微生物遗传育种和菌种保藏.ppt

微生物遗传育种和菌种保藏现在学习的是第1页，共40页第一节第一节 微生物的遗传育种微生物的遗传育种内容提要：内容提要：遗传的物质基础遗传的物质基础 微生物的基因组结构微生物的基因组结构 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种 细菌的基因重组细菌的基因重组现在学习的是第2页，共40页一一 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础三个经典实验：三个经典实验：转化实验转化实验 噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验 植物病毒的重建实验植物病毒的重建实验现在学习的是第3页，共40页（一）转化实验（一）转化实验 1944年年实验材料：实验材料：肺炎双球菌肺炎双球菌实验方法：实验方法：动物实验动物实验细菌培养实验细菌培养实验S S型菌无细胞抽提液试验型菌无细胞抽提液试验现在学习的是第4页，共40页实验材料：实验材料：肺炎双球菌肺炎双球菌光滑型（光滑型（S）粗糙型（粗糙型（R）有有 荚荚 膜膜菌落光滑菌落光滑分泌毒素分泌毒素致致 病病无无 荚荚 膜膜菌落粗糙菌落粗糙无无 毒毒不不 致致 病病SSS三个血清型三个血清型RRR三个血清型三个血清型实验材料实验材料现在学习的是第5页，共40页转化实验（转化实验（1）动物实验）动物实验活活死死死死加活加活R菌或死菌或死S菌菌加活加活S菌菌加加活活R菌和热死菌和热死S菌菌抽血分离抽血分离活的活的S菌菌现在学习的是第6页，共40页转化实验转化实验（2 2）细菌培养实验细菌培养实验热死热死 无菌落生长无菌落生长 体外培养 活菌活菌 体外培养 菌落菌落 菌落多菌落多菌落少菌落少 体外混合培养热死热死 活菌活菌 说明：加热杀死的说明：加热杀死的S型细菌中可能存在某种物质，型细菌中可能存在某种物质，能通过某种方式进入能通过某种方式进入R型细菌。型细菌。现在学习的是第7页，共40页转化实验转化实验（3 3）S S型菌无细胞抽提液试验型菌无细胞抽提液试验大量大量R R菌落菌落活活R R菌菌S S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液+活活R R菌菌+S S菌菌DNADNAS S菌落菌落S S菌菌PrPrS S菌多糖菌多糖R R菌落菌落活活R R菌菌+说明：遗传因子是以说明：遗传因子是以DNA为物质基础。为物质基础。现在学习的是第8页，共40页（二）（二）噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验 1952年年Pr 只含只含S不含不含PDNA只含只含P不含不含S原理原理步骤步骤1：用含同位素：用含同位素35,P32的放射性物质标记噬菌体的放射性物质标记噬菌体吸附吸附10分钟后分钟后搅动搅动离心离心上清液上清液沉沉 淀淀2：让噬菌体：让噬菌体 感染大肠杆菌感染大肠杆菌3：沉淀细胞进一步培养，可产生大量的子代噬菌体。沉淀细胞进一步培养，可产生大量的子代噬菌体。证明：在其证明：在其DNA中，含有包括中，含有包括Pro外壳在内的整套遗传物质。外壳在内的整套遗传物质。含含15%放射性放射性含含85%放射性放射性现在学习的是第9页，共40页（三）植物病毒的重建实验（三）植物病毒的重建实验 1956年年 植物病毒的蛋白质和植物病毒的蛋白质和RNARNA可以人为地分开可以人为地分开,同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒.甲乙甲乙r r 感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒 乙甲乙甲r r 感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒 现在学习的是第10页，共40页TMVHRVHRVTMV原始株原始株 拆开拆开 重建重建 感染感染 分离纯化分离纯化 TMV:烟草花叶病毒烟草花叶病毒 HRV:霍氏车前花叶病毒（霍氏车前花叶病毒（RNA)证明遗传物质是证明遗传物质是RNA现在学习的是第11页，共40页二二 微生物的基因组结构微生物的基因组结构遗传物遗传物质类型质类型核染色体核染色体核外染色体核外染色体真核生物细胞器真核生物细胞器原核真核生物质粒原核真核生物质粒现在学习的是第12页，共40页基因是一段基因是一段DNA染色体染色体基因基因基因基因DNA现在学习的是第13页，共40页DNADNA就是脱氧核糖核酸（长链）就是脱氧核糖核酸（长链）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（嘌呤（G）胸腺嘧啶（腺嘧啶（T）胞嘧啶（嘧啶（C）ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因测序基因测序就是读出就是读出 A-C-G-T-G-G-A-C-G.现在学习的是第14页，共40页基因控制基因控制Pr因而控制性状因而控制性状G A TC T AG A UDNAmRNA天冬天冬氨酸氨酸 现在学习的是第15页，共40页质粒质粒：核外环状小型双链：核外环状小型双链DNA 独立复制稳定遗传独立复制稳定遗传F因子因子 与有性接合有关与有性接合有关种类种类 R因子因子 与抗药性有关与抗药性有关COL 编码免疫蛋白编码免疫蛋白Ti质粒质粒 诱癌质粒诱癌质粒降解散性质粒：编码降解有害物的酶降解散性质粒：编码降解有害物的酶用途用途 基因工程中作为目的基因载体基因工程中作为目的基因载体质粒质粒原核生物遗传物质原核生物遗传物质存在的另一种方式存在的另一种方式现在学习的是第16页，共40页三三 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种1 1 微生物突变体的主要类型微生物突变体的主要类型按突变按突变实质分实质分形态突变型形态突变型 生化突变型生化突变型菌落形态突变型菌落形态突变型菌体形态突变型菌体形态突变型营养突变体营养突变体(营养缺陷型营养缺陷型)发酵突变体发酵突变体抗性突变体抗性突变体条件致死突变体条件致死突变体抗原突变型抗原突变型产量突变型产量突变型现在学习的是第17页，共40页2 2 突变的特点（经实验证明）突变的特点（经实验证明）不对应性不对应性 1 自发性自发性 1 稀有性稀有性 1 独立性独立性1 诱变性诱变性1 稳定性稳定性 1 可逆性可逆性 1 现在学习的是第18页，共40页3 3 突变与育种突变与育种自发突变与育种自发突变与育种从生产中选育从生产中选育定向培育优良品种定向培育优良品种诱变育种诱变育种诱变育种的基本环节诱变育种的基本环节诱变育种的原则诱变育种的原则现在学习的是第19页，共40页诱变育种的基本环节诱变育种的基本环节大多死亡大多死亡少数存活少数存活存活率存活率多数未变多数未变少数突变少数突变突变率突变率多数负变多数负变少数正变少数正变正变率正变率多数幅度小多数幅度小少数幅度大少数幅度大高产率高产率投产率投产率多数不宜投产多数不宜投产少数适宜投产少数适宜投产出发菌株出发菌株计算出计算出诱变诱变现在学习的是第20页，共40页诱变育种工作中应考虑的几个原则诱变育种工作中应考虑的几个原则选优良的出发菌株选择简便有效的诱变剂处理单孢子（或单细胞）悬液选用最适剂量设计或采用高效筛选方案或方法Cncnc-micro利用复合处理的协同效应利用和创造形态，生理与产量间的相关指标现在学习的是第21页，共40页四四 细菌的基因重组细菌的基因重组真核微生物基因重组在有性繁殖过程中发生，真核微生物基因重组在有性繁殖过程中发生，当合子减数分裂时，两染色体发生交换。当合子减数分裂时，两染色体发生交换。原核微生物原核微生物 通过通过转化、接合、转导转化、接合、转导等形式进行等形式进行 一部分物质转移和基因重组。一部分物质转移和基因重组。现在学习的是第22页，共40页（一）（一）转化转化1 几个概念：几个概念：转化：转化：受体细胞受体细胞直接直接吸收了来自供体细胞的吸收了来自供体细胞的 DNADNA片断片断，并把它整合到自己的基因组，并把它整合到自己的基因组 中，细胞部分遗传性状发生变化的现中，细胞部分遗传性状发生变化的现 象叫转化。象叫转化。现在学习的是第23页，共40页转化因子转化因子转化是游离的片断的转移和重组转化是游离的片断的转移和重组游离的片断叫转化因子游离的片断叫转化因子转化因子由供体提供转化因子由供体提供自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生实验室里通过提取获得实验室里通过提取获得双链有转化能力，单链没有双链有转化能力，单链没有1 1 1 1 1 现在学习的是第24页，共40页受体细胞受体细胞能接受能接受转化转化的的生理状态生理状态称为称为感受态感受态，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，感受态感受态现在学习的是第25页，共40页每个受体细胞表面约有每个受体细胞表面约有30-8030-80个转化因子个转化因子结合点，当转化因子结合到受体表面结合结合点，当转化因子结合到受体表面结合点上时，点上时，DNADNA一条链被受体细胞膜上的核一条链被受体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过整合与受体细胞进行基因重组，有人发现整合与受体细胞进行基因重组，有人发现DNADNA也可通过双链形式进入受体细胞形也可通过双链形式进入受体细胞形成双倍体的转化子。成双倍体的转化子。转化过程转化过程现在学习的是第26页，共40页1 转化转化过程过程现在学习的是第27页，共40页转化的特点转化的特点 不需两个细胞直接接触，供体不需两个细胞直接接触，供体DNADNA提取出来，注入受体即可。提取出来，注入受体即可。现在学习的是第28页，共40页（二）转导（二）转导以以温和噬菌体温和噬菌体为媒介，把供体细胞的为媒介，把供体细胞的DNADNA片断片断转移到受体细胞中，从而使后者获得前者的转移到受体细胞中，从而使后者获得前者的部分遗传性状部分遗传性状 普遍转导普遍转导 局限转导局限转导现在学习的是第29页，共40页供体供体A-B+完全普遍性转导完全普遍性转导(鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌)A+B-多数受体多数受体形成溶源菌形成溶源菌A-B+A+B-少数受体少数受体A+B+经重组形成转导子经重组形成转导子A:组氨酸组氨酸B:色氨酸色氨酸现在学习的是第30页，共40页转导的特点转导的特点 需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触 噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNADNA片段片段普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导别基因导入受体，故称为局限性转导 现在学习的是第31页，共40页（三）接合（三）接合供体菌和受体菌的完整细胞经供体菌和受体菌的完整细胞经直接对接直接对接而传递大段而传递大段 DNADNA的过程。的过程。现在学习的是第32页，共40页+A+B+C-D-A-B-C+D+接接 合合 及及 其其 发发 现现A+B+C+D+A:生物素生物素B:甲硫氨酸甲硫氨酸C:苏氨酸苏氨酸D:赖氨酸赖氨酸现在学习的是第33页，共40页三者根本区别在于三者根本区别在于DNADNA转移的方式不同转移的方式不同 转化：转化：供体供体DNADNA片断片断注入受体细胞，通过细胞膜注入受体细胞，通过细胞膜接合：接合：供体进入受体通过性纤毛供体进入受体通过性纤毛转导：转导：供体供体DNADNA片断通过媒介噬菌体携带进入受体片断通过媒介噬菌体携带进入受体 现在学习的是第34页，共40页第二节第二节 菌种的退化、复壮和保藏菌种的退化、复壮和保藏一一 菌种的退化、防止及复壮菌种的退化、防止及复壮（一）退化（一）退化概念概念：变异导致某一或某些遗传性状的减退消失，：变异导致某一或某些遗传性状的减退消失，或杂菌污染造成菌落的细胞形态不纯。或杂菌污染造成菌落的细胞形态不纯。原因原因：基因突变基因突变 质粒消失质粒消失 变异菌株性状分离变异菌株性状分离 环境条件变化（恢复正常条件，变异现象消失）环境条件变化（恢复正常条件，变异现象消失）现在学习的是第35页，共40页（二）菌种退化的防止（二）菌种退化的防止1 1 少传代少传代2 2 创造良好的环境条件创造良好的环境条件3 3 利用不同类型的细胞进行接种传代利用不同类型的细胞进行接种传代 放线菌、霉菌用孢子、不用菌丝。放线菌、霉菌用孢子、不用菌丝。4 4 采用良好的保藏方法采用良好的保藏方法现在学习的是第36页，共40页（三）菌种的复壮（三）菌种的复壮1 1 纯种的分离纯种的分离 稀释平板法、单孢子或单细胞分离。稀释平板法、单孢子或单细胞分离。2 2 改变营养条件改变营养条件 不良环境条件常能引起菌种退化。不良环境条件常能引起菌种退化。3 3 通过感染寄主复壮通过感染寄主复壮4 4 淘汰已退化个体淘汰已退化个体 如淘汰如淘汰“54065406”放线菌可用放线菌可用10 10 3030低低温处理温处理5 57 7天，死亡率达天，死亡率达8080，有健壮个体存在。，有健壮个体存在。现在学习的是第37页，共40页二二 菌种保藏菌种保藏 菌种或培养物保藏是一项最重要的微生物学基础工作，微菌种或培养物保藏是一项最重要的微生物学基础工作，微生物菌种是珍贵的自然资源，具有重要意义。生物菌种是珍贵的自然资源，具有重要意义。中国微生物中国微生物菌种保藏委员会菌种保藏委员会(CCCCM)CCCCM)中国典型培养物保藏中心中国典型培养物保藏中心(CCTCC)CCTCC)美国典型菌种保藏中心美国典型菌种保藏中心(ATCC)ATCC)美国的北部地区研究实验室美国的北部地区研究实验室(NRRL)NRRL)荷兰的霉菌中心保藏所荷兰的霉菌中心保藏所(CBS)CBS)英国的国家典型菌种保藏中心英国的国家典型菌种保藏中心(NCTC)NCTC)日本的大阪发酵研究所日本的大阪发酵研究所(IFO)IFO)国际微生物学联合会国际微生物学联合会(IAMS)IAMS)还专门设立了世界菌种保藏还专门设立了世界菌种保藏联合会联合会(WFGC)WFGC)，用计算机储存世界上各保藏机构提供的菌种数用计算机储存世界上各保藏机构提供的菌种数据资料，可以通过国际互联网查询和索取，进行微生物菌种的交据资料，可以通过国际互联网查询和索取，进行微生物菌种的交流、研究和使用流、研究和使用。现在学习的是第38页，共40页原则原则：创造条件使其代谢活力减弱，生长繁殖受抑制。：创造条件使其代谢活力减弱，生长繁殖受抑制。目的目的：菌种不死、不退、不杂。：菌种不死、不退、不杂。现在学习的是第39页，共40页 利用低温可抑菌。利用低温可抑菌。常用常用4 4 5 5 冰箱。冰箱。时间时间不超过不超过3 3个月个月。需传代培养需传代培养，是进行微生物保藏的基本方法。常用的有琼是进行微生物保藏的基本方法。常用的有琼脂斜面、半固体琼脂柱及液体培养等。在规定的时间内进行脂斜面、半固体琼脂柱及液体培养等。在规定的时间内进行移种移种 。传代十分繁琐，容易污染，特别是会由于菌株的自发突变而传代十分繁琐，容易污染，特别是会由于菌株的自发突变而导致菌种衰退，使菌株的形态、生理特性、代谢物的产量等发导致菌种衰退，使菌株的形态、生理特性、代谢物的产量等发生变化生变化 菌种低温保藏法菌种低温保藏法现在学习的是第40页，共40页