食品微生物学第五章微生物的遗传变异
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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
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。
（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
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：
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
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
（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。
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
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
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。
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
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
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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
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
85
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。
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
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。
（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
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：
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
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
（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。
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
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
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。
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
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
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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
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
85
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。