微生物的遗传变异与育种.pptx
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1、本章内容:基因突变与诱变育种基因重组菌种的衰退、复壮及保藏第1页/共79页第一节第一节 基因突变与诱变育种基因突变与诱变育种第2页/共79页一、基因突变:一、基因突变:(一)突变类型:基因突变与诱变育种 细胞形态形态突变型 菌落形态 营养缺陷型生化突变型 抗性突变 抗原性突变(包括细胞内部、表面成分的 改变)致死性突变型(合成关键性酶的基因发生了突变,则表现 出致死突变)条件致死突变型:如突变为温度敏感型(37死,25 活)其它突变型:毒力突变、糖发酵突变、产量、产品突变等 按表型分第3页/共79页温度敏感型突变基因突变与诱变育种第4页/共79页(二)突变的特点:1)不对应性:环境与变异无对应
2、性 2)自发性:非人为的诱变因素下发生 3)稀有性:生物体的自发突变率为10-1010-12 4)独立性:一个基因的突变对其它基因突变无 影响 5)诱变性:诱变剂可提高突变率10105倍 6)稳定性:突变性状稳定、可遗传 7)可逆性:有回复突变基因突变与诱变育种第5页/共79页(三)基因突变自发性及不对应的证明:基因突变与诱变育种 变量彷徨试验:涂布试验试验:平板影印培养试验:自发突变:没有人工诱变因素的参与,生物体的自然突变第6页/共79页1.1.变量彷徨试验:变量彷徨试验:1)抗性细胞的出现,是在接触噬菌体之前;2)喷上噬菌体,仅起淘汰野生型和鉴别抗性株作用;3)由于甲方高度彷徨,说明突变
3、是随机的。基因突变与诱变育种第7页/共79页2.2.涂布试验涂布试验基因突变与诱变育种1、突变与噬菌体无关;2、涂布使抗性菌株均匀分布;3、抗性突变可在任何时间发生,与噬菌体存在无关。以上实验用统计学原理间接证明。第8页/共79页3.3.平板影印平板影印基因突变与诱变育种实验表明:从未接触 str 的菌株可发生抗性突变,分离可得到纯的 str r 菌株。第9页/共79页由此表明:突变是自发的与环境不对应的。基因突变与诱变育种(四)基因突变的机制:(自学)(五)紫外线(U.V)对DNA的损伤及修复:(自学)第10页/共79页二、突变与育种二、突变与育种(一)自发突变与生产育种基因突变与诱变育种1
4、.生产选育:群体培养中个别的变异个体表现出 生长优势,发现突变种后,随时分离、纯化。2.定向培育:用特定的环境长期处理某一微生物 群体,同时不断对其移种、传代,以达到积累 和选择合适的自发突变 体的一种育种方法.第11页/共79页3、自发突变的机制:自发突变(spontaneous):在非人为的情况下由于 遗传 物质的微小变化引起的性状变异。原因可能是:1)环境因素;2)自身有毒产物的积累;3)互变异构效应;4)环出效应等。基因突变与诱变育种第12页/共79页(二)诱变育种1.概念:诱变育种是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质(DNA)的分子结构发生改变,引起性状变异并通过筛选获得符合
5、要求的变异菌株的一种育种方法。基因突变与诱变育种第13页/共79页2.诱变剂:2)种类:物理因子(phisical agents)化学因子(chemical agents)转座子(transposable elements)物理诱变剂:U.V、快中子、超声波等。基因突变与诱变育种1)概念:凡能提高基因突变频率的理化因素。第14页/共79页 化学诱变剂:烷化剂(alkylating agents):如:氮芥、硫酸二乙酯、亚硝基胍、NTG等 机制:将烷烃加在含氮碱基上,改变氢键性质 碱基类似物(base analogs):如:叠氮胸腺嘧啶(AIT)等;机制:在DNA复制时将碱基类似物插入DNA中,
6、而碱 基类似物没有正常碱基的氢键性质,在DNA复 制时出现突变体。基因突变与诱变育种第15页/共79页 插入剂(intercalating agents):如:溴化乙啶等一些三环分子。机制:与DNA中的一对碱基有大致相同的位点,这些分子 不改变碱基的氢键性质,而插入在双螺旋中,加宽间 距,引起碱基增加。基因突变与诱变育种第16页/共79页3.诱变程序:基因突变与诱变育种原始菌种纯化斜面/肉汤培养单孢子/单细胞悬液诱变剂处理平板分离移至斜面小试中试初筛复筛计算存活率观察形态变异,挑单菌落良种保藏原菌种特性鉴定第17页/共79页4.诱变的主要环节1)诱变剂的选择:基因突变与诱变育种a.了解诱变剂的
7、性质、作用机理和使用方法b.处理方式:单一因子处理:复合因子处理:两种以上因素先后使用同时使用单一因子重复使用第18页/共79页c.处理剂量:测致死率。方法平板菌落计数法纸片法一般杀菌率为70%左右。基因突变与诱变育种第19页/共79页Ames testAmes test:对化学诱变剂做检测:对化学诱变剂做检测菌种:鼠伤寒沙门氏菌 his-;原理:his-在基本培养基上不长;而发生回复突变则长。基因突变与诱变育种第20页/共79页Ames test Ames test 方法示意图用于检测食品、饮料、药物和饮水等样品的中致癌物基因突变与诱变育种第21页/共79页2)出发菌株:育种的原始菌种;应具
8、备:a.对诱变剂的敏感性高;b.生产中选育过的自发变异菌株;c.本身具有一些有利性状;d.对代谢产物有一定积累;e.已经发生过某些变异。基因突变与诱变育种第22页/共79页3)单孢子或单细胞悬液的制备a.必要性:单细胞可以均匀地接触诱变剂 避免出现不纯的菌落菌种退化基因突变与诱变育种b.制备:物理诱变剂生理盐水(0.85%NaCl)化学诱变剂缓冲液 第23页/共79页 c.方法:三角瓶内加0.5cm玻璃珠打散10-15min;加.3%吐温80(表面活性剂)用无菌脱脂棉过滤。d.浓度:细菌、放线菌 108个/ml 霉菌、酵母菌 106个/ml基因突变与诱变育种第24页/共79页4)设计和采用效率
9、高的筛选方案和方法初筛:平板上做定性、半定量的测定,观察突变株 的生理效应范围。方法:梯度平板法;(抗性菌株)纸片法;(抗性菌株)透明圈法;(淀粉酶产生菌株等)变色圈法;(氨基酸生产菌株)基因突变与诱变育种第25页/共79页如:用梯度平板法筛选抗性菌株基因突变与诱变育种第26页/共79页抗生素法直接筛选抗药性突变体基因突变与诱变育种第27页/共79页 复筛:较精确的生物化学分析方法 做摇瓶测定(见P250)基因突变与诱变育种第28页/共79页三、营养缺陷型的筛选三、营养缺陷型的筛选(一)概念:基因突变与诱变育种1.三种遗传型个体营养缺陷型(auxotroph):经诱变产生的一些合成能 力出现缺
10、陷,而必须在培养基内加入相应 有机养分才能正常生长的变异菌株。如:lys-;bio-;野生型(wild type):自然界分离到的任何微生物,在 其发生营养缺陷突变前的原始菌株,为 该微生物的野生型。如:lys+;bio+;原养型(prototroph):指auxo突变菌株回复突变或重组 后产生的菌株,与野生型的表型相同。第29页/共79页2、筛选用的培养基基本培养基(minimal medium,MM)-:满足野生 型菌株营养要求最低成分的组合。完全培养基(complete medium,CM)+:满足一 切auxo生长的天然或半组合培养基。补充培养基(supplemented medium
11、,SM)x:在 MM中有针对性地加入一或几种营养成 分以满足相应 auxo生长的组合培养基。基因突变与诱变育种第30页/共79页(二)筛选方法auxo的鉴定 基因突变与诱变育种诱变处理auxo的浓缩auxo的检出第31页/共79页1.1.诱变处理(同前)诱变处理(同前)auxoauxo的筛选程序:的筛选程序:基因突变与诱变育种细菌培养离心洗涤诱变处理CM后培养洗涤MM加PN涂布于CM平板影印培养挑取鉴定菌种保存第32页/共79页2.2.auxoauxo的浓缩:的浓缩:基因突变与诱变育种1)抗生素法:原理:青霉素、制霉菌素等抗生素作用于生长着的微生物细胞,对休止态细胞无作用。方法:菌培养在含抗生
12、素的MM基中。第33页/共79页2)菌丝过滤法:适用于丝状(放线菌、霉菌)原理:基本培养基上只有发育成菌丝;auxo孢子可通过滤膜,野生型菌丝不能通过。基因突变与诱变育种第34页/共79页3)差别杀菌法:基本培养基上只有野生型生长,加热杀死野生型营养体,保留auxo芽孢。细菌80酵母60 适用于产芽孢、孢子菌。基因突变与诱变育种第35页/共79页3.3.auxo auxo的检出的检出1)逐个检出法基因突变与诱变育种第36页/共79页2)影印平板培养法3)限量补充法 (在mm中加0.01%蛋白胨,auxo菌落小,野生型菌落大)基因突变与诱变育种第37页/共79页3)夹层培养法第38页/共79页4
13、.4.auxo auxo的鉴定的鉴定基因突变与诱变育种1)生长谱法方法简便;回变和污染不影响 结果测定物质可为粉末 或纸片第39页/共79页混合氨基酸法步骤:混合氨基酸法步骤:a.将多种营养因子编组,如:一组:1 2 3 4 5 二组:2 6 7 8 9 三组:3 7 10 11 12 四组:4 8 11 1313 14 五组:5 9 12 14 15基因突变与诱变育种2)混合氨基酸(Vit)法1)每组内无重复的营 养因子2)每组中应包含只出 现一次的因子3)每组中其他因子应 分别出现二次营养因子分组编排时注意:第40页/共79页基因突变与诱变育种b.将组合液的纸片放在涂菌的基本培养基上培养c
14、.结果分析a.将多种营养因子编组,如:一组:1 2 3 4 5 二组:2 6 7 8 9 三组:3 7 10 11 12 四组:4 8 11 1313 14 五组:5 9 12 14 15第41页/共79页5.5.auxoauxo 的应用的应用1)作为标记菌株:进行基因工程、诱变育种、代谢过程的研究中的亲本标记;2)作为生产菌种:aa、核苷酸等生产菌种;3)作为aa、维生素、碱基的测定菌株。基因突变与诱变育种第42页/共79页第二节第二节 基因重组基因重组 本节内容:原核生物的基因重组 真核生物的基因重组第43页/共79页基因重组:基因重组:把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起,经遗传物质
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- 关 键 词:
- 微生物 遗传 变异 育种
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