第七章微生物的遺傳變異和育種第七章微生物的遺傳變異和育種1概述1遺傳:講的是發生在親子間即上下代間的關系，即指上一代生物如何將自身的一整套遺傳基因穩定地傳遞給下一代的行為或功能，它具有極其穩定（保守）的特性。4個基本概念概述1遺傳:講的是發生在親子間即上下代間的關系，即指上一代2(1)遺傳型又稱基因型遺傳型又稱基因型指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。遺傳型是一種內在的可能性或潛力，其實質是遺傳物質上所負載的特定遺傳信息。具有某遺傳型的生物，只有在適當的環境條件下，通過其自身的代謝和發育，才能將它付諸實現，即產生自己的表型。遺傳型＋環境條件表型（可能性）（現實性）(1)遺傳型又稱基因型遺傳型又稱基因型3

(2)表型

指某一生物體所具有的一切外表特征和內在特性的總和，是其遺傳型在合適環境條件下通過代謝和發育而得到的具體體現。所以，它與遺傳型不同，是一種現實性（具體性狀）。(3)變異

指生物體在某種外因或內因的作用下所引起的遺傳物質結構或數量的改變，亦即遺傳型的改變。其特點是在群體中只以極低的幾率（一般為10-5～10-10）出現，性狀變化幅度大，且變化后的新性狀是穩定的、可遺傳的。(4)飾變

顧名思義，飾變是指外表的修飾性改變，意即一種不涉及遺傳物質結構改變而只發生在轉錄、轉譯水平上的表型變化。其特點是整個群體中的幾乎每一個體都發生同樣變化；性狀變化的幅度小；因其遺傳物質未變，故飾變是不遺傳的。(2)表型4第一節遺傳變異的物質基礎一、3個經典實驗（一）經典轉化實驗(1)動物試驗第一節遺傳變異的物質基礎一、3個經典實驗5(2)細菌培養試驗(3)S型菌的無細胞抽提液試驗離體轉化實驗(2)細菌培養試驗(3)S型菌的無細胞抽提液試驗離體轉6（二）噬菌體感染實驗（二）噬菌體感染實驗7(三)植物病毒的重建實驗(三)植物病毒的重建實驗8二、遺傳物質在微生物細胞內存在的部位和方式（一）7個水平1．細胞水平在細胞水平上,真核微生物和原核生物的大部聚DNA都集中在細胞核或核區(核質體)中。在不伺種微生物或同種微生物的不同細胞中，細胞核的數目常有所不同。2．細胞核水平不論真核生物的細胞核或原核生物細胞的核區都是該微生物遺傳信息的最主要負荷者，被稱為核基因組、核染色體組或簡稱基因組。二、遺傳物質在微生物細胞內存在的部位和方式（一）7個水平93.染色體水平

(1)染色體數不同(2)染色體倍數4．核酸水平(1)核酸種類(2)核酸結構(3)DNA長度（即基因組的大小）3.染色體水平(1)染色體數不同4．核酸水平(2)核酸105.基因水平（1）基因:是生物體內一切具有自主復制能力的最小遺傳功能單位，其物質基礎是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。5.基因水平（1）基因:11（2）基因調控系統A結構基因:是決定某一多肽鏈結構的DNA模板，它是通過轉錄和轉譯過程來執行多肽鏈合成任務的。B操縱基因:是位于啟動基因和結構基因之間的一段核苷酸序列，控制結構基因是否轉錄。C啟動基因:是一種依賴于DNA的RNA多聚酶所識別的核苷酸序列。（2）基因調控系統A結構基因:是決定某一多肽鏈結構的DNA126．密碼子水平遺傳密碼:是指DNA鏈上決定各具體氨基酸的特定核苷酸排列順序。UAA;UAG和UGA僅表示轉譯中的終止信號7．核苷酸水平6．密碼子水平遺傳密碼:7．核苷酸水平13（二）原核生物的質粒1．定義和特點定義:凡游離于原核生物核基因組以外，具有獨立復制能力的小型共價閉合環狀的dsDNA分子.

特點：(1)可自我復制，穩定遺傳。對生存不是必要的。復制與染色體分開。(2)不同質粒攜帶不同遺傳信息。(3)無質粒細菌可通過接合、轉化、轉導等方式獲得，不能自發產生。（二）原核生物的質粒1．定義和特點特點：(1)可自142.質粒在基因工程中的應用質粒具有的優點：①體積小，便于DNA的分離和操作；②呈環狀，使其在化學分離過程中能保持性能穩定；③有不受核基因組控制的獨立復制起始點；④拷貝數多，使外源DNA可很快擴增；⑤存在抗藥性基因等選擇性標記。2.質粒在基因工程中的應用質粒具有的優點：15E.coli的pBR322質粒克隆載體E.coli的pBR322質粒克隆載體163.質粒的分離與鑒定（1）質粒的分離步驟細胞的裂解蛋白質去除RNA的去除質粒DNA與染色體DNA相分離（2）質粒鑒定。電鏡、瓊脂糖或聚丙烯酰胺凝膠電泳3.質粒的分離與鑒定（1）質粒的分離步驟細胞的裂解蛋白質174.質粒的種類4.質粒的種類185．典型質粒簡介(1)F質粒又稱F因子、致育因子或性因子，是E.coli等細菌決定性別并有轉移能力的質粒。5．典型質粒簡介(1)F質粒又稱F因子、致育因子或性19(2)R質粒又稱R因子由RTF和r決定子結合而形成R質粒(2)R質粒又稱R因子20(3)Col質粒Col質粒：又稱大腸桿菌素質粒或產大腸桿菌素因子。細菌素：許多細菌都能產生抑制或殺死其他近緣細菌或同種不同菌株的代謝產物是由質粒編碼的蛋白質。(3)Col質粒Col質粒：又稱大腸桿菌素質粒或產大腸桿菌21(4)Ti質粒即誘瘤質粒或冠癭質粒。Ti質粒即誘瘤質粒或冠癭質粒Ti質粒是一種200kb的環狀質粒，包括毒性區（vir）、接合轉移區（con）、復制起始區（on）和T-DNA區4部分。植物基因工程中使用最廣、效果最佳的克隆載體。(4)Ti質粒即誘瘤質粒或冠癭質粒。Ti質粒即誘瘤質粒22(5)Ri質粒發根土壤桿菌或發根農桿菌可侵染雙子葉植物的根部，并誘生大量稱為毛狀根的不定根。Ri質粒已成為外源基因的良好載體，也可用作進行次生代謝產物的生產。(5)Ri質粒發根土壤桿菌或發根農桿菌可侵染雙子葉植物的23(6)mega質粒即巨大質粒，存在于根瘤菌屬中，。分子質量比一般質粒大幾十倍至幾百倍。假單胞菌屬中發現。質粒編碼降解一系列復雜有機物的酶，(7)降解性質粒(6)mega質粒即巨大質粒，存在于根瘤菌屬中，。分子24第二節基因突變和誘變育種一、基因突變基因突變:

簡稱突變泛指細胞內遺傳物質的分子結構或數量突然發生的可遺傳的變化，可自發或誘導產生。狹義專指基因突變，廣義則包括基因突變和染色體畸變。第二節基因突變和誘變育種一、基因突變25（一）突變類型凡能用選擇性培養基（或其他選擇性培養條件）快速選擇出來的突變株稱選擇性突變株,反之則稱為非選擇性突變株.（一）突變類型凡能用選擇性培養基（或其他選擇性培養條件）快26（二）突變率定義:某一細胞（或病毒粒）在每一世代中發生某一性狀突變的幾率，稱突變率。共同特點：①自發性②不對應性③稀有性④獨立性⑤可誘變性⑥穩定性⑦可逆性（三）基因突變的特點（二）突變率定義:共同特點：（三）基因突變的特點27（五）基因突變及其機制（五）基因突變及其機制281．誘發突變誘發突變:簡稱誘變，是指通過人為的方法，利用物理、化學或生物因素顯著提高基因自發突變頻率的手段。凡具有誘變效應的任何因素，都稱誘變劑。（1）堿基的置換1．誘發突變誘發突變:簡稱誘變，是指通過人為的方法，利用物29誘變劑:①直接引起置換的誘變劑：直接與核酸的堿基發生化學反應的化學誘變劑②間接引起置換的誘變劑一些堿基類似物誘變劑:①直接引起置換的誘變劑：30（2）移碼突變 指誘變劑會使DNA序列中的一個或幾個核甘酸發生增添（插入）或缺失,從而使該處后面的全部遺傳密碼的閱讀框架發生改變,并進一步引起轉錄錯誤的一類突變.原因:吖啶類染料及一系列ＩＣＲ類化合物．（2）移碼突變 指誘變劑會使DNA序列中的一個或幾個核甘31移碼突變圖：移碼突變圖：32(3)染色體畸變1、染色體畸變：引起DNA分子的大損傷染色體畸變，包括染色體結構上的缺失、重復、插入、易位和倒位，也包括染色體數目的變化。２、轉座和轉座因子轉座：DNA序列通過非同源重組的方式，從染色體某一部位轉移到同一染色體上另一部位或其他染色體上某一部位的現象，稱為轉座。轉座因子：凡具有轉座作用的一段DNA序列，稱轉座因子包括原核生物中的插入序列(is）、轉座子（Tn)和E.coli的Mu噬菌體等轉座噬菌體。(3)染色體畸變1、染色體畸變：33轉座的過程及其中受體DNA中靶序列的復制過程轉座的過程及其中受體DNA中靶序列的復制過程342.自發突變自發突變:指生物體在無人工干預下自然發生的低頻率突變。自發突變的原因有：①由背景輻射和環境因素引起，②由微生物自身有害代謝產物引起，③由DNA復制過程中堿基配對錯誤引起。2.自發突變自發突變:指生物體在無人工干預下自然發生的低頻率35(六）紫外線對DNA的損傷及其修復1．光復活作用把經UV照射后的微生物立即暴露于可見光下時，就可出現明顯降低其死亡率的現象，此即光復活作用。(六）紫外線對DNA的損傷及其修復1．光復活作用362.切除修復

切除修復:是一種不依賴可見光、只通過酶切作用去除嘧啶二聚體,隨后重新合成一段正常DNA鏈的核酸修復方式.2.切除修復 切除修復:是一種不依賴可見光37二、突變與育種1．從生產中育種正突變株:指生產性狀優于原株的產量突變株2.定向培育優良菌株定向培育:是一種利用微生物的自發突變，并采用特定的選擇條件，通過對微生物群體不斷移植以選育出較優良菌株的古老方法。例如:卡介苗（一）自發突變與育種二、突變與育種1．從生產中育種（一）自發突變與育種38（二）誘變育種誘變育種:是指利用物理、化學等誘變劑處理均勻而分散的微生物細胞群，采用簡便、快速和高效的篩選方法，從中挑選出少數符合目的的突變株，以供使用。（二）誘變育種誘變育種:是指利用物理、化學等誘變劑處理均勻391．誘變育種的基本環節1．誘變育種的基本環節402.誘變育種中的幾個原則(1)選擇簡便有效的誘變劑物理因素:A非電離輻射類的紫外線、激光和離子束等，B電離輻射的X射線、丫射線和快中子等；化學誘變劑:主要有烷化劑、堿基類似物和吖啶化合物2.誘變育種中的幾個原則(1)選擇簡便有效的誘變劑41艾姆氏試驗原理：鼠傷寒沙門氏菌的組氨酸營養缺陷型（his-）菌株在基本培養基[-]的平板上不能生長，如發生回復突變變成原養型（his＋）后則能生長。方法大致是在含待測可疑“三致”物例如黃曲霉毒素、二甲氨基偶氮苯、“反應停”或二口惡口英等的試樣中，加入鼠肝勻漿液，經一段時間保溫后，吸人濾紙片中，然后將濾紙片放置于上述平板中央。經培養后，出現3種情況：①在平板上無大量菌落產生，說明試樣中不含誘變劑；②在紙片周圍有一抑制圈，其外周出現大量菌落，說明試樣中有某種高濃度的誘變劑存在；③在紙片周圍長有大量菌落，說明試樣中有濃度適當的誘變劑存在。艾姆氏試驗原理：42艾姆斯試驗法檢測致癌物示意圖艾姆斯試驗法檢測致癌物示意圖43(2）挑選優良的出發菌株用于育種的原始菌株，(3)處理單細胞或單孢子懸液

（4）選用最適的誘變劑量(5)充分利用復合處理的協同效應(6）利用和創造形態、生理與產量間的相關指標(7)設計高效篩選方案(8）創造新型篩選方法(2）挑選優良的出發菌株用于育種的原始菌株，(3)處理單443.3類突變株的篩選方法（1）產量突變株的篩選(2)抗藥性突變株的篩選3.3類突變株的篩選方法（1）產量突變株的篩選(2)45(3)營養缺陷型突變株的篩選基本培養基（MM，符號為[-]）：僅能滿足某微生物的野生型菌株生長所需要的最低成分的組合培養基，稱基本培養基。完全培養基（CM,符號為[＋]）：凡可滿足一切營養缺陷型菌株營養需要的天然或半組合培養基，稱完全培養基。補充培養基（SM;符號為[A]或[B]等）：凡只能滿足相應的營養缺陷型突變株生長需要的組合或半組合培養基，稱補充培養基。①有關的3類培養基：(3)營養缺陷型突變株的篩選基本培養基（MM，符號為[-46②與營養缺陷型突變有關的3類遺傳型個體：野生型：指從自然界分離到的任何微生物在其發生人為營養缺陷突變前的原始菌株。營養缺陷型：野生型菌株經誘變劑處理后，由于發生了喪失某酶合成能力的突變，因而只能在加有該酶合成產物的培養基中才能生長，這類突變菌株稱為營養缺陷型突變株，或簡稱營養缺陷型。原養型：一般指營養缺陷型突變株經回復突變或重組后產生的菌株，其營養要求在表型上與野生型相同，遺傳型均用[A+B+]表示②與營養缺陷型突變有關的3類遺傳型個體：野生型：指從自然47③營養缺陷型的篩選方法：一般要經過誘變、淘汰野生型、檢出和鑒定營養缺陷型4個環節：

第一步，誘變劑處理：

第二步，淘汰野生型：第三步，檢出缺陷型

第四步，鑒定缺陷型

③營養缺陷型的篩選方法：一般要經過誘變、淘汰野生型、檢出和48第三節基因重組和雜交育種基因重組:兩個獨立基因組內的遺傳基因，通過一定的途徑轉移到一起，形成新的穩定基因組的過程，稱為基因重組或遺傳重組，簡稱重組。第三節基因重組和雜交育種基因重組:49一、原核生物的基因重組（一）轉化1．定義

轉化:受體菌直接吸收供體菌的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的現象，稱為轉化或轉化作用。2.轉化微生物的種類在原核生物中—主要有肺炎鏈球菌等在真核微生物—主要有釀酒酵母等一、原核生物的基因重組（一）轉化503．感受態感受態:是指受體細胞最易接受外源DNA片段并能實現轉化的一種生理狀態。感受態因子:調節感受態的一類特異蛋白稱，包括3種主要成分，即膜相關DNA結合蛋白、細胞壁自溶素和幾種核酸酶。轉化因子的本質是離體的DNA片段。4．轉化因子3．感受態感受態:是指受體細胞最易接受外源DNA片段并能515．轉化過程5．轉化過程526．轉染轉染:指用提純的病毒核酸（DNA或RNA）去感染其宿主細胞或其原生質體，可增殖出一群正常病毒后代的現象。6．轉染轉染:53（二）轉導轉導:通過缺陷噬菌體的媒介，把供體細胞的小片段DNA攜帶到受體細胞中，通過交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現象，稱為轉導。1．普遍轉導普遍轉導分為兩種：(1)完全普遍轉導(2)流產普遍轉導（二）轉導轉導:542.局限轉導局限轉導:根據轉導子出現頻率的高低可分為兩類：（1）低頻轉導

只能形成極少數（10-4～10－6）轉導子，故稱低頻轉導。(2)高頻轉導

高達50%左右的轉導子，故稱這種轉導為高頻轉導。2.局限轉導局限轉導:553．溶源轉變溶源轉變:當正常的溫和噬菌體感染其宿主而使其發生溶源化時，因噬菌體基因整合到宿主的核基因組上，而使宿主獲得了除免疫性外的新遺傳性狀的現象，稱溶源轉變。3．溶源轉變溶源轉變:56（三）接合1．定義接合:供體菌（“雄性”）通過性菌毛與受體菌（“雌性”）直接接觸，把F質粒或其攜帶的不同長度的核基因組片段傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳性狀的現象，稱為接合。接合子:通過接合而獲得新遺傳性狀的受體細胞，稱為接合子.2．能進行接合的微生物種類E.coli等（三）接合1．定義573．E．coli的4種接合型菌株3．E．coli的4種接合型菌株58(1)F＋菌株即“雄性”菌株，指細胞內存在一至幾個F質粒，并在細胞表面著生一至幾條性菌毛的菌株。(1)F＋菌株F－菌株即“雌性”菌株，指細胞中無F質粒、細胞表面也無性菌毛的菌株。(2)F－菌株(1)F＋菌株即“雄性”菌株，指細胞內存在一至幾個F質粒，59(3）Hfr菌株（高頻重組菌株）Hfr菌株（高頻重組菌株）Hfr菌株與F－菌株相接合后，發生基因重組的頻率要比單純用F＋與F－接合后的頻率高出數百倍，故名。(3）Hfr菌株（高頻重組菌株）Hfr菌株（高頻重組菌株）60(4)F’菌株F'質粒:當Hfr菌株細胞內的F質粒因不正常切離而脫離核染色體組時，可重新形成游離的、但攜帶整合位點鄰近一小段核染色體基因的特殊F質粒，稱F'質粒或F'因子。初生F’菌株與次生F’菌株(4)F’菌株F'質粒:初生F’菌株與次生F’菌株61（四）原生質體融合1定義:通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩個細胞的原生質體進行融合，借以獲得兼有雙親遺傳性狀的穩定重組子的過程，稱為原生質體融合。由此法獲得的重組子，稱為融合子。2.原生質體融合的生物種類原核生物中的細菌和放線菌，而且還包括各種真核生物細胞（四）原生質體融合1定義:623.原生質體融合的主要操作步驟（1）先選擇兩株有特殊價值置于高滲溶液中,用脫壁酶去除細胞壁，（2）再將形成的原生質體加入促融合劑PEG或借電脈沖等因素促進融合，（3）然后涂在平板上，檢驗它們是否為穩定的融合子，最后再測定其有關生物學性狀或生產性能3.原生質體融合的主要操作步驟（1）先選擇兩株有特殊價值63原生質體融合示意圖原生質體融合示意圖64二、真核微生物的基因重組（一）有性雜交A雜交:是指在細胞水平上進行的一種遺傳重組方式。B有性雜交:一般指不同遺傳型的兩性細胞間發生的接合和隨之進行的染色體重組，進而產生新遺傳型后代的一種育種技術。

產生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌，二、真核微生物的基因重組（一）有性雜交65（二）準性雜交1．定義準性生殖是一種在同種而不同菌株的體細胞間發生的融合,它可不借減數分裂而導致低頻率基因重組并產生重組子（二）準性雜交1．定義662．準性生殖過程(1)菌絲聯結(2)形成異核體(3)核融合或稱核配(4)體細胞交換和單倍體化

2．準性生殖過程673.準性雜交育種(1)選擇親本(2)強制異合(3)移單菌落(4)驗穩定性(5)促進變異主要步驟和原理3.準性雜交育種(1)選擇親本主要步驟和原理68第四節基因工程一、基因工程定義基因工程又稱遺傳工程，是指人們利用分子生物學的理論和技術，自覺設計、操縱、改造和重建細胞的遺傳核心—基因組，從而使生物體的遺傳性狀發生定向變異，以最大限度地滿足人類活動的需要。第四節基因工程一、基因工程定義69二、基因工程的基本操作（一）目的基因的取得（二）優良載體的選擇（三）目的基因與載體DNA的體外重組（四）重組載體導入受體細胞（五）重組受體細胞的篩選和鑒定（六）“工程菌”或“工程細胞”的大規模培養二、基因工程的基本操作（一）目的基因的取得70基因工程的主要原理和操作步驟基因工程的主要原理和操作步驟71三、基因工程的應用（一）在生產多肽類藥物、疫苗中的應用基因工程藥物的生產途徑的4個階段：①細菌基因工程，②酵母菌等真核微生物細胞的基因工程；③哺乳動物細胞基因工程④轉基因動物或轉基因植物基因工程三、基因工程的應用（一）在生產多肽類藥物、疫苗中的應用72（二）改造傳統工業發酵菌種（三）動、植物特性的基因工程改良植物基因工程重點主要為：①轉抗病蟲害基因②抗逆境植物品種的培育③高產、優質品種的培育④生產藥用多肽或可降解塑料等優良品種⑤培育適應商品化的優良水果新品種⑥轉固氮、結瘤、分解纖維素或木質素酶的基因，或是能提高光合作用效率等基因的新品種（四）基因工程在環境保護中的應用（二）改造傳統工業發酵菌種73第五節菌種的衰退、復壯和保藏衰退:是指由于自發突變的結果，而使某物種原有一系列生物學性狀發生量變或質變的現象。具體表現有：①原有形態性狀變得不典型了，②生長速度變慢，產生的孢子變少，③代謝產物生產能力下降，即出現負變④致病菌對宿主侵染力的下降，⑤對外界不良條件包括低溫、高溫或噬菌體侵染等抵抗能力的下降；等等。一、菌種的衰退與復壯第五節菌種的衰退、復壯和保藏衰退:是指由于自發突變的結果，74廣義的復壯:是一項積極的措施，即在菌種的典型特征或生產性狀尚未衰退前，就經常有意識地采取純種分離和生產性狀的測定工作，以期從中選擇到自發的正變個體。廣義的復壯:是一項積極的措施，即在菌種的典型特征或生產性狀75（一）衰退的防止1．控制傳代次數2.創造良好的培養條件3．利用不易衰退的細胞傳代4.采用有效的菌種保藏方法（一）衰退的防止1．控制傳代次數76（二）菌種的復壯1．純種分離法2.通過宿主體復壯3．淘汰已衰退的個體（二）菌種的復壯1．純種分離法2.通過宿主體復壯3．淘汰已77菌種保藏方法菌種保藏方法78第七章微生物的遺傳變異和育種課件整理79第七章微生物的遺傳變異和育種第七章微生物的遺傳變異和育種80概述1遺傳:講的是發生在親子間即上下代間的關系，即指上一代生物如何將自身的一整套遺傳基因穩定地傳遞給下一代的行為或功能，它具有極其穩定（保守）的特性。4個基本概念概述1遺傳:講的是發生在親子間即上下代間的關系，即指上一代81(1)遺傳型又稱基因型遺傳型又稱基因型指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。遺傳型是一種內在的可能性或潛力，其實質是遺傳物質上所負載的特定遺傳信息。具有某遺傳型的生物，只有在適當的環境條件下，通過其自身的代謝和發育，才能將它付諸實現，即產生自己的表型。遺傳型＋環境條件表型（可能性）（現實性）(1)遺傳型又稱基因型遺傳型又稱基因型82

(2)表型

指某一生物體所具有的一切外表特征和內在特性的總和，是其遺傳型在合適環境條件下通過代謝和發育而得到的具體體現。所以，它與遺傳型不同，是一種現實性（具體性狀）。(3)變異

指生物體在某種外因或內因的作用下所引起的遺傳物質結構或數量的改變，亦即遺傳型的改變。其特點是在群體中只以極低的幾率（一般為10-5～10-10）出現，性狀變化幅度大，且變化后的新性狀是穩定的、可遺傳的。(4)飾變

顧名思義，飾變是指外表的修飾性改變，意即一種不涉及遺傳物質結構改變而只發生在轉錄、轉譯水平上的表型變化。其特點是整個群體中的幾乎每一個體都發生同樣變化；性狀變化的幅度小；因其遺傳物質未變，故飾變是不遺傳的。(2)表型83第一節遺傳變異的物質基礎一、3個經典實驗（一）經典轉化實驗(1)動物試驗第一節遺傳變異的物質基礎一、3個經典實驗84(2)細菌培養試驗(3)S型菌的無細胞抽提液試驗離體轉化實驗(2)細菌培養試驗(3)S型菌的無細胞抽提液試驗離體轉85（二）噬菌體感染實驗（二）噬菌體感染實驗86(三)植物病毒的重建實驗(三)植物病毒的重建實驗87二、遺傳物質在微生物細胞內存在的部位和方式（一）7個水平1．細胞水平在細胞水平上,真核微生物和原核生物的大部聚DNA都集中在細胞核或核區(核質體)中。在不伺種微生物或同種微生物的不同細胞中，細胞核的數目常有所不同。2．細胞核水平不論真核生物的細胞核或原核生物細胞的核區都是該微生物遺傳信息的最主要負荷者，被稱為核基因組、核染色體組或簡稱基因組。二、遺傳物質在微生物細胞內存在的部位和方式（一）7個水平883.染色體水平

(1)染色體數不同(2)染色體倍數4．核酸水平(1)核酸種類(2)核酸結構(3)DNA長度（即基因組的大小）3.染色體水平(1)染色體數不同4．核酸水平(2)核酸895.基因水平（1）基因:是生物體內一切具有自主復制能力的最小遺傳功能單位，其物質基礎是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。5.基因水平（1）基因:90（2）基因調控系統A結構基因:是決定某一多肽鏈結構的DNA模板，它是通過轉錄和轉譯過程來執行多肽鏈合成任務的。B操縱基因:是位于啟動基因和結構基因之間的一段核苷酸序列，控制結構基因是否轉錄。C啟動基因:是一種依賴于DNA的RNA多聚酶所識別的核苷酸序列。（2）基因調控系統A結構基因:是決定某一多肽鏈結構的DNA916．密碼子水平遺傳密碼:是指DNA鏈上決定各具體氨基酸的特定核苷酸排列順序。UAA;UAG和UGA僅表示轉譯中的終止信號7．核苷酸水平6．密碼子水平遺傳密碼:7．核苷酸水平92（二）原核生物的質粒1．定義和特點定義:凡游離于原核生物核基因組以外，具有獨立復制能力的小型共價閉合環狀的dsDNA分子.

特點：(1)可自我復制，穩定遺傳。對生存不是必要的。復制與染色體分開。(2)不同質粒攜帶不同遺傳信息。(3)無質粒細菌可通過接合、轉化、轉導等方式獲得，不能自發產生。（二）原核生物的質粒1．定義和特點特點：(1)可自932.質粒在基因工程中的應用質粒具有的優點：①體積小，便于DNA的分離和操作；②呈環狀，使其在化學分離過程中能保持性能穩定；③有不受核基因組控制的獨立復制起始點；④拷貝數多，使外源DNA可很快擴增；⑤存在抗藥性基因等選擇性標記。2.質粒在基因工程中的應用質粒具有的優點：94E.coli的pBR322質粒克隆載體E.coli的pBR322質粒克隆載體953.質粒的分離與鑒定（1）質粒的分離步驟細胞的裂解蛋白質去除RNA的去除質粒DNA與染色體DNA相分離（2）質粒鑒定。電鏡、瓊脂糖或聚丙烯酰胺凝膠電泳3.質粒的分離與鑒定（1）質粒的分離步驟細胞的裂解蛋白質964.質粒的種類4.質粒的種類975．典型質粒簡介(1)F質粒又稱F因子、致育因子或性因子，是E.coli等細菌決定性別并有轉移能力的質粒。5．典型質粒簡介(1)F質粒又稱F因子、致育因子或性98(2)R質粒又稱R因子由RTF和r決定子結合而形成R質粒(2)R質粒又稱R因子99(3)Col質粒Col質粒：又稱大腸桿菌素質粒或產大腸桿菌素因子。細菌素：許多細菌都能產生抑制或殺死其他近緣細菌或同種不同菌株的代謝產物是由質粒編碼的蛋白質。(3)Col質粒Col質粒：又稱大腸桿菌素質粒或產大腸桿菌100(4)Ti質粒即誘瘤質粒或冠癭質粒。Ti質粒即誘瘤質粒或冠癭質粒Ti質粒是一種200kb的環狀質粒，包括毒性區（vir）、接合轉移區（con）、復制起始區（on）和T-DNA區4部分。植物基因工程中使用最廣、效果最佳的克隆載體。(4)Ti質粒即誘瘤質粒或冠癭質粒。Ti質粒即誘瘤質粒101(5)Ri質粒發根土壤桿菌或發根農桿菌可侵染雙子葉植物的根部，并誘生大量稱為毛狀根的不定根。Ri質粒已成為外源基因的良好載體，也可用作進行次生代謝產物的生產。(5)Ri質粒發根土壤桿菌或發根農桿菌可侵染雙子葉植物的102(6)mega質粒即巨大質粒，存在于根瘤菌屬中，。分子質量比一般質粒大幾十倍至幾百倍。假單胞菌屬中發現。質粒編碼降解一系列復雜有機物的酶，(7)降解性質粒(6)mega質粒即巨大質粒，存在于根瘤菌屬中，。分子103第二節基因突變和誘變育種一、基因突變基因突變:

簡稱突變泛指細胞內遺傳物質的分子結構或數量突然發生的可遺傳的變化，可自發或誘導產生。狹義專指基因突變，廣義則包括基因突變和染色體畸變。第二節基因突變和誘變育種一、基因突變104（一）突變類型凡能用選擇性培養基（或其他選擇性培養條件）快速選擇出來的突變株稱選擇性突變株,反之則稱為非選擇性突變株.（一）突變類型凡能用選擇性培養基（或其他選擇性培養條件）快105（二）突變率定義:某一細胞（或病毒粒）在每一世代中發生某一性狀突變的幾率，稱突變率。共同特點：①自發性②不對應性③稀有性④獨立性⑤可誘變性⑥穩定性⑦可逆性（三）基因突變的特點（二）突變率定義:共同特點：（三）基因突變的特點106（五）基因突變及其機制（五）基因突變及其機制1071．誘發突變誘發突變:簡稱誘變，是指通過人為的方法，利用物理、化學或生物因素顯著提高基因自發突變頻率的手段。凡具有誘變效應的任何因素，都稱誘變劑。（1）堿基的置換1．誘發突變誘發突變:簡稱誘變，是指通過人為的方法，利用物108誘變劑:①直接引起置換的誘變劑：直接與核酸的堿基發生化學反應的化學誘變劑②間接引起置換的誘變劑一些堿基類似物誘變劑:①直接引起置換的誘變劑：109（2）移碼突變 指誘變劑會使DNA序列中的一個或幾個核甘酸發生增添（插入）或缺失,從而使該處后面的全部遺傳密碼的閱讀框架發生改變,并進一步引起轉錄錯誤的一類突變.原因:吖啶類染料及一系列ＩＣＲ類化合物．（2）移碼突變 指誘變劑會使DNA序列中的一個或幾個核甘110移碼突變圖：移碼突變圖：111(3)染色體畸變1、染色體畸變：引起DNA分子的大損傷染色體畸變，包括染色體結構上的缺失、重復、插入、易位和倒位，也包括染色體數目的變化。２、轉座和轉座因子轉座：DNA序列通過非同源重組的方式，從染色體某一部位轉移到同一染色體上另一部位或其他染色體上某一部位的現象，稱為轉座。轉座因子：凡具有轉座作用的一段DNA序列，稱轉座因子包括原核生物中的插入序列(is）、轉座子（Tn)和E.coli的Mu噬菌體等轉座噬菌體。(3)染色體畸變1、染色體畸變：112轉座的過程及其中受體DNA中靶序列的復制過程轉座的過程及其中受體DNA中靶序列的復制過程1132.自發突變自發突變:指生物體在無人工干預下自然發生的低頻率突變。自發突變的原因有：①由背景輻射和環境因素引起，②由微生物自身有害代謝產物引起，③由DNA復制過程中堿基配對錯誤引起。2.自發突變自發突變:指生物體在無人工干預下自然發生的低頻率114(六）紫外線對DNA的損傷及其修復1．光復活作用把經UV照射后的微生物立即暴露于可見光下時，就可出現明顯降低其死亡率的現象，此即光復活作用。(六）紫外線對DNA的損傷及其修復1．光復活作用1152.切除修復

切除修復:是一種不依賴可見光、只通過酶切作用去除嘧啶二聚體,隨后重新合成一段正常DNA鏈的核酸修復方式.2.切除修復 切除修復:是一種不依賴可見光116二、突變與育種1．從生產中育種正突變株:指生產性狀優于原株的產量突變株2.定向培育優良菌株定向培育:是一種利用微生物的自發突變，并采用特定的選擇條件，通過對微生物群體不斷移植以選育出較優良菌株的古老方法。例如:卡介苗（一）自發突變與育種二、突變與育種1．從生產中育種（一）自發突變與育種117（二）誘變育種誘變育種:是指利用物理、化學等誘變劑處理均勻而分散的微生物細胞群，采用簡便、快速和高效的篩選方法，從中挑選出少數符合目的的突變株，以供使用。（二）誘變育種誘變育種:是指利用物理、化學等誘變劑處理均勻1181．誘變育種的基本環節1．誘變育種的基本環節1192.誘變育種中的幾個原則(1)選擇簡便有效的誘變劑物理因素:A非電離輻射類的紫外線、激光和離子束等，B電離輻射的X射線、丫射線和快中子等；化學誘變劑:主要有烷化劑、堿基類似物和吖啶化合物2.誘變育種中的幾個原則(1)選擇簡便有效的誘變劑120艾姆氏試驗原理：鼠傷寒沙門氏菌的組氨酸營養缺陷型（his-）菌株在基本培養基[-]的平板上不能生長，如發生回復突變變成原養型（his＋）后則能生長。方法大致是在含待測可疑“三致”物例如黃曲霉毒素、二甲氨基偶氮苯、“反應停”或二口惡口英等的試樣中，加入鼠肝勻漿液，經一段時間保溫后，吸人濾紙片中，然后將濾紙片放置于上述平板中央。經培養后，出現3種情況：①在平板上無大量菌落產生，說明試樣中不含誘變劑；②在紙片周圍有一抑制圈，其外周出現大量菌落，說明試樣中有某種高濃度的誘變劑存在；③在紙片周圍長有大量菌落，說明試樣中有濃度適當的誘變劑存在。艾姆氏試驗原理：121艾姆斯試驗法檢測致癌物示意圖艾姆斯試驗法檢測致癌物示意圖122(2）挑選優良的出發菌株用于育種的原始菌株，(3)處理單細胞或單孢子懸液

（4）選用最適的誘變劑量(5)充分利用復合處理的協同效應(6）利用和創造形態、生理與產量間的相關指標(7)設計高效篩選方案(8）創造新型篩選方法(2）挑選優良的出發菌株用于育種的原始菌株，(3)處理單1233.3類突變株的篩選方法（1）產量突變株的篩選(2)抗藥性突變株的篩選3.3類突變株的篩選方法（1）產量突變株的篩選(2)124(3)營養缺陷型突變株的篩選基本培養基（MM，符號為[-]）：僅能滿足某微生物的野生型菌株生長所需要的最低成分的組合培養基，稱基本培養基。完全培養基（CM,符號為[＋]）：凡可滿足一切營養缺陷型菌株營養需要的天然或半組合培養基，稱完全培養基。補充培養基（SM;符號為[A]或[B]等）：凡只能滿足相應的營養缺陷型突變株生長需要的組合或半組合培養基，稱補充培養基。①有關的3類培養基：(3)營養缺陷型突變株的篩選基本培養基（MM，符號為[-125②與營養缺陷型突變有關的3類遺傳型個體：野生型：指從自然界分離到的任何微生物在其發生人為營養缺陷突變前的原始菌株。營養缺陷型：野生型菌株經誘變劑處理后，由于發生了喪失某酶合成能力的突變，因而只能在加有該酶合成產物的培養基中才能生長，這類突變菌株稱為營養缺陷型突變株，或簡稱營養缺陷型。原養型：一般指營養缺陷型突變株經回復突變或重組后產生的菌株，其營養要求在表型上與野生型相同，遺傳型均用[A+B+]表示②與營養缺陷型突變有關的3類遺傳型個體：野生型：指從自然126③營養缺陷型的篩選方法：一般要經過誘變、淘汰野生型、檢出和鑒定營養缺陷型4個環節：

第一步，誘變劑處理：

第二步，淘汰野生型：第三步，檢出缺陷型

第四步，鑒定缺陷型

③營養缺陷型的篩選方法：一般要經過誘變、淘汰野生型、檢出和127第三節基因重組和雜交育種基因重組:兩個獨立基因組內的遺傳基因，通過一定的途徑轉移到一起，形成新的穩定基因組的過程，稱為基因重組或遺傳重組，簡稱重組。第三節基因重組和雜交育種基因重組:128一、原核生物的基因重組（一）轉化1．定義

轉化:受體菌直接吸收供體菌的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的現象，稱為轉化或轉化作用。2.轉化微生物的種類在原核生物中—主要有肺炎鏈球菌等在真核微生物—主要有釀酒酵母等一、原核生物的基因重組（一）轉化1293．感受態感受態:是指受體細胞最易接受外源DNA片段并能實現轉化的一種生理狀態。感受態因子:調節感受態的一類特異蛋白稱，包括3種主要成分，即膜相關DNA結合蛋白、細胞壁自溶素和幾種核酸酶。轉化因子的本質是離體的DNA片段。4．轉化因子3．感受態感受態:是指受體細胞最易接受外源DNA片段并能1305．轉化過程5．轉化過程1316．轉染轉染:指用提純的病毒核酸（DNA或RNA）去感染其宿主細胞或其原生質體，可增殖出一群正常病毒后代的現象。6．轉染轉染:132（二）轉導轉導:通過缺陷噬菌體的媒介，把供體細胞的小片段DNA攜帶到受體細胞中，通過交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現象，稱為轉導。1．普遍轉導普遍轉導分為兩種：(1)完全普遍轉導(2)流產普遍轉導（二）轉導轉導:1332.局限轉導局限轉導:根據轉導子出現頻率的高低可分為兩類：（1）低頻轉導

只能形成極少數（10-4～10－6）轉導子，故稱低頻轉導。(2)高頻轉導

高達50%左右的轉導子，故稱這種轉導為高頻轉導。2.局限轉導局限轉導:1343．溶源轉變溶源轉變:當正常的溫和噬菌體感染其宿主而使其發生溶源化時，因噬菌體基因整合到宿主的核基因組上，而使宿主獲得了除免疫性外的新遺傳性狀的現象，稱溶源轉變。3．溶源轉變溶源轉變:135（三）接合1．定義接合:供體菌（“雄性”）通過性菌毛與受體菌（“雌性”）直接接觸，把F質粒或其攜帶的不同長度的核基因組片段傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳性狀的現象，稱為接合。接合子:通過接合而獲得新遺傳性狀的受體細胞，稱為接合子.2．能進行接合的微生物種類E.coli等（三）接合1．定義1363．E．coli的4種接合型菌株3．E．coli的4種接合型菌株137(1)F＋菌株即“雄性”菌株，指細胞內存在一至幾個F質粒，并在細胞表面著生一至幾條性菌毛的菌株。(1)F＋菌株F－菌株即“雌性”菌株，指細胞中無F質粒、細胞表面也無性菌毛的菌株。(2)F－菌株(1)F＋菌株即“雄性”菌株，指細胞內存在一至幾個F質粒，138(3）Hfr菌株（高頻重組菌株）Hfr菌株（高頻重組菌株）Hfr菌株與F－菌株相接合后，發生基因重組的頻率要比單純用F＋與F－接合后的頻率高出數百倍，故名。(3）Hfr菌株（高頻重組菌株）Hfr菌株（高頻重組菌株）139(4)F’菌株F'質粒:當Hfr菌株細胞內的F質粒因不正常切離而脫離核染色體組時，可重新形成游離的、但攜帶整合位點鄰近一小段核染色體基因的特殊F質粒，稱F'質粒或F'因子。初生F’菌株與次生F’菌株(4)F’菌株F'質粒:初生F’菌株與次生F’菌株140（四）原生質體融合1定義:通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩個細胞的原