微生物遗传育种课件绪论.ppt

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1、微生物遗传育种学微生物遗传育种学Genetic Breeding for Microorganisms2小麦育种专家李振声小麦育种专家李振声获获2006年度国家最高科技奖年度国家最高科技奖 3l l李振声长期从事小麦与偃麦草远缘杂交与染色体工程育种研究，育成李振声长期从事小麦与偃麦草远缘杂交与染色体工程育种研究，育成李振声长期从事小麦与偃麦草远缘杂交与染色体工程育种研究，育成李振声长期从事小麦与偃麦草远缘杂交与染色体工程育种研究，育成小偃麦八倍体、异附加系、异代换系、易位系和小偃小偃麦八倍体、异附加系、异代换系、易位系和小偃小偃麦八倍体、异附加系、异代换系、易位系和小偃小偃麦八倍体、异附加系、

2、异代换系、易位系和小偃4 4 4 4、5 5 5 5、6 6 6 6号等系号等系号等系号等系列小麦良种。列小麦良种。列小麦良种。列小麦良种。l l利用偃麦草蓝色胚乳基因作为遗传标记性状，首次创制了蓝色单体小利用偃麦草蓝色胚乳基因作为遗传标记性状，首次创制了蓝色单体小利用偃麦草蓝色胚乳基因作为遗传标记性状，首次创制了蓝色单体小利用偃麦草蓝色胚乳基因作为遗传标记性状，首次创制了蓝色单体小麦系统、自花结实缺体小麦系统，建立了选育小麦异代换系的新方法麦系统、自花结实缺体小麦系统，建立了选育小麦异代换系的新方法麦系统、自花结实缺体小麦系统，建立了选育小麦异代换系的新方法麦系统、自花结实缺体小麦系统，建立

3、了选育小麦异代换系的新方法-缺体回交育种法，为小麦染色体工程育种奠定了基础。缺体回交育种法，为小麦染色体工程育种奠定了基础。缺体回交育种法，为小麦染色体工程育种奠定了基础。缺体回交育种法，为小麦染色体工程育种奠定了基础。l l开展了小麦高效利用土壤氮、磷营养元素研究，完成了种质资源筛选、开展了小麦高效利用土壤氮、磷营养元素研究，完成了种质资源筛选、开展了小麦高效利用土壤氮、磷营养元素研究，完成了种质资源筛选、开展了小麦高效利用土壤氮、磷营养元素研究，完成了种质资源筛选、生理机制、遗传规律和育种研究，开辟了作物营养遗传育种研究的新生理机制、遗传规律和育种研究，开辟了作物营养遗传育种研究的新生理机

4、制、遗传规律和育种研究，开辟了作物营养遗传育种研究的新生理机制、遗传规律和育种研究，开辟了作物营养遗传育种研究的新途径。途径。途径。途径。l l袁隆平袁隆平袁隆平袁隆平水稻育种，获水稻育种，获水稻育种，获水稻育种，获2000200020002000年国家最高科技奖年国家最高科技奖年国家最高科技奖年国家最高科技奖 4教材：教材：l l工业微生物育种学工业微生物育种学（第三版），（第三版），施巧琴、吴松刚主编，科学出版社，施巧琴、吴松刚主编，科学出版社，20095主要教学参考资料主要教学参考资料l l微生物遗传育种学微生物遗传育种学微生物遗传育种学微生物遗传育种学，廖宇静编，气象出版社，廖宇静编，

5、气象出版社，廖宇静编，气象出版社，廖宇静编，气象出版社，20102010l l工业微生物遗传育种学原理与应用工业微生物遗传育种学原理与应用工业微生物遗传育种学原理与应用工业微生物遗传育种学原理与应用，金志华编著，化学工业出版，金志华编著，化学工业出版，金志华编著，化学工业出版，金志华编著，化学工业出版社，社，社，社，2006 2006 l l工业微生物育种学工业微生物育种学工业微生物育种学工业微生物育种学，诸葛健主编，化学工业出版社，诸葛健主编，化学工业出版社，诸葛健主编，化学工业出版社，诸葛健主编，化学工业出版社，20062006l l新编遗传学教程新编遗传学教程新编遗传学教程新编遗传学教程

6、，李惟基主编，中国农业大学出版社，李惟基主编，中国农业大学出版社，李惟基主编，中国农业大学出版社，李惟基主编，中国农业大学出版社，20022002l l微生物药物学微生物药物学微生物药物学微生物药物学，陈代杰编著，华东理工大学出版社，陈代杰编著，华东理工大学出版社，陈代杰编著，华东理工大学出版社，陈代杰编著，华东理工大学出版社，19991999l l微生物分子育种原理与技术微生物分子育种原理与技术微生物分子育种原理与技术微生物分子育种原理与技术，汪天虹主编，化学工业出版社，汪天虹主编，化学工业出版社，汪天虹主编，化学工业出版社，汪天虹主编，化学工业出版社，20052005l l现代遗传学现代遗

7、传学现代遗传学现代遗传学，赵寿元、乔守怡编，高等教育出版社，赵寿元、乔守怡编，高等教育出版社，赵寿元、乔守怡编，高等教育出版社，赵寿元、乔守怡编，高等教育出版社，20032003l l现代微生物遗传学现代微生物遗传学现代微生物遗传学现代微生物遗传学，陈三凤、刘德虎编，化学工业出版社，陈三凤、刘德虎编，化学工业出版社，陈三凤、刘德虎编，化学工业出版社，陈三凤、刘德虎编，化学工业出版社，200320036本课程内容及安排本课程内容及安排（36学时）学时）l l绪论（绪论（绪论（绪论（1 1学时）学时）学时）学时）l l突变与修复（突变与修复（突变与修复（突变与修复（5-65-6学时）学时）学时）学

8、时）l l遗传重组与转座（遗传重组与转座（遗传重组与转座（遗传重组与转座（4-54-5学学学学时）时）时）时）l l诱变育种（诱变育种（诱变育种（诱变育种（2 2学时）学时）学时）学时）l l代谢控制育种（代谢控制育种（代谢控制育种（代谢控制育种（2-32-3学时）学时）学时）学时）l l杂交育种（杂交育种（杂交育种（杂交育种（3-43-4学时）学时）学时）学时）l l分子育种（分子育种（分子育种（分子育种（5-65-6学时）学时）学时）学时）l l高通量筛选高通量筛选高通量筛选高通量筛选（2-32-3学时）学时）学时）学时）l l前沿研究进展前沿研究进展前沿研究进展前沿研究进展（2 2学时）

9、学时）学时）学时）l l复习（复习（复习（复习（2 2学时）学时）学时）学时）l l课堂活动（课堂活动（课堂活动（课堂活动（4-84-8学时）学时）学时）学时）第第1章章 绪论绪论 8本章重点本章重点l l无无9本章难点本章难点l l无无10第一节第一节 工业微生物及其应用工业微生物及其应用l l对象：工业微生物对象：工业微生物对象：工业微生物对象：工业微生物l l工业微生物：是指在发酵工业中已经应用或具有潜在应用价值的微工业微生物：是指在发酵工业中已经应用或具有潜在应用价值的微工业微生物：是指在发酵工业中已经应用或具有潜在应用价值的微工业微生物：是指在发酵工业中已经应用或具有潜在应用价值的微

10、生物生物生物生物l l目的：选育优良菌种，提高发酵工业产品的产量和质量，简化工艺目的：选育优良菌种，提高发酵工业产品的产量和质量，简化工艺目的：选育优良菌种，提高发酵工业产品的产量和质量，简化工艺目的：选育优良菌种，提高发酵工业产品的产量和质量，简化工艺条件，进一步开发和利用微生物资源，增加发酵工业产品的品种，条件，进一步开发和利用微生物资源，增加发酵工业产品的品种，条件，进一步开发和利用微生物资源，增加发酵工业产品的品种，条件，进一步开发和利用微生物资源，增加发酵工业产品的品种，创造经济效益和社会效益（创造经济效益和社会效益（创造经济效益和社会效益（创造经济效益和社会效益（产量、质量、工艺、

11、新品种产量、质量、工艺、新品种产量、质量、工艺、新品种产量、质量、工艺、新品种）l l19291929：FlemingFleming，点青霉（，点青霉（，点青霉（，点青霉（PenicilliumPenicillium notatumnotatum），），），），1-2u/ml1-2u/ml，发，发，发，发表于表于表于表于19291929年年年年6 6月的英国月的英国月的英国月的英国实验病理学实验病理学实验病理学实验病理学杂志上杂志上杂志上杂志上l l19431943：产黄青霉（：产黄青霉（：产黄青霉（：产黄青霉（PenicilliumPenicillium chrysogenumchrysog

12、enum），），），），20 u/ml20 u/mll l目前：目前：目前：目前：70000 u/ml70000 u/ml以上以上以上以上11工业微生物及其应用工业微生物及其应用l l氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸l l抗生素抗生素抗生素抗生素l l微生物酶制剂微生物酶制剂微生物酶制剂微生物酶制剂l l有机溶剂和有机酸有机溶剂和有机酸有机溶剂和有机酸有机溶剂和有机酸l l核酸类核酸类核酸类核酸类l l微生物多糖微生物多糖微生物多糖微生物多糖l l微生物生理活性物质微生物生理活性物质微生物生理活性物质微生物生理活性物质n n维生素类生理活性物质维生素类生理活性物质维生素类生理活性物质维生素类生理活性物

13、质n n激素类药品激素类药品激素类药品激素类药品n n食品食品食品食品n n单细胞蛋白单细胞蛋白单细胞蛋白单细胞蛋白n n微生物环境净化微生物环境净化微生物环境净化微生物环境净化n n微生物冶金微生物冶金微生物冶金微生物冶金12第二节第二节 遗传学及其研究对象遗传学及其研究对象l l遗传学，主要研究遗传学，主要研究遗传学，主要研究遗传学，主要研究l l遗传物质的结构与功能遗传物质的结构与功能遗传物质的结构与功能遗传物质的结构与功能l l遗传信息的传递与表达遗传信息的传递与表达遗传信息的传递与表达遗传信息的传递与表达l l由英国遗传学家贝特森（由英国遗传学家贝特森（由英国遗传学家贝特森（由英国遗

14、传学家贝特森（W.BatesonW.Bateson）于）于）于）于19091909年提出年提出年提出年提出l l包括：包括：包括：包括：l l经典遗传学（传递遗传学）经典遗传学（传递遗传学）经典遗传学（传递遗传学）经典遗传学（传递遗传学）l l分子遗传学分子遗传学分子遗传学分子遗传学l l群体遗传学群体遗传学群体遗传学群体遗传学13l l经典遗传学：经典遗传学：经典遗传学：经典遗传学：l l遗传物质纵向传递的规律以及基因型与表型的关系遗传物质纵向传递的规律以及基因型与表型的关系遗传物质纵向传递的规律以及基因型与表型的关系遗传物质纵向传递的规律以及基因型与表型的关系l l分子遗传学：分子遗传学：

15、分子遗传学：分子遗传学：l l研究基因的结构、功能和横向传递研究基因的结构、功能和横向传递研究基因的结构、功能和横向传递研究基因的结构、功能和横向传递l l群体遗传学：群体遗传学：群体遗传学：群体遗传学：l l研究群体中基因频率和基因型频率以及影响其平衡研究群体中基因频率和基因型频率以及影响其平衡研究群体中基因频率和基因型频率以及影响其平衡研究群体中基因频率和基因型频率以及影响其平衡的各种因素的各种因素的各种因素的各种因素14遗传学的特点：遗传学的特点：l l推理性推理性推理性推理性l l研究方法是根据自然现象或实验数据推理出一种假设，然后通研究方法是根据自然现象或实验数据推理出一种假设，然后

16、通研究方法是根据自然现象或实验数据推理出一种假设，然后通研究方法是根据自然现象或实验数据推理出一种假设，然后通过实验加以验证；过实验加以验证；过实验加以验证；过实验加以验证；l l多学科交叉融合多学科交叉融合多学科交叉融合多学科交叉融合l l生物化学、细胞生物学、统计学、生物化学、细胞生物学、统计学、生物化学、细胞生物学、统计学、生物化学、细胞生物学、统计学、l l发展快速发展快速发展快速发展快速l l新理论、新技术、新成果新理论、新技术、新成果新理论、新技术、新成果新理论、新技术、新成果l l应用性应用性应用性应用性l l微生物育种学、优生学、生物工程学、微生物育种学、优生学、生物工程学、微

17、生物育种学、优生学、生物工程学、微生物育种学、优生学、生物工程学、15第三节第三节 遗传学的形成与发展遗传学的形成与发展l l孟德尔以前及同时代的一些遗传学说孟德尔以前及同时代的一些遗传学说孟德尔以前及同时代的一些遗传学说孟德尔以前及同时代的一些遗传学说l l希波克拉底（公元前希波克拉底（公元前希波克拉底（公元前希波克拉底（公元前5 5世纪）世纪）世纪）世纪）l l微小代表元素微小代表元素微小代表元素微小代表元素l l拉马克（拉马克（拉马克（拉马克（18091809）l l用进废退说用进废退说用进废退说用进废退说l l达尔文（达尔文（达尔文（达尔文（18661866）l l泛生论泛生论泛生论泛

18、生论l l高尔顿（高尔顿（高尔顿（高尔顿（18691869）l l融合遗传论融合遗传论融合遗传论融合遗传论16l l遗传学的诞生遗传学的诞生遗传学的诞生遗传学的诞生l l孟德尔（孟德尔（孟德尔（孟德尔（18661866）l l分离定律和自由组合定律分离定律和自由组合定律分离定律和自由组合定律分离定律和自由组合定律l l狄夫瑞斯（狄夫瑞斯（狄夫瑞斯（狄夫瑞斯（19011901）l l“突变突变突变突变”l lSutton&Sutton&BoveriBoveri（19021902）l l染色体是遗传物质的载体假说染色体是遗传物质的载体假说染色体是遗传物质的载体假说染色体是遗传物质的载体假说l l贝

19、特森（贝特森（贝特森（贝特森（1902-19091902-1909）l l“遗传学遗传学遗传学遗传学”、“等位基因等位基因等位基因等位基因”、“纯合体纯合体纯合体纯合体”、“杂合体杂合体杂合体杂合体”、l l约翰逊（约翰逊（约翰逊（约翰逊（19091909）l l“基因基因基因基因”、“基因型基因型基因型基因型”、“表型表型表型表型”17遗传学的发展遗传学的发展l l三个时期：三个时期：三个时期：三个时期：l l细胞遗传学时期（细胞遗传学时期（细胞遗传学时期（细胞遗传学时期（1910-19401910-1940）l l确立了遗传的染色体学说（摩尔根，连锁互换定律）确立了遗传的染色体学说（摩尔根

20、，连锁互换定律）确立了遗传的染色体学说（摩尔根，连锁互换定律）确立了遗传的染色体学说（摩尔根，连锁互换定律）l l微生物遗传学和生化遗传学时期（微生物遗传学和生化遗传学时期（微生物遗传学和生化遗传学时期（微生物遗传学和生化遗传学时期（1941-19691941-1969）l l研究对象从真核生物转向原核生物，更深入研究基因的精细结构研究对象从真核生物转向原核生物，更深入研究基因的精细结构研究对象从真核生物转向原核生物，更深入研究基因的精细结构研究对象从真核生物转向原核生物，更深入研究基因的精细结构和生化功能和生化功能和生化功能和生化功能l l分子遗传学时期（分子遗传学时期（分子遗传学时期（分子

21、遗传学时期（1953-1953-）l l主要研究基因的结构、功能和横向传递主要研究基因的结构、功能和横向传递主要研究基因的结构、功能和横向传递主要研究基因的结构、功能和横向传递18第四节第四节 微生物遗传育种学及其微生物遗传育种学及其研究进展研究进展l l育种的基础：育种的基础：育种的基础：育种的基础：l l遗传遗传遗传遗传l l变异变异变异变异l l利用什么工具去利用什么工具去利用什么工具去利用什么工具去“触发触发触发触发”变异？变异？变异？变异？l l诱变诱变诱变诱变l l杂交杂交杂交杂交l l分子手段分子手段分子手段分子手段19具体的遗传育种技术：具体的遗传育种技术：l l自然选育自然选

22、育l l诱变育种诱变育种l l杂交育种杂交育种l l代谢控制育种代谢控制育种l l分子育种分子育种201、自然选育、自然选育l l18811881年德国年德国年德国年德国Robert KochRobert Koch提出纯种培养理论，提出纯种培养理论，提出纯种培养理论，提出纯种培养理论，发明固体培养基（重大突破）发明固体培养基（重大突破）发明固体培养基（重大突破）发明固体培养基（重大突破）l l发明纯种培养法之后发明纯种培养法之后发明纯种培养法之后发明纯种培养法之后自然选育自然选育自然选育自然选育自发突自发突自发突自发突变变变变纯种分离纯种分离纯种分离纯种分离l l例：卡介苗例：卡介苗例：卡介苗

23、例：卡介苗l l局限性：局限性：局限性：局限性：自发突变频率低，难以大幅度提高菌自发突变频率低，难以大幅度提高菌自发突变频率低，难以大幅度提高菌自发突变频率低，难以大幅度提高菌种生产水平种生产水平种生产水平种生产水平212、诱变育种、诱变育种l l20世纪世纪4050年代年代l l人工诱发基因突变人工诱发基因突变l lBeadle&Tatum用用X射线、射线、UV诱变红色诱变红色面包霉，获得代谢障碍突变株面包霉，获得代谢障碍突变株223、杂交育种、杂交育种l l20世纪世纪50年代后年代后l l以基因重组为基础以基因重组为基础l l把不同菌株的优良性状集中于重组体中把不同菌株的优良性状集中于重组体中l l2002年出现的基因组改组育种为其特例年出现的基因组改组育种为其特例 234、代谢控制育种、代谢控制育种l l20世纪世纪5070年代年代l l理性（筛选手段）理性（筛选手段）l l以诱变育种为基础，获得各种解除或绕过以诱变育种为基础，获得各种解除或绕过了微生物正常代谢途径的突变株，从而人了微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地实现有用产物选择性大量生成和积累为地实现有用产物选择性大量生成和积累246 分子育种分子育种l l20世纪世纪70年代年代l l包括基因工程、分子定向进化等包括基因工程、分子定向进化等