细菌的遗传变异(1).ppt

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1、第第六六章章v微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的生物学基本理论问题中最热衷的研究对象研究对象研究对象研究对象。v对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学和和生物工程学生物工程学生物工程学生物工程学的发展，而且的发展，而且为为育种工作育种工作育种工作育种工作提供了丰富的理论基础，促使育提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向随机到定向、

2、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。发展。研究微生物遗传学的意义第第六六章章一、遗传与变异的概念遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传遗传(heredity)(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。特点：具稳定性。遗传型（遗传型（genotypegenotype）：）：又称基因型，指某一生物个体所含有又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；的全部基因的总和；-是一种内在可能性或潜是一种内在可

3、能性或潜力。力。遗传型遗传型+环境条件环境条件表型表型表型（表型（phenotypephenotype）：）：指生物体所具有的一切外表特征和内在指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和特性的总和;-;-是一种是一种现实存在，现实存在，是具一定遗传是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。代谢代谢发育发育概述概述第第六六章章变变异异(variation):(variation):生生物物体体在在外外因因或或内内因因的的作作用用下下，遗遗传传物物质质的的结结构构或或数数量量发发生生改改变变。变变异异的的特特点点：a.a.在在群群体体中中以以极极

4、低低的的几几率率出出现现，（一一般般为为1010-6-61010-10-10）；b.b.形形状状变变化化的的幅幅度大；度大；c.c.变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。例如：粘质沙雷氏菌：例如：粘质沙雷氏菌：在在2525下培养，产生深红色的灵下培养，产生深红色的灵杆菌素；在杆菌素；在3737下培养，不产生色素；如果重新将温度下培养，不产生色素；如果重新将温度降到降到2525，又恢复产色素的能力。，又恢复产色素的能力。第第六六章章细菌在培养基上的生长表现细菌在培养基上的生长表现粘质沙雷氏菌的菌落特征粘质沙雷氏菌的菌落特征第第六六章章二、遗传变异的物质基础|

5、种质连续理论：种质连续理论：1883-18891883-1889年间年间WeissmannWeissmann提出。提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。物。|基因学说：基因学说：19331933年摩尔根（年摩尔根（Thomas Hunt Thomas Hunt MorganMorgan）发现了染色体，并证明基因在染色体发现了染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。质基础的范围缩小到染色体上。|DNADNA是遗传变异的物质基础的证明：是遗传变异的物质基

6、础的证明：利用微生利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验），才使人们普遍接受核酸才拆开与重建试验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。是真正的遗传物质。第第六六章章经典试验经典试验1.肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验格里菲斯格里菲斯第第六六章章|加加S菌菌DNA|加加S菌菌DNA及及DNA酶以外的酶酶以外的酶|加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶|加加S菌的菌的RNA|加加S菌的蛋白质菌的蛋白质|加加S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活R菌菌长出

7、长出S菌菌只有只有R菌菌1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M。McCarty从从热热死死S型型S.pneumoniae中中提提纯纯了了可可能能作作为为转转化化因因子子的的各各种种成成分分，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：只只有有S型型细细菌菌的的DNA才才能能将将S.pneumoniae的的R型型转转化化为为S型型。且且DNA纯纯度度越越高高，转转化化效效率率也也越越高高。说说明明S型型菌菌株株转转移移给给R型型菌株的，是遗传因子。菌株的，是遗传因子。第第六六章章分离后的分离后的S型细胞物质对型细胞物质对R型细胞的转化型细胞的转化第第六六章章

8、第第六六章章第第六六章章结论结论细胞生物的遗传物质是双链细胞生物的遗传物质是双链DNA病毒的遗传物质可以是单链的或双链病毒的遗传物质可以是单链的或双链的的DNA或或RNA，即：即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或或dsRNA。第第六六章章遗传物质的复制-双链DNA的复制（半保留复制）第第六六章章原核生物的染色体原核生物的染色体第第六六章章核外核外DNA的种类的种类核外染色体核外染色体真真核核生生物物的的“质质粒粒”原原核核生生物物的质粒的质粒线粒体线粒体细胞质基因细胞质基因叶绿体叶绿体（质体）（质体）中心体中心体动动体体共生生物：共生生物：卡巴颗粒卡巴颗粒酵母菌的酵母菌的2 m质粒质粒F因

9、子因子R因子因子Col质粒质粒Ti质粒质粒巨大质粒巨大质粒降解性质粒降解性质粒第第六六章章质质 粒粒 质粒是细菌染色体外的遗传物质，多质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状双螺旋为环状双螺旋DNADNA分子。质粒可以自身分子。质粒可以自身复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。在复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。在一定条件下，质粒可以转移，也可丢失。一定条件下，质粒可以转移，也可丢失。质粒是自行复制单位，有的需与核质染质粒是自行复制单位，有的需与核质染色体的复制同步，称为严紧型复制。色体的复制同步，称为严紧型复制。第第六六章章 质粒编码细菌各种重要的生物学性状质粒编码细菌各种重要的生物学性状.致育质粒或

10、致育质粒或F F质粒质粒;编码性菌毛编码性菌毛 毒力质粒或毒力质粒或ViVi质粒：毒力因子质粒：毒力因子 R R质质粒粒：对对抗抗菌菌药药物物或或重重金金属属盐盐类类的的抗抗性性.一种质粒可同时具有几种编码功能一种质粒可同时具有几种编码功能.第第六六章章质粒示意图质粒示意图第第六六章章细菌的质粒细菌的质粒第第六六章章几种代表性质粒：几种代表性质粒：1.F因子（因子（fertilityfactor）：又称致又称致育因子或性因子。存在于肠细菌属、育因子或性因子。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别。链球菌等细菌中，决定性别。第

11、第六六章章最初发现于痢疾志贺氏菌（最初发现于痢疾志贺氏菌（Shigelladysenteriae），），后来发现还存在于后来发现还存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和和Staphylococcus中。中。“耐药性耐药性”2.R因子（因子（resistencefactor）第第六六章章R100质粒质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（汞（mercuricion，mer）四环素（四环素（tetracycline，tet）链霉素链霉素(Streptomycin,Str)、磺胺磺胺(Sulfonami

12、de,Su)、氯霉素氯霉素(Chlorampenicol,Cm)、夫西地酸（夫西地酸（fusidicacid，fus）并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。第第六六章章|产大肠杆菌素因子。产大肠杆菌素因子。|大肠杆菌素是由大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所的某些菌株所分泌的细菌素，能通过抑制复制、转分泌的细菌素，能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。其分子量约其它肠道细菌。其分子量约41048104Dalton。大肠杆菌素都是大肠杆菌素都是由由Col因子编码的。因子编码的。|

13、凡带凡带Col因子的菌株，由于质粒本身因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。素有免疫作用，不受其伤害。3.Col因子因子（colicinogenicfactor）第第六六章章v降解性质粒降解性质粒只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，从粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这些质粒以其所分解的底物命名，例如有分这些质粒以其所分解的底物命名，例如有分解解CAMCAM（樟脑）

14、质粒，樟脑）质粒，XYLXYL（二甲苯）质粒，二甲苯）质粒，SALSAL（水杨酸）质粒，水杨酸）质粒，MDLMDL（扁桃酸）质粒，扁桃酸）质粒，NAPNAP（奈）质粒和奈）质粒和TOLTOL（甲苯）质粒等。甲苯）质粒等。4.降解性质粒降解性质粒第第六六章章|即诱癌质粒。即诱癌质粒。|Ti质粒长质粒长200kb，是一个大型质粒。当是一个大型质粒。当前，前，Ti质粒已成为植物遗传工程研究中质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体。一些具有重要性状的外源的重要载体。一些具有重要性状的外源基因可借基因可借DNA重组技术设法插入到重组技术设法插入到Ti质质粒中，并进一步使之整合到植物染色体粒中，并进一步使

15、之整合到植物染色体上，以改变该植物的遗传性，达到培育上，以改变该植物的遗传性，达到培育植物优良品种的目的。植物优良品种的目的。5.Ti质粒质粒（tumorinducingplasmid）第第六六章章|是近年来在是近年来在Rhizobium（根瘤菌属）中发现根瘤菌属）中发现的一种质粒，分子量为的一种质粒，分子量为200300106Dalton，比一般质粒大几十倍到几百倍，故称巨大比一般质粒大几十倍到几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。质粒，其上有一系列固氮基因。6.6.巨大质粒巨大质粒（mega质粒）质粒）第第六六章章第一节常见的细菌变异现象第一节常见的细菌变异现象|形态、结构变异|毒力

16、变异|耐药性变异|菌落变异|生化特性变异第第六六章章1.形态结构变异形态结构变异|3-6%食盐鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。琼脂培基第第六六章章形态结构变异形态结构变异|青霉素、溶菌酶正常形态细菌L型变异抗体或补体(部分或完全失去胞壁)正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型第第六六章章形态结构变异形态结构变异|特殊结构的变异42-43炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低10-20天变形杆菌（H）0.1%石炭酸（O）迁徙生长单个菌落鞭毛变异第第六六章章连续通过易感动物连续通过易感动物和其他微生物共生或被温和噬菌体感染。和其他微生物共生或被温和噬菌体感染。例例如如魏魏氏氏梭梭菌菌与与八八叠叠球球菌菌共共生生时时毒毒

17、力力变变强强，无无毒毒的的白白喉喉棒棒状状杆杆菌菌被被温温和和-噬噬菌菌体体感感染染后后产生白喉毒素，成为有毒细菌。产生白喉毒素，成为有毒细菌。增强毒力的方法增强毒力的方法2.毒力变异毒力变异第第六六章章毒力变异毒力变异|棒状噬菌体白喉棒状杆菌获得白喉毒素第第六六章章减弱毒力的方法减弱毒力的方法通过非易感动物通过非易感动物例如：马尔他强毒布氏杆菌连续通过鸡育例如：马尔他强毒布氏杆菌连续通过鸡育成弱毒株；猪丹毒苗成弱毒株；猪丹毒苗GC42系将强毒株通过系将强毒株通过豚鼠传豚鼠传370代后又通过鸡传代后又通过鸡传42代育成弱毒。代育成弱毒。在较高温度下培养。强毒炭疽在较高温度下培养。强毒炭疽42.

18、5下培养下培养弱毒弱毒在含有某些特殊化学物质的培养基中培养。在含有某些特殊化学物质的培养基中培养。著名的著名的卡介苗卡介苗BCG第第六六章章在在含含有有抗抗血血清清，噬噬菌菌体体或或抗抗生生素素的的培培养养基基中培养。中培养。长期的人工培养。长期的人工培养。在特殊气体条件下培养。在特殊气体条件下培养。如如无无荚荚膜膜炭炭疽疽芽芽胞胞苗苗是是半半强强毒毒株株在在含含50%血血清清的的培培养养基基上上，在在50%CO2的的条条件件下下选选育育的。的。通通过过基基因因工工程程的的方方法法。去去除除毒毒力力基基因因可可获获得无毒力株。得无毒力株。第第六六章章3.耐药性变异耐药性变异|细菌对某种抗菌药物

19、由敏感变成耐药的变异细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。称为耐药性变异。|金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的年的14%上升至目前的上升至目前的80%。|有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。多重耐药性，甚至产生药物依赖性。|含链霉素培基含链霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养第第六六章章4.菌落变异菌落变异光滑型光滑型粗糙型变异粗糙型变异S型（型（smooth）菌落：光滑，湿润，边缘整菌落：光滑，湿润，边缘整齐。齐。R型（型（

20、rough）菌落：菌落表面粗糙，枯干，菌落：菌落表面粗糙，枯干，边缘不整齐。边缘不整齐。一般来说，一般来说，SR毒力由强变弱，但炭疽杆菌，毒力由强变弱，但炭疽杆菌，结核分支杆菌，结核分支杆菌，正常菌落为正常菌落为R型型S型，毒力减弱型，毒力减弱第第六六章章R R菌落菌落S S菌落菌落第第六六章章D菌落的变异菌落的变异|当细菌接触某些化学物质时如当细菌接触某些化学物质时如CuSO4,LiCl形成细小菌落叫形成细小菌落叫D菌落。（菌落。（dwarfclone,侏儒菌落）侏儒菌落）第第六六章章5.生化特性变异生化特性变异糖代谢能力的糖代谢能力的变异变异营养成份的合成能力改变营养成份的合成能力改变第第

21、六六章章第二节 细菌变异的机制一、基因突变（一、基因突变（mutation mutation）指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。染色体畸变染色体畸变点突变点突变=突变体（突变体（mutantmutant）发生了突变的微生物细胞或菌株发生了突变的微生物细胞或菌株=野生型（野生型（wild typewild type）从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的 原始菌株原始菌株第第六六章章(一)突变的特点不不对对应应性性：突突变变的的性性状状与与突突变变原原因因之之间间无无直直接接的对应关系。的对应关系。自自发发性

22、性：突突变变可可以以在在没没有有人人为为诱诱变变因因素素处处理理下下自发地产生。自发地产生。稀有性稀有性：突变率低且稳定。：突变率低且稳定。独立性独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。：各种突变独立发生，不会互相影响。可诱发性可诱发性：诱变剂可提高突变率。：诱变剂可提高突变率。稳定性：稳定性：变异性状稳定可遗传。变异性状稳定可遗传。可逆性可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突称为正向突 变（变（forwardmutation），），从突变株回到野生型从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变（的过程则称为回复突变或回变（backmutation

23、或或reversemutation）。）。第第六六章章(二)突变机制诱变剂（诱变剂（mutagenmutagen）：凡能提高突变率：凡能提高突变率的任何理化因子，就称为诱变剂的任何理化因子，就称为诱变剂.种类：种类：诱变剂的种类很多，作用方式诱变剂的种类很多，作用方式多样。即使是同一种诱变剂，也常有多样。即使是同一种诱变剂，也常有几种作用方式。几种作用方式。诱发突变的机制诱发突变的机制第第六六章章碱基置换碱基置换（substitution）|定义定义：对对DNADNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤伤（microlesionmicrolesion）

24、，它只涉及一对碱基被另一对碱基所），它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。置换。|分类：分类：转换转换（transitiontransition），），即即DNADNA链中的一个嘌呤被另链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；颠换（颠换（transversiontransversion），），即一个嘌呤被一个嘧啶即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。对某一具体诱变剂来说，对某一具体诱变剂来说，即可同时引起转换与颠即可同时引起转换与颠换，也可只具其中的一换，也可只具其中的一种功能。种功能。1.1.

25、点突变点突变(pointmutation)第第六六章章亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用HNO2胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）HNO2腺嘌呤（腺嘌呤（A）次黄嘌呤（次黄嘌呤（H）HNO2鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）黄嘌呤（黄嘌呤（X）这些反应及形成物均可在这些反应及形成物均可在DNA复制中产生复制中产生影响，主要是使碱基对发生转换。影响，主要是使碱基对发生转换。碱基转换的分子机制以亚硝酸为例第第六六章章若干诱变剂的作用机制及诱变功能若干诱变剂的作用机制及诱变功能诱变因素诱变因素在在DNA上的初级效应上的初级效应遗传效应遗传效应碱基类似物碱基类似物掺入作用掺入作用

26、AT=GC双向转换双向转换羟羟胺胺与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应GCAT的转换的转换亚硝酸亚硝酸A、G、C的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用交交联联AT=GC双向转换双向转换缺失缺失烷化剂烷化剂烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是G）烷化磷酸基团烷化磷酸基团丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂AT=GC双向转换双向转换ATTA的颠换的颠换GCCG的颠换的颠换巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类丫啶类碱基之间相互作用碱基之间相互作用双链变形双链变形码组移动（或）码组移动（或）紫外线紫外线嘧啶的水合物嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体交

27、交联联GCAT转换转换码组移动（或）码组移动（或）电离辐射电离辐射碱基的羟基化核降解碱基的羟基化核降解DNA降解降解糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂丧失嘌呤丧失嘌呤AT=GC双向转换双向转换码组移动（或）码组移动（或）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）加热加热C脱氨基脱氨基CGTA转换转换Mu噬菌体噬菌体结合到一个基因中间结合到一个基因中间码组移动码组移动第第六六章章移码突变(frame-shift mutation)|指诱变剂使指诱变剂使DNADNA分子中增加（插入）或缺分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位失一个或少数几个核苷酸，从而

28、使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。的一类突变。|由移码突变所产生的突变株，称为由移码突变所产生的突变株，称为移码突移码突移码突移码突变株变株变株变株（frame-shift mutantframe-shift mutant）。）。与染色体与染色体畸变相比，移码突变也只能算是畸变相比，移码突变也只能算是DNADNA分子分子的微小损伤。的微小损伤。第第六六章章能诱发移码突变的几种代表性化合物u引起移码突变的诱变剂：主要是引起移码突变的诱变剂：主要是吖啶类染料，吖啶类染料，如吖啶黄、吖啶橙等等。如吖啶黄、吖啶橙等等。u这类化合物都是平面型的三

29、环分子，它们的结这类化合物都是平面型的三环分子，它们的结构与一个嘌呤构与一个嘌呤嘧啶对十分相似。嘧啶对十分相似。第第六六章章丫啶类化合物诱发的移码突变及其回复突变图示第第六六章章第第六六章章2.染色体畸变染色体畸变（chromosomalaberration）|某些理化因子，如某些理化因子，如X X射线等的辐射及烷化剂、射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还可引起亚硝酸等，除了能引起点突变外，还可引起DNADNA的大损伤（的大损伤（macrolesionmacrolesion）|包括：包括：z染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：z缺失（缺失（deletiondeletion

30、）z重复（重复（duplicationduplication）z易位（易位（translocationtranslocation）z倒位（倒位（inversioninversion）z染色体数目的变化染色体数目的变化第第六六章章染色体结构上的变化|分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。|染色体内畸变染色体内畸变：只涉及一条染色体上的变化，：只涉及一条染色体上的变化，z如发生染色体的部分如发生染色体的部分缺失缺失或或重复重复时，其结果可造成基时，其结果可造成基因的减少或增加；因的减少或增加；z如发生如发生倒位倒位或或易位易位时，则可造成基因排列顺序的改变，时，则

31、可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。但数目却不改变。z倒位倒位-是指断裂下来的一段染色体旋转是指断裂下来的一段染色体旋转180180 后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与其它的基因顺序相反；因顺序与其它的基因顺序相反；z易位易位-是指断裂下来的一小段染色体再顺向或是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。|染色体间畸变染色体间畸变：指非同源染色体间的：指非同源染色体间的易位易位易位易位。第第六六章章自发突变机制|自发突变自发突变是指在没有人工参与下生物体自然

32、是指在没有人工参与下生物体自然发生的突变。发生的突变。|几种自发突变的可能机制几种自发突变的可能机制|微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应z过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。它对它对NeurosporaNeurospora（脉孢菌）有诱变作用，这种作用脉孢菌）有诱变作用，这种作用可因同时加入过氧化氢酶而降低，如果在加入该酶可因同时加入过氧化氢酶而降低，如果在加入该酶的同时又加入酶抑制剂的同时又加入酶抑制剂KCNKCN，则又可提高突变率。则又可提高突变率。这就说明，过氧化氢很可能是这就说明，过氧化氢很可能是“自

33、发突变自发突变”中一种中一种内源性诱变剂。在许多微生物的陈旧培养物中易出内源性诱变剂。在许多微生物的陈旧培养物中易出现自发突变株，可能也是同样的原因。现自发突变株，可能也是同样的原因。第第六六章章环出效应|即环状突出效应。即环状突出效应。有人提出，在有人提出，在DNADNA的复制过程中，的复制过程中，如果其中某一单如果其中某一单链上偶然产生一链上偶然产生一个小环，则会因个小环，则会因其上的基因越过其上的基因越过复制而发生遗传复制而发生遗传缺失，从而造成缺失，从而造成自发突变。自发突变。第第六六章章二、基因重组|定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起

34、，经过遗传分子间的重新组因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为基因合，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组（重组（generecombination）或遗传重组。或遗传重组。|作用：重组可使生物体在未发生突变的情作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体。况下，也能产生新遗传型的个体。第第六六章章生生长快、快、产量低量低生生长慢、慢、产量高量高基因重基因重组生生长快、快、产量高量高第第六六章章细菌的基因重组细菌的基因重组|基因重组的方式基因重组的方式z转化转化z转导转导z接合接合z原生质体融合原生质体融合第第六六章章定义定义：受体菌自然或在人

35、工技术作用下直接摄取来自供受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受体菌称为后的的受体菌称为转化子（转化子（transformant）。）。有关名词：有关名词：受体菌：受体菌：recipient/receptor，转化基因的接受者转化基因的接受者供体菌供体菌：donor，转化基因的提供者转化基因的提供者转化因子：转化因子：来自供体菌的来自供体菌的DNA片段片段转化子：转化子：transfor

36、mant，将转化基因重组进入自身染将转化基因重组进入自身染色体组的重组子色体组的重组子(一)、转化（transformation）1、转化及其发现、转化及其发现第第六六章章转化转化第第六六章章第第六六章章受体细胞要处于感受态受体细胞要处于感受态.感受态感受态：competence，受体细胞能从环境吸取外源受体细胞能从环境吸取外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态片段并实现其转化的一种生理状态供体供体DNA片段（片段（转化因子转化因子）大小适宜，分子量一般为大小适宜，分子量一般为1107D左右左右菌株间的亲缘关系密切菌株间的亲缘关系密切2、转化发生的条件3 3、转化的类型、转化的类型根据感受态

37、建立的方式，可以分为：根据感受态建立的方式，可以分为：自然遗传转化自然遗传转化naturalgenetictransformation人工转化人工转化artificialtransformation第第六六章章人工转化人工转化人工转化是通过人为诱导的方法，使细胞具是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取有摄取DNA的能力，或人工地将的能力，或人工地将DNA导入细胞内。导入细胞内。方法：方法：CaCl2处理细胞，使其成为能摄取外源处理细胞，使其成为能摄取外源DNA的的感受态状态感受态状态.电穿孔法电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分

38、子（包破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括括DNA）能通过这些小孔进入细胞。能通过这些小孔进入细胞。第第六六章章可转化的性状可转化的性状荚膜多糖的合成荚膜多糖的合成专一性酶的合成专一性酶的合成专一性蛋白质的合成专一性蛋白质的合成抗药性抗药性第第六六章章混合培养(二)、转导（transduction）J.Lederberg等（等（1952）在）在Salmonella typhimurium中发现的。中发现的。1.转导及其发现转导及其发现定义：定义：以温和以温和噬菌体噬菌体为媒介，将供体媒介，将供体细胞的胞的DNA片段携片段携带到受体到受体细胞中，通胞中，通过交交换与整合，从而与整合，从而使后

39、者使后者获得前者部分得前者部分遗传性状的性状的现象，称象，称为转导。获得新得新遗传性状的受体性状的受体细胞，称胞，称转导子。子。第第六六章章转导转导第第六六章章溶原性转换溶原性转换因前噬菌体基因插入寄主的基因组而使因前噬菌体基因插入寄主的基因组而使因前噬菌体基因插入寄主的基因组而使因前噬菌体基因插入寄主的基因组而使后者获得一些新性状的现象后者获得一些新性状的现象后者获得一些新性状的现象后者获得一些新性状的现象.第第六六章章(三三)、接合接合供体与受体供体与受体细胞胞直接接触，借性菌直接接触，借性菌毛毛传递DNA，在在受体受体细胞中胞中发生交生交换、整合，使之、整合，使之获得供体菌的得供体菌的遗

40、传性性状的状的现象，称象，称为接接合。通合。通过接合而接合而获得新性状的受体得新性状的受体细胞就称接合子。胞就称接合子。第第六六章章第第六六章章(四)、原生质体融合protoplast fusion|概念：概念：通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子（fusant）的过程，称为原生质体融合。的过程，称为原生质体融合。|适用范围：适用范围：各种生物细胞都能进行原生质体融合，各种生物细胞都能进行原生质体融合

41、，包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植物和人体的不同细胞。物和人体的不同细胞。|意义：意义：70年代后发展的一种育种新技术，继转化、年代后发展的一种育种新技术，继转化、转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间进行，还能做到属间、科间甚至更远缘的微生进行，还能做到属间、科间甚至更远缘的微生物或高等生物细胞间的融合。物或高等生物细胞间的融合。|发展点：发展点：有关原生质体融合的遗传机制，尚未研有关原生质体融合的遗传机制，尚未研究清楚，目

42、前还在探索中。究清楚，目前还在探索中。第第六六章章l原生质体融合的优点：原生质体融合的优点：可以提高重组率可以提高重组率双亲可以少带标记或不带标记双亲可以少带标记或不带标记可进行多亲本融合可进行多亲本融合有利于不同种间、属间微生物的杂交有利于不同种间、属间微生物的杂交通过原生质体融合提高产量通过原生质体融合提高产量第第六六章章原生质体融合的主要步骤|选择亲株选择亲株制备原生质体制备原生质体原生质体融原生质体融合合原生质体原生质体再生再生 筛选优良性状的筛选优良性状的融合重组子融合重组子第第六六章章三、细菌遗传变异的实际意义三、细菌遗传变异的实际意义|诱变育种诱变育种|在疾病的诊断、治疗与预防中

43、的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用|在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用|在流行病学中的应用在流行病学中的应用|在基因工程中的应用在基因工程中的应用第第六六章章诱诱变变育育种种：是是用用物物理理或或化化学学的的诱诱变变剂剂使使诱诱变变对对象象内内的的遗遗传传物物质质（DNA）的的分分子子结结构构发发生生改改变变，引引起起性性状状变变异异并并通通过过筛筛选选获获得得符符合合要要求求的的变变异异菌株的一种育种方法。菌株的一种育种方法。l诱诱变变育育种种具具有有极极其其重重要要的的实实践践意意义义。当当前前发发酵酵工工业业和和其其他他微微生生物物生生产产部部门门所所使使用用的的高高产产菌

44、菌株株，几几乎乎毫毫无无例例外外地地都都是是通通过过诱诱变变育育种种而而明明显显提提高高其生产性能的。其生产性能的。1.诱变育种第第六六章章诱变育种的基本过程诱变育种的基本过程选择选择合适的出发菌株选择选择合适的出发菌株制备待处理的菌悬液制备待处理的菌悬液诱变处理诱变处理筛选筛选保藏和扩大试验保藏和扩大试验第第六六章章 1.1.出发菌株的选择出发菌株的选择出发菌株用来育种处理的起始菌株出发菌株应具备：出发菌株应具备：对诱变剂的敏感性高；具有特定生产性状的能力或潜力；出发菌株的来源；出发菌株的来源；自然界直接分离到的野生型菌株：历经生产考验的菌株：已经历多次育种处理的菌株：第第六六章章2.2.制

45、备细胞悬液制备细胞悬液要求：要求：菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生长；菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生长；细胞分散且为单细胞，以避免细胞分散且为单细胞，以避免表型迟延现象表型迟延现象（phenotypic lagphenotypic lag）;方法：方法：玻璃珠打散玻璃珠打散10-15min;10-15min;加加.3%.3%吐温吐温8080（表面活性剂）（表面活性剂）用无菌脱脂棉过滤。用无菌脱脂棉过滤。制备：制备：物理诱变剂物理诱变剂生理盐水（生理盐水（0.85%NaCl)0.85%NaCl)化学诱变剂化学诱变剂缓冲液缓冲液 浓度：浓度：细菌、放线菌细菌、放线菌 10108 8个

46、个/ml/ml 霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌 10106 6个个/ml/ml第第六六章章表型表型迟延延现象象:指某一突指某一突变在在DNA复制和复制和细胞分裂后，才胞分裂后，才在表型上在表型上显示出来，造成不示出来，造成不纯的菌落。的菌落。3.3.诱变处理诱变处理(诱变剂的作用：诱变剂的作用：提高突变的频率提高突变的频率 扩大产量变异的幅度扩大产量变异的幅度 使产量变异朝着正突变或负突变移动使产量变异朝着正突变或负突变移动(剂量的表示法：剂量的表示法：不同种类和不同生长阶段的微生不同种类和不同生长阶段的微生物对诱变剂的敏感程度不同，所以在诱变处理前，物对诱变剂的敏感程度不同，所以在诱变处理前，一般

47、应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲一般应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲线，选择合适的处理剂量。线，选择合适的处理剂量。致死率是最好的诱变致死率是最好的诱变剂相对剂量的表示方法。剂相对剂量的表示方法。(最适剂量的选择：最适剂量的选择：产量性状的育种中多倾向于低产量性状的育种中多倾向于低剂量（致死率的剂量（致死率的707080%80%）第第六六章章诱变处理方式：理方式：单一因子一因子处理：理：复合因子复合因子处理：理：先后使用先后使用同同时使用使用单一因子重复一因子重复使用使用两种以上因素两种以上因素第第六六章章2.2.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用

48、|形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变异，使得诊断复杂化|耐药菌株日益增多，因此以药敏实验为指导|减毒菌株和无毒株可制备成疫苗第第六六章章3.3.在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用|凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。第第六六章章4.4.在流行病学中的应用在流行病学中的应用|分子生物学分析方法已被用于流行病学调查z质粒指纹图（PEP）z对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性第第六六章章5.5.在基因工程中的应用在基因工程中的应用|基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的 z切取目的基因连接到载体上转移到工程菌内，大量表达目的基因产物

49、z目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品第第六六章章基因工程基因工程1.基因工程总体策略基因工程总体策略2.目标基因的克隆与鉴定目标基因的克隆与鉴定3.宿主和载体宿主和载体4.重组蛋白的生产重组蛋白的生产第第六六章章基因工程总体策略基因工程总体策略基因工程指用人为的方法将所需要的某基因工程指用人为的方法将所需要的某一供体生物的一供体生物的DNA提取出来，在适当的条件提取出来，在适当的条件下用适当的酶切割后，把它与载体下用适当的酶切割后，把它与载体DNA分子分子连接起来形成具有自我复制能力的连接起来形成具有自我复制能力的DNA分子分子复制子，并将它转

50、移到宿主细胞中进行复制子，并将它转移到宿主细胞中进行扩增和表达。扩增和表达。第第六六章章重组蛋白的生产品种、菌株改良遗传基因分析第第六六章章|微生物分类学微生物分类学(Taxonomy)是一门按微生物类群的亲缘关系把它们安排成是一门按微生物类群的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单元或分类群（条理清楚的各种分类单元或分类群（Taxon）的科的科学学|分类学的任务分类学的任务|分类（分类（Classification）：）：是指根据相似性或亲缘是指根据相似性或亲缘关系，将一个有机体放在一个单元中。关系，将一个有机体放在一个单元中。|命名（命名（Nomenclature）：）：是按照国际命名法