食品微生物学(第五章微生物的遗传变异与菌种选11育)课件.ppt

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1、第五章第五章 微生物的遗传变异微生物的遗传变异与菌种选育与菌种选育Chapter5.MicrobialGenetics遗传遗传：亲代与子代相似变异变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一遗传型遗传型：表型（表现型）表型（表现型）：生物的全部遗传因子及基因具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。表型饰变：表型饰变：表型的差异只与环境有关特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为遗传型变异（基

2、因变异、基因突变）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变特点：遗传性、群体中极少数个体的行为 （自发突变频率通常为10-6-10-9）微生物是遗传学研究中的明星：t微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。t很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。t对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。微生物的独特生物学特性：微生物的独特生物学特性：（1）个体极其简单；个体极其简单；（2）营养体一般都

3、是单倍体；营养体一般都是单倍体；（3）易于在成分简单的组合培养基上大量生易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁长繁殖；殖；（4）繁殖速度快；繁殖速度快；（5）易于积累不同的中间代谢产物或终产物；易于积累不同的中间代谢产物或终产物；（6）菌落形态特征的可见性和多样性；菌落形态特征的可见性和多样性；（7）环境条件对微生物群体中各个个体作用环境条件对微生物群体中各个个体作用的直的直接性和均一性；接性和均一性；（8）易于形成营养缺陷型；易于形成营养缺陷型；（9）各种微生物一般都有相应的病毒；各种微生物一般都有相应的病毒；（10)存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方存在多种处于进化过程中的原始有性生殖

4、方式；式；第一节第一节微生物遗传变异的物质基础微生物遗传变异的物质基础经典试验1.肺炎链球菌的转化试验（a）S型和R型细胞侵染试验一、遗传和变异的物质基础一、遗传和变异的物质基础分离后的S型细胞物质对R型细胞的转化 A.D.Hershey和和M.Chase，1952年年（1）含）含32P-DNA的一组：放射性的一组：放射性85%在沉淀中在沉淀中10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15%放射性放射性沉淀中含沉淀中含85%放射性放射性沉淀中含沉淀中含2

5、5%放射性放射性以以32S标标记记蛋蛋白白质质外外壳壳做做噬噬菌菌体体感感染染实验实验（2）含）含35S-蛋白质的一组：放射性蛋白质的一组：放射性75%在上清液中在上清液中10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75%放射性放射性结论结论细胞生物的遗传物质是双链DNA病毒的乙醇物质可以是单链的或双链的DNA或RNA，即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或dsRNA。二、的结构与复制二、的结构与复制1的结构 2DNA的复制31的结构Watson和Cri

6、ck在1953年描述了DNA的结构模型：DNA分子是由两条相互平行、方向相反的多核苷酸单链以右手螺旋方向相互缠绕而形成的双螺旋。脱氧核糖和磷酸构成的主链位于外围，通过氢键相互交联的碱基处于双螺旋的内部。腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对；两条单链互补；一条链的碱基序列限定了另一条链的序列。2DNA的复制细菌DNA的q-形复制 真核生物DNA的复制10100 m mm 复制叉复制叉复复制制叉叉复复制制原原点点模板模板新生链新生链.有种类型有种类型trm反义反义三三.遗传物质的存在形式遗传物质的存在形式真核生物细胞中的DNA中只有不到5的DNA用于所需蛋白质的基因表达，其余的DNA起“结构”

7、作用或“调节”作用。DNA被紧密地包装在多条染色体中，每条染色体中含有一个线状DNA分子，它以左手螺旋方向围着一个个组蛋白八聚体绕圈1.8周，形成串珠状的染色质，被串在一起的小颗粒称为核小体，染色质进一步卷曲形成每圈6个核小体、直径30 nm的染色质丝，它折叠成许多超螺旋环附着在中央骨架上。真核生物的染色体结构 FromBIOLOGYbyJackCCareyet al.,eds 细菌染色体DNA的大小和结构(a)大肠杆菌细胞大小和染色体大肠杆菌细胞大小和染色体DNA长度的比较；长度的比较；(b)细菌细胞中的拟核；细菌细胞中的拟核；(c)大肠杆大肠杆菌染色体结构电镜图。菌染色体结构电镜图。宽1.

8、11.5 mm、长26 mm的细胞里包装着的一个DNA分子的长度达1 mm；这个环状的DNA分子在细胞中形成含有一个染色体的拟核；在染色体的中心有一个由DNA结合蛋白和膜组成的骨架，DNA分子附着在骨架上形成50100个超螺旋的环，每个环中含碱基对约50100 kb，这种多层次折叠使DNA处于高度压缩状态.Fromfiguresinreferencedbook5.染色体以外的遗传因子染色体以外的遗传因子 线粒体和叶绿体中含有的DNA能够自体复制，并编码执行线粒体和叶绿体功能的蛋白，属于染色体以外的遗传因子。质粒一般指存在于细菌、真菌等微生物细胞中，独立于染色体以外，能进行自我复制的遗传因子。质

9、粒的大小为11000kb，常为环状的双链DNA分子，也有线状DNA或RNA质粒。有些质粒既能够整合到染色体上，又能以游离状态存在，并能携带部分染色体基因进行转移，它们被称为附加体。第二节微生物的基因突变第二节微生物的基因突变一、一、突变的类型突变的类型一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变基因突变：（一）按突变涉及的范围来分（一）按突变涉及的范围来分（二）按突变所带来的表型改变来分（二）按突变所带来的表型改变来分.形态突变型：形态突变型：指细胞形态结构发生变化或引起菌落形态改变的那些突变类型.致死突变型：致死突变型：由于基因突变而造成个体死亡的突变类型.条件致死突变型：条件致死突变型：限定

10、条件下表达突变性状或致死效应，而在许可条件下的表型是正常的.营养缺陷突变型：营养缺陷突变型：指某种微生物经基因突变而引起微生物代谢过程中某些酶合成能力丧失的突变型，它们必须在原有培养基中添加相应的营养成分才能正常生长繁殖。.抗性突变型：抗性突变型：是指一类能抵抗有害理化因素的突变型，细胞或个体能在某种抑制生长的因素存在时继续生长与繁殖。.抗原突变型：抗原突变型：是指细胞成分，特别是细胞表面成分如细胞壁、荚膜、鞭毛的细致变异而引起抗原性变化的突变型。突变突变自发突变诱变环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等而导致，一般频率较低，通常为10-6-10-9。某些物理、化学因素对生物体的DNA进行

11、直接作用，突变以较高的频率产生。（三）按突变的条件和原因划分（三）按突变的条件和原因划分二、基因突变的特点二、基因突变的特点1）自发性2）稀有性3）诱变性4）独立性5）稳定性6）可逆性三三三三、基因突变的机制、基因突变的机制、基因突变的机制、基因突变的机制（一）自发突变的机制（一）自发突变的机制（一）自发突变的机制（一）自发突变的机制 1 1 背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应2 2 微生物自身代谢产物的诱变效应微生物自身代谢产物的诱变效应微生物自身代谢产物的诱变效应微生物自身

12、代谢产物的诱变效应3 3 互变异构效应互变异构效应互变异构效应互变异构效应 4 4 环状突出效应环状突出效应环状突出效应环状突出效应（二）诱发突变的机制（二）诱发突变的机制（二）诱发突变的机制（二）诱发突变的机制11碱基对的置换碱基对的置换碱基对的置换碱基对的置换 直接引起置换的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引起置换的诱变剂（亚硝酸类、烷化剂类）（亚硝酸类、烷化剂类）（亚硝酸类、烷化剂类）（亚硝酸类、烷化剂类）间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂（碱基类似物）（碱基类似物）（碱基类似物）（碱基类似物）22移码突变移码突变移码突变移

13、码突变 33染色体畸变染色体畸变染色体畸变染色体畸变碱基对的置换碱基对的置换碱基对的置换碱基对的置换 碱碱碱碱基基基基对对对对的的的的置置置置换换换换可可可可分分分分成成成成两两两两个个个个亚亚亚亚类类类类：一一一一类类类类是是是是DNADNA链链链链上上上上的的的的一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤被被被被另另另另一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤或或或或是是是是一一一一个个个个嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶被被被被另另另另一一一一个个个个嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶所所所所置置置置换换换换，称称称称为为为为转转转转换换换换；另另另另一一一一类类类类是是是是DNADNA链链链链上上上上的的的的一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤

14、呤呤被被被被另另另另一一一一个个个个嘧嘧嘧嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换 A A：TT T T：AA AA T T C C：GG GG：CC CC GG双链DNA单链DNA（实线代表转换，虚线代表颠换）（实线代表转换，虚线代表颠换）（实线代表转换，虚线代表颠换）（实线代表转换，虚线代表颠换）直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂 亚亚硝硝酸酸是是一一种种对对含含有有氨氨基基的的碱碱基基对对亚亚硝硝酸酸是是一一种种对对含含有有氨氨基基的的碱碱基基对对直直接

15、接作作用用而而诱诱发发碱碱基基对对转转换换的的诱诱变变剂剂。直直接接作作用用而而诱诱发发碱碱基基对对转转换换的的诱诱变变剂剂。它它能能使使碱碱基基中中的的氨氨基基氧氧化化脱脱氨氨，从从而而它它能能使使碱碱基基中中的的氨氨基基氧氧化化脱脱氨氨，从从而而使使腺腺嘌嘌呤呤（使使腺腺嘌嘌呤呤（A A A A）变变成成次次黄黄膘膘呤呤（变变成成次次黄黄膘膘呤呤（H H H H），），胞胞 嘧嘧 啶啶（胞胞 嘧嘧 啶啶（C C C C）变变成成尿尿嘧嘧啶啶（变变成成尿尿嘧嘧啶啶（U U U U），），而而后后由由于于而而后后由由于于H H H H 和和和和C C C C 配配对对，配配对对，U U U U

16、 与与与与A A A A 配配对对，配配对对，因因此此当当因因此此当当D DN NA A D DN NA A 再再次次复复制制时时，再再次次复复制制时时，A A A A:T T T T 就就转转换换就就转转换换为为为为 G G G G:C C C C，而而，而而G G G G:C C C C 就就 转转 换换 为为就就 转转 换换 为为 A A A A:T T T T。H:CH:C H:CH:C-G:C-G:C-G:C-G:C H:CH:CG:CG:CG:CG:C A:T H:T-A:T A:T H:T-A:T A:T H:T-A:T A:T H:T-A:T亚硝酸类引起的碱基对置换亚硝酸类引起

17、的碱基对置换亚硝酸类引起的碱基对置换亚硝酸类引起的碱基对置换O:AO:AT:AT:A（颠换）颠换）颠换）颠换）O:CO:CG:CG:C（复原）复原）复原）复原）G:CRG:CO:CG:CRG:CO:C O:TO:TA:TA:T（转换）转换）转换）转换）O:GO:GC:GC:G（颠换）颠换）颠换）颠换）烷烷烷烷化化化化剂剂剂剂是是是是诱诱诱诱变变变变育育育育种种种种极极极极其其其其重重重重要要要要的的的的一一一一类类类类诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂，它它它它们们们们的的的的化化化化学学学学结结结结构构构构都都都都带带带带有有有有一一一一个个个个或或或或多多多多个个个个活活活活性性性性烷烷烷烷基基基基

18、。所所所所有有有有这这这这些些些些物物物物质质质质通通通通过过过过烷烷烷烷化化化化磷磷磷磷酸酸酸酸基基基基形形形形成成成成烷烷烷烷化化化化嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤和和和和烷烷烷烷化嘧啶与化嘧啶与化嘧啶与化嘧啶与DNADNA作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。烷烷烷烷化化化化作作作作用用用用导导导导致致致致基基基基因因因因突突突突变变变变的的的的机机机机制制制制尚尚尚尚未未未未定定定定论论论论。碱碱碱碱基基基基类类类类似似似似物物物物作作作作用用用用，引引引引起起起起碱碱碱碱基基基基配配配配对对对对的的的的错错错

19、错误误误误。烷烷烷烷基基基基在在在在鸟鸟鸟鸟嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤 引引引引起起起起脱脱脱脱嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤作作作作用用用用，使使使使鸟鸟鸟鸟嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤从从从从DNADNA链上脱落下来，进而引起链上脱落下来，进而引起链上脱落下来，进而引起链上脱落下来，进而引起DNADNA复制时碱基对的缺失和置换。复制时碱基对的缺失和置换。复制时碱基对的缺失和置换。复制时碱基对的缺失和置换。间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂 A A:BU/:BU/:BU/:BU/G:BrUG:BrUG:BrUG:BrU G:BrUG:BrUG:BrUG:BrU-G:C-G:C-G:C-G:C 5 5-BUBU A:T-A

20、:T-A:T-A:T-A:BU-A:TA:BU-A:TA:BU-A:TA:BU-A:T(a)(a)GG:BrU:BrU:BrU:BrU/A:BU/A:BU/A:BU/A:BUA:BU-A:TA:BU-A:TA:BU-A:TA:BU-A:T5 5-BrUBrU G:C-G:C-G:C-G:C-G:BrUG:BrUG:BrUG:BrU-G:C-G:C-G:C-G:C(b)(b)5 5-溴尿嘧啶的诱变效应溴尿嘧啶的诱变效应溴尿嘧啶的诱变效应溴尿嘧啶的诱变效应 a.5a.5-BUBU以酮式掺入；以酮式掺入；以酮式掺入；以酮式掺入；b.5b.5-BrUBrU以烯醇式掺入以烯醇式掺入以烯醇式掺入以烯醇式掺

21、入 5 5-氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（5 5-AUAU）、）、）、）、8 8-氮鸟嘌氮鸟嘌氮鸟嘌氮鸟嘌呤（呤（呤（呤（8 8-NGNG）、）、）、）、-氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（-APAP）及及及及 6 6-氮嘌呤（氮嘌呤（氮嘌呤（氮嘌呤（6 6-NPNP）等。它们等。它们等。它们等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入的作用是通过活细胞的代谢活动掺入的作用是通过活细胞的代谢活动掺入的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到到到到DNADNA分子中后，引起碱基对的置换，分子中后，引起碱基对的置换，分子中后，引起碱基对的置换，分子中后，引起碱基对的置换，因此是间接的。

22、在这些碱基类似物中，因此是间接的。在这些碱基类似物中，因此是间接的。在这些碱基类似物中，因此是间接的。在这些碱基类似物中，最常被应用的是最常被应用的是最常被应用的是最常被应用的是 5 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5 5-BrUBrU）和）和）和）和-氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（-APAP）。）。）。）。5 5-BrUBrU是是是是TT的代谢类似物。的代谢类似物。的代谢类似物。的代谢类似物。5 5-BrUBrU以酮式状态时可以替代以酮式状态时可以替代以酮式状态时可以替代以酮式状态时可以替代 T T T T，与，与，与，与A A A A配对；配对；配对；配对；5 5-B

23、rUBrU以烯醇式状态时替代以烯醇式状态时替代以烯醇式状态时替代以烯醇式状态时替代C C C C与与与与G G G G配对；配对；配对；配对；5 5BrUBrU 可以通过烯醇式和酮式结构可以通过烯醇式和酮式结构可以通过烯醇式和酮式结构可以通过烯醇式和酮式结构的变化；的变化；的变化；的变化；引起碱基对置换引起碱基对置换引起碱基对置换引起碱基对置换。移码突变移码突变 移移移移码码码码突突突突变变变变 这这这这是是是是指指指指由由由由一一一一种种种种诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂而而而而引引引引起起起起DNADNA分分分分子子子子中中中中的的的的一一一一个个个个或或或或少少少少数数数数几几几几个个个个碱碱

24、碱碱基基基基插插插插入入入入或或或或缺缺缺缺失失失失，从从从从而而而而使使使使该该该该部部部部位位位位后后后后面面面面全全全全部部部部遗遗遗遗传传传传密密密密码发生转录错误的一类突变。码发生转录错误的一类突变。码发生转录错误的一类突变。码发生转录错误的一类突变。吖吖吖吖啶啶啶啶类类类类染染染染料料料料及及及及其其其其化化化化合合合合物物物物是是是是移移移移码码码码突突突突变变变变的的的的有有有有效效效效诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂，例例例例如如如如三三三三氨氨氨氨基基基基吖吖吖吖啶啶啶啶，吖吖吖吖啶啶啶啶黄黄黄黄，吖吖吖吖啶橙，啶橙，啶橙，啶橙，5 5-氨基氨基氨基氨基吖吖吖吖啶。啶。啶。啶。吖吖

25、吖吖啶啶啶啶类类类类化化化化合合合合物物物物的的的的诱诱诱诱变变变变机机机机制制制制目目目目前前前前还还还还不不不不很很很很清清清清楚楚楚楚。现现现现普普普普遍遍遍遍认认认认为为为为，由由由由于于于于吖吖吖吖啶啶啶啶类类类类化化化化合合合合物物物物是是是是一一一一种种种种平平平平面面面面型型型型三三三三环环环环分分分分子子子子结结结结构构构构，与与与与一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤:嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶碱碱碱碱基基基基对对对对相相相相似似似似，因因因因此此此此能能能能够够够够嵌嵌嵌嵌入入入入两两两两个个个个相相相相邻邻邻邻的的的的DNADNA碱碱碱碱基基基基对对对对之之之之间间间间，造造造造成成

26、成成双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋的的的的部部部部分分分分解解解解开开开开，从从从从而而而而在在在在DNADNA复复复复制制制制过过过过程程程程中中中中，会会会会使使使使链链链链上上上上插插插插入入入入或或或或缺缺缺缺失失失失一一一一个个个个碱碱碱碱基基基基，结结结结果果果果引引引引起起起起移码突变。移码突变。移码突变。移码突变。染色体畸变染色体畸变染染色色体体畸畸变变是是指指由由诱诱变变剂剂引引起起DNA分分子子的的大大损损伤伤，它它包包括括染染色色体体结结构构上上的的缺失、重复、易位及倒位等。缺失、重复、易位及倒位等。紫紫外外线线、X射射线线、射射线线等等射射线线及及亚亚硝硝酸酸、烷烷化化剂剂等

27、等均均能能引引起起染染色色体体畸畸变变，尤其是紫外线能引起尤其是紫外线能引起DNA分子多处较大的损伤。分子多处较大的损伤。紫紫外外线线主主要要通通过过在在同同链链DNA相相邻邻的的嘧嘧啶啶间间或或在在互互补补双双链链间间形形成成以以共共价价键键结结合的胸腺嘧啶二聚体，合的胸腺嘧啶二聚体，微生物能以多种方式去修复被紫外线损作后的微生物能以多种方式去修复被紫外线损作后的 DNA，主要方式有两种：主要方式有两种：（1 1）光复活作用。）光复活作用。由由于于微微生生物物中中一一般般都都存存在在着着光光复复合合作作用用，因因此此，用用紫紫外外线线照照射射菌菌液液时时都都须在红光下进行操作处理微生物，而后

28、在暗室或用黑布包起来培养。须在红光下进行操作处理微生物，而后在暗室或用黑布包起来培养。（2 2）暗修复作用。也称切除修复作用。暗修复作用。也称切除修复作用。X射线和射线和 射线为电离辐射，含有很高的能量，能产生电离作用，因射线为电离辐射，含有很高的能量，能产生电离作用，因而能直接或间接地改变而能直接或间接地改变DNA结构。直接的效应是碱基的化学键，脱氧核糖结构。直接的效应是碱基的化学键，脱氧核糖的化学键和糖的化学键和糖酸相连接的化学键断裂；酸相连接的化学键断裂；第三节第三节 微生物的基因重组微生物的基因重组 基基基基因因因因重重重重组组组组又又又又称称称称为为为为遗遗遗遗传传传传重重重重组组组

29、组，它它它它是是是是指指指指把把把把两两两两个个个个不不不不同同同同性性性性状状状状个个个个体体体体内内内内的的的的遗遗遗遗传传传传基基基基因因因因转转转转移移移移到到到到一一一一起起起起，经经经经过过过过遗遗遗遗传传传传分分分分子子子子的的的的重重重重新新新新组组组组合合合合后后后后，形成新遗传型个体的过程。形成新遗传型个体的过程。形成新遗传型个体的过程。形成新遗传型个体的过程。重重重重组组组组是是是是分分分分子子子子水水水水平平平平上上上上的的的的概概概概念念念念，可可可可以以以以理理理理解解解解成成成成是是是是遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质分分分分子水平上的杂交，而一般所说的杂交是细胞

30、水平上的概念。子水平上的杂交，而一般所说的杂交是细胞水平上的概念。子水平上的杂交，而一般所说的杂交是细胞水平上的概念。子水平上的杂交，而一般所说的杂交是细胞水平上的概念。杂杂杂杂交交交交中中中中必必必必然然然然包包包包含含含含着着着着重重重重组组组组，而而而而重重重重组组组组则则则则不不不不限限限限于于于于杂杂杂杂交交交交一一一一种种种种形形形形式式式式。真真真真核核核核微微微微生生生生物物物物中中中中的的的的有有有有性性性性杂杂杂杂交交交交，准准准准性性性性生生生生殖殖殖殖以以以以及及及及原原原原核核核核微微微微生生生生物物物物中中中中的的的的转转转转化化化化、转转转转导导导导、接接接接合合

31、合合和和和和溶溶溶溶原原原原转转转转变变变变等等等等都都都都是是是是基基基基因因因因重重重重组组组组在在在在细细细细胞胞胞胞水平上的反映。水平上的反映。水平上的反映。水平上的反映。一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组（一）（一）（一）（一）转化（转化（转化（转化（transtormationtranstormation）受受体体菌菌直直接接吸吸收收来来自自供供体体菌菌的的DNA片片段段，通通过过交交换换组组合合把把它它整整合合到到自自己己的的基基因因组组中中，从从而而获获得得了了供供体体菌菌的的部部分分遗遗传传性性状状的的现现象象，称称为为转转化化。转转化化后后的的受受体体菌菌，称

32、称为转化子。供体菌的为转化子。供体菌的DNA片段称为转化因子。片段称为转化因子。只只有有处处于于感感受受态态的的细细菌菌才才能能接接受受转转化化因因子子，进进行行转化作用。转化作用。w转化过程大致是这样的：转化过程大致是这样的：w从供体菌提取出转化因子双链从供体菌提取出转化因子双链DNA片段；片段；w双链双链DNA片段与感受态受体菌的细胞表面特片段与感受态受体菌的细胞表面特定位点结合；定位点结合；w在结合位点上，双链在结合位点上，双链DNA中的一条单链逐步中的一条单链逐步降解，同时另一条链逐步进入受体细胞。降解，同时另一条链逐步进入受体细胞。w 进入受体细胞的进入受体细胞的DNA单链与受体菌染

33、色体组单链与受体菌染色体组上同源区段配对，而受体菌染色体组的相应单链上同源区段配对，而受体菌染色体组的相应单链片段被切除，并被进入受体细胞的片段被切除，并被进入受体细胞的DNA单链所取单链所取代，于是形成了杂种代，于是形成了杂种DNA区段；区段；w 受体菌染色体进行复制，其中杂种区段被分受体菌染色体进行复制，其中杂种区段被分离成两个，一个恢复，一个形成一个转化子。离成两个，一个恢复，一个形成一个转化子。一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组（二）（二）（二）（二）转导（转导（转导（转导（transductiontransduction）通通通通过过过过缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型噬噬噬噬

34、菌菌菌菌体体体体或或或或温温温温和和和和型型型型噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体为为为为媒媒媒媒介介介介，将将将将供供供供体体体体细细细细菌菌菌菌细细细细胞胞胞胞中中中中DNADNA片片片片段段段段携携携携带带带带到到到到受受受受体体体体细细细细菌菌菌菌细细细细胞胞胞胞中中中中，从从从从而而而而使使使使受受受受体细菌获得供体细菌的某些遗传性状的现象，称为转导。体细菌获得供体细菌的某些遗传性状的现象，称为转导。体细菌获得供体细菌的某些遗传性状的现象，称为转导。体细菌获得供体细菌的某些遗传性状的现象，称为转导。根根根根据据据据媒媒媒媒介介介介噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体的的的的不不不不同同同同，转转转转导导导

35、导分分分分普普普普遍遍遍遍性性性性转转转转导导导导和和和和局局局局限限限限性性性性转导转导转导转导两两两两类类类类。1普遍性转导普遍性转导 由缺陷型噬菌体误包（而非整合）供体由缺陷型噬菌体误包（而非整合）供体细菌细菌DNA中的任何一部分片段（包括核外遗传物质在内）中的任何一部分片段（包括核外遗传物质在内）后，当它再次感染受体细菌时，使后者获得了这部分遗传后，当它再次感染受体细菌时，使后者获得了这部分遗传性状的现象，称为普遍性转导。它的转导频率为性状的现象，称为普遍性转导。它的转导频率为 105108。2局局限限性性转转导导（特特异异性性转转导导）由由温温和和噬噬菌菌体体侵侵染染而而形形成成的的

36、某某一一溶溶源源细细菌菌群群被被诱诱导导裂裂解解时时，其其中中极极少少数数个个体体的的DNA可可能能与与噬噬菌菌体体DNA发发生生若若干干特特定定基基因因的的交交换换，从从而而被被整整合合到到噬噬菌菌体体的的基基因因组组上上，当当该该噬噬菌菌体体再再次次感感染染受受体体细细菌菌时时，就就使使受受体体细细菌菌获获得得了了这这一一特特定定遗遗传传性性状状的的现现象象，称称为局限性转导，它的转导频率为为局限性转导，它的转导频率为 10-6。一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组（三）（三）（三）（三）接合（接合（接合（接合（conjugationconjugation）通过供体细菌和受体细

37、菌完整细胞间的直接接触而传递大段通过供体细菌和受体细菌完整细胞间的直接接触而传递大段DNA的的过程，称为接合（有时也称杂交）。过程，称为接合（有时也称杂交）。在在细细菌中，接合菌中，接合现现象研究最清楚的是大象研究最清楚的是大肠肠杆菌。杆菌。发现发现能能够进够进行行接合接合现现象的大象的大肠肠杆菌有雄性与雌性之分，而决定它杆菌有雄性与雌性之分，而决定它们们性性别别的是由是的是由是否存在否存在 F因子所决定。因子所决定。F因子又称致育因子，是一种因子又称致育因子，是一种质质粒，分子量粒，分子量为为 5107道道尔尔顿顿；雌性雌性细细菌不含菌不含F因子，称因子，称为为F-菌株，菌株，雄性雄性细细菌

38、含有游离存在的菌含有游离存在的F因子，称因子，称为为F+菌株，菌株，当当雄性雄性细细菌菌细细胞中所含的胞中所含的F因子被整合在因子被整合在细细胞核的胞核的DNA上，不上，不呈游离状呈游离状态态存在称存在称为为Hfr菌株菌株（高高频频重重组组菌株菌株）；）；有有时时被整合在被整合在细细胞核胞核DNA上上的的F因子，从因子，从DNADNA上面脱落下来，呈上面脱落下来，呈游离存在，但在脱落游离存在，但在脱落时时，F因子有因子有时时能能带带一小段一小段细细胞核胞核 DNA。我我们们将将这这种含有游离存在的但又种含有游离存在的但又带带有一小段有一小段细细胞核胞核DNA的的F因子的因子的细细菌菌称称为为

39、F菌株。菌株。接合的基本过程接合的基本过程接合的基本过程接合的基本过程 滚环复制模型滚环复制模型滚环复制模型滚环复制模型接合的结果：接合的结果：接合的结果：接合的结果：F F+F+F-2F2F+FF+F+F-2F2F HfrHfr+F+F-多种情况多种情况多种情况多种情况 HfrHfr+F+F-HfrHfrF F-（多数情况下）多数情况下）多数情况下）多数情况下）HfrHfr+F+F-HfrHfrHfrHfr（少数情况下）少数情况下）少数情况下）少数情况下）一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组（四）（四）（四）（四）溶源性转变溶源性转变溶源性转变溶源性转变 宿宿宿宿主主主主菌菌菌菌

40、在在在在感感感感染染染染温温温温和和和和噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体后后后后，由由由由于于于于噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体DNADNADNADNA整整整整合合合合到到到到核核核核DNADNADNADNA后后后后，导导导导致致致致宿宿宿宿主菌某些新的遗传性状表达，即所谓溶源性转变。主菌某些新的遗传性状表达，即所谓溶源性转变。主菌某些新的遗传性状表达，即所谓溶源性转变。主菌某些新的遗传性状表达，即所谓溶源性转变。这这这这是是是是一一一一种种种种与与与与转转转转导导导导相相相相似似似似但但但但又又又又有有有有本本本本质质质质不不不不同同同同的的的的现现现现象象象象。溶溶溶溶源源源源转转转转变变变变与与与与转

41、转转转导导导导在在在在本本本本质质质质上上上上的的的的不不不不同同同同，首首首首先先先先是是是是它它它它的的的的温温温温和和和和噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体不不不不携携携携带带带带有有有有任任任任何何何何供供供供体体体体菌菌菌菌的的的的基基基基因因因因，其其其其次次次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。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。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。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。溶溶溶溶 源源源源 转转转转 变变变变 的的的的 典典典典 型型型型 例例例例 子子子

42、子 是是是是 不不不不 产产产产 毒毒毒毒 素素素素 的的的的 白白白白 喉喉喉喉 棒棒棒棒 状状状状 杆杆杆杆 菌菌菌菌（LorynebatceriumLorynebatcerium diphthariacdiphthariac）菌菌菌菌株株株株被被被被噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体侵侵侵侵染染染染而而而而发发发发生生生生溶溶溶溶源源源源化化化化时时时时，会会会会变变变变成成成成产产产产毒毒毒毒素素素素的的的的致致致致病病病病菌菌菌菌株株株株。其其其其他他他他如如如如沙沙沙沙门门门门氏氏氏氏菌菌菌菌、红红红红霉霉霉霉菌菌菌菌、链链链链霉霉霉霉菌菌菌菌等等等等也具有溶源转变的能力。也具有溶源转变的能

43、力。也具有溶源转变的能力。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）（一）（一）（一）有性杂交有性杂交有性杂交有性杂交 在在在在微微微微生生生生物物物物的的的的有有有有性性性性繁繁繁繁殖殖殖殖过过过过程程程程中中中中，不不不不同同同同的的的的性性性性细细细细胞胞胞胞间间间间的的的的接接接接合合合合，并并并并随随随随之之之之发生染色体的重组，从而产生新遗传型后代的现象，称有性杂交。发生染色体的重组，从而产生新遗传型后代的现象，称有性杂交。发生染色体的重组，从而产生新遗传型后代的现象，称有性杂交。发生染色体的重组，从而产生新遗传型后代的现象，称有性杂交。凡是能产生

44、有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。有有有有性性性性杂杂杂杂交交交交在在在在生生生生产产产产实实实实践践践践中中中中被被被被广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于优优优优良良良良品品品品种种种种的的的的培培培培育育育育。例例例例如如如如用用用用于于于于酒酒酒酒精精精精发发发发酵酵酵酵的的的的酵酵酵酵母母母母菌菌菌菌和和和和用用用用于于于于面面面面包包包包发发发发酵酵酵酵的的的的酵酵酵酵母母母母菌菌菌菌同同同同属属属属一一一一种种种种啤啤啤啤

45、酒酒酒酒酵酵酵酵母母母母（SaccharomycesSaccharomyces cerevisiaecerevisiae）的的的的两两两两个个个个不不不不同同同同菌菌菌菌株株株株，面面面面包包包包酵酵酵酵母母母母的的的的特特特特点点点点是是是是对对对对麦麦麦麦芽芽芽芽糖糖糖糖及及及及葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖的的的的发发发发酵酵酵酵力力力力强强强强，产产产产生生生生 CO2CO2多多多多，生生生生长长长长快快快快；而而而而酒酒酒酒精精精精酵酵酵酵母母母母的的的的特特特特点点点点是是是是产产产产酒酒酒酒率率率率高高高高而而而而对对对对麦麦麦麦芽芽芽芽糖糖糖糖、葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖的的的的发发发

46、发酵酵酵酵力力力力弱弱弱弱，所所所所以以以以酿酿酿酿酒酒酒酒厂厂厂厂生生生生产产产产酒酒酒酒精精精精后后后后的的的的酵酵酵酵母母母母，不不不不能能能能供供供供面面面面包包包包厂厂厂厂作作作作引引引引子子子子用用用用。通通通通过过过过两两两两者者者者的的的的杂杂杂杂交交交交，就就就就得得得得到到到到了了了了既既既既能能能能生生生生产产产产酒酒酒酒精精精精，又又又又能能能能将将将将其其其其残残残残余余余余菌菌菌菌体体体体用用用用作作作作面面面面包包包包厂厂厂厂和和和和家家家家用用用用发发发发面面面面酵母的优良菌种。酵母的优良菌种。酵母的优良菌种。酵母的优良菌种。二、真核微生物的基因重组二、真核微生

47、物的基因重组（二）（二）（二）（二）准性生殖准性生殖准性生殖准性生殖准准准准性性性性生生生生殖殖殖殖是是是是一一一一种种种种类类类类似似似似于于于于有有有有性性性性生生生生殖殖殖殖但但但但比比比比它它它它更更更更为为为为原原原原始始始始的的的的一一一一种种种种生生生生殖殖殖殖方方方方式式式式。是是是是由由由由两两两两个个个个非非非非异异异异配配配配型型型型核核核核的的的的细细细细胞胞胞胞接接接接合合合合后后后后，形形形形成成成成异异异异核核核核体体体体细细细细胞胞胞胞，两两两两核核核核能能能能发发发发生生生生低低低低频频频频率率率率的的的的接接接接合合合合与与与与交交交交换换换换，产产产产生生

48、生生具具具具有有有有新新新新性性性性状状状状的的的的个个个个体体体体。其其其其主主主主要要要要过过过过程程程程包包包包括括括括以以以以下下下下基基基基本本本本过程：过程：过程：过程：1 1菌菌菌菌丝丝丝丝联联联联结结结结 发发发发生生生生在在在在一一一一些些些些形形形形态态态态上上上上没没没没有有有有区区区区别别别别的的的的，但但但但在在在在遗遗遗遗传传传传性性性性状状状状上上上上可可可可以以以以有差别的两个同种亲本的体细胞（单倍体）间。有差别的两个同种亲本的体细胞（单倍体）间。有差别的两个同种亲本的体细胞（单倍体）间。有差别的两个同种亲本的体细胞（单倍体）间。2 2形形形形成成成成异异异异核

49、核核核体体体体 两两两两个个个个单单单单倍倍倍倍体体体体细细细细胞胞胞胞经经经经联联联联结结结结后后后后，使使使使原原原原有有有有的的的的两两两两个个个个单单单单倍倍倍倍体体体体核核核核集中到同一个细胞中，形成双相的异核体。异核体能够独立生活。集中到同一个细胞中，形成双相的异核体。异核体能够独立生活。集中到同一个细胞中，形成双相的异核体。异核体能够独立生活。集中到同一个细胞中，形成双相的异核体。异核体能够独立生活。3 3核核核核融融融融合合合合 在在在在异异异异核核核核体体体体中中中中的的的的双双双双核核核核融融融融合合合合，产产产产生生生生双双双双倍倍倍倍体体体体杂杂杂杂合合合合子子子子核核

50、核核。核核核核融融融融合合合合后后后后产产产产生生生生杂杂杂杂合合合合子子子子核核核核的的的的频频频频率率率率也也也也是是是是极极极极低低低低的的的的，如如如如构构构构巢巢巢巢曲曲曲曲霉霉霉霉和和和和米米米米曲曲曲曲霉霉霉霉为为为为 1010-5-51010-7-7。4 4体体体体细细细细胞胞胞胞重重重重组组组组和和和和单单单单倍倍倍倍体体体体化化化化 双双双双倍倍倍倍体体体体的的的的杂杂杂杂合合合合子子子子极极极极不不不不稳稳稳稳定定定定，在在在在进进进进行行行行有有有有丝丝丝丝分分分分裂裂裂裂过过过过程程程程中中中中，极极极极少少少少数数数数核核核核中中中中的的的的染染染染色色色色体体体体