食品微生物学第五章微生物的遗传变异
食品微生物 第5章 微生物遗传变异与菌种选育第二节
携带供体部分遗传物质（DNA片段）的噬菌体称为 转导噬菌体。
普遍性转导
细菌转导的二种类型：
特异性转导
1、普遍性转导（generalized transduction）
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的现象，称普遍 性转导。 (1) 意外的发现
保藏期 3-6 月
1-2 年 1-10 年 5-15 年
菌种保藏机构
ATCC采用的菌种保藏法：
（ American Type Culture Collection ，美国典型菌种保藏中心）
冷冻干燥保藏法 液氮保藏法 CCCCM采用的菌种保藏法：
（ China Committee for Culture Collections of Microorganism， 中国微生物菌种保藏委员会）
转化（transformation）
转化：受体细胞直接吸收供体细胞的DNA片段, 并与其染色 体同源片段进行遗传物质交换，使受体细胞获得新的遗传性 状的现象。
转化因子
吸附吸收
受体细胞 高1000倍 感受态
整合
转化子
(2) 转化过程
供体(strR)
ds DNA
感受态受体(strS) 酶解与吸收单链
将遗传性状不同的两种菌（种内、间、属间）融合 为一个新细胞的技术。
五、基因工程技术用于工业菌种改良
基因工程技术：基因操作、基因克隆、DNA重组。将含 目的基因DNA片段经体外操作与载体连接，转入一个受 体细胞并使之扩增、表达的过程。
•目的基因 •载体选择 •体外重组 •导入细胞 •筛选 •鉴定
分离、合成、逆转为cDNA、PCR扩增等 质粒、噬菌体、病毒
现代教育技术教学方案
食品微生物“微生物的遗传变异与菌种选育”教案本教案适用于普通高等教育大二《食品微生物》教学一.教学内容分析本课教学为中国农业大学出版社出版的普通高等教育“十三五”规定教材，为食品科学与工程学科系列必修教材，主要讲述:微生物学的基础知识，有益微生物在食品加工过程中的应用，有害微生物在食品加工、贮藏等过程的预防和消除等。
随着微生物学及生命科学的迅速发展，食品微生物学也从中获得了许多新的知识和新的技术,并应用这些新知识和新技术来生产更多富有营养和安全的食品，如用微生物对农产品进行生物转化，微生物资源的开发利用。
生物工程技术广泛地应用于食品贮藏、加工以及食品安全检测方面。
本次教学为教材第五章关于微生物的遗传变异与菌种选配的知识，二.教学目标1.掌握微生物遗传变异的物质基础及其结构、特点和在细胞中的存在方式。
2.掌握基因突变的实质、类型、特点和突变机制、3.了解不同类型微生物的基因重组。
4.学会依据微生物的遗传特性设计工业微生物菌种的筛选程序.并能合理保藏所得面种。
三.学习者特征分析1.学习特点学习者为普通本科大二学生，对食品学科有着一定的基础知识，并具有一定的对相关学科的探索.学习的兴趣，但理论存在，实验却很难开展，动手能力不是很强，对理论和实践相结合的整合，加工，处理的整体能力不强。
2.学习习惯大二学生拥有较广知识资源和学习时间，也具有一定的辨识能力，但他们却很难集中时间去学习，因课程间隔长，很难独立自主的去复习和学习，学习能力走下坡路3.学习交往大二学生具有较广的社交区域和人脉，但学习交往的比例不是很高，很难利用交流去学习，外面的世界很精彩。
四.教学策略选择支架式教学策略，随机进入式教学策略，合作学习教学策略。
五.教学环境及分析1.教学环境理论＋实践合作教学2.学习资源（1）理论资源：授课教师多年教学经验，授课PPT，食品微生物教材，（2）实践资源：实验楼，实验用具六.教学过程流程图见附件1七.教学评价1.测试形式与工具课堂理论教学，实践教学，实践报告，学生自主利用学习资源，完成课后作业。
食品微生物 第5章 微生物遗传变异与菌种选育第一节
微生物的遗传变 异与菌种选育 (第一节掌握基因突变的实质、类型、特点和机制。 了解不同类型微生物的基因重组。 学会依据微生物的遗传特性设计工业微生物 菌种的筛选程序，并能合理保藏所得菌种。
主要内容
1、微生物遗传变异的物质基础 2、微生物的基因突变 3、微生物的基因重组 4、微生物的菌种选育 5、微生物菌种保藏及复壮
• 是实体，其物质基础是DNA （或RNA）；
• 是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段；
• 是遗传信息传递和性状分化发育的依据；
• 基因是可分的，根据功能不同，分为： 编码蛋白质的基因 结构基因（结构蛋白，酶） 调节基因（阻遏蛋白或激活蛋白） 无翻译产物的基因 tRNA基因（简称 tDNA ） rRNA基因（简称rDNA ） 不转录的DNA区段 启动子（promotor） 操纵基因（operator）
（5）抗原突变型
由于突变引起的细胞抗原结构发生 变异的类型。
细胞壁缺陷变异 荚膜、鞭毛成分变异
（6）产量突变型
通过基因突变而产生的在代谢产物 产量上明显有别于原始菌株的突变。
正突变（plus mutant） 负突变（minus mutant）
3）突变的条件和原因
自发突变：在自然条件下微生物发生的基因 突变。突变率为10-8个左右。
错配
3.2诱发突变的机制
碱基对的置换
直接 间接
移码突变
染色体畸变
1）碱基置换——1）直接
该类诱变剂与碱基起化学反应，改变碱基的结构，导致错配。
亚硝酸：G-C
A-T 转换互变 讲
各种烷化剂 ：G-C
A-T 互变
羟胺：只引起G-C
A-T 转换（专一性与C起反应）
1次 2次
食品微生物学绪论ppt
生产的蛋白质/ 24h（kg）
食用公牛
草料
5 ×10 －1
大豆 酵母菌
N2、CO2 和 H2O 质量较次的糖液和氨水
5 ×10 1 5 ×10 4
产朊假丝酵母合成蛋白质的能力 比大豆强100倍 比食用公牛强10万倍
（三）生长旺，繁殖快 微生物以惊人的速度
大肠杆菌一个细胞重约10 –12 克， 平均20分钟繁殖一代
陶文沂主编
中国轻工业出版社
微生物工程工艺原理 姚汝华 主编 华南理工大学出版社
现代食品发酵技术 王福源主编 中国轻工业出版社
教学参考书
教 学 参 考 杂 志
学习方法
勤阅读，学会检索，开拓视野（网络、期刊）； 多思考，丰富思维方式；培养专业兴趣； 多动手，培养实验能力。
（1） （2） （3）
个体小、结构简单、且多是单细胞，繁殖快、数量多， 与外界环境直接接触等特点，使微生物易发生变异。
易
变
突变率：10-5 – 10-10
异
青霉素：
50000单位/ ml
青霉素的生产： 20单位/ ml（1943）
数百万-千万单位/次
（一）体积小，面积大
测量单位：微米Biblioteka 纳米病毒细菌 细胞核 动物细胞
杆菌的平均长度和宽度：2μm和0.5μm
0.5×2.0 m
3000个杆菌首尾相连= 一粒大米的长度
10-100亿个细菌加起来重量 = 1毫克
病毒——﹤0.2 m 杆状细菌——0.5×2.0 m
｝ 支原体
立克次氏体
0.2～0.5 m
第十章 食物中毒与食品源病原微生物
教材
第二版
第三版
主要参考书
食食品品微微生生物物学学何国杨庆洁彬主主编编 中国农中业国农大业学大出学版出社版 微新生编物食学品教微程生周物德庆学主编张高文等治编教著育出中版国社轻工业出版社 现微代生食物品学微生（武物汉大学学、复刘旦慧大主学编）著合编中高国教轻出工版业社出版社 食工品业微微生生物物学生贺理稚与菲主遗编传中国育标种准出学版社
第五章微生物的遗传变异与菌种选育复习题知识讲解
第五章微⽣物的遗传变异与菌种选育复习题知识讲解第五章微⽣物的遗传变异与菌种选育复习题⼀、名词解释1.遗传型（genotype）遗传型⼜称基因型，是指某⼀⽣物个体所含有的全部遗传因⼦（基因组）所携带的遗传信息。
它是⼀种内在的可能性或潜⼒，只有在适当的环境条件下，通过⾃⾝的代谢和发育，才可将遗传型转化成现实的表型。
2.表型（phenotype）表型是某⼀⽣物体所具有的⼀切外表特征和内在特性的总和。
它是遗传型在⼀定环境下通过⽣长和发育后得体现，故是⼀种现实性（具体性状）。
3.变异（variation）变异是⽣物体在某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，其特点是群体中，以极低的概率出现（约10-9-10-5），性状变化幅度⼤，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。
4.饰变（modification）饰变是⼀种不涉及遗传物质结构或数量变化，只发⽣在转录、转译⽔平上的表型变化。
其特点是整个群体中⼏乎每⼀个体都发⽣同样的变化；性状变化的幅度⼩；饰变后的性状是不遗传的。
5.基因（gene）基因是⽣物体内的最⼩遗传功能单位，其本质是⼀段核苷酸序列，它能编码多肽链（通过mRNA）、tRNA或Rrna.6.操纵⼦（operon）操纵⼦是原核⽣物特有的基因形式，由三种功能上密切相关的基因组成，包括结构基因、操纵基因和启动基因。
7.结构基因（structure gene）结构基因是决定某⼀多肽链⼀级结构的DNA模板，它通过转录和转译机制可指导多肽链的合成8.遗传密码（genetic code）DNA链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸序列称为遗传密码，其信息单位是密码⼦（核苷酸三联体）9.质粒（plasmid）直⽴式⼀类游离于核基因组外，具有独⽴复制能⼒的⼩型共价闭合环状dsDNA分⼦（cccDNA）。
10．F质粒（F plasmid）F质粒⼜称F因⼦或致育因⼦。
是⼤肠杆菌等细菌决定其性别并有转移能⼒的质粒。
《食品微生物学》课程标准.
《食品微生物学》课程标准一、课程概述《食品微生物学》是食品科学与工程专业的一门专业基础课程，本课程研究微生物的形态、结构、营养、生理代谢、生长及控制、遗传育种、分类以及微生物在食品工业中的应用等基本理论知识和有关微生物的基本实践操作技能。
《食品微生物学》是《微生物学》的一门分支应用学科，它与《医学微生物学》、《农业微生物学》等学科处于同一层次，其前置课程是《生物化学》，后置课程为《食品工艺学》。
可以说，《食品微生物学》是基础学科在食品工业中的应用。
它主要是一门应用性、实践性的学科。
通过学习，使学生能够利用微生物发酵生产食品，并掌握在食品生产加工和食品卫生监督中有关微生物的鉴别、检验、生长控制等基础理论知识和基本实践操作技能，为学生以后从事专业技术工作打下坚实的基础。
二、课程目标1．知道《食品微生物学》这门学科的性质、地位和独立价值。
知道这门学科的研究范围、研究方法、学科进展和未来方向。
2．理解这门学科的主要概念、基本原理和方法，尤其是基本理论知识、基本实践技能。
3．掌握《食品微生物学》的基本理论知识、基本实践技能，并能够把所学的基本理论知识、基本实践技能应用到具体的食品工业中去中去。
4．学会运用理论知识解决实际问题，培养学生发现、分析、解决问题的能力。
三、课程内容和教学要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。
这四个层次的一般涵义表述如下：知道———是指对这门学科和教学现象的认知。
理解———是指对这门学科涉及到的概念、原理、方法与技术的说明和解释，能提示所涉及到的教学现象演变过程的特征、形成原因以及教学要素之间的相互关系。
掌握———是指运用已理解的教学概念和原理说明、解释、类推同类教学事件和现象。
学会———是指能模仿或在教师指导下独立地完成某些教学知识和技能的操作任务，或能识别操作中的一般差错。
教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
（八）微生物与发酵食品四、课程实施（一）课时安排与教学建议食品微生物学是食品类必修课，系主干课程。
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。
微生物的遗传变异
1944 年 O.T.Avery 、 C.M.MacLeod 和 M 。 McCarty 从热 死S型S. pneumoniae 中提纯了可能作为转化因子的各种 成分，并在离体条件下进行了转化试验：
活 R菌
①加S菌DNA 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 ⑤加S菌的蛋白质 ⑥加S菌的荚膜多糖
3 耐药性变异
耐药性变异：微生物对某种抗菌药物 由敏感变为耐药的变异。有些微生物 还表现为同时耐受多种抗菌药物，即 多重耐药性。
耐药性变异成为当今医学、农业上的重要难题。
4 菌落变异
细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙 (rough,R)型两种。S型菌落表面光滑、湿润、 边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边 为粗糙、干燥、边缘不整齐，称S—R变异。 S—R变异常见于肠道杆菌，是由于失去LPS 的特异性寡糖重复单位而引起的。 变异时不仅菌落的特征发生改变，且细菌的其 它性状也发生了变化。 S型菌的致病性强，但有少数R型菌的致病性 强，如结核分枝杆菌。
二 变异的类型 1 形态结构的变异
大小和形态在不同的生长时期可不同， 生长过程中受外界环境的影响也可发 生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养 物上细菌的多形态性、细菌L型。 特殊结构如：荚膜（肺炎链球菌）、 芽胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形 杆菌H-O变异）也可发生变异。
2 毒力变异
毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄 居在咽喉部，不致病；当感染了β-棒状 噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生 白喉毒素的能力，引起白喉。 毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基 上传代培养，可是细菌的毒力减弱或消 失。卡介苗(BCG)是有毒的牛分枝杆菌 在含有胆汁的甘油、马铃薯培养基上， 经过13年，连续穿230代，获得的一株 毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。
《食品微生物学》课程笔记
《食品微生物学》课程笔记第一章绪论一、微生物的定义与特点1. 微生物的概念微生物是一类存在于自然界中的微小生物体，它们个体微小，通常需要借助显微镜才能观察到。
微生物包括细菌、真菌、病毒、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体等多种类型，它们在生物界的分类中占有重要地位。
2. 微生物的特点（1）体积小：微生物的个体大小一般在0.2-10微米之间，有的甚至更小，如某些病毒直径仅为20-300纳米。
（2）种类繁多：目前已发现的微生物种类超过10万种，且新的种类仍在不断被发现。
微生物的多样性是生物界的一个重要特征。
（3）繁殖速度快：微生物具有极高的繁殖速度，例如细菌在适宜条件下每20-30分钟就能繁殖一次。
（4）适应能力强：微生物能在极端环境中生存，如高温、低温、高盐、低氧、酸性、碱性等条件。
（5）变异性强：微生物容易发生基因突变，这种变异性是微生物进化和适应环境的基础。
（6）分布广泛：微生物几乎无处不在，它们存在于土壤、水体、空气、人体内外以及各种生物体上。
二、微生物学发展史与展望1. 微生物学发展史（1）初创阶段（17世纪-19世纪）：1676年，列文虎克首次观察到微生物；1864年，巴斯德通过鹅颈瓶实验证明微生物不是自然发生的，而是由已存在的微生物繁殖而来。
（2）奠基阶段（19世纪末-20世纪初）：科赫提出了细菌学的基本原则，埃弗里等人发现了抗生素，并建立了微生物培养和分离的技术。
（3）发展阶段（20世纪中叶至今）：分子生物学技术的应用使微生物学进入了一个新的时代，遗传工程、基因组学等领域的进展为微生物学的研究提供了强大的工具。
2. 微生物学展望（1）微生物资源的开发与利用：继续探索未知的微生物资源，特别是在极端环境中发现的微生物，它们可能具有独特的生理功能和代谢途径。
（2）微生物功能基因组学：通过基因组测序和功能分析，深入研究微生物的生理特性、代谢途径和调控机制。
（3）微生物与环境：研究微生物在生态系统中的作用，特别是在全球气候变化和环境污染治理中的应用。
食品微生物 第五章 微生物的遗传变异与育种选育
Newcombe的涂布实验（1949）
变量实验（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（1943）
Salvador Luria
Max Delbruck
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969
•错义突变：碱基的变化引起氨基酸的改变
•无义突变：是指碱基序列改变为氨基酸终 止密码子(UAA，UAG，UGA)。蛋白质合 成超前停止，导致一个截短的蛋白质产生。
6）突变的表型可分为：
1.形态突变型： 2.条件致死突变型： 3. ★营养缺陷突变型： 4.抗性突变型： ★抗药、紫外线、噬菌体； 5.抗原突变型： 6.产量突变型：
主要质粒
抗通（（抗R典酶质性过12性型基））质4转粒的因、种、粒移：编。机改修授因又制变饰码予子称中抗抗能宿RR的菌菌T够主因F一素素细：破子种，作胞分坏而或用使抗子或实的之抗药量修现靶失性性约饰的位活因遗为：点；抗传子；生特，素性具是的有
R抗f（阻（结1带 抗 万a1因×c性止构34有性到t1））子0抗的o四决1转06、、r由0D菌酶环定，移×使最a素，相素R1l因t0病主R因o进能6抗连nTD子原 要子，入 代性Fa的（菌 的l：控t细 替基）o两的 是r质n制胞 宿因e和以个细 质粒质s； 主。抗上i胞 粒D大s粒细t。性N膜 编小e拷胞其nA决结 码不贝中c片上构 能e定固数被带段发 改t定及R抗r有组生变因a，复菌n其变抗成从子制素s它f化生几，，（作o抗，素百r还即r生-
基因突变自发产生 突变形状与突变原因不对应(如何证明？) 自发突变几率低， 10-6--10-9 不同基因的突变互不影响 诱变剂可大大提高突变率， 10-106倍 突变基因的性状是稳定的 突变性状是可以通过再次突变回复的
微生物的遗传变异
微生物的遗传变异[内容提要]细菌遗传变异的物质基础主要是基因组。
质粒作为自我复制单位，控制细菌的某些次要性状，如抗性等，质粒可以转移、也可以丢失的特点得到高度重视。
转座因子因具有可移动性，成为研究细菌遗传变异的有用工具。
毒力岛是从基因水平认识细菌毒力因子的新概念。
基因突变是细菌最重要的变异，可用化学或物理的方法人为造成。
转化、转导、接合是细菌个体间交换遗传物的天然方式，对细菌的变异具有重要意义，还可以采用原生质体融合及转染等人工方法达到相似的目的。
掌握细菌遗传变异的规律，有利于动物传染病的诊断和预防，并可推动基因工程技术的进步。
细菌与其他生物一样，通过遗传（heredity）与变异（variation）生存与发展。
所谓细菌的遗传，系指亲代细菌与子代细菌的相似性，它使细菌的性状保持相对稳定，是各种细菌存在的根据。
所谓细菌的变异，指亲代与子代以及子代细菌之间的不相似性，细菌得以发展进化。
第一节细菌遗传的物质基础一、基因组（genome）细菌的基因组位于核体，是遗传的主要物质基础。
核体又称染色体（chromosome）是由环状双螺旋两条DNA长链组成，含细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与变异。
每条DNA单链的骨架由磷酸和脱氧核糖组成，支链含有四种碱基，即两种嘌呤：腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），两种嘧啶：胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
细菌染色体DNA以半保留方式进行复制。
新形成的DNA双链分子与亲代的完全相同，所携带的遗传信息也与亲代的完全相同。
倘若在DNA复制中，子代DNA发生改变，便会出现变异。
二、质粒（plasmid）质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状双螺旋DNA分子，可为一种或若干种。
质粒可以自身复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。
质粒是自行复制单位，有多个拷贝者，称为松弛型复制；有的需随染色体一起复制，仅一个拷贝者，称为严紧型复制（stringent replication）。
前者称为松弛型质粒，后者称为严紧型质粒。
微生物学 第5章 遗传与变异ppt课件
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（三）噬菌体
概念：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌和螺 旋体等微生物的病毒 。
特
1. 个体微小，可通过滤菌器。
点
2. 结构简单，无完整结构。
3. 具有严格宿主特异性，只能寄
居在相应的易感活菌体内。
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化学组成
蛋白质：构成头部衣壳及尾部，
有保护作用并决定噬菌体的外形、
•
表面特点。
核酸：是其遗传物质，为DNA 或RNA，常见的噬菌体的基因 组为2-200kb。
• 毒性噬菌体 • 凡能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代
噬菌体，最终裂解细菌的噬菌体称毒性噬菌体。
• 温和噬菌体 又溶原性噬菌体 • 噬菌体核酸与宿主菌染色体整合，不产生子代
噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随 细菌的分裂而传代。
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26
• 溶菌周期：又称噬菌体的复制周期，是指从
噬菌体吸附开始至细菌溶解释放子代噬菌体。
1. 环状双螺旋DNA长链，不含组蛋白, 无核膜
包围。
2. 结构连续, 几乎无 内含子，大多为单拷贝。
3. 种内和种间存在广泛的遗传物质的交换。 4. 细菌致病岛（pathogenicity island)——与毒
力相关的大片段外源DNA。
5. 双向复制
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（二）质粒
•胞浆内染色体外的
遗传物质，是环状 闭合的双股DNA。
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5
L型细菌变异（形态变异）
一 、
形态结构的变异 H-O变异（鞭毛变异、变形杆菌）
芽胞变异（炭疽b）
细
荚膜变异（肺炎球菌）
菌 的
抗原性变异
变
菌落变异：S-R变异
徐蕾《微生物学》第4、5章噬菌体、遗传变异qians
(3) 医学上重要的质粒
◆ F质粒（fertility plasmid)或致育性质粒 ——控制细菌性菌毛的产生，与细菌变异有关；
♂. 带有F质粒的为雄性菌，能编码产生性菌毛； ♀. 无F质粒的为雌性菌，无性菌毛。 ◆ 耐药性质粒（resistance plasmid）
——编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。
◆ 毒力质粒（Vi质粒，virulence plasmid ） ——编码与该菌致病性有关的毒力因子。
ST质粒：编码耐热肠毒素 K质粒：决定细菌的粘附定植
3. 噬菌体
棒
状
白喉杆菌
杆
菌
噬
菌
体
4、转座元件
1）概念： 一类能够在细菌的染色体、质粒、噬菌体之间自行移
动的遗传成分，是基因中一段特异的具有转位特性的独立 的DNA 序列。
思考题
1.解释噬菌体，毒性噬菌体，温和噬菌体（溶 原性噬菌体），前噬菌体
2.溶原性细菌经历哪两个生活周期？ 3.毒性噬菌体的复制周期有哪几个阶段？
另：Phage的形态和结构 溶菌过程
第五 章 细 菌 的 遗 传 和 变异
一. 细菌的变异现象
遗传性变异
(基因型变异)
非遗传性变异
(表型变异)
R质粒接合作用产生耐药性的特点
有RTF，耐药性传播迅速 对多种抗生素耐药 种间传播，使耐药性广泛传播
3. 转导(transduction)
转导——是以温和噬菌体为载体，将供体菌的
一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性 状。
◆普遍性转导（generalized transduction） ◆局限性转导（restricted transduction）
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（2）细菌培养实验 热死S菌———不生长 活R 菌———长出R菌
热死S菌+活R 菌———长出大量R菌和少量S菌
以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在 一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并 使R型细胞获得稳定的遗传性状.
活R菌
①加S菌DNA ②加S菌的RNA ③加S菌的蛋白质 ④加S菌的荚膜多糖
烟草花叶病毒的拆开与重建实验 （部分病毒为RNA）
1.经典转化实验（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
（1）动物实验 对小鼠注射活R菌或死S菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活S菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 ———小鼠死亡
食品微生物学第五章微生物的遗传 变异
2.按表型改变分
突变株的表型
成因
因突变而丧失合成一
营养缺陷型
种或几种生长因子的
能力不能在基本培养
基上生长突变株
抗性突变型
因突变而产生了对某
种化学药物或致死
物理因子的抗性
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
繁殖的突变型
第五章 微生物的遗传变异 与菌种选育
遗传变异的物质基础 微生物的基因突变及修复 微生物的基因重组 菌种的衰退、复壮与保藏
遗传：微生物通过繁殖，将自己的性状信息传递给 子代，使之在形态、构造、生态和生理生化特 性等方面具有一定的相似性。
一、微生物遗传变异的物质基础
（一）遗传变异的物质基础 肺炎双球菌转化实验 证实了DNA是生物 噬菌体感染实验 遗传物质
（二）DNA的结构与复制
1.DNA的结构 （1）DNA是由两条反向平行的 聚核苷酸链围绕同一中心轴盘 旋形成的右手双螺旋结构；
（2）由磷酸和核苷酸相间组成 的主链位于螺旋的外侧；
（3）侧链碱基位于内侧，两条 链间的碱基以氢键互相配对。
基因：生物体内DNA分子上储存遗 传信息的、有自我复制能力的具有特 定的碱基顺序的核苷酸片断。
选用TMV和HRV，分别拆分取得各自的RNA 和蛋白质：
（1）RNA（TMV） 蛋白质（HRV） （2）RNA（HRV） 蛋白质（TMV） 用两种杂合病毒感染寄主： （1）表现TMV的典型症状并分离到正常TMV 粒子 （2）表现HRV的典型症状并分离到正常HRV粒 子。
上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基 础也是核酸。
变异：子代与亲代或子代与子代之间在形态、构 造、生态和生理生化特性方面总存在差异，凡 能引起遗传改变的现象称为变异。
食品微生物学第五章微生物的遗传 变异
二、微生物的突变
突变：遗传物质突然发生的可遗传的变化。 由于重组或附加体等外源遗传物质的整合而引起的 DNA改变，不属于突变。
变种（变株）：发生了基因突变的微生物个体在 形态、生理生化或其它方面的性状发生改变，改变 了的性状可以遗传。
⑵染色体畸变 染色体数目不变，但有较大范围的结构改变，
由DNA（RNA）片段缺失、重复或重排造成。
缺失 重复 倒位 易位
同源染色体 homologous chromosomes
定义：形态、结构、遗传组成基本相同和在 减数分裂中彼此联会的一对染色体，一个来 自母方，另一个来自父方。一般在同源染色 体上有相同的基因座位，因此二倍体细胞中 的基因都有两份。
2.DNA的复制 特点：半保留式复制，确保了
复制的精确性。 过程：双链间氢键断裂 双螺旋解旋
各自为模板合成互补链 氢键连接形成新的双螺旋
3.遗传物质的存在形式
1.真核微生物
大部分DNA＋蛋白质
染色体，呈丝状，存在
于细胞核中，极少数DNA存在于细胞器中(线粒体、
核糖体)
2.原核微生物
染色体单纯由DNA或RNA高度折叠成具有一定空 间结构的核区，核区以外的闭合环状DNA称为质粒。
R菌＋S菌 只有R菌
只有S型细菌的DNA才能将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。
2.噬菌体感染实验
食品微生物学第五章微生物的遗传
变异
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3.植物病毒的拆开与重建实验
将TMV拆成蛋白质外壳与RNA，分别对 烟草进行感染试验，结果只有RNA能感染 烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还 能分离出正常病毒粒子。
食品微生物学第五章微生物的遗传 变异
（一）突变的类型
基因突变 1.按突变涉及的范围
染色体畸变
食品微生物学第五章微生物的遗传 变异
⑴基因突变：发生在一个基因片段内部，只涉及1对或
几对碱基对，由于碱基对的替代或增减造成 。
转换：A-T G-C C-G T-A 碱基对替代
颠换：A-T T-A C-G G-C 碱基对增减：移码突变
检出方法 补充培养基
药物培养基 培养条件改变
突变株的表型
成因形态突变型Fra bibliotek因突变而产生的个体
或菌落形态的非选择
性变异
抗原突变型
因突变而引起的抗原
性发生改变
检出方法 形态 常用颜色变化
借助于抗原 抗体反应
产量突变型
因突变而获得的在有 用代谢物产量上高于 原始菌株的突变株
测定产量或 其它
3.按突变的条件和原因 自发突变 诱发突变
或几种先后使用。 定向培育和驯化：特定环境，长期处理
（二）基因突变的特点
1.自发性： 2.稀有性：10-9～10-6 3.诱变性：提高突变率10～106倍 4.独立性：各个体突变独立进行 5.稳定性：突变基因相对稳定，
性状可稳定遗传 6.可逆性：
⑴自发突变：没有人工参与，自然条件下发生。 原因：自然界中存在的辐射、环境诱变剂以及
遗传重组的差错和DNA的复制差错。
⑵诱发突变：物理或化学因素促使细胞DNA分 子结构发生改变、内部碱基配 对发生失误。
物理诱变：紫外线、X、β 、γ 射线、 激光、等离子
化学诱变：烷化剂 复合处理及协同效应：同一种诱变剂重复使用
正常DNA链上的三联密码子
∣ABC∣ABC∣ABC∣ABC∣ABC∣ABC∣ABC∣ABC∣
↓增添了一个碱基 ∣ABC∣ABC∣AB+∣CAB∣CAB∣CAB∣CAB∣CAB
↓缺失了一个碱基A ∣ABC∣BCA∣BCA∣BCA∣BCA∣BCA∣BCA∣BCA
↓增添了一个碱基 ↓缺失一个B ∣ABC∣ABC∣AB+∣CAB∣CAB∣CAC∣ABC∣ABC