第七章微生物的遗传变异和育种.ppt

第七章微生物的遗传变异和育种第七章 微生物的遗传变异和育种中国轻工业出版社1了解微生物遗传变异的物质基础及存在方式；2掌握微生物基因突变类型、特点及机制；3熟悉原核微生物与真核微生物基因重组理论和方式；4掌握微生物菌种选育的方法和步骤；5了解并掌握微生物菌种退化的的原因、菌种复壮的方法及菌种保藏的原理和方法。知识目标1.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；2.会根据生产需要合理保藏菌种，能进行退化菌种的复壮。技能目标第一第一节节 遗传变遗传变异的物异的物质质基基础础种种种种质质质质连连连连续续续续理理理理论论论论：1883188918831889年年间间WeissmannWeissmann提提出出。认认为为遗遗传传物物质质是是一一种种具具有有特特定定分分子子结结构构的的化化合物。合物。基基基基因因因因学学学学说说说说：19331933年年 MoMor rgangan发发现现了了染染色色体体，并并证证明明基基因因在在染染色色体体上上呈呈直直线线排排列列，提提出出了了基基因因学学说说，使使得得遗遗传传物物质质基基础础的的范范围围缩缩小小到到染染色色体上。体上。遗传变异的物质基础是核酸，通过以下三个经典遗传变异的物质基础是核酸，通过以下三个经典实验加以实验加以证证明明。、肺炎球菌的转化试验肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验噬菌体感染试验、植物病毒的拆开与重建试验植物病毒的拆开与重建试验一、一、证证明核酸是明核酸是遗传遗传物物质质基基础础的的经经典典实验实验（一）经典转化实验（一）经典转化实验（t tr ransansf fo or rmationmation）19192 28 8年年F F.G.Gr ri iff ffithith，研研究究对象：对象：St Str reptococcuseptococcus pneumoniaepneumoniae（肺炎双球菌）（肺炎双球菌）S S型菌株：有型菌株：有荚荚膜，菌落表面膜，菌落表面光滑光滑，有致病性，有致病性R R型菌株：无型菌株：无荚荚膜，菌落表面膜，菌落表面粗糙粗糙，无致病性，无致病性Griffith化示意混合培养混合培养R R型活菌型活菌S S型活菌型活菌S S型热死菌型热死菌R R型活菌型活菌S S型活菌型活菌健康健康病死病死（1 1）动物实验）动物实验对小鼠注射活对小鼠注射活R R菌或死菌或死S S菌菌 小鼠存活小鼠存活对小鼠注射活对小鼠注射活S S菌菌小鼠死亡小鼠死亡对小鼠注射活对小鼠注射活R R菌和热死菌和热死S S菌菌 小鼠死亡小鼠死亡抽取心血分离抽取心血分离活的活的S S菌菌热死热死S S菌菌不生长不生长活活 R R 菌菌长出长出R R菌菌热死热死S S菌菌长出大量长出大量R R菌和少量菌和少量S S菌菌（2 2）细菌培养实验）细菌培养实验平皿平皿培养培养+活活R R菌菌（3 3）S S型型菌菌的的无无细细胞胞抽抽提提液液试试验验实验说明：实验说明：加热杀死的加热杀死的S S型细菌细胞内可能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存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R R型型细胞并使细胞并使R R型细胞获得稳定的遗传性状，转变为型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S S型细胞。型细胞。活活R R菌菌+S S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液长出大量长出大量R R菌和少量菌和少量S S菌菌加加S S菌菌DNDNA A加加S S菌菌DNDNA A及及DNDNA A酶以外的酶酶以外的酶加加S S菌的菌的DNDNA A和和DNDNA A酶酶加加S S菌的菌的RNRNA A加加S S菌的蛋白质菌的蛋白质加加S S菌的菌的荚荚膜多糖膜多糖活活R R菌菌长出长出S S菌菌只有只有R R菌菌19441944年年O.T.O.T.A Avever ry y等等从从热热死死S S型型pneumoniaepneumoniae中中提提纯纯了了可可能能作作为为转转化因子的各种成分化因子的各种成分,并在离体条件下进行了转化试验并在离体条件下进行了转化试验:A Avever ry y的实验说明的实验说明：只只有有S S型型细细菌菌的的DNDNA A才才能能将将pneumoniaepneumoniae的的R R型型转转化化为为S S型型;且且DNDNA A纯度越高，转化效率也越高。纯度越高，转化效率也越高。也也说说明明S S型型菌菌株株转转移移给给R R型型菌菌株株的的决决不不是是遗遗传传性性状状的本身，而是以的本身，而是以DNDNA A为物质基础的遗传信息。为物质基础的遗传信息。（二）噬菌体感染实验（二）噬菌体感染实验191952 52 年年H He er rsheyshey和和ChaseChase利利用用示示踪踪元元素素，对对大大肠肠杆杆菌菌 T T2 2 噬菌体进行了这类实验。噬菌体进行了这类实验。将将E.coliE.coli分别培养在以放射性分别培养在以放射性3 32 2POPO4 43 3-或或3 35 5SOSO4 42-2-作为磷源或作为磷源或硫源的组合培养基中硫源的组合培养基中.让让 T T2 2 噬菌体侵染培养后的噬菌体侵染培养后的E.coliE.coli，从而使，从而使 噬菌体打上噬菌体打上 3 35 5S S 和和 3 32 2P P 的标记。的标记。这种噬菌体再侵染不含标记元素的这种噬菌体再侵染不含标记元素的E.coliE.coli，并在完成吸，并在完成吸附和侵入后，附和侵入后，强烈搅拌洗涤，以便使吸附在菌体外表强烈搅拌洗涤，以便使吸附在菌体外表的的 噬菌体蛋白质外壳脱离细胞并均匀分布，再进行离噬菌体蛋白质外壳脱离细胞并均匀分布，再进行离心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记（1 1）含）含3 32 2P P-DNDNA A的一组：放射性的一组：放射性8 85 5%在沉淀中在沉淀中1 10 0分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培沉淀细胞进一步培养后，可产生大量养后，可产生大量完整的子代噬菌体完整的子代噬菌体上清液中含上清液中含1 15 5%放射性放射性沉淀中含沉淀中含8 85 5%放射性放射性沉淀中含沉淀中含2525%放射性放射性以以3 35 5S S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验（2 2）含）含3 35 5S S-蛋白质的一组：放射性蛋白质的一组：放射性7 75 5%在上清液中在上清液中1 10 0分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培沉淀细胞进一步培养后，可产生大量养后，可产生大量完整的子代噬菌体完整的子代噬菌体上清液中含上清液中含7 75 5%放射性放射性实验结果实验结果：几乎全部：几乎全部 3 35 5S S 都在上清液中，而几都在上清液中，而几乎全部乎全部 3 32 2P P 和细菌一起出现在沉淀物中。和细菌一起出现在沉淀物中。实验说明：实验说明：在其在其DNDNA A中，含有包括合成蛋白质中，含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。外壳在内的整套遗传信息。（三）植物病毒的重建实验（三）植物病毒的重建实验19195 56 6年年，H H.FrFraenkelaenkel-ConConr rat at用用含含RNRNA A的的烟烟草草花花叶叶病病毒（毒（TMVTMV）进行了植物病毒重建实验。）进行了植物病毒重建实验。具体步骤：具体步骤：将将TMVTMV在在一一定定浓浓度度的的苯苯酚酚溶溶液液中中振振荡荡，就就能能将将其其蛋蛋白白质质外外壳壳与与RNRNA A核核心心相相分分离离。分分离离后后的的RNRNA A在在没没有有蛋蛋白白质质包包裹裹的的情情况况下下，也也能能感感染染烟烟草草并并使使其其患患典典型型症症状，而且在病状，而且在病斑斑中还能分离出正常病毒粒子。中还能分离出正常病毒粒子。选选用用TMVTMV和和霍霍氏氏车车前前花花叶叶病病毒毒（H HRVRV），分分别别拆拆分分取取得得各各自自的的RNRNA A和和蛋蛋白白质质，将将两两种种RNRNA A分分别别与与对对方方的的蛋蛋白白质质外外壳壳重建形成两种杂合病毒：重建形成两种杂合病毒：（1 1）RNRNA A（TMVTMV）蛋蛋 白白 质质（H HRVRV）（2 2）RNRNA A（H HRVRV）蛋蛋 白白 质质（TMVTMV）用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：（1 1）表表现现TMVTMV的的典典型型症症状状病病分分离离到到正常正常TMVTMV粒子粒子（2 2）表表现现H HRVRV的的典典型型症症状状病病分分离离到到正常正常H HRVRV粒子。粒子。结结果果说说明明，RNRNA A也也是是遗遗传传的的物物质质基基础础MTVMTV H HRVRVH HRVRV MTVMTV结论通通过过这这三三个个具具有有历历史史意意义义的的经经典典实实验验，得得到到一一个确信无疑的共同结论：个确信无疑的共同结论：只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础。只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础。二、遗传物质在细胞二、遗传物质在细胞中中的存在方式的存在方式 （一）（一）细胞水平细胞水平 在细胞水平上在细胞水平上,真核微生物和原核生真核微生物和原核生物的大部聚物的大部聚DNDNA A都集中在细胞核或核都集中在细胞核或核区区(核质体核质体)中。在不伺种微生物或同种中。在不伺种微生物或同种微生物的不同细胞中，细胞核的数目微生物的不同细胞中，细胞核的数目常有所不同。常有所不同。二、遗传物质在细胞二、遗传物质在细胞中中的存在方式的存在方式 （二二）细胞核水平）细胞核水平 不论真核生物的细胞核或原核生不论真核生物的细胞核或原核生物细胞的核区都是该微生物遗传信物细胞的核区都是该微生物遗传信息的最主要负荷者，被称为核基因息的最主要负荷者，被称为核基因组、核染色体组或简称基因组。组、核染色体组或简称基因组。（三）（三）染色体水平染色体水平 (1)(1)染色体数不同染色体数不同 (2)(2)染色体倍数染色体倍数（四）（四）核酸水平核酸水平(1)(1)核酸种类核酸种类(2)(2)核酸结构核酸结构(3)DNA长度（即基因组的大小）长度（即基因组的大小）（五）（五）基因水平基因水平（1 1）基因基因 生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位，其物质基础是一条以直线排列、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段。具有特定核苷酸序列的核酸片段。（2 2）基因调控系统）基因调控系统A A 结构基因结构基因:是决定某一多肽链结构的是决定某一多肽链结构的DNDNA A模板，它是通过转录和转译模板，它是通过转录和转译过程来执行多肽链合成任务的。过程来执行多肽链合成任务的。B B 操纵基因操纵基因:是位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，控制是位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，控制结构基因是否转录。结构基因是否转录。C C启动基因启动基因:是一种依赖于是一种依赖于DNDNA A的的RNRNA A多聚酶所识别的核苷酸序列。多聚酶所识别的核苷酸序列。（六）（六）密码子水平密码子水平u遗传密码遗传密码 指指DNDNA A链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸排列顺序。排列顺序。U UAA AA;U UA AG G和和UGUGA A仅表示转译中的终止信号仅表示转译中的终止信号 （七）（七）核苷酸水平核苷酸水平核苷酸中碱基的组成或排列顺序发生改变，则导致一个密码子意义改变，进而导致整个基因信息改变，指导合成新的蛋白质，引起性状改变。核苷酸是最小的突变单位或交换单位。突突变变(mutation)(mutation)：指指生生物物体体的的表表型型突突然然发发生生的的可可遗传的变化。遗传的变化。染色体畸变染色体畸变细胞学上可以细胞学上可以看看到染色体的变化到染色体的变化基因突变基因突变细胞学上细胞学上看看不到遗传物质的变化不到遗传物质的变化突突变变体体(mutant):(mutant):发发生生了了突突变变的的微微生生物物细细胞胞或或菌菌株株野野生生型型(wild(wild type):type):从从自自然然界界分分离离到到的的任任何何微微生生物物在其发生突变前的原始菌株在其发生突变前的原始菌株第二节第二节 微生物的基因突变微生物的基因突变一、基因突变的类型一、基因突变的类型 基基因因突突变变的的类类型型是是多多种种多多样样的的，按按突突变变体体表表型型不不同，可分为以下几种类型：同，可分为以下几种类型：（1 1）营养缺陷突变型。）营养缺陷突变型。（2 2）抗性突变型。）抗性突变型。（3 3）条件致死突变型。）条件致死突变型。（4 4）形态突变型。）形态突变型。（5 5）抗原突变型。）抗原突变型。（6 6）其他突变型。）其他突变型。二、基因突变的特点二、基因突变的特点 整整个个生生物物界界，由由于于它它们们遗遗传传变变异异的的物物质质基基础础是是相相同同的的，因因此此显显示示在在遗遗传传变变异异的的本本质质上上都都具具有有相相同同的的规规律律，这这在基因突变的水平上尤其突出。在基因突变的水平上尤其突出。（1 1）不对应性。）不对应性。（2 2）自发性。）自发性。（3 3）稀有性。）稀有性。（4 4）独立性。）独立性。（5 5）诱变性。）诱变性。（6 6）稳定性。）稳定性。（7 7）可逆性。）可逆性。（五）基因突变机制（五）基因突变机制1 1诱发突变诱发突变诱发突变诱发突变:简称诱变，是指通过人为的方法，简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因素，突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因素，都称诱变剂。都称诱变剂。（1 1）碱基的置换）碱基的置换诱变剂诱变剂:直接引起置换的诱变剂：直接引起置换的诱变剂：直接与核酸的碱基发生化学反应的化学诱直接与核酸的碱基发生化学反应的化学诱变剂变剂 间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂 一些碱基类似物一些碱基类似物 （2 2）移码突变）移码突变指诱变剂会使指诱变剂会使DNADNA序列中的一个或几个核甘序列中的一个或几个核甘酸发生增添酸发生增添（插入）或缺失（插入）或缺失,从而使该处后面从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变的全部遗传密码的阅读框架发生改变,并进一并进一步引起转录错误的一类突变步引起转录错误的一类突变.原因原因:吖啶类染料及一系列类化合物吖啶类染料及一系列类化合物移码突变图：移码突变图：(3)(3)染色体畸变染色体畸变1 1、染色体畸变染色体畸变：引起引起DNDNA A分子的大损伤染色体畸变，分子的大损伤染色体畸变，包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。位，也包括染色体数目的变化。、转座和转座因子、转座和转座因子转座转座：DNDNA A序列通过非同源重组的方式，从染色体某一序列通过非同源重组的方式，从染色体某一部位转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上某部位转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上某一部位的现象，称为转座。一部位的现象，称为转座。转座因子：转座因子：凡具有转座作用的一段凡具有转座作用的一段DNDNA A序列，称转座因序列，称转座因子子包括原核生物中的插入序列包括原核生物中的插入序列(is(is）、转座子（）、转座子（Tn)Tn)和和E.coliE.coli的的MuMu噬菌体等转座噬菌体。噬菌体等转座噬菌体。转座的过程及其中受体转座的过程及其中受体DNDNA A中靶序列的复制过程中靶序列的复制过程 2 2.自发突变自发突变u自发突变自发突变:指生物体在无人工干预下自然发指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。生的低频率突变。u自发突变的原因有：自发突变的原因有：由背景辐射和环境因素引起，由背景辐射和环境因素引起，由微生物自身有害代谢产物引起，由微生物自身有害代谢产物引起，由由DNDNA A复制过程中碱基配对错误引起。复制过程中碱基配对错误引起。第三节第三节 微生物的基因重组微生物的基因重组 基基因因重重组组又又称称为为遗遗传传重重组组，它它是是指指把把两两个个不不同同性性状状个个体体内内的的遗遗传传基基因因转转移移到到一一起起，经经过过遗遗传传分分子子的的重重新新组组合合后后，形形成成新新遗遗传传型个体的过程。型个体的过程。杂杂交交中中必必然然包包含含着着重重组组，而而重重组组则则不不限限于于杂杂交交一一种种形形式式。真真核核微微生生物物中中的的有有性性杂杂交交，准准性性生生殖殖以以及及原原核核微微生生物物中中的的转转化化、转转导导、接接合合和和溶溶原原转转变变等等都都是是基基因因重重组组在在细胞水平上的反映。细胞水平上的反映。一、原核生物的基因重组一、原核生物的基因重组 （一）转化（一）转化 1 1定义定义 转化转化:受体菌直接吸收供体菌的受体菌直接吸收供体菌的DNDNA A片段而获片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转化得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转化作用。作用。2 2.转化微生物的种类转化微生物的种类在原核生物中在原核生物中 主要有肺炎链球菌主要有肺炎链球菌 等等在真核微生物在真核微生物 主要有酿酒酵母等主要有酿酒酵母等 3 3感受态感受态 感受态感受态:是指受体细胞最易接受外源是指受体细胞最易接受外源DNDNA A片段片段并能实现转化的一种生理状态。并能实现转化的一种生理状态。感受态因子感受态因子:调节感受态的一类特异蛋白称，调节感受态的一类特异蛋白称，包括包括3 3种主要成分，即膜相关种主要成分，即膜相关DNDNA A结合蛋白、细结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。胞壁自溶素和几种核酸酶。转化因子的本质是离体的转化因子的本质是离体的DNADNA片段。片段。4 4转化因子转化因子5 5转化过程转化过程 6 6转染转染转染转染:指用提纯的病毒核酸（指用提纯的病毒核酸（DNDNA A或或RNRNA A）去感）去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。正常病毒后代的现象。（二）转导（二）转导转导转导:通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段DNDNA A携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。1 1普遍转导普遍转导 普遍转导分为两种：普遍转导分为两种：(1)(1)完全普遍转导完全普遍转导 (2 2)流产普遍转导流产普遍转导 2 2.局限转导局限转导 局限转导局限转导:根据转导子出现频率的高低可分为两类：根据转导子出现频率的高低可分为两类：（1 1）低频转导低频转导 只能形成极少数（只能形成极少数（1 10 0-4 41 10 06 6）转导子，故称低）转导子，故称低频转导。频转导。(2 2)高频转导高频转导 高达高达5050%左右的转导子，故称这种转导为高频转左右的转导子，故称这种转导为高频转导。导。3 3溶源转变溶源转变溶源转变溶源转变:当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性外的新基因组上，而使宿主获得了除免疫性外的新遗传性状的现象，称溶源转变。遗传性状的现象，称溶源转变。（三）接合（三）接合 1 1定义定义 接合接合:供体菌（供体菌（“雄性雄性”）通过性菌毛与受体）通过性菌毛与受体菌（菌（“雌性雌性”）直接接触，把）直接接触，把F F质粒或其携带质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象，称为接合。后者获得若干新遗传性状的现象，称为接合。接合子接合子:通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接合子称为接合子.2 2能进行接合的微生物种类能进行接合的微生物种类 E.E.colicoli 等等3 3E Ecolicoli的的4 4种接合型菌株种接合型菌株 (1)(1)F F菌株即菌株即“雄性雄性”菌株，指细胞内存在一至几个菌株，指细胞内存在一至几个F F质粒，并在细胞表面着生一至几条性菌毛的菌株。质粒，并在细胞表面着生一至几条性菌毛的菌株。(1)(1)F F菌株菌株 F F菌株即菌株即“雌性雌性”菌株，指细胞中无菌株，指细胞中无F F质质粒、细胞表面也无性菌毛的菌株。粒、细胞表面也无性菌毛的菌株。(2 2)F F菌株菌株(3(3）HfrHfr菌株（高频重组菌株）菌株（高频重组菌株）HfrHfr菌株（高频重组菌菌株（高频重组菌株）株）HfrHfr菌株与菌株与F F菌株相接合菌株相接合后，发生基因重组的频后，发生基因重组的频率要比单纯用率要比单纯用F F与与F F接接合后的频率高出数百倍，合后的频率高出数百倍，故名。故名。(4)(4)F F 菌株菌株uF F 质粒质粒:当当HfrHfr菌株细胞内的菌株细胞内的F F质粒因不正常切离而质粒因不正常切离而脱离核染色体组时，可重新形成游离的、但脱离核染色体组时，可重新形成游离的、但携带整合位点邻近一小段核染色体基因的特携带整合位点邻近一小段核染色体基因的特殊殊F F质粒，称质粒，称F F 质粒或质粒或F F 因子。因子。初生初生F F 菌株菌株 与次生与次生F F 菌株菌株接接接接合的合的合的合的结结果果果果：F F F F+F +F +F +F-2 F2 F2 F2 F+F F F F +F +F +F +F-2 F 2 F 2 F 2 F Hfr +F Hfr +F Hfr +F Hfr +F-多种情况多种情况多种情况多种情况 Hfr+FHfr+FHfr+FHfr+F-Hfr Hfr Hfr HfrF F F F-（多数情况下）（多数情况下）（多数情况下）（多数情况下）Hfr+F Hfr+F Hfr+F Hfr+F-Hfr Hfr Hfr HfrHfrHfrHfrHfr（少数情况下）（少数情况下）（少数情况下）（少数情况下）（四）溶源性转变（四）溶源性转变 宿主菌在感染温和噬菌体后，由于噬菌体宿主菌在感染温和噬菌体后，由于噬菌体DNADNA整合到核整合到核DNADNA后，后，导致宿主菌某些新的遗传性状表达，即所谓溶源性转变。导致宿主菌某些新的遗传性状表达，即所谓溶源性转变。这是一种与转导相似但又有本质不同的现象。溶源转变与转导这是一种与转导相似但又有本质不同的现象。溶源转变与转导在本质上的不同，首先是它的温和噬菌体不携带有任何供体菌在本质上的不同，首先是它的温和噬菌体不携带有任何供体菌的基因，其次这种噬菌体是正常的完整的，而不是异常情况下的基因，其次这种噬菌体是正常的完整的，而不是异常情况下产生的缺陷型噬菌体。产生的缺陷型噬菌体。溶源转变的典型例子是不产毒素的白喉棒状杆菌溶源转变的典型例子是不产毒素的白喉棒状杆菌（Lorynebatcerium diphthariacLorynebatcerium diphthariac）菌株被噬菌体侵染而发生）菌株被噬菌体侵染而发生溶源化时，会变成产毒素的致病菌株。其他如沙门氏菌、红霉溶源化时，会变成产毒素的致病菌株。其他如沙门氏菌、红霉菌、链霉菌等也具有溶源转变的能力。菌、链霉菌等也具有溶源转变的能力。二、真核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组 （一）有性杂交（一）有性杂交 A A 杂交杂交:是指在细胞水平上进行的一种遗传是指在细胞水平上进行的一种遗传重组方式。重组方式。B B 有性杂交有性杂交:一般指不同遗传型的两性细胞一般指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。而产生新遗传型后代的一种育种技术。产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌（二）准性杂交（二）准性杂交 u1 1定义定义 准性生殖是一种在同种而不同菌株的体细准性生殖是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合胞间发生的融合,它可不借减数分裂而导致低它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子频率基因重组并产生重组子 2 2准性生殖过程准性生殖过程 (1)(1)菌丝联结菌丝联结 (2 2)形成异核体形成异核体 (3)(3)核融合或称核配核融合或称核配 (4)(4)体细胞交换和单体细胞交换和单 倍体化倍体化 在微生物工业应用中，微生物菌种工作主要包括以下四方面：在微生物工业应用中，微生物菌种工作主要包括以下四方面：菌菌种种的的分分离离筛筛选选：挑挑选选符符合合生生产产要要求求的的菌菌种种，这这是是选选种种工作的任务。工作的任务。菌菌种种培培育育：改改良良已已有有菌菌种种的的生生产产性性能能，使使产产品品的的质质和和量量不断提高不断提高,或使它更适应于工艺的要求或使它更适应于工艺的要求,这是育种工作的任务。这是育种工作的任务。菌菌种种的的保保藏藏：一一切切生生产产菌菌种种都都要要使使它它避避免免死死亡亡和和生生产产性性能的下降，这是菌种保藏工作的任务。能的下降，这是菌种保藏工作的任务。退退化化菌菌种种的的复复壮壮：如如果果发发现现菌菌种种的的生生产产性性能能下下降降，就就要要设法使它恢复，这便是菌种复壮工作的任务。设法使它恢复，这便是菌种复壮工作的任务。第四节第四节 微生物的菌种选育微生物的菌种选育一、从自然界中分离筛选菌种的方法步骤一、从自然界中分离筛选菌种的方法步骤采采采采 样样样样增增 殖殖 培培 养养增增 殖殖 培培 养养 方方法、地法、地点点、时间和周和周围环境境记录纯种分离的原则就是使培养物获得单个菌落：纯种分离的原则就是使培养物获得单个菌落：1 1稀释分离法稀释分离法 2 2平板划线分离法平板划线分离法 涂菌：涂菌：划线分离：划线分离：分步划线法；分步划线法；一次划线法：一次划线法：3 3组织分离法组织分离法 测定代谢产物或其它目的性状测定代谢产物或其它目的性状测定代谢产物或其它目的性状测定代谢产物或其它目的性状（一）诱变育种的一般步骤和方法（一）诱变育种的一般步骤和方法（一）诱变育种的一般步骤和方法（一）诱变育种的一般步骤和方法出发菌株出发菌株同步培养同步培养 使菌细胞处于相同或接近的生理状态使菌细胞处于相同或接近的生理状态单细胞（或单孢子）菌悬液的制备单细胞（或单孢子）菌悬液的制备 单细胞或单孢子的意义单细胞或单孢子的意义 酵母或霉菌孢子酵母或霉菌孢子10106 6/ml /ml、细菌、细菌10108 8 /ml/ml 诱变剂的选择及其剂量的确定诱变剂的选择及其剂量的确定 以致死率为以致死率为90909999 为宜为宜诱变处理诱变处理 物理诱变剂物理诱变剂 化学诱变剂化学诱变剂确定出发菌株确定出发菌株确定出发菌株确定出发菌株 菌种的纯化选优菌种的纯化选优菌种的纯化选优菌种的纯化选优 出发菌株的性能鉴定出发菌株的性能鉴定出发菌株的性能鉴定出发菌株的性能鉴定同步培养同步培养同步培养同步培养 制备单细胞（或单孢子）悬液制备单细胞（或单孢子）悬液制备单细胞（或单孢子）悬液制备单细胞（或单孢子）悬液 活菌浓度测定活菌浓度测定活菌浓度测定活菌浓度测定诱变剂的选择与确定诱变剂量的预试验诱变剂的选择与确定诱变剂量的预试验诱变剂的选择与确定诱变剂量的预试验诱变剂的选择与确定诱变剂量的预试验 诱变处理诱变处理诱变处理诱变处理 平板分离平板分离平板分离平板分离 计形态变异的菌落数，计算突变率计形态变异的菌落数，计算突变率计形态变异的菌落数，计算突变率计形态变异的菌落数，计算突变率挑取疑似突变菌落纯培养挑取疑似突变菌落纯培养挑取疑似突变菌落纯培养挑取疑似突变菌落纯培养 突变体的初步筛选突变体的初步筛选突变体的初步筛选突变体的初步筛选 用简单快捷的方法用简单快捷的方法用简单快捷的方法用简单快捷的方法重复筛选重复筛选重复筛选重复筛选 摇瓶发酵试验摇瓶发酵试验摇瓶发酵试验摇瓶发酵试验选选选选出出出出突突突突变变变变体体体体（根根根根据据据据情情情情况况况况进进进进行行行行生生生生产产产产试试试试验验验验或或或或重重重重复诱变处理）复诱变处理）复诱变处理）复诱变处理）二、微生物二、微生物的诱变育种的诱变育种二、微生物二、微生物的诱变育种的诱变育种（二二二二）变变变变异异异异菌菌菌菌株株株株的的的的初初初初步步步步筛筛筛筛选选选选 纸片培养显色法纸片培养显色法纸片培养显色法纸片培养显色法透明圈法透明圈法透明圈法透明圈法琼脂块培养法琼脂块培养法琼脂块培养法琼脂块培养法1 1 1 1 筛选用培养基筛选用培养基筛选用培养基筛选用培养基 基基基基本本本本培培培培养养养养基基基基：凡凡凡凡是是是是能能能能满满满满足足足足某某某某种种种种野野野野生生生生型型型型菌菌菌菌株株株株营营营营养养养养要要要要求求求求的的的的最最最最低低低低成成成成分分分分的的的的合合合合成成成成培培培培养基，称为基本培养基；常以养基，称为基本培养基；常以养基，称为基本培养基；常以养基，称为基本培养基；常以-表示；表示；表示；表示；在在在在基基基基本本本本培培培培养养养养基基基基中中中中加加加加入入入入一一一一些些些些富富富富含含含含氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸、维维维维生生生生素素素素及及及及含含含含氮氮氮氮碱碱碱碱基基基基之之之之类类类类的的的的天天天天然然然然有有有有机机机机物物物物质质质质如如如如蛋蛋蛋蛋白白白白胨胨胨胨、酵酵酵酵母母母母膏膏膏膏等等等等，以以以以满满满满足足足足该该该该微微微微生生生生物物物物的的的的各各各各种种种种营营营营养养养养缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型菌菌菌菌株株株株都都都都能能能能生长生长生长生长繁繁繁繁殖的培养基，称为完全培养基，常用殖的培养基，称为完全培养基，常用殖的培养基，称为完全培养基，常用殖的培养基，称为完全培养基，常用+表示；表示；表示；表示；在在在在基基基基本本本本培培培培养养养养基基基基中中中中只只只只是是是是有有有有针针针针对对对对性性性性地地地地加加加加入入入入某某某某一一一一种种种种或或或或某某某某几几几几种种种种营营营营养养养养缺缺缺缺陷陷陷陷成成成成分分分分，以以以以满满满满足足足足相相相相应应应应的的的的营营营营养养养养缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型生生生生长长长长的的的的培培培培养养养养基基基基，称称称称为为为为补补补补充充充充培培培培养养养养基基基基，补补补补充充充充培培培培养养养养基基基基可可可可按按按按所加入营养成分相应地用所加入营养成分相应地用所加入营养成分相应地用所加入营养成分相应地用AAAA、BBBB等来表示。等来表示。等来表示。等来表示。（三三）营营养养缺缺陷陷型型突突变变体体的的筛筛选选及及其其应应用用 二、微生物的诱变二、微生物的诱变二、微生物的诱变二、微生物的诱变育种育种育种育种2 2营养缺陷型菌株筛选的一般方法营养缺陷型菌株筛选的一般方法 （1 1）诱变剂处理）诱变剂处理 （2 2）淘汰野生型菌株）淘汰野生型菌株 抗生素法抗生素法 菌丝过滤法菌丝过滤法（3 3）检出营养缺陷型检出营养缺陷型 （4 4）鉴定营养缺陷型）鉴定营养缺陷型 夹夹 层层 培培 养养 法法夹夹 层层 培培 养养 法法 限限量量补补充充培培养养限限量量补补充充培培养养 影影 印印 接接 种种 法法影影 印印 接接 种种 法法 逐逐 个个 检检 出出 法法逐逐 个个 检检 出出 法法 检出营养缺陷型检出营养缺陷型鉴定营养缺陷型鉴定营养缺陷型 含营养缺陷型菌株的基本培养基平板的制备。含营养缺陷型菌株的基本培养基平板的制备。含营养缺陷型菌株的基本培养基平板的制备。含营养缺陷型菌株的基本培养基平板的制备。营养缺陷型营养类别的鉴定。营养缺陷型营养类别的鉴定。营养缺陷型营养类别的鉴定。营养缺陷型营养类别的鉴定。缺陷型菌株单一营养因素的鉴定。缺陷型菌株单一营养因素的鉴定。缺陷型菌株单一营养因素的鉴定。缺陷型菌株单一营养因素的鉴定。第一组第一组第一组第一组第二组第二组第二组第二组第三组第三组第三组第三组第四组第四组第四组第四组第五组第五组第五组第五组第六组第六组第六组第六组第七组第七组第七组第七组第八组第八组第八组第八组第九组第九组第九组第九组丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨谷氨酰氨谷氨酰氨赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬酰氨天冬酰氨甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸 缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸 20 20种氨基酸的排列编组种氨基酸的排列编组三、微生物杂交育种 杂交的意义：杂交的意义：第一，通过具有不同遗传性状菌株的杂交，使遗传物质进行第一，通过具有不同遗传性状菌株的杂交，使遗传物质进行交换和重新组合，改变亲株的遗传物质基础，扩大变异范围，交换和重新组合，改变亲株的遗传物质基础，扩大变异范围，使两亲株的优良性状集中于重组体内，获得新品种。使两亲株的优良性状集中于重组体内，获得新品种。第二，通过杂交后获得具有新遗传特性的重组体，不仅可克第二，通过杂交后获得具有新遗传特性的重组体，不仅可克服因长期诱变造成的生活力下降，代谢缓慢等缺陷，也可以服因长期诱变造成的生活力下降，代谢缓慢等缺陷，也可以提高对诱变剂的敏感性，降低对诱变剂的提高对诱变剂的敏感性，降低对诱变剂的“疲劳疲劳”效应。效应。第三，通过杂交可以总结遗传物质的转移和传递规律，丰富第三，通过杂交可以总结遗传物质的转移和传递规律，丰富并促进遗传学原理的发展。并促进遗传学原理的发展。微生物杂交育种基本程序微生物杂交育种基本程序微生物杂交育种一般程序：微生物杂交育种一般程序：杂交杂交直接亲本之间亲和力鉴定直接亲本之间亲和力鉴定选择原始亲本选择原始亲本分离到基本培养基或选择培养基培养筛选重组体筛选重组体重组体分析鉴定重组体分析鉴定 杂交过程中亲本和培养基的选择杂交过程中亲本和培养基的选择原始亲本原始亲本选择具有优良性状的菌株选择具有优良性状的菌株来源：生产用菌；诱变过程中的某些符合要求菌株来源：生产用菌；诱变过程中的某些符合要求菌株直接亲本直接亲本微生物杂交育种中具有不同微生物杂交育种中具有不同遗传背景的优质出发菌株。遗传背景的优质出发菌株。在杂交育种中具有遗传标记和亲和能在杂交育种中具有遗传标记和亲和能力而直接用于杂交配对的菌株。力而直接用于杂交配对的菌株。亲本菌株的选择亲本菌株的选择微生物微生物类别类别杂交方式杂交方式 供体与受体细胞关系供体与受体细胞关系参与交换的遗传物质参与交换的遗传物质原核微生物接合转化转导体细胞间暂时沟通细胞不接触，吸收游离DNA细胞间不接触，质粒、噬菌体介导部分染色体杂合个别或少数基因杂合个别或少数基因杂合真核微生物有性生殖准性生殖生殖细胞融合或接合体细胞接合整套染色体高频率重组整套染色体低频率重组微生物微生物常规杂交形式常规杂交形式（一）酵母菌的杂交育种酵母菌子囊孢子的接合现象是在酵母菌子囊孢子的接合现象是在18191819年发现的，年发现的，19381938年酵年酵母菌杂交获得成功。母菌杂交获得成功。酵母菌由于杂交取得了不少成果：酵母菌由于杂交取得了不少成果：日本小田等人用酒精酵母和卡尔斯伯酵母杂交获得的杂日本小田等人用酒精酵母和卡尔斯伯酵母杂交获得的杂种，其乙醇的产量和菌体生长量都比亲本有显著提高；种，其乙醇的产量和菌体生长量都比亲本有显著提高；面包酵母和酒精酵母杂交的杂种菌株的乙醇生产能力虽面包酵母和酒精酵母杂交的杂种菌株的乙醇生产能力虽然保持原有水平，但发酵麦芽糖的能力比亲株明显地增强，然保持原有水平，但发酵麦芽糖的能力比亲株明显地增强，杂种既可用于