第八章 微生物的遗传变异和育种

（五）突变及其机制
基因突变的原因是多种多样的,它可以是自 基因突变的原因是多种多样的 它可以是自 发的或诱发的。 发的或诱发的。 诱变又可分为点突变和畸变。 诱变又可分为点突变和畸变。
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1、诱发突变
诱变：利用物理、 诱变：利用物理、化学或生物因素能显著提高基因自发突变 频率的手段。 频率的手段。 诱变剂(mutagen)：凡能显著提高突变频率的理化因子。 诱变剂(mutagen)：凡能显著提高突变频率的理化因子。 (mutagen) 诱变： 诱变：碱基对的置换 移码突变 染色体畸变
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涂布试验
涂布敏感菌5×104个 共12个平板 5×104个菌落 5000个细菌/菌落 重新涂布后 喷入T1保温 喷入T1保温
6个平板共353个菌落
6个平板共28个菌落
影印培养(replica plating)试验 3、影印培养(replica plating)试验
1952年,Lederberg夫妇 巧妙的影印培养法, 1952年,Lederberg夫妇 设计了一种更为 巧妙的影印培养法, 直接证明了微生物的抗药性突变是自发产生, 直接证明了微生物的抗药性突变是自发产生,与相应的环境 因素毫不相关的论点。 因素毫不相关的论点。
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原核细胞最大的细胞学特点就是无核膜与核仁的分化，只有 原核细胞 一个核区称拟核。其染色体DNA处于拟核区，无组蛋白，近 年来发现与非组蛋白结合。结构上为双链环状DNA。几种微 生物染色体的物理特性见表。原核细胞的染色体外DNA主要 指质粒（如F因子、R 因子、Col因子）。 真核细胞DNA分为核DNA和核外DNA。核DNA即染色体 真核细胞 DNA，它与组蛋白结合构成具有复杂结构的染色体。核外 DNA是指线粒体和叶绿体等DNA，其结构与原核细胞的 DNA相似，亦能编码结构蛋白。
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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
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基因突变 ：简称突变，是指细胞内（或病毒粒子内） 遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变 化。从自然界分离的菌株称野生型，突变后的菌株 称突变型（株）
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一、基因突变
（一）基因突变类型 （二）突变率 （三）突变的特点 （四）基因突变的自发性和不对应性的证明 （五）突变及其机制 （六）紫外线对DNA的损伤及其修复 紫外线对DNA的损伤及其修复 DNA
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一、遗传物质化学本质的确定
肺炎链球菌转化实验 噬菌体感染实验 植物病毒重建实验 结论： 结论：核酸是负载遗传信息的物质基础
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肺炎链球菌转化实验
创立人：英国人 创立人：英国人Griffith于1928年首次发现这 于 年首次发现这 一现象。 一现象。 研究对象：肺炎链球菌S型和 型 型和R型 研究对象：肺炎链球菌 型和 过程： 动物实验； 细菌培养试验； 过程：①动物实验；②细菌培养试验；③S型菌 型菌 的无细胞抽提液试验； 的无细胞抽提液试验；④1944年Avery等人从 年 等人从 热死的S型中提纯了可能作为转化因子的各种成 热死的 型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实验。 并在离体条件下进行了转化实验。
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4、核酸水平
核酸种类 多数生物遗传物质为DNA，少数病毒为RNA 核酸结构 DNA－双链、单链；RNA－单链、双链 环状、线状、超螺旋 基因组的大小，单位：bp、kb、mb 微生物基因组测序
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5、基因水平
基因 生物体内一切具有自主复制能力的遗传功能单 位，其物质基础是一条以直线排列、具有特定 核苷酸序列的核酸片断 原核生物的基因调控 基因调控表达系统 操纵子 启动基因 操纵基因 调节基因 结构基因
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操纵子
结构基因 决定某一多肽链结构的DNA模板 操纵基因 位于结构基因和启动基因之间的一段核苷酸 序列 启动基因 一种依赖于DNA的RNA聚合酶所识别的核苷酸 序列
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真核生物的基因结构
一般无操纵子结构 存在大量不编码序列和重复序列 转录和转译在细胞中有空间间隔 基因被许多无编码功能的内含子Intron阻隔，使编码序 列变成不连续的外显子Exon
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植物病毒重建实验
创立人：Conrat AND Singer于1956年创立 研究对象：TMV AND HRV 过程：将两病毒的RNA和蛋白质外壳分别抽取出来并 重新进行组合。随后去感染花叶，发现病斑由各自的 RNA决定，而不是由蛋白质决定。这充分说明了，在 RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸，只不过是 RNA罢了。
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第七章 微生物的遗传变异和育种
（三）、突变的特点 ）、突变的特点
自发突变虽可随时 发生， 发生，但其突变率 却是极低和稳定的， 却是极低和稳定的， 一般在10 一般在10-6-10-9之 通过诱变剂的作用， 通过诱变剂的作用， 间。 可以提高上述自发 突变的几率， 突变的几率，一般 可提高10 10可提高10-105倍。 任何性状都可发生 正向突变， 正向突变，也都可 发生回复突变， 发生回复突变，几 率相同 突变的发生一般是 独立的。 独立的。某一基因 稀有性 的突变， 的突变，既不提高 也不降低其他任何 独立性 由于突变的根源是遗传 基因的突变率。 基因的突变率。 诱变性 物质结构上发生了稳定 的变化， 的变化，所以产生的新 稳定性 的变异性状也是稳定的、 的变异性状也是稳定的、 可逆性 可遗传的。 可遗传的。 各种性状的突变可在 自发性 突变的性状与引起突 没有人为的诱变因素 变的原因间无直接的 处理下自发地产生。 不对应性 处理下自发地产生。 对应关系。 对应关系。容易引起 争论的问题
(二)、突变率
突变率(mutation mate)指生物在一个世代中在特定条件 突变率 指生物在一个世代中在特定条件 下发生某一突变的几率。 下发生某一突变的几率。 也就是突变体占该世代个体的比例。 也就是突变体占该世代个体的比例。 亦可用每个单位群体在每个世代中产生突变株的数目来表 常为10 示。常为 -6-10-9 一般突变是独立发生的。 一般突变是独立发生的。突变的基因不会影响其它基因的 突变率 双重突变的几率是各个突变几率的乘积
Joshua Lederberg
1958年Lederberg获诺贝尔生理学－ 1958年Lederberg获诺贝尔生理学－医学奖 获诺贝尔生理学
影印培养法
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影印培养试验
原始敏 感菌种
影 印 培 养
无药
药
结论:基因突变是自发的， 结论 基因突变是自发的，有不对应性 基因突变是自发的
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（四）、基因突变的自发性和不对应性的证明 ）、基因突变的自发性和不对应性的证明 变量试验 涂布试验 影印培养试验
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1．变量试验
1943年Luria和Delbruck根据统计学的原理， 1943年Luria和Delbruck根据统计学的原理，设计了实验 根据统计学的原理
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植物病毒重建实验
结论:核酸是负载遗传信息的物质基础 结论 核酸是负载遗传信息的物质基础
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（一）遗传物质的七个水平
细胞水平 细胞核水平 染色体水平 核酸水平 基因水平 密码子水平 核苷酸水平
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1、细胞水平
除部分病毒的遗传物质是RNA外，其余病毒及全部具 有典型细胞结构的生物体的遗传物质都是DNA。按 其在细胞中存在形式可分成染色体DNA和染色体外 DNA。原核细胞和真核细胞中的DNA存在形式不完 全相同。
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2、细胞核水平
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3、染色体水平
染色体数目 大肠杆菌：1；酿酒酵母：16－17；枯草芽孢杆菌：1 染色体倍数：同一细胞中相同染色体的套数 真核生物：多数染色体，单倍体、双倍体 原核生物：一条裸露的DNA构成的环状染色体 单倍体：细胞仅包含有一套染色体的个体。如多数微生物、 高等动植物的生殖细胞 双倍体：细胞含有两套功能相同的染色体的个体。如啤酒 酵母营养细胞等。
Salvador Luria
Max Delbruck 北方民族大学 微生物学
变量试验
大肠杆菌稀释培养物
10 ml
(培养前先分成50小管)
10 ml
(在同一个大管中作整体培养)
2
3
7
1
4
4
3
5
抗噬菌体菌落数
抗噬菌体菌落数
2、涂布试验
1949年,Newcombe 1949年 与变量试验相似, 与变量试验相似,但方法更为简便 固体平板培养法
核苷酸水平（碱基水平） 7、核苷酸水平（碱基水平）
最低突变单位或交换单位 DNA链中有A、T、G、C四种碱基，少数例 外5－羟甲基胞嘧啶 多数细菌的基因组在1－9Mb
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（二）原核生物的质粒
质粒是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。 质粒是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。 DNA 大质粒 小质粒 几种重要的质粒 致育质粒（ 质粒） 致育质粒（F质粒） 耐药质粒 毒力质粒（Vi质粒 质粒） 毒力质粒（Vi质粒） 细菌素质粒 代谢质粒
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(一)、基因突变的类型
选择性基因突变 能用选择性培养基（选择性条件） 能用选择性培养基 （ 选择性条件 ） 快速选择出来的突 变株 营养缺陷型 抗性突变型 条件致死突变型 非选择性基因突变 形态突变型 抗原突变型 产量突变型
某一野生型菌株由于发生基因突 变而丧失合成一种或几种生ຫໍສະໝຸດ Baidu因 子的能力， 子的能力，因而无法在基本培养 由于基因突变而使原始菌株产生了对某 基上正常生长繁殖的变异类型， 基上正常生长繁殖的变异类型， 种抗性的变异类型。 种抗性的变异类型。 称为营养缺陷型。 称为营养缺陷型。 抗性突变型普遍存在， 抗性突变型普遍存在，例如对各种抗生 素的抗药性菌株等。 素的抗药性菌株等。 化学药物或致死物理因子 抗生素、 抗生素、紫外线 指由突变引起的个体或菌落形态的变异， 指由突变引起的个体或菌落形态的变异， 指由于基因突变引起的细胞抗原结构发 一般属非选择性突变。 一般属非选择性突变。 生的变异类型， 生的变异类型，包括细胞壁缺陷变异 （L型细菌等）、荚膜或鞭毛成分变异 型细菌等）、荚膜或鞭毛成分变异 型细菌等）、 通过基因突变而产生的在代谢产物产量 一般也属非选择性突变。 等，一般也属非选择性突变。 上明显有别于原始菌株的突变株
微 生 物 学
任课教师： 任课教师：宋长冰
乌日娜
刘雅琴
倪志婧
西北第二民族学院
第八章 微生物的遗传变异和育种
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第七章 微生物的遗传变异和育种
第一节 遗传变异的物质基础
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微生物作为模式生物的生物学特性
由于微生物有一系列非常独特的生物学特性， 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。 本理论问题中，微生物成为最热衷的研究对象。 个体微小，结构简单； 如：个体微小，结构简单；营养体一般都是单倍 繁殖快；易于累积不同的中间代谢物； 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。 形态可见性与多样性等。
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规范化表示
基因名称：lacZ 基因表达产物：3个大写字母、或1个大写2 个小写 抗性基因：strR
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6、密码子水平
遗传密码 ：指基因DNA链上决定各具体氨基酸的 核苷酸的特定排列顺序 密码子：遗传密码的信息单位 每个密码子由链上三个核苷酸顺序决定。
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肺炎链球菌转化实验
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转化原理：1944年Avery等离体条件下的转化实验 转化原理： 年 离体条件下的转化实验
DNA作为遗传物质的第一个实验证据 DNA作为遗传物质的第一个实验证据
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噬菌体感染实验
创立人：美国人 创立人：美国人Hershey AND Chase于1952年 于 年 研究对象： 研究对象：噬菌体