微生物的遗传变异和育种PPT课件
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第七章微生物的遗传变异和育种
几个概念
遗传(heredity) 变异(variation) 遗传型(genotype) 表型(phenotype) 饰变(modification)
第一节 遗传变异的物质基础
三个经典实验
转化实验 噬菌体的感染实验
病毒的拆开和重建实验
（一）转化实验
4. 典型质粒简介
1）F质粒 ( F plasmid )
是E.coli 等细菌决定性别并有转移功能的质粒。
2）R质粒( R plasmid, resistance plasmid)
3）Col质粒 (col plasmid)
大肠杆菌素
是一类由E.coli某些菌株所产生的细菌素，具
有通过复制、转录、转译或能量代谢等方式而 专一性地杀死它种肠道菌或同种其他菌株的能 力，由Col质粒编码；
突变是自发产生的，与环境是否存在该 物质无关。
1.变量试验（fluctuation test）
实验设计者 美国的鲁里亚和德尔波留克根据统计学原理设计；
时间：1943年 实验材料：
对T1噬菌体敏感的大肠杆菌 实验目的
验证突变的性状与引起突变的原因间有无直接对应 关系
实验过程
4）Ti质粒 (tumor inducing plasmid)
Agrobacterium tumefaciens（根
癌土壤杆菌）从一些双子叶植物的受 伤根部侵入，最后在其中溶解，释放 出Ti质粒，其上的T-DNA片段与植物 细胞中的核染色体组发生整合，合成 正常菌株所没有的冠瘿碱类，破坏控 制细胞分裂的激素调节系统，从而使 它转变成癌细胞。
（二）基因突变的类型
基因突变的类型有哪些？
哪些突变型是选择性突变株？哪些是非 选择性突变株？为什么？
举例说明如何筛选抗性突变株？
突变株的表型
选择性突变株
营养缺陷型 抗性突变型 条件致死突变型
形态突变型 非选择性突变株 抗原突变型
产量突变型
（三）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；
实验材料：Streptococcus pneumoniae
Streptococcus pneumoniae 的几种形态
S型和R型
转化实验
转化实验
➢ 从活的S菌中抽提各种细胞成分（DNA，蛋白质， 荚膜多糖等），并对各组分进行转化试验
（二）噬菌体感染实验
实验材料：E.coli 噬菌体
自发突变几率 一般在10-6~10-9范围内；
突变率为10-9的含义
抗性突变是最常见的突变类型；
细菌产生抗药性的途径 基因突变 抗药性质粒的转移 生理适应
由基因突变引起的抗药性的原因？
两种观点：
突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性 — 抗性突变株的产生是由环境因素 诱发出来的，属定向变异；
103/mL 24-36h
实验结果讨论
如果突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性结果如何？
如何解释得到的实验结果？ 噬菌体的作用？
突变的发生在时间上是随机的
2.涂布试验（Newcombe experiment）
实验设计者 1949年纽康布
实验材料 对T1噬菌体敏感的大肠杆菌 采用固体平板培养
实验设计者
1952年，美国的莱德伯格夫妇
实验材料
E.coli K12
实验过程
Lederberg 的平板培养法
（四）突变的特点
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
2. 特点
超螺旋结构； 携带某些特殊功能的基因（核基因组上所缺少），如具有
接合、产毒、抗药、固氮或降解环境毒物功能的基因； 某些质粒可与核染色体发生整合或脱离 — 附加体； 当用一些理化因素处理时，可使子代细胞中的质粒消除，
如丫啶类染料、丝裂霉素、紫外线或高温等因素； 具有重组的功能 — 质粒与质粒间、质粒与染色体之间； 有些质粒不表现任何功能 — 隐蔽性质粒；
（三）病毒的拆开和重建实验(TMV和HRV)
结论
核酸是负载遗Baidu Nhomakorabea信息的真正物质基础
二、遗传物质在细胞中的存在方式 核酸的七个水平
(一) 细胞水平 (二) 细胞核水平 (三) 染色体水平 (四) 核酸水平 (五) 基因水平 (六) 密码子水平 (七) 核苷酸水平
(二) 细胞核水平
遗传物质 类型
核基因组
真核生物的 有核膜包裹的真核
(DNA+组蛋白)
原核生物的 无核膜包裹的核区
(环状双链DNA)
线粒体
真核生物的
细胞质基因 共生生物
叶绿体等
核外染色体
2um质粒等 F因子(F质粒)
R因子(R质粒)
原核生物的
Col质粒
Ti质粒 巨大质粒
降解性质粒等
原核生物的质粒
1. 质粒的定义
•指游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制 能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即 cccDNA(circular covalently closed DNA)。
3.质粒的种类
按其复制与核染色体的复制是否同步
严紧型质粒 (stringent replication plasmid) 松弛型复制控制质粒 (relaxed replication plasmid)
按其功能
接合性质粒：如F质粒 抗药性质粒：如R质粒 产细菌素的质粒：如Col质粒 具有生理功能的质粒：如固氮的mega质粒、降解质粒等 产毒质粒：如Ti质粒
6个功能区：
•致癌区 •冠婴碱合成区 •冠婴碱分解区 •Ti质粒接合转移区(tra) •毒性区(vir) •DNA复制区(rep)
基因突变
突变
可遗传变异
染色体畸变
生
物
基因重组
的
变
异
不可遗传变异 -----饰变
第二节 基因突变和诱变育种
一、基因突变（gene mutation）
（一）定义
核酸上一对或几对碱基突然发生的可遗传 的变化。
实验过程
突变率的计算
接种时每一平皿的细胞数：5×104 培养5h后每一平皿的细胞数：
5×104 ×212.3（5100）= 2.6 ×108 6个平皿上共发现28个突变菌落 突变率=突变的细胞数/增加的细胞总数
=28/ 6 ×（ 2.6 ×108 -5×104）=1.8×10-8
3.平板影印试验（replica plating）
几个概念
遗传(heredity) 变异(variation) 遗传型(genotype) 表型(phenotype) 饰变(modification)
第一节 遗传变异的物质基础
三个经典实验
转化实验 噬菌体的感染实验
病毒的拆开和重建实验
（一）转化实验
4. 典型质粒简介
1）F质粒 ( F plasmid )
是E.coli 等细菌决定性别并有转移功能的质粒。
2）R质粒( R plasmid, resistance plasmid)
3）Col质粒 (col plasmid)
大肠杆菌素
是一类由E.coli某些菌株所产生的细菌素，具
有通过复制、转录、转译或能量代谢等方式而 专一性地杀死它种肠道菌或同种其他菌株的能 力，由Col质粒编码；
突变是自发产生的，与环境是否存在该 物质无关。
1.变量试验（fluctuation test）
实验设计者 美国的鲁里亚和德尔波留克根据统计学原理设计；
时间：1943年 实验材料：
对T1噬菌体敏感的大肠杆菌 实验目的
验证突变的性状与引起突变的原因间有无直接对应 关系
实验过程
4）Ti质粒 (tumor inducing plasmid)
Agrobacterium tumefaciens（根
癌土壤杆菌）从一些双子叶植物的受 伤根部侵入，最后在其中溶解，释放 出Ti质粒，其上的T-DNA片段与植物 细胞中的核染色体组发生整合，合成 正常菌株所没有的冠瘿碱类，破坏控 制细胞分裂的激素调节系统，从而使 它转变成癌细胞。
（二）基因突变的类型
基因突变的类型有哪些？
哪些突变型是选择性突变株？哪些是非 选择性突变株？为什么？
举例说明如何筛选抗性突变株？
突变株的表型
选择性突变株
营养缺陷型 抗性突变型 条件致死突变型
形态突变型 非选择性突变株 抗原突变型
产量突变型
（三）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；
实验材料：Streptococcus pneumoniae
Streptococcus pneumoniae 的几种形态
S型和R型
转化实验
转化实验
➢ 从活的S菌中抽提各种细胞成分（DNA，蛋白质， 荚膜多糖等），并对各组分进行转化试验
（二）噬菌体感染实验
实验材料：E.coli 噬菌体
自发突变几率 一般在10-6~10-9范围内；
突变率为10-9的含义
抗性突变是最常见的突变类型；
细菌产生抗药性的途径 基因突变 抗药性质粒的转移 生理适应
由基因突变引起的抗药性的原因？
两种观点：
突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性 — 抗性突变株的产生是由环境因素 诱发出来的，属定向变异；
103/mL 24-36h
实验结果讨论
如果突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性结果如何？
如何解释得到的实验结果？ 噬菌体的作用？
突变的发生在时间上是随机的
2.涂布试验（Newcombe experiment）
实验设计者 1949年纽康布
实验材料 对T1噬菌体敏感的大肠杆菌 采用固体平板培养
实验设计者
1952年，美国的莱德伯格夫妇
实验材料
E.coli K12
实验过程
Lederberg 的平板培养法
（四）突变的特点
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
2. 特点
超螺旋结构； 携带某些特殊功能的基因（核基因组上所缺少），如具有
接合、产毒、抗药、固氮或降解环境毒物功能的基因； 某些质粒可与核染色体发生整合或脱离 — 附加体； 当用一些理化因素处理时，可使子代细胞中的质粒消除，
如丫啶类染料、丝裂霉素、紫外线或高温等因素； 具有重组的功能 — 质粒与质粒间、质粒与染色体之间； 有些质粒不表现任何功能 — 隐蔽性质粒；
（三）病毒的拆开和重建实验(TMV和HRV)
结论
核酸是负载遗Baidu Nhomakorabea信息的真正物质基础
二、遗传物质在细胞中的存在方式 核酸的七个水平
(一) 细胞水平 (二) 细胞核水平 (三) 染色体水平 (四) 核酸水平 (五) 基因水平 (六) 密码子水平 (七) 核苷酸水平
(二) 细胞核水平
遗传物质 类型
核基因组
真核生物的 有核膜包裹的真核
(DNA+组蛋白)
原核生物的 无核膜包裹的核区
(环状双链DNA)
线粒体
真核生物的
细胞质基因 共生生物
叶绿体等
核外染色体
2um质粒等 F因子(F质粒)
R因子(R质粒)
原核生物的
Col质粒
Ti质粒 巨大质粒
降解性质粒等
原核生物的质粒
1. 质粒的定义
•指游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制 能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即 cccDNA(circular covalently closed DNA)。
3.质粒的种类
按其复制与核染色体的复制是否同步
严紧型质粒 (stringent replication plasmid) 松弛型复制控制质粒 (relaxed replication plasmid)
按其功能
接合性质粒：如F质粒 抗药性质粒：如R质粒 产细菌素的质粒：如Col质粒 具有生理功能的质粒：如固氮的mega质粒、降解质粒等 产毒质粒：如Ti质粒
6个功能区：
•致癌区 •冠婴碱合成区 •冠婴碱分解区 •Ti质粒接合转移区(tra) •毒性区(vir) •DNA复制区(rep)
基因突变
突变
可遗传变异
染色体畸变
生
物
基因重组
的
变
异
不可遗传变异 -----饰变
第二节 基因突变和诱变育种
一、基因突变（gene mutation）
（一）定义
核酸上一对或几对碱基突然发生的可遗传 的变化。
实验过程
突变率的计算
接种时每一平皿的细胞数：5×104 培养5h后每一平皿的细胞数：
5×104 ×212.3（5100）= 2.6 ×108 6个平皿上共发现28个突变菌落 突变率=突变的细胞数/增加的细胞总数
=28/ 6 ×（ 2.6 ×108 -5×104）=1.8×10-8
3.平板影印试验（replica plating）