1、遺傳遺傳： 親代與子代相似親代與子代相似變異變異： 親代與子代、子代間不同個體不完全相同親代與子代、子代間不同個體不完全相同遺傳（遺傳（inheritance）和變異（）和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一）是生命的最本質(zhì)特性之一遺傳型遺傳型：表型表型：生物所攜帶的全部遺傳因子或者基因的總稱生物所攜帶的全部遺傳因子或者基因的總稱具有一定遺傳型的個體，在特定環(huán)境條件下通過生具有一定遺傳型的個體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的形態(tài)特征和生理特征的總和。長發(fā)育所表現(xiàn)出來的形態(tài)特征和生理特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。表型

2、飾變：表型飾變：表型的差異，只與環(huán)境有關(guān)表型的差異，只與環(huán)境有關(guān)production of a red pigment (prodigiosin) by serratia marcescens. from left to right: slant culture grown at 25c, slant culture grown at 37c, broth culture grown at 25c, broth culture grown at 37c. 特點：特點：表現(xiàn)為全部個體的行為，變化幅度小；表現(xiàn)為全部個體的行為，變化幅度小； 暫時性、不可遺傳性。暫時性、不可遺傳性。遺傳型變異（基因變

3、異、基因突變）遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導致表型改變。遺傳物質(zhì)改變，導致表型改變。特點：特點：群體中極少數(shù)個體的行為群體中極少數(shù)個體的行為 （自發(fā)突變頻率通常為（自發(fā)突變頻率通常為1010-6-6-10-10-9-9）；）； 遺傳性（穩(wěn)定性）遺傳性（穩(wěn)定性）微生物是遺傳學研究中的明星：微生物是遺傳學研究中的明星：t 微生物細胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，微生物細胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體， 方便建立純系；方便建立純系；t 很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大 量生長繁殖，易于積累不同的代謝產(chǎn)物和中量生長繁殖，易于積累不同的代謝

4、產(chǎn)物和中 間代謝物，菌落形態(tài)具有可見性與多樣性；間代謝物，菌落形態(tài)具有可見性與多樣性；t 物種和代謝類型多樣；物種和代謝類型多樣；t 對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株， 操作性強。操作性強。第一節(jié)第一節(jié) 遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、三個證明一、三個證明dna是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗肺炎鏈球菌：肺炎鏈球菌：s型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有 致病能力）致病能力） r型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無 致病能力）致病能力）1928

5、年，年，f.griffth作了作了3組實驗組實驗:實驗說明：加熱殺死的實驗說明：加熱殺死的s型細菌，其細胞內(nèi)存在型細菌，其細胞內(nèi)存在一種具有遺傳轉(zhuǎn)化能力的物質(zhì)，以某種方式進一種具有遺傳轉(zhuǎn)化能力的物質(zhì)，以某種方式進入入r型細菌，使之轉(zhuǎn)化為型細菌，使之轉(zhuǎn)化為s型細菌。型細菌。1944年，年，avery精確重復了轉(zhuǎn)化實驗，確定了轉(zhuǎn)化因子精確重復了轉(zhuǎn)化實驗，確定了轉(zhuǎn)化因子實驗證明，將實驗證明，將r r菌轉(zhuǎn)化為菌轉(zhuǎn)化為s s菌的轉(zhuǎn)化因子是菌的轉(zhuǎn)化因子是dnadna；而且；而且dnadna純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。2、噬菌體感染實驗、噬菌體感染實驗實驗證明，進入實驗證明，進入細菌

6、細胞內(nèi)部的細菌細胞內(nèi)部的物質(zhì)是物質(zhì)是dnadna。dnadna包含有產(chǎn)生完包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全部整噬菌體的全部信息。信息。3、植物病毒重建實驗、植物病毒重建實驗實驗證明，遺傳信息的流向與核酸的傳遞是一致的。實驗證明，遺傳信息的流向與核酸的傳遞是一致的。二、遺傳物質(zhì)在微生物細胞內(nèi)存在的部位和方式二、遺傳物質(zhì)在微生物細胞內(nèi)存在的部位和方式（一）遺傳物質(zhì)在（一）遺傳物質(zhì)在7個水平上的形式個水平上的形式1、細胞水平、細胞水平2、細胞核水平、細胞核水平3、染色體水平、染色體水平4、核酸水平、核酸水平5、基因水平、基因水平6、密碼子水平、密碼子水平7、核苷酸水平、核苷酸水平1、細胞水平、細胞水平真核微

7、生物：細胞核真核微生物：細胞核原核微生物：核質(zhì)體原核微生物：核質(zhì)體細胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的細胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的2、細胞核水平、細胞核水平真核生物真核生物 細胞核細胞核 核染色體核染色體原核生物原核生物 核區(qū)核區(qū) dna鏈鏈核基因組核基因組在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質(zhì)在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質(zhì)質(zhì)粒質(zhì)粒3、染色體水平、染色體水平l染色體是由組蛋白與染色體是由組蛋白與dnadna構(gòu)構(gòu) 成的線狀結(jié)構(gòu)；成的線狀結(jié)構(gòu)；l染色體的數(shù)目在不同的生染色體的數(shù)目在不同的生物中是不同的；物中是不同的；l染色體的倍數(shù)在同一生物染色體的倍數(shù)在同一

8、生物的不同生活時期是不同的；的不同生活時期是不同的； 單倍體單倍體 二倍體二倍體4、核酸水平、核酸水平核酸種類：核酸種類：dna，rna 染色體染色體核酸結(jié)構(gòu)：雙鏈、單鏈；核酸結(jié)構(gòu)：雙鏈、單鏈； 環(huán)狀，線狀，超螺旋狀環(huán)狀，線狀，超螺旋狀dna長度：因種而異長度：因種而異微生物基因組測序工作是在人類基因組計劃的促進下開微生物基因組測序工作是在人類基因組計劃的促進下開始的，最開始是作為模式生物，后來不斷發(fā)展，已成為始的，最開始是作為模式生物，后來不斷發(fā)展，已成為研究微生物學的最有力的手段。研究微生物學的最有力的手段。5、基因水平、基因水平 基因是生物體內(nèi)一切具有自主復制能力的最小遺基因是生物體內(nèi)一

9、切具有自主復制能力的最小遺傳功能單位，其物質(zhì)基礎(chǔ)是一條以直線排列、具有特傳功能單位，其物質(zhì)基礎(chǔ)是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段，眾多基因，構(gòu)成染色體。定核苷酸序列的核酸片段，眾多基因，構(gòu)成染色體。每個基因的長度大體在每個基因的長度大體在1000-1500bp1000-1500bp。l結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因l調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 原核生物的原核生物的基因通過基因通過基因調(diào)基因調(diào)控系統(tǒng)控系統(tǒng)起作用的。起作用的。基因調(diào)控系統(tǒng)由基因調(diào)控系統(tǒng)由一個一個操縱子操縱子和它和它的的調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因組成。組成。每一操縱子包括每一操縱子包括3 3種功能上相關(guān)種功能上相關(guān)的基因：的基因：結(jié)構(gòu)基結(jié)構(gòu)基因因、操縱基

10、因操縱基因和和啟動基因啟動基因。真核生物的基因無操縱子結(jié)構(gòu)，存在真核生物的基因無操縱子結(jié)構(gòu)，存在著大量不編碼序列和重復序列。著大量不編碼序列和重復序列。l內(nèi)含子內(nèi)含子l外顯子外顯子微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點、原核生物（細菌、古生菌）的基因組、原核生物（細菌、古生菌）的基因組1 1）染色體為）染色體為雙鏈環(huán)狀的雙鏈環(huán)狀的dnadna分子（單倍體）；分子（單倍體）；2 2）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性； 一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。 3 3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；）功能相關(guān)的結(jié)

11、構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)； 4 4）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rrnarrna基因的多拷貝；基因的多拷貝； 5 5）基因組的重復序列少而短；）基因組的重復序列少而短； 個別細菌個別細菌( (鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌) )和古生菌的和古生菌的rrnarrna和和trnatrna中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列。中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列。、真核微生物（啤酒酵母）的基因組、真核微生物（啤酒酵母）的基因組1 1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；2 2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；3 3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；）有間隔區(qū)（即非編碼

12、區(qū)）和內(nèi)含子序列； 4 4）重復序列多。）重復序列多。、原核生物和真核生物的基因組比較、原核生物和真核生物的基因組比較6、密碼子水平、密碼子水平遺傳密碼遺傳密碼是指dna鏈上決定各具體氨基酸的特定核苷酸排列順序。遺傳密碼的信息單位是密碼密碼子子。每一密碼子由3個核苷酸序列，即1個三聯(lián)體組成。密碼子一般用mrna上3個連續(xù)核苷酸序列來表示。7、核苷酸水平、核苷酸水平 核苷酸是最小突變單位和交換單位核苷酸是最小突變單位和交換單位 絕大多數(shù)生物的dna組分中，含有四種核苷酸：腺苷酸（amp）、胸苷酸（tmp）、鳥苷酸（gmp）、胞苷酸（cmp）。 rna組分中，含有四種核苷酸：腺苷酸（amp）、尿苷

13、酸（ump）、鳥苷酸（gmp）、胞苷酸（cmp）。 （二）原核生物的質(zhì)粒（二）原核生物的質(zhì)粒1、定義、定義質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmid）：）：一種獨立于染色體外，能進行自一種獨立于染色體外，能進行自主復制的細胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細主復制的細胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細胞中。胞中。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷毎话闶欠潜匦璧模毁|(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷毎话闶欠潜匦璧模辉谀承┨厥鈼l件下，質(zhì)粒有時能賦予宿主細胞以特殊在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時能賦予宿主細胞以特殊的機能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。的機能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。 例：接合、產(chǎn)毒、固氮、解毒、抗藥例：接合、產(chǎn)毒、固氮、解毒、抗

14、藥2、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)特點 通常以共價閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡稱ccc)的超螺旋雙鏈dna分子存在于細胞中； 也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈dna質(zhì)粒和rna質(zhì)粒； 質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb； （細菌質(zhì)粒多在（細菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）以內(nèi)）3、質(zhì)粒的類型、質(zhì)粒的類型嚴密型質(zhì)粒嚴密型質(zhì)粒(stringent plasmid)(stringent plasmid)： 復制行為與核染色體的復制同步，低拷貝數(shù)復制行為與核染色體的復制同步，低拷貝數(shù)松弛型質(zhì)粒松弛型質(zhì)粒(relaxed plasmid)(relaxed plasmid)： 復制行為與核染色體的復

15、制不同步，高拷貝數(shù)復制行為與核染色體的復制不同步，高拷貝數(shù)窄宿主范圍質(zhì)粒窄宿主范圍質(zhì)粒(narrow host range plasmid)（只能在一種特定的宿主細胞中復制）（只能在一種特定的宿主細胞中復制）廣宿主范圍質(zhì)粒廣宿主范圍質(zhì)粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細菌中復制）（可以在許多種細菌中復制）4、質(zhì)粒在基因工程中的應用、質(zhì)粒在基因工程中的應用質(zhì)粒的優(yōu)點：質(zhì)粒的優(yōu)點：（1）體積小，易分離和操作；）體積小，易分離和操作；（2）環(huán)狀，穩(wěn)定；）環(huán)狀，穩(wěn)定；（3）獨立復制；）獨立復制；（4）拷貝數(shù)多；）拷貝數(shù)多；（5）存在標記位點，易篩選）存在標記位點，易篩

16、選e. colie. coli的的pbr322pbr322質(zhì)粒是一個常用的克隆載體質(zhì)粒是一個常用的克隆載體pbr322pbr322質(zhì)粒質(zhì)粒優(yōu)點：優(yōu)點：（1 1）體積小，僅）體積小，僅4361bp4361bp；（2 2）宿主細胞中穩(wěn)定維持高拷貝；）宿主細胞中穩(wěn)定維持高拷貝；（3 3）一定條件下可擴增至）一定條件下可擴增至1k-3k1k-3k個；個；（4 4）分離極其容易；）分離極其容易；（5 5）可插入較多外源）可插入較多外源dnadna；（6 6）結(jié)構(gòu)完全清楚；）結(jié)構(gòu)完全清楚；（7 7）有兩個選擇性抗藥標記；）有兩個選擇性抗藥標記；（8 8）很方便通過轉(zhuǎn)化導入宿主細胞。）很方便通過轉(zhuǎn)化導入宿主

17、細胞。5、質(zhì)粒的分離與檢測、質(zhì)粒的分離與檢測t 提取所有胞內(nèi)提取所有胞內(nèi)dnadna后電鏡觀察；后電鏡觀察；t 超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；t 對于實驗室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點，對于實驗室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點， 如抗藥性初步判斷。如抗藥性初步判斷。分離：分離：細胞裂解、蛋白質(zhì)和rna的去除、質(zhì)粒與染色體dna分離等。檢測：檢測： 質(zhì)粒可以從菌體內(nèi)自行消失，也可以通過質(zhì)粒可以從菌體內(nèi)自行消失，也可以通過物理化學手段，如重金屬、吖啶類染料或高溫物理化學手段，如重金屬、吖啶類染料或高溫處理使其消除或抑制。處理使其消除或抑制。 沒有質(zhì)粒的細菌可以通

18、過接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)沒有質(zhì)粒的細菌可以通過接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導等方式從具有質(zhì)粒的細菌中獲得，但不能自導等方式從具有質(zhì)粒的細菌中獲得，但不能自發(fā)產(chǎn)生。發(fā)產(chǎn)生。6、質(zhì)粒的主要種類、質(zhì)粒的主要種類質(zhì)粒所編碼質(zhì)粒所編碼的功能和賦的功能和賦予宿主的表予宿主的表型效應型效應致育因子致育因子（fertility factor，f因子）因子）抗性因子抗性因子（resistance factor，r因子）因子）產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（bacteriocin production plasmid）毒性質(zhì)粒毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）代謝質(zhì)粒代謝質(zhì)粒（metabolic plasmid）隱秘質(zhì)粒隱秘

19、質(zhì)粒（cryptic plasmid）致育因子致育因子(fertility factor，f因子因子)又稱又稱f f質(zhì)粒，其大小約質(zhì)粒，其大小約100kb100kb，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）（接合作用）有關(guān)的質(zhì)粒。有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶攜帶f f質(zhì)粒的菌株稱為質(zhì)粒的菌株稱為f f+ +菌株菌株（相當于雄性），無（相當于雄性），無f f質(zhì)粒的質(zhì)粒的菌株稱為菌株稱為f f- -菌株（相當于雌菌株（相當于雌性）。性）。f因子能以游離狀態(tài)因子能以游離狀態(tài)(f+)和以和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)與染色體相結(jié)合的狀態(tài)(hfr)存在于細胞中，所

20、以又稱之存在于細胞中，所以又稱之為附加體為附加體(episome)。抗性因子（抗性因子（resistance factor，r因子）因子）包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡稱包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡稱r r質(zhì)粒。質(zhì)粒。抗性質(zhì)粒在細菌間傳遞是細菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。抗性質(zhì)粒在細菌間傳遞是細菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。r質(zhì)粒質(zhì)粒抗性轉(zhuǎn)移因子（抗性轉(zhuǎn)移因子（rtf）：轉(zhuǎn)移和復制基因轉(zhuǎn)移和復制基因抗性決定因子抗性決定因子：抗性基因抗性基因r100質(zhì)粒質(zhì)粒(89kb)可使宿主對下列藥物及重金屬具有抗性：可使宿主對下列藥物及重金屬具有抗性：汞（汞（mercuric ion ，mer）、）、磺胺磺胺

21、(sulfonamide, sul)、鏈霉素鏈霉素(streptomycin, str)、夫西地酸（夫西地酸（fusidic acid，fus） 、氯霉素氯霉素(chlorampenicol, cml)、四環(huán)素（四環(huán)素（tetracycline，tet ）并且負責這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上。并且負責這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上。細細 菌菌 素素抗抗 生生 素素抑抑 制制 或或 殺殺 死死 近近 緣緣 ， 甚甚 至至 同同 種種 不不 同同 株株 的的 細細 菌菌較 廣 的 抗 菌 譜通通 過過 核核 糖糖 體體 直直 接接 合合 成成 的的 多多 肽肽 類類 物物 質(zhì)質(zhì)一

22、 般 是 次 級 代 謝 產(chǎn) 物編編 碼碼 細細 菌菌 素素 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 基基 因因 及及 相相 關(guān)關(guān) 的的 基基 因因 一一 般般 位位于于 質(zhì)質(zhì) 粒粒 或或 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 座座 子子 上上一 般 無 直 接 的 結(jié) 構(gòu) 基 因 ， 相 關(guān) 酶 的 基 因 多 在染 色 體 上產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（bacteriocin production plasmid）細菌性的蛋白類毒素，能殺死其他細菌。細菌性的蛋白類毒素，能殺死其他細菌。一般都位于一般都位于質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座子上，因此，子上，因此，細菌素可以細菌素可以殺死同種但殺死同種但不攜帶該質(zhì)不攜帶該質(zhì)粒的菌株。粒的菌株。細菌素一般根

23、據(jù)產(chǎn)生菌的種類進行命名：細菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進行命名：大腸桿菌（大腸桿菌（e. coli）產(chǎn)生的細菌素為）產(chǎn)生的細菌素為colicins（大腸桿（大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為菌素），而質(zhì)粒被稱為col質(zhì)粒。質(zhì)粒。細菌素結(jié)構(gòu)基因涉及細菌素運輸及細菌素結(jié)構(gòu)基因涉及細菌素運輸及發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)的基因、賦予宿發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)的基因、賦予宿主對該細菌素具有主對該細菌素具有“免疫力免疫力”的相的相關(guān)產(chǎn)物的基因。關(guān)產(chǎn)物的基因。毒性質(zhì)粒（毒性質(zhì)粒（virulence plasmid） 許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物

24、對宿主（動物、這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對宿主（動物、植物）造成傷害。植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動物腹瀉的主要病產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒。素編碼的質(zhì)粒。蘇云金桿菌含有編碼蘇云金桿菌含有編碼內(nèi)毒素內(nèi)毒素( (伴孢晶體中伴孢晶體中) )的質(zhì)粒。的質(zhì)粒。根癌土壤桿菌所含根癌土壤桿菌所含titi質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子。癭瘤的致病因子。根癌土壤桿菌根癌土壤桿菌-ti-ti質(zhì)粒質(zhì)粒植物冠癭瘤植物冠癭瘤 l誘癌質(zhì)粒；誘癌質(zhì)粒；l根癌土壤

25、桿菌的根癌土壤桿菌的titi質(zhì)粒可引起許多雙子葉植物質(zhì)粒可引起許多雙子葉植物的根癌；的根癌；l含有復制基因的含有復制基因的titi質(zhì)粒的小片段與植物細胞中質(zhì)粒的小片段與植物細胞中的核染色體組發(fā)生整合，破壞控制細胞分裂的的核染色體組發(fā)生整合，破壞控制細胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)變成癌細胞。激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)變成癌細胞。 ti質(zhì)粒質(zhì)粒中的中的t-dna可攜帶任何外源基因整合到植物基可攜帶任何外源基因整合到植物基因組中，是植物基因工程中有效的克隆載體。因組中，是植物基因工程中有效的克隆載體。代謝質(zhì)粒（代謝質(zhì)粒（metabolic plasmid）質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降

26、解某質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放些基質(zhì)的酶，進行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。線菌）等。將復雜的有機化合物降解成能被其作為碳源和能源利將復雜的有機化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式用的簡單形式，環(huán)境保護方面具有重要的意義。，環(huán)境保護方面具有重要的意義。降解質(zhì)粒：降解質(zhì)粒：l 只在只在pseudomonaspseudomonas（假單胞菌屬）中發(fā)現(xiàn)。它們（假單胞菌屬）中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)粒可為一系列能降解復雜物質(zhì)的酶編的降解性質(zhì)粒可為一系列能降解復雜物質(zhì)的酶編碼，從而能利用一般細菌所難以分解的物質(zhì)作碳碼，從而

27、能利用一般細菌所難以分解的物質(zhì)作碳源。源。l 這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，例如有分解這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，例如有分解camcam（樟腦）質(zhì)粒，（樟腦）質(zhì)粒，octoct（辛烷）質(zhì)粒，（辛烷）質(zhì)粒，xylxyl（二甲（二甲苯）質(zhì)粒，苯）質(zhì)粒，salsal（水楊酸）質(zhì)粒，（水楊酸）質(zhì)粒，mdlmdl（扁桃酸）（扁桃酸）質(zhì)粒，質(zhì)粒，napnap（萘）質(zhì)粒和（萘）質(zhì)粒和toltol（甲苯）質(zhì)粒等。（甲苯）質(zhì)粒等。 假單胞菌：假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香族化合物具有降解一些有毒化合物，如芳香族化合物( (苯苯) )、農(nóng)藥農(nóng)藥(2,4-(2,4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸dichlor

28、ophenoxyacetic dichlorophenoxyacetic acid)acid)、辛烷和樟腦等的能力。、辛烷和樟腦等的能力。隱秘質(zhì)粒（隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid） 隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應，它們的存在只有通隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測細胞抽提液等方法過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測細胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。才能發(fā)現(xiàn)。 它們存在的生物學意義，目前幾乎不了解。它們存在的生物學意義，目前幾乎不了解。在應用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體在應用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）（一般

29、加上抗性基因）l 發(fā)根土壤桿菌可侵染雙子葉植物的根部，并發(fā)根土壤桿菌可侵染雙子葉植物的根部，并誘生大量不定根；誘生大量不定根；l riri質(zhì)粒中的一段質(zhì)粒中的一段t-dnat-dna整合到宿主根部細胞的整合到宿主根部細胞的核基因組中。核基因組中。 l在在rhizobiumrhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為分子量為20020030030010106 6dada，比一般質(zhì)粒大幾，比一般質(zhì)粒大幾十倍至幾百倍，故稱十倍至幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒巨大質(zhì)粒，其上有一系列，其上有一系列固氮基因。固氮基因。 第二節(jié)第二節(jié) 基因突變和誘變育種基因突變和誘變育種一、

30、基因突變一、基因突變 一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或dnadna序列的任何改變、序列的任何改變、可遺傳、自發(fā)或誘變產(chǎn)生。可遺傳、自發(fā)或誘變產(chǎn)生。基因突變基因突變狹義：點突變狹義：點突變廣義：基因突變和染色體畸變廣義：基因突變和染色體畸變?nèi)旧w畸變：染色體畸變：染色體的添加、重復、易位、倒位染色體的添加、重復、易位、倒位（一）突變類型（一）突變類型l營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型 又稱營養(yǎng)突變型（又稱營養(yǎng)突變型（auxotroph mutant ） 指某一野生型菌株因發(fā)生基因突變而喪失合成一種或幾種生指某一野生型菌株因發(fā)生基因突變而喪失合成一種或幾種生長因子、堿基或氨基酸的能力，因而無法再在

31、基本培養(yǎng)基上正常長因子、堿基或氨基酸的能力，因而無法再在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的變異類型。生長繁殖的變異類型。l抗性突變型（抗性突變型（resistant mutant） 指野生型菌株因發(fā)生基因突變，而產(chǎn)生的對某化學藥物或致指野生型菌株因發(fā)生基因突變，而產(chǎn)生的對某化學藥物或致死物理因子的抗性變異類型。死物理因子的抗性變異類型。l條件致死突變型（條件致死突變型（conditional lethal mutant） 某菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在某種條件下可正常地生長、某菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在某種條件下可正常地生長、繁殖，并呈現(xiàn)其固有的表型，而在另一種條件下卻無法生長、繁繁殖，并呈現(xiàn)其固有的表

32、型，而在另一種條件下卻無法生長、繁殖，這種突變類型稱為條件致死突變型。殖，這種突變類型稱為條件致死突變型。 溫度敏感突變型（溫度敏感突變型（ts） l形態(tài)突變型（形態(tài)突變型（morphological mutant） 指由突變引起的個體或菌落形態(tài)的變異。例如：細指由突變引起的個體或菌落形態(tài)的變異。例如：細菌的鞭毛或莢膜的有無，菌落的大小、外形的光滑、粗菌的鞭毛或莢膜的有無，菌落的大小、外形的光滑、粗糙和顏色的變化，放線菌或霉菌孢子的有無或顏色變化。糙和顏色的變化，放線菌或霉菌孢子的有無或顏色變化。l抗原突變型（抗原突變型（antigenic mutant） 指由于基因突變引起的細胞抗原結(jié)構(gòu)（指

33、由于基因突變引起的細胞抗原結(jié)構(gòu)（細胞壁、糖細胞壁、糖被、鞭毛被、鞭毛）發(fā)生的變異類型。）發(fā)生的變異類型。l產(chǎn)量突變型（產(chǎn)量突變型（metabolite quantitative mutant） 通過基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別通過基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株。有正突變和負突變之分。于原始菌株的突變株。有正突變和負突變之分。 每一細胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變每一細胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率，稱突變率。的幾率，稱突變率。 突變一般是獨立發(fā)生的。某一基因發(fā)生突突變一般是獨立發(fā)生的。某一基因發(fā)生突變不會影響其他基因的突變率。變不會影響其他基因的突

34、變率。 突變率一般為突變率一般為1010-6-6-10-10-9-9。突變的檢出突變的檢出 采用檢出營養(yǎng)缺陷型的回復突變株或抗性采用檢出營養(yǎng)缺陷型的回復突變株或抗性突變株的方法來加以測定。突變株的方法來加以測定。（三）基因突變的特點（三）基因突變的特點l自發(fā)性自發(fā)性: : 指可自發(fā)地產(chǎn)生突變。指可自發(fā)地產(chǎn)生突變。l不對應性：不對應性：指突變性狀與引起突變的原因間無對應關(guān)系。指突變性狀與引起突變的原因間無對應關(guān)系。l稀有性：稀有性：通常自發(fā)突變的幾率在通常自發(fā)突變的幾率在1010-6 -6 - 10- 10-9-9間。間。l獨立性：獨立性：某種基因的突變率不受它種基因突變率的影響。某種基因的突變

35、率不受它種基因突變率的影響。 例：巨大芽孢桿菌例：巨大芽孢桿菌 突變率突變率 抗異煙肼抗異煙肼 5 51010-5-5 抗氨基柳酸抗氨基柳酸 1 11010-6-6 雙抗雙抗 8 81010-10-10l誘變性：誘變性：自發(fā)突變的頻率可因誘變劑的影響而大自發(fā)突變的頻率可因誘變劑的影響而大 為提高。為提高。l穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：基因突變后的新遺傳性狀是穩(wěn)定的。基因突變后的新遺傳性狀是穩(wěn)定的。l可逆性：可逆性：野生型菌株某一性狀可發(fā)生正向突變，野生型菌株某一性狀可發(fā)生正向突變， 也可發(fā)生相反的回復突變。也可發(fā)生相反的回復突變。基因突變的特點基因突變的特點（四）基因突變自發(fā)性和不對應性的實驗證明（四）基

36、因突變自發(fā)性和不對應性的實驗證明三個經(jīng)典實驗三個經(jīng)典實驗變量實驗變量實驗涂布實驗涂布實驗影印實驗影印實驗證明突變是自發(fā)產(chǎn)生證明突變是自發(fā)產(chǎn)生的，并且突變的性狀的，并且突變的性狀與引起突變的原因間與引起突變的原因間無直接對應關(guān)系。無直接對應關(guān)系。野生型野生型（原始性狀）（原始性狀）特定環(huán)境特定環(huán)境突變型突變型（適應環(huán)境的新性狀）（適應環(huán)境的新性狀）馴化馴化定向定向誘變誘變篩選篩選？突變的原因突變的原因？變量實驗（變量實驗（fluctuation analysis）salvador luria and max delbruck（1943）salvador luriamax delbruckthe

37、nobel prize in physiology or medicine 19691.變量實驗（變量實驗（fluctuation analysis） 抗噬菌體性狀的突變不是有環(huán)境因素誘抗噬菌體性狀的突變不是有環(huán)境因素誘導出來的，而是接觸噬菌體之前在某一次導出來的，而是接觸噬菌體之前在某一次細菌分裂過程中就隨即發(fā)生了。細菌分裂過程中就隨即發(fā)生了。噬菌體僅噬菌體僅起著淘汰原始的未突變的敏感菌和鑒別抗起著淘汰原始的未突變的敏感菌和鑒別抗噬菌體突變的作用。噬菌體突變的作用。2.newcombe的涂布實驗（的涂布實驗（1949） 抗性突變在接觸抗性突變在接觸t1之前就發(fā)生了發(fā)生了。之前就發(fā)生了發(fā)生了。

38、噬菌體僅起著淘汰原始的未突變的敏感菌噬菌體僅起著淘汰原始的未突變的敏感菌和鑒別抗噬菌體突變的作用，不是誘發(fā)突和鑒別抗噬菌體突變的作用，不是誘發(fā)突變的原因。變的原因。3.影印實驗（影印實驗（replica plating ）joshua lederberg and esther lederberg（1952）joshua lederbergj. lederberg is awarded the noble prize in j. lederberg is awarded the noble prize in medicine and physiology in 1958medicine and

39、physiology in 1958 影印平板培養(yǎng)法：一種通過蓋章的方式，使影印平板培養(yǎng)法：一種通過蓋章的方式，使在一系列培養(yǎng)皿的相同位置能出現(xiàn)相同菌落的接在一系列培養(yǎng)皿的相同位置能出現(xiàn)相同菌落的接種培養(yǎng)方法。種培養(yǎng)方法。（五）基因突變及其機制（五）基因突變及其機制誘變劑誘變劑物理誘變劑物理誘變劑化學誘變劑化學誘變劑-射線、射線、-射線、射線、-射線、射線、x-射線、射線、快中子快中子 紫外線紫外線烷化劑烷化劑堿基類似物堿基類似物吖啶化合物吖啶化合物 1、誘發(fā)突變：、誘發(fā)突變： 物理、化學和生物的因素，提高突變率。非電離輻射：非電離輻射：電離輻射：電離輻射：（1）輻射對遺傳物質(zhì)的作用機制）輻射

40、對遺傳物質(zhì)的作用機制 電離輻射的作用機制電離輻射的作用機制直接作用：直接作用：當射線作用于生物時，首先從細胞中各當射線作用于生物時，首先從細胞中各種原子或分子的外層擊出電子，在射線徑跡中的種原子或分子的外層擊出電子，在射線徑跡中的細胞中產(chǎn)生很多細胞中產(chǎn)生很多離子對離子對，引起細胞內(nèi)原子或分子，引起細胞內(nèi)原子或分子的的電離和激發(fā)電離和激發(fā)。當細胞內(nèi)的染色體或。當細胞內(nèi)的染色體或dnadna分子被分子被射線作用產(chǎn)生電離和激發(fā)時，便會引起這些遺傳射線作用產(chǎn)生電離和激發(fā)時，便會引起這些遺傳物質(zhì)的改變。物質(zhì)的改變。h2o 電離輻射電離輻射 h2o+ + e h2o + e h2o- h2o+ h+ +

41、oh0 oh0 + oh0 h2o2h2o h0 + oh- h0 + o2 ho20l集中于染色體變化方面，主要是由于集中于染色體變化方面，主要是由于dna經(jīng)輻射而經(jīng)輻射而發(fā)生發(fā)生堿基的改變，糖和磷酸基的改變或鍵的不同變堿基的改變，糖和磷酸基的改變或鍵的不同變化并造成染色體的斷裂，化并造成染色體的斷裂，然后通過然后通過末端的不同連接末端的不同連接狀況形成狀況形成缺失、重復、易位和斷片缺失、重復、易位和斷片等染色體的結(jié)構(gòu)等染色體的結(jié)構(gòu)變異，從而導致表型的突變。變異，從而導致表型的突變。l 在細胞質(zhì)方面，可使之在細胞質(zhì)方面，可使之滲透性提高，粘性加大，甚滲透性提高，粘性加大，甚至影響到一些酶的性

42、質(zhì)至影響到一些酶的性質(zhì)，造成代謝過程的紊亂，破，造成代謝過程的紊亂，破壞細胞的正常功能，最終出現(xiàn)遺傳變異。壞細胞的正常功能，最終出現(xiàn)遺傳變異。電離輻射的作用機制電離輻射的作用機制l輻射誘發(fā)的基因突變和染色體斷裂頻率在一定輻射誘發(fā)的基因突變和染色體斷裂頻率在一定范圍內(nèi)與輻射劑量成正比；范圍內(nèi)與輻射劑量成正比；l輻射效應有積累作用。輻射效應有積累作用。引起引起dna變化：變化： dnadna鏈的斷裂、鏈的斷裂、 dnadna分子內(nèi)和分子間的交分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)、聯(lián)、dnadna與蛋白質(zhì)的交聯(lián)、碳的水合作用及與蛋白質(zhì)的交聯(lián)、碳的水合作用及嘧嘧啶二聚體啶二聚體的形成。的形成。 非電離輻射的作用機制非

43、電離輻射的作用機制紫外線：紫外線： 被物質(zhì)吸收后，只要會引起分子內(nèi)的電子產(chǎn)被物質(zhì)吸收后，只要會引起分子內(nèi)的電子產(chǎn)生生激發(fā)激發(fā)而變成而變成激發(fā)分子或活化分子激發(fā)分子或活化分子。正常分子獲。正常分子獲得能量成為活化分子后，可能發(fā)生化學變化。得能量成為活化分子后，可能發(fā)生化學變化。（2）化學誘變劑的作用機制）化學誘變劑的作用機制特點：特點： 損傷小，誘變頻率較低，突變譜不廣而可育損傷小，誘變頻率較低，突變譜不廣而可育的有利突變較多；具有特異性，即一定性質(zhì)的誘的有利突變較多；具有特異性，即一定性質(zhì)的誘變劑能誘發(fā)一定類型的變異。變劑能誘發(fā)一定類型的變異。 堿基的置換堿基的置換l直接引起置換的誘變劑直接引

44、起置換的誘變劑 一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學反應的誘一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學反應的誘變劑，不論在機體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。變劑，不論在機體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。例如例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑亞硝酸、羥胺和各種烷化劑。 l間接引起置換的誘變劑間接引起置換的誘變劑 通過活細胞的代謝活動摻入到通過活細胞的代謝活動摻入到dnadna分子中后而分子中后而引起的。誘變劑是一些引起的。誘變劑是一些堿基類似物堿基類似物，如，如5-5-溴尿嘧溴尿嘧啶（啶（5-bu5-bu）、）、5-5-氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（5-au5-au）。）。堿基的置換引起的突變堿基的置換引起的突變例：人血紅蛋白例

45、：人血紅蛋白鏈第鏈第6個個aa發(fā)生突變發(fā)生突變 正常正常 異常（顛換）異常（顛換） 異常（轉(zhuǎn)換）異常（轉(zhuǎn)換）dna ctt cat tttmrna gaa gua aaa蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 正常正常 val lys 鐮刀型貧血癥鐮刀型貧血癥 輕度貧血輕度貧血錯義突變：錯義突變： 當堿基替代產(chǎn)生出一個能轉(zhuǎn)譯出另一種當堿基替代產(chǎn)生出一個能轉(zhuǎn)譯出另一種aaaa的密的密碼時，在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中便會出現(xiàn)一個碼時，在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中便會出現(xiàn)一個aaaa的差的差異，有時會引起明顯的變化。異，有時會引起明顯的變化。例：例： 正常正常 異常異常dna atg att mrna uac uaa蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) tyr

46、終止終止無義突變無義突變 有時堿基替代會產(chǎn)生一個終止密碼，多肽鏈的有時堿基替代會產(chǎn)生一個終止密碼，多肽鏈的合成會半途停止，形成一條不完全的多肽鏈，使蛋合成會半途停止，形成一條不完全的多肽鏈，使蛋白質(zhì)失去活性或正常的代謝功能。白質(zhì)失去活性或正常的代謝功能。例：例： 無義突變無義突變 正常正常 同義突變同義突變mrna uag uac uagtrna - aug auc蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 終止終止 tyr tyr 同義突變同義突變 由于由于trnatrna基因突變引起反密碼子改變，有時基因突變引起反密碼子改變，有時會會“以錯就錯以錯就錯”的轉(zhuǎn)譯出某種蛋白質(zhì)，表現(xiàn)出抑的轉(zhuǎn)譯出某種蛋白質(zhì)，表現(xiàn)出抑制突變的效

47、應，又稱為抑制突變。制突變的效應，又稱為抑制突變。 移碼突變移碼突變 誘變劑會使誘變劑會使dna序列中的一個或幾個核苷酸發(fā)序列中的一個或幾個核苷酸發(fā)生增添或缺失，從而使該處后面的全部遺傳密碼的生增添或缺失，從而使該處后面的全部遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生改變，并進一步引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤閱讀框架發(fā)生改變，并進一步引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤的一類突變。的一類突變。 吖啶類染料是吖啶類染料是移碼突變的有移碼突變的有效誘變劑效誘變劑- 錯誤錯誤+ 錯誤錯誤-+ 正常正常- 正常正常+ 正常正常 染色體畸變：染色體畸變：缺失、重復、插入、易位、倒位 dna序列通過非同源重組的方式，從染色體某一部位轉(zhuǎn)移到同一染色體上另

48、一部位或其他染色體上某一部位的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座因子主要有三類l插入序列（插入序列（isis， insertion sequenceinsertion sequence）l轉(zhuǎn)座子（轉(zhuǎn)座子（tntn，transposontransposon， 又稱轉(zhuǎn)位子，易位子）又稱轉(zhuǎn)位子，易位子）lmumu噬菌體（即噬菌體（即mutator phagemutator phage， 誘變噬菌體）誘變噬菌體） 例：例：p211 p211 表表7-67-62 2、自發(fā)突變：、自發(fā)突變：沒有人為因素下自然發(fā)生的低頻率沒有人為因素下自然發(fā)生的低頻率 突變。突變。原因：原因：（1 1）背景輻射：）背景輻射： 短波輻射、高溫、低濃

49、度的誘變物質(zhì)等短波輻射、高溫、低濃度的誘變物質(zhì)等（2 2）有害產(chǎn)物積累：）有害產(chǎn)物積累： 過氧化氫過氧化氫（3 3）堿基錯配）堿基錯配 嘧啶對紫外線嘧啶對紫外線的敏感性要比嘌呤的敏感性要比嘌呤強得多。嘧啶的光強得多。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是化產(chǎn)物主要是二聚二聚體和水合物體和水合物； 紫外線的主要紫外線的主要作用是使同鏈作用是使同鏈dnadna的的相鄰嘧啶間形成共相鄰嘧啶間形成共價結(jié)合的胸腺嘧啶價結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體。二聚體。 （六）紫外線對（六）紫外線對dnadna的損傷及其修復的損傷及其修復（1 1）光復活作用（）光復活作用（photo reactivationphoto reactivatio

50、n） l把經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光把經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象；下時，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象； l光解酶（光裂合酶）；光解酶（光裂合酶）； l一般的微生物中都存在著光復活作用；一般的微生物中都存在著光復活作用； l紫外線誘變育種時，只能在紅光下進行。紫外線誘變育種時，只能在紅光下進行。 （2 2）暗修復作用（）暗修復作用（dark repairdark repair） 又稱切除修復（又稱切除修復（excisionrepairexcisionrepair）有四種酶參與有四種酶參與l內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶 l外切核酸酶外切核酸酶 ldnadn

51、a聚合酶聚合酶 l連接酶連接酶 特點：不需要立即從親代的dna分子中去除損傷的部位，仍能保證dna復制的繼續(xù)進行。重組蛋白dna聚合酶dna連接酶 微生物育種的目的是人為地使某種代謝產(chǎn)物過量積微生物育種的目的是人為地使某種代謝產(chǎn)物過量積累，最大程度降低成本，把生物合成的途徑朝人們所希累，最大程度降低成本，把生物合成的途徑朝人們所希望的方向引導，最終獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗的菌種。望的方向引導，最終獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗的菌種。微生物育種所經(jīng)歷的大致歷程：微生物育種所經(jīng)歷的大致歷程： 從生產(chǎn)中選育或定向培育選育（未采用誘變劑，自從生產(chǎn)中選育或定向培育選育（未采用誘變劑，自發(fā)突變株）發(fā)突變株）采用誘變劑

52、進行誘變，提高突變頻率，采用誘變劑進行誘變，提高突變頻率，篩選有用菌株篩選有用菌株利用接合、原生質(zhì)體融合等技術(shù)使基利用接合、原生質(zhì)體融合等技術(shù)使基因發(fā)生重組（細胞水平）因發(fā)生重組（細胞水平）體外體外dnadna重組技術(shù)（基因工重組技術(shù)（基因工程技術(shù)）創(chuàng)造具有新的生物性狀的生物程技術(shù)）創(chuàng)造具有新的生物性狀的生物二、突變與育種二、突變與育種（一）自發(fā)突變與育種（一）自發(fā)突變與育種： 主要是通過實踐經(jīng)驗選擇生產(chǎn)中發(fā)生自發(fā)突變主要是通過實踐經(jīng)驗選擇生產(chǎn)中發(fā)生自發(fā)突變的菌株或不斷轉(zhuǎn)接微生物菌株以期獲得其自發(fā)突變菌的菌株或不斷轉(zhuǎn)接微生物菌株以期獲得其自發(fā)突變菌株。株。l 生產(chǎn)中選育生產(chǎn)中選育 例：宇佐美曲

53、霉例：宇佐美曲霉- -上酒白種上酒白種l 定向培育定向培育 例：卡介苗的篩選，連續(xù)接種例：卡介苗的篩選，連續(xù)接種230230代代特點：費時、費力，工作被動，守株待兔式的，特點：費時、費力，工作被動，守株待兔式的， 效果難以確定效果難以確定（二）誘變育種（二）誘變育種 指利用物理、化學等指利用物理、化學等誘變誘變劑處理均勻而分散的微劑處理均勻而分散的微生物細胞群，在促進其突變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采生物細胞群，在促進其突變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采用簡便、快速和高效的用簡便、快速和高效的篩選篩選方法，從中挑選出少數(shù)符方法，從中挑選出少數(shù)符合目的的突變株，以供科學實驗或生產(chǎn)實踐使用。合目的的突變株，以供

54、科學實驗或生產(chǎn)實踐使用。l應用方面，可獲得各種突變菌株；應用方面，可獲得各種突變菌株；l生產(chǎn)方面，既能大幅度提高有用代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生產(chǎn)方面，既能大幅度提高有用代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，又能達到減少雜質(zhì)、提高質(zhì)量、擴大品種量，又能達到減少雜質(zhì)、提高質(zhì)量、擴大品種和簡化工藝的目的；和簡化工藝的目的；l方法方面，具有簡便易行、條件設(shè)備要求低等方法方面，具有簡便易行、條件設(shè)備要求低等優(yōu)點。優(yōu)點。1、誘變育種的基本環(huán)節(jié)、誘變育種的基本環(huán)節(jié)2、誘變育種的原則、誘變育種的原則（1）使用簡便有效的誘變劑）使用簡便有效的誘變劑誘變劑誘變劑物理因素物理因素化學因素化學因素紫外線紫外線激光激光離子束離子束x射線射線、射線射線快

55、中子快中子烷化劑烷化劑堿基類似物堿基類似物吖啶化合物吖啶化合物ames試驗：試驗：利用細菌模型了解潛在化學致癌物的誘變作用。利用細菌模型了解潛在化學致癌物的誘變作用。“生物化學統(tǒng)一性生物化學統(tǒng)一性”法則：法則：人和細菌在人和細菌在dnadna的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會作用于人的突變的誘變劑必然也會作用于人的dnadna，使其發(fā)生突變，最后，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。造成癌變或其他不良的后果。誘變劑的共性原則：誘變劑的共性原則：化學藥劑對細菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比。化學藥劑對細菌的誘變率與其對動

56、物的致癌性成正比。超過超過95%95%的致癌物質(zhì)對微生物有誘變作用的致癌物質(zhì)對微生物有誘變作用90%90%以上的非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用以上的非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用 美國加利福尼亞大學的美國加利福尼亞大學的bruce ames教授于教授于1966年發(fā)明，年發(fā)明，因此稱為因此稱為ames試驗。試驗。具體操作：檢測具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌鼠傷寒沙門氏菌(salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復突變的回復突變率。率。回復突變：回復突變：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復

57、，這種第二次突變稱為回復突變。次突變得到恢復，這種第二次突變稱為回復突變。證明證明ames試驗重要性的應用實例：試驗重要性的應用實例：國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應的藥物國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應的藥物“反應停反應停”，由于，由于其藥效顯著，在其藥效顯著，在60-7060-70年代十分流行。年代十分流行。但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用的婦女大多曾服用“反應停反應停”，后來采用，后來采用amesames試驗發(fā)現(xiàn)這種物試驗發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用。質(zhì)的確具有很強

58、的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用。但如果能在這種藥物上市之前就進行但如果能在這種藥物上市之前就進行amesames試驗檢測，那么這種試驗檢測，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免。大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免。l常用誘變劑是常用誘變劑是紫外線紫外線和和亞硝基胍亞硝基胍。l紫外線：紫外線： 無菌，紅光下進行無菌，紅光下進行 紫外誘變箱：紫外誘變箱：高高 30-40cm30-40cm，15w15w紫外燈管紫外燈管 裝有磁力攪拌器的小平皿裝有磁力攪拌器的小平皿 分散均勻的單細胞懸液分散均勻的單細胞懸液 一定的照射時間：一定的照射時間：死亡率死亡率60%-70%60%-70% 照射完畢立即

59、梯度稀釋進行選擇。照射完畢立即梯度稀釋進行選擇。 （2 2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株僅憑經(jīng)驗僅憑經(jīng)驗: :l來自生產(chǎn)中的自發(fā)突變菌株；來自生產(chǎn)中的自發(fā)突變菌株；l具有有利于進一步研究或應用性狀的菌株；具有有利于進一步研究或應用性狀的菌株；l已發(fā)生其他突變的菌株；已發(fā)生其他突變的菌株；l對誘變劑敏感性較高的增變變異株。對誘變劑敏感性較高的增變變異株。（3 3）處理單細胞或單孢子懸浮液）處理單細胞或單孢子懸浮液 不純菌落不純菌落: : 多核、多核、dsdna dsdna 表型延遲表型延遲表型延遲：遺傳型雖已改變，但表型卻要經(jīng)染色體復制、表型延遲：遺傳型雖已改變，但表型卻要經(jīng)染色體復制

60、、分離和細胞分開才表現(xiàn)出來的現(xiàn)象。分離和細胞分開才表現(xiàn)出來的現(xiàn)象。 細菌一般以對數(shù)期為最好；霉菌或者放線菌的細菌一般以對數(shù)期為最好；霉菌或者放線菌的 孢子稍加萌發(fā)后再進行誘變可以提高誘變率。孢子稍加萌發(fā)后再進行誘變可以提高誘變率。 無菌的玻璃珠打碎成團的細胞，再用脫脂棉過濾。無菌的玻璃珠打碎成團的細胞，再用脫脂棉過濾。 誘變后的不純菌落可用適當?shù)募兎N分離方法加以誘變后的不純菌落可用適當?shù)募兎N分離方法加以分離純化。分離純化。（4）使用最佳誘變劑量）使用最佳誘變劑量 劑量劑量 = = 強度（濃度）強度（濃度） 作用時間作用時間 相對劑量相對劑量 = = 殺菌率殺菌率在產(chǎn)量性狀的誘變育種中，凡在提高