，为深入了解微生物功能提供重要的信息。
蛋白质互作网络研究主要涉及微生物蛋白质之间相互作用的网络关系。
通过蛋白质互作网络研究可以了解微生物中蛋白质之间的关联关系，这对于揭示微生物生命活动的调控机制和功能意义具有重要意义。
代谢组学研究主要涉及微生物代谢产物的定量和鉴定。
通过代谢组学研究可以了解微生物合成产物的种类、数量和分布情况等，为深入了解微生物代谢过程和功能提供有力支持。
二、微生物的分子遗传学应用微生物的分子遗传学研究为生物技术、医学和环境保护等领域提供了广泛的应用价值。
（一）基因工程微生物的基因工程是通过利用分子遗传学技术来改变微生物的代谢和生长特性，实现对微生物功能的调控。
基因工程可以制备具有特定功能的微生物代谢产物，解决工业生产中的问题，如合成抗生素、生产化学品等。
微生物学中的遗传学分析研究
微生物学中的遗传学分析研究微生物是指单细胞或多细胞微观生物领域所发现的各种微观生物体。
微生物学是对这些微生物特性和功能的探查，其中的遗传学分析已成为现代生命科学中的一个重要领域。
在微生物学中，遗传学分析的应用可以揭示微生物种群内部的遗传特性、研究不同微生物之间的遗传差异和发现新的菌株。
一、微生物的遗传学特性微生物具有短的生命周期和高频率的突变，这使得微生物在进化和适应环境上更为灵活。
微生物的基因组通常较小，在一定程度上更易于研究和分析。
此外，微生物还可以在实验室中进行大规模和高通量基因组学的研究，这使得微生物在遗传学分析中得到了广泛应用。
二、微生物的基因组分析微生物的基因组测序技术在近几年中飞速发展，在短时间内就可以测序大量微生物基因。
这一技术的发展使得我们可以更加深入地研究微生物在生物学中的作用和功能。
微生物基因组测序可以提供大量的序列信息，包括独特的基因分布、蛋白质结构和功能、基因调控和表达的分析等。
三、微生物的基因组比较基因组比较可以揭示微生物的遗传特性、处理遗传变异的机制，并分析微生物之间的进化关系、种系之间的差异。
借助基因比较序列分析技术，研究人员可以鉴定新的微生物基因组序列并将它们与已知的微生物比较，这有助于研究者得到关于微生物功能和特征的深刻理解。
此外，微生物的基因组比较可以取证微生物在环境适应方面的进化速度和有效性，并为研究者提供设计药物和疫苗的可靠基础。
四、微生物的遗传多样性微生物在许多特性上表现出极大的遗传多样性，例如代谢途径的多样性、基因转移的多样性等。
这使得微生物群体具有很高的适应性并具有极好的生存能力。
在研究遗传多样性时需要考虑微生物种群的结构，这与微生物适应各种环境的重要性紧密相关。
五、微生物的进化在微生物中，基于基因组比较和遗传分析的分子进化研究趋势愈发明显。
进化的过程中，微生物群体中的所有成员都可以被看作一个无处不在的基因库，不仅仅包括种群的核心成员，还包含那些难以定义的“伪群体”，这使得微生物的进化过程极为复杂。
微生物遗传学的研究进展与应用
微生物遗传学的研究进展与应用微生物遗传学是一门研究微生物遗传的学科，随着分子生物学等技术的不断发展，微生物遗传学的研究不断取得新的进展和突破。
本文就微生物遗传学的研究现状和应用领域进行探讨。
一、微生物遗传学的主要研究对象微生物是指形态小、复杂度低的单细胞或多细胞有机体的总称。
微生物种类众多，包括细菌、古菌和真菌等。
在微生物中，细菌是最为常见的一类。
细菌是一种典型的单细胞生物，其体积很小，但与其他生物一样具有基因表达、蛋白质合成等生物特性。
因此，细菌是微生物遗传学的主要研究对象之一。
二、微生物遗传学的主要研究内容微生物遗传学的主要研究内容包括基因转移、基因表达、突变和基因组的进化等方面。
1.基因转移基因转移指DNA在不同细胞之间的传递。
微生物中普遍存在基因转移现象，主要是通过基因传递介体（如质粒、细菌噬菌体、转座子等）来实现的。
不同于有机体的遗传，微生物的基因转移具有重要的科学及应用价值。
通过对基因转移的研究可以促进疾病的治疗，增强微生物代谢效率等。
2.基因表达基因表达是指基因转录和翻译的过程。
在细菌细胞中，基因表达过程的速度和效率非常快，这与细菌体积小和基因组简单有关。
通过研究细菌基因表达机制，可以深入了解细菌的生命活动过程，特别是对于蛋白质表达的研究有着广泛的应用前景。
3.突变突变是指基因组中发生的变异现象。
细菌的基因组相对较小，且具有高度可变性。
在细菌的繁殖过程中，它们会不断发生基因突变，并且可以在短时间内积累足够多的突变，形成不同的基因型和表型。
由于其基因组的简洁性，细菌基因突变或变化所产生的影响更加明显，其研究和应用前景十分广泛。
4.基因组的进化基因组进化指基因组中有关分子生物学方面的各种事件，包括基因重排、重复、基因家族扩张和重读、可移动元件的插入和删除等。
微生物基因组进化研究可以为微生物进化的机理和规律提供重要的理论依据。
三、微生物遗传学的应用领域微生物遗传学在各个领域中都有进一步的发展和应用。
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 inheritanc® 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(ge no type某一生物个体所含有的全部基因的总和。
表型(phe no type)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。
S strun A2. 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。
微生物遗传学基础
遗传型 + 环境条件 •
发育
表型
表型（ ）：指生物体所具有的一切外表特征和内 表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内 ）： 在特性的总和;------是一种现实存在，是具一定遗传型的生 是一种现实存在 在特性的总和 是一种现实存在， 物在一定条件下所表现出的具体性状。 物在一定条件下所表现出的具体性状。
变异(variation):生物体在外因 或内因的作用下 ， 遗传物 生物体在外因或内因的作用下 变异 生物体在外因 或内因的作用下， 质的结构或数量发生改变。变异的特点： 质的结构或数量发生改变。 变异的特点：a.在群体中以 极低的几率出现， 一般为10 极低的几率出现 ， （ 一般为 10-6 ～ 10-10 ） ； b. 形状变化 的幅度大； 变化后形成的新性状是稳定的， 的幅度大 ； c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传 的。 饰变（ 饰变（modification）：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。 特点是： a. 几乎 发生在转录 、 转译水平上的表型变化 。 特点是 ： a.几乎 整个群体中的每一个个体都发生同样的变化； b.性状变 整个群体中的每一个个体都发生同样的变化 ； b. 性状变 化的幅度小； 因遗传物质不变 故饰变是不遗传的。 因遗传物质不变， 化的幅度小 ； c.因遗传物质不变 ， 故饰变是不遗传的 。 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。 例如：粘质沙雷氏菌： 例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵 ℃下培养， 杆菌素； 杆菌素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度 ℃下培养，不产生色素； 降到25℃ 又恢复产色素的能力。 降到 ℃，又恢复产色素的能力。
微生物分子遗传学的基本原理
微生物分子遗传学的基本原理微生物分子遗传学是研究微生物遗传的基本原理和机制的学科，主要涉及到微生物的基因组学、表观遗传学和功能基因组学等方面。
微生物分子遗传学的研究对于了解微生物的演化和发展，以及微生物与环境的交互关系具有重要的意义。
本文将从微生物基因的结构、调控机制和遗传变异等方面探讨微生物分子遗传学的基本原理。
一、微生物基因的结构微生物的基因是由DNA组成的，其基本结构与其他生物的基因相似，包括启动子、转录起始位点、编码区和终止位点等。
微生物基因的长度和复杂度因菌种的不同而有所差异，大部分基因的长度在数百到数千个碱基对之间。
微生物基因的编码区通常由连续的密码子组成，每个密码子编码一个氨基酸，以组成蛋白质。
此外，在基因的编码区之间也会存在一些不编码的序列，这些序列的功能是参与转录、翻译或调控等生物过程。
二、微生物基因的调控机制基因的调控是指调整基因表达水平的过程。
在微生物中，基因的调控主要通过转录因子和RNA polymerase等分子间的相互作用来实现。
转录因子是一种负责调控基因表达的蛋白质，可以结合到启动子附近的区域，并与RNA polymerase一同构成转录复合物。
RNA polymerase则负责将DNA转录成为RNA，进而合成相应的蛋白质。
微生物基因的调控可以分为两类：正向调控和负向调控。
正向调控是指转录因子与启动子结合后促进RNA polymerase的结合并提高基因表达水平。
而负向调控则是指转录因子与启动子结合后阻碍RNA polymerase的结合并降低基因表达水平。
此外，基因的表达还受到许多外界因素的影响，包括细胞内外的信号、环境因素、营养状态等。
三、微生物基因的遗传变异微生物基因的遗传变异包括两类：突变和基因重组。
突变是指DNA序列在复制或重组过程中发生的不同类型的突然变化。
微生物的突变可以包括点突变、插入突变、删除突变等各种不同形式。
这些突变可能会破坏基因的功能，也可能会导致一些新的表型特征出现。
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。
遗传学知识：微生物的遗传和抗生素
遗传学知识：微生物的遗传和抗生素微生物的遗传和抗生素随着人类对微生物的研究逐渐深入，我们发现了微生物在遗传学和抗生素方面的独特性。
这对于我们深入了解微生物，并在医学、农业等方面应用微生物具有重要的意义。
在本文中，我们将探讨微生物的遗传和抗生素。
微生物的遗传微生物的遗传是指微生物在自然条件下传递和维持遗传物质，包括基因突变、水平基因转移、嵌合病毒等多种遗传方式。
1.基因突变基因突变是微生物进化中最常见的遗传方式之一。
期间发生的单个核苷酸的改变，如碱基替换、插入、缺失等会影响基因表达和蛋白质编码，可能会导致微生物的繁殖不佳，或是让微生物对一些农药以及抗生素产生抗药性。
基因突变研究帮助人们理解抗生素抗药性的发生和发展，这种现象对医学卫生工作产生了重要的影响。
2.水平基因转移水平基因转移是指把遗传物质从一个细胞移动到另一个细胞的过程，是微生物进化和适应环境的最主要途径之一。
它包括转化、转导、共轭等多种方式，其中共轭是最普遍的水平基因转移方式。
共轭是常见的细菌间基因转移方式，它利用细菌质粒（plasmid）在不同菌株间进行基因信息交换，导致的结果是很多细菌耐受抗生素、产生致病因子等进行进化适应。
3.嵌合病毒嵌合病毒是一种在病原微生物中广泛存在的一种DNA或RNA分子。
它们可以在物种间传递，几个病毒或细菌之间产生“重组”现象，就像人类DNA产生突变一样。
而这种嵌合可以导致一些病原微生物对抗生素的抗药性。
微生物遗传学的研究有助于人们更深入地了解微生物在抗药性和感染等方面的演变历程，以便更好地对抗它们。
抗生素抗生素是指一类具有抑制、破坏或杀死细菌、真菌、原虫等微生物的药物。
抗生素的发现和使用已经对人类健康产生了深远的影响。
但是抗生素不是万能药，其中一个重要的原因就是因为微生物抗药性的发展和加强。
现在的医学专家都强调过度使用抗生素可能会带来严重的后果，例如一些菌株的抗药性会逐渐增强，这种情况可能导致严重的流行病而无法治愈。
微生物学-第六章微生物的遗传
2，T2噬菌体感染实验
用 32P 标 记 病 毒 的 DNA ， 35S 标 记 病 毒 的 蛋白质外壳。然后将这两种不同标记的病毒
分别与宿主大肠杆菌混合，结果发现：用含 有35S蛋白质的T2噬菌体感染大肠杆菌时，大 多数放射性留在宿主细胞的外边，而用含有 32PDNA的T2噬菌体感染大肠杆菌时，32PDNA 注入宿主细胞，并产生噬菌体后代，这些T2 噬菌体后代的蛋白质外壳的组成、形状大小
• 2) 如果转导DNA不能进行重组和复制，其上的基 因仅经过转录而得到表达，就成为流产转导 （abortive transduction），其特点是在选择培养 基平板上形成微小菌落。DNA不能复制，因此群 体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到 其基因产物，形成微小菌落。
• 3）被降解, 转导失败，在选择平板上无菌落形成。
大肠杆菌基因组特点：
1，遗传信息是连续的。
2，功能相关的结构基因组成操纵子结构， 有些功能相关的RNA基因也串联在一起。4100 个 基 因 ， 2584 个 操 纵 子 ， 16SrRNA 基 因 ---23SrRNA基因----5SrRNA基因串联在一起。
3，结构基因在基因组中多为单拷贝。rRNA 基因多拷贝，7个rRNA操纵子。
将待测样品与从老鼠肝脏抽提的酶混合在 一起适当保温后，用直径约2~3mm的圆形滤纸 片吸取待测样品，放置在含有鼠伤寒沙门氏细 菌组氨酸缺陷型突变株的基本培养基平板中央， 370C培养16~24小时。如有诱变作用，则在滤纸 片周围即可长出回复突变的菌落，由于试验纸 片的化学药剂向四周扩散而形成自然的浓度梯 度，故在浓度最高即离试验纸片近的地方，细 菌会全部被杀死，因而无菌落形成；而离试验 滤纸片较远的适宜地方形成回复突变的菌落最 多。
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。
微生物遗传学及其作用机制
微生物遗传学及其作用机制微生物遗传学是研究微生物基因的总体结构、变异、表达和传递等遗传学现象的学科。
微生物是生态环境中最为重要的组成部分之一，其生活方式、代谢和作用等都和其基因密切相关。
因此，微生物遗传学的研究对于深入了解微生物的基本生物学特性以及为人类正常生活和健康的维护提供了重要的科学支撑。
微生物基因的变异是微生物遗传学的关键研究问题之一。
微生物基因变异发生的主要原因包括突变、垂直遗传、水平遗传等。
突变是指遗传物质在复制过程中发生的不可避免的拷贝错误，造成遗传信息的改变。
垂直遗传是指在生殖过程中父母基因的遗传方式，即由一代传向下一代。
水平遗传是指不同个体之间通过共享遗传信息改变其表现或适应性，其中包括转移元件、质粒和噬菌体等因素。
这些三种形式的遗传变异使得微生物在环境适应、代谢关系、疾病传播等方面能够发挥广泛和多样化的作用。
在遗传变异基础上，微生物表达机制也成为了微生物遗传学另一重要的研究内容。
微生物的表达规律及表达调控机制对于单细胞生物的生存、发育、适应能力等方面的影响是极为重要的。
微生物表达机制指微生物内部遗传信息的编码、转录、翻译等规律和过程。
微生物表达规律包括RNA和蛋白质的合成，以及调控过程中的信号传递等。
微生物表达调控包括终止、调节、介导和降解等过程，这些都是决定微生物生存能力和适应环境的重要因素。
微生物遗传学研究涉及到了微生物的多个方面，包括代谢关系、致病性和环境适应力等。
在代谢方面，微生物利用其独有的代谢途径和合成酶来将环境物质转化为必要的功能分子。
在致病性方面，微生物在感染宿主过程中通过基因编剧、进化和新基因的增加等机制来使自身的致病特性得以优化，在维持其生存的同时使其对宿主产生危害。
在环境适应力方面，微生物通过基因表达和转移等策略适应特殊的环境条件，例如抗药、生长抑制物、温度和盐度等。
微生物遗传学的研究对于生物发育、传染病防治、资源开发和利用等多个领域都具有重要的意义。
通过对微生物的基因变异和表达调控机制的探究，我们可以更好地了解微生物在生态系统中的作用微观机制，发展新的新能源、新药和新基因治疗等领域，改善人类生活质量。
微生物遗传学的研究与应用
微生物遗传学的研究与应用微生物遗传学是指对微生物的遗传信息进行研究的科学，包括微生物染色体的结构、功能和特性等方面的基础研究以及微生物在生产、环境保护和医疗卫生等领域的应用研究。
微生物遗传学的研究和应用在现代生命科学领域中具有非常重要的地位，近年来受到越来越多的关注和重视。
一、微生物的遗传信息微生物是指体积小、形态单一或单细胞的生物，包括细菌、病毒、真菌等。
微生物的遗传信息主要存在于染色体和质粒两个载体上。
微生物染色体的大小和形态各不相同，一些细菌的染色体只有一条，而有些细菌的染色体数量则是多重的。
相对于细菌，病毒的遗传物质则是DNA或RNA，没有染色体的概念。
在微生物遗传信息的研究中，人们主要关注染色体的DNA序列和基因的组成。
微生物染色体上的基因组成了微生物的遗传信息库，能够控制微生物的生产、代谢和适应环境的能力。
还有一些微生物通过质粒进行基因交换的形式，具有非常强的适应能力和变异能力。
二、微生物遗传学的研究微生物遗传学的研究内容主要包括：微生物基因组的结构、功能及特性；微生物基因的表达和调控机制；微生物基因的遗传变异和进化等方面。
这些研究内容对于深入了解微生物的生命过程、提高微生物在生产和环境治理等方面的应用，都具有非常重要的意义。
1.微生物基因组的结构与功能微生物基因组的结构与功能是微生物遗传学研究的核心内容之一。
通过对微生物基因组的研究，我们能够深入了解微生物基因的组成、排列和分布等信息，为微生物的进化和群体分布规律的研究提供基础数据。
此外，我们还可从微生物基因组中发现新的基因并探索其功能和作用机制，为微生物在工业、医疗及生物技术等方面的应用提供新的途径和可能性。
2.微生物基因的表达和调控微生物基因的表达和调控是微生物遗传学的另一个重要研究领域。
在这个过程中，研究者主要关注微生物基因的启动子、转录因子和调控元件等方面。
研究基因的表达和调控是为了深入了解基因在微生物生命过程中的作用和机制，进而为微生物的应用研究提供方向和思路。
微生物遗传学
微生物遗传学微生物遗传学是研究微生物的遗传现象、遗传变异以及遗传信息传递的科学领域。
微生物遗传学对于理解微生物的进化、适应能力以及对疾病和环境的响应至关重要。
本文将介绍微生物遗传学的基本概念、重要实验方法，以及在微生物研究和应用中的意义。
一、微生物遗传学概述微生物遗传学是遗传学学科中的一个重要分支，主要研究微生物的遗传变异、基因传递以及基因调控等现象。
微生物遗传学与人类和其他生物的遗传学类似，但由于微生物的特殊性，研究方法和技术也有一些独特之处。
微生物包括细菌、真菌、病毒和原生动物等单细胞或少细胞的微小生物。
不同的微生物具有不同的遗传特征和基因组结构，因此微生物遗传学的研究对象非常广泛。
微生物遗传学的发展不仅能够深化对微生物多样性和进化的理解，还对药物的研发、疾病的治疗以及环境的保护等方面有着重要的应用价值。
二、微生物遗传学的重要实验方法1. 转化（Transformation）转化是一种常用的基因传递方式，通过外源DNA片段的吸收和整合，使细菌或其他微生物细胞的遗传信息发生改变。
转化可以导入一些有益的基因，提高微生物的生物合成能力或抗生素产生能力；也可以导入一些抗菌基因，提高微生物对抗生物胁迫的能力。
2. 转座子（Transposon）插入转座子是一类可以在基因组中移动的DNA片段，转座子插入是一种特定的基因突变方式。
通过转座子插入实验，可以研究特定基因的功能、表达模式以及基因组的结构和稳定性。
转座子插入还可以用于菌株的遗传修饰，通过插入转座子来改变目标基因的表达水平。
3. 基因工程基因工程是一种利用遗传技术对微生物进行定向改造的方法。
通过重组DNA技术，可以将外源的基因导入微生物细胞中，使其表达所需的特定蛋白质。
基因工程在微生物制药、农业生产以及环境修复等领域有着广泛的应用。
三、微生物遗传学的意义和应用1. 微生物进化和多样性研究微生物遗传学研究可以揭示微生物的进化路径和多样性。
通过对不同微生物菌株和基因组的比较，可以了解它们的亲缘关系以及与环境的关联性，进一步推测微生物的进化历史和适应策略。
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表示方法： 所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”表示
strr 和 strs 分别表示对链霉素的抗性和敏感性
（3）条件致死突变型（conditional lethal mutant）203
在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死 效应的突变型。
常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（temperature sensitive） 表示，这类突变在高温下（如42℃）是致死的，但可以在低温（如 25-30℃）下得到这种突变。
独立性
某基因的突变率不受它种基因突变率的影响
可诱变性 自发突变的频率可因诱变剂的影响而提高（10-3~10-6 ） 稳定性 可逆性 基因突变后的新性状是稳定的 野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生反 向的回复突变。
三、基因突变自发性和不对应性的实验证明 如何证明基因突变的非对应性？
三个经典实验: 1.变量实验、 2.涂布实验、 3.影印实验
四、基因突变的类型
1. 按照突变的表型分类： 营养缺陷型 抗性突变型 条件致死突变型 选择性突变株 （能在选择性培养基上或其它的 选择性条件下迅速选出或鉴别出）
形态突变型 抗原突变型 产量突变型
非选择性突变株
下面介绍几种常用的突变型及其分离
（1）营养缺陷型（auxotroph）
一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素 、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些 营养或其前体物（precursor）才能生长。
表型判断的标准：
在基本培养基上能否生长
营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和 育种的重要手段
特点：
在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长
负选择标记
突变株不能通过选择平板直接获得
营养缺陷型的表示方法：
基因型： 所需营养物的前三个英文小写斜体字母表示：hisC
（组氨酸缺陷型，其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变）
2）Newcombe的涂布实验（1949）
选用对T1 噬菌体敏感的 E.coli，以相等数目涂布于 12个平板上 约繁殖了12.3代
在涂布过的一组中， 共长出抗性菌落353 个，比未经涂布过的 （28个菌落）高得多
3）影印实验（replica plating ）Joshua Lederberg and Esther Lederberg（1952 通过使菌不接触抗性环境而检查其抗性菌落的方法
特点：
负选择标记 这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因
（4）形态突变型（morphological mutant）
造成形态改变的突变型
特点：
非选择性突变
突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。
举例：
产蛋白酶缺陷突变株的筛选
菌落颜色变化
形成芽孢缺陷菌株 β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重组子菌落为白色而 与兰色的非重组子分开。
(一)自发突变
(二)诱发突变
通过人为的方法，利用物理、化学或生物 因素显著提高自发突变频率的手段 。
(二)、诱发突变
诱变剂（mutagen）： 凡能提高基因突变频率的因素统称为诱变剂 碱基类似物诱变剂； 与碱基起化学反应的诱变剂； 嵌入诱变剂；
化学诱变剂 诱变剂的种类
物理诱变剂 ：辐射和热 生物诱变剂 ：转座因子
第四节 基因突变的机制
一、基因突变的分子基础
生物体在无人工干预下自然发生的低频率突 变（10-6-10-9 ）。它是生物进化的根源。
引起自发突变的原因主要有以下几方面： • 背景辐射和环境因素引起； • 有害代谢产物引起； • 互变异构效应引起的碱基配对错误； • DNA复制过程中碱基配对错误 ； • 转座因子的作用。
表型：
同上，但第一个字母大写，且不用斜体：HisC
在具体使用时多用hisC-和hisC+，分别表示缺陷型和野生型。
（2）抗药性突变型（resistant mutant）
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。
特点： 正选择标记
（突变株可直接从抗性平板上获得-----在加有相应抗生素的 平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到。）
1.化学诱变剂
(1)碱基类似物----间接引起置换的诱变剂 一类与正常碱基结构相似的物质，称为碱基类似物。 如：5-BU, 8-NG, 2-AP等。 它们在DNA复制中能掺入DNA 分子中，由于其产生异构体的频 率高，因此发生的错误配对可引起碱基的置换。 A-T 加入5-BU A-T A-T G-C A-BU
（5）抗原突变型
指由于基因突变引起的细胞抗原结构发生的 变异类型，包括细胞壁缺陷变异、荚膜或鞭 毛成分变异等。
（6）产量突变型
通过基因突变而引起的目标代谢产物的产量 发生变化的变异菌株，其在产量上高于或低 于原始出发菌株。如果产量提高的突变株， 被称为“正突变”（ plus-mutant），也称为 “高产突变株”(high producing mutant)；如 果产量低于出发菌株的突变株，则称为“负 突变”（minus-mutant）。
2. 按照突变所引起的遗传信息的改变情况可分为三种： 同义突变
表型不发生改变（密码子是简并的,如CGU变成CGC， 但都编码精氨酸）；
错义突变
改变的密码子编码的氨基酸改变了；
无意义突变
终止密码子（UAA, UAG, UGA）
其它突变类型
毒力、生产某种代谢产物的发酵能力的变化等在实际应用 中具有重要意义突变类型, 一般都不具有很明显或可直接检测 到的表型。其突变株的获得往往需要较大的工作量。
证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！
1）变量实验（fluctuation analysis）Salvador Luria & Max Delbruck(1943)
对噬菌体T1敏感的E.coli 对数期培养物 ，稀释至103/mL,分装两试管，各10 mL
甲管
乙管
与甲管分装的各小管 同时保温24~36h
• 微生物遗传学的几个基本概念 • 核酸是遗传物质基础的三个经典实验原 理 • 质粒、质粒分离及质粒分类举例 • 基因及其突变的基本定义
二、基因突变的特点（规律）
自发性 菌种衰退的根本原因
（参见 P199）
不对应性
稀有性
突变的性状与突变的原因无关系
自发突变几率低（10-6~10-10）
突变率：每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。 （某一单位群体在每一世代中产生突变株的数目）