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1、第一节 微生物遗传变异的物质基础第二节 微生物的变异现象第三节 基因突变与基因重组第四节 菌种保藏与复壮小结 第四章 微生物的遗传变异与菌种保藏第一部分 微生物基础知识l微生物的遗传性：微生物亲代与子代的性状相似性。l微生物的变异性：微生物子代和亲代之间性状的某种差异性。第四章 微生物的遗传变异 与菌种保藏一、微生物的遗传物质（一）真核微生物的遗传物质：（二）原核微生物的遗传物质：（三）病毒的遗传物质： DNA或RNADNADNA第一节 微生物的遗传物质基础4 4DNA+Pr2(H2A、H2B、H3、H4）组蛋白八聚体（核心）DNADNA盘绕在外盘绕在外核心颗粒H H1 1核小体串联串联串珠状
2、结构螺线管染色体（一）真核微生物的遗传物质 超螺旋5（二）原核生物的遗传物质l裸露环状双链DNAl存在形式：质粒和核质（三）病毒的遗传物质DNA或RNA，分布于核心携带基因少（四）质粒1.质粒的共同特性l多为闭合环状裸露的DNA分子l能自主复制l相溶性或不相溶性l所携带的基因非细胞生长所必须l可自然丢失或人工消除l可从一个细菌转移到另个细菌2.医学上重要质粒（1）F因子l致育因子/性因子，编码性菌毛，有F因子的 即为F+菌株，与接合作用有关l分布于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血 杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中接合作用（2）R质粒（抗药性因子）l接合型：可通过细菌间接合进行传递l非接合型：不能通过
3、接合传递，但可 通过转导传递。 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。（3）Col质粒：含有编码大肠菌素的基因。（4）毒性质粒：具有编码毒素的作用，与 致病菌的毒性有关。（5）代谢质粒：携带有能降解某些化学物 质的酶基因。l基因型：微生物具有的全部基因组， 决定于基因。不可逆，可稳定 遗传。l表型：微生物在特定环境下表现出的 全部性状。取决于环境，可 逆，不遗传。 第一节 微生物的变异现象一、形态结构变异 鼠疫杆菌 多形态性(衰残型) 3%6% NaCl琼脂培养基 正常形态细菌 L型变异正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型青霉素、溶菌酶抗体或补体 4243炭疽杆菌 不能形成芽胞,毒性减弱 1020天 0
4、.1%石炭酸 变形杆菌（有鞭毛） （无鞭毛） 二、菌落特征变异 光滑型菌落 粗糙型菌落 S R原因：失去LPS的特异多糖在陈旧培养基中长期培养三、毒力变异 棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 牛型结核杆菌 卡介苗 (有毒） (弱毒,保持 抗原性)胆汁、甘油、马铃薯培养基13年(230代)-半乳糖苷酶半乳糖苷渗透酶半乳糖苷转酰酶 五、酶活性的变异大肠埃希菌乳糖 含链霉素培基痢疾杆菌 依赖链霉素株 ( 耐药菌株 ) 四、耐药性变异 第三节 基因突变与基因重组一、基因突变l 突变：遗传物质的核苷酸序列发生了稳定而可遗传的变化。l 染色体畸变：指DNA的大段变化（损伤）现象，表现为染色体的插入、缺失
5、、重复、易位和倒位。l 基因突变：一对或少数几对碱基发生置换、插入或缺失而引起的突变，称点突变。染色体畸变：较大范围改变。1、缺失2、重复3、倒位4、易位缺失、插入5. UCACGACAUAUG.35.UCAGCGACAUAUG.3丝丝 精精 组组 蛋蛋 丝丝 丙丙 苏苏 酪酪 5. UCAGACAUAUG.3丝丝 天天 异亮异亮 插入 缺失 正常C自然条件下发生的突变，突变率低。大多数突变属此类，原因不明。l 人为的作用，由理化及生物因素诱发。l 物理因素：高温、紫外线、X射线、-射线l 化学诱变剂：亚硝酸、羟胺、各种烷化剂、 吖啶类染料或碱基类似物1.自发突变：2.诱发突变：（一）引起基因
6、突变的因素（二）基因突变的特点l 不对应性l 自发性l 稀有性l 独立性l 可诱变性l 稳定性l 可逆性（三）基因突变的类型突变株的表型 表现检出方法营养缺陷型丧失合成一种或几种生长因子的能力，不能在基本培养基上生长补充培养基抗性突变型产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性药物培养基条件致死突变型在某种条件下 可正常生长、繁殖并实现其表型，而在另一条件下却无法生长繁殖培养条件改变其他毒力、产量、代谢产物等l基因转移：遗传物质由供体菌转移至受体菌。l基因重组：两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，进行交换整合，形成新的稳定基因组的过程。 转化l基因转移方式 转导 接合 噬菌体转
7、变 二、基因转移与重组（一）转化 受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段，并整合入受体菌基因组中，从而使受体菌获得了供体菌的部分遗传性状的过程感受态：易接受并整合 外源DNA的状态。转化子转化子 非转化子非转化子26感受态：电穿孔（二）转导 以噬菌体的媒介，把供体菌的DNA片段带到受体细胞中，通过基因重组而使受体菌获得供体菌部分遗传性状的过程。AB-his+his+his-28普遍性转导完全转导：流产转导完全完全流流产产转导子（三）接合供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触，把F质粒或其携带的基因组片段传递给受体菌，使受体菌获得新遗传性状的过程。F+菌株(雄性菌株)F-菌株(雌性菌株)31F+ +
8、F- F+ +F+F+F-F+F-F+F+F+F+接合机制：32 棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 （四）溶原性转变（噬菌体转变） 溶原菌的DNA结构发生改变。基因转移方式基因来源 转移方式 转化供体菌直接摄取 接合供体菌性菌毛 转导供体菌噬菌体为载体 溶原性转变噬菌体整合四种基因转移方式的比较（五）细胞融合 通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞或原生质体进行融合，从而获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子，此方法称为细胞融合。一、目的第四节 菌种保藏与复壮不死、不衰、不变、不污染，便于研究、检验、交换和使用。1.选用优良的纯种，最好是休眠体，如分 生孢子、芽胞等）2.创造降低代谢活动强度，
9、生长繁殖受抑制， 难以发生突变的环境条件。 环境要素二、菌种保藏的原理及步骤（一）菌种保藏的原理干燥低温缺氧缺营养添加保护剂等（二）菌种保藏步骤1.挑选特征典型的优良纯种。2.确定保藏的合适菌体形态。3.选择最适宜的保藏方法。4.定期检查，及时移种。 （一）菌种保藏机构的任务 广泛收集科研和生产菌种、菌 株，并加以妥善保管，使之达到不 死、不衰、不乱以及便于研究、交 换和使用的目的。三、菌种保藏机构 （二）中国菌种保藏机构l中国医学微生物菌种保藏中心（CMCC） (归口卫生部) l中国抗生素微生物菌种保藏中心（CACC） (国家医药管理局) l中国农业微生物菌种保藏中心（ACCC） (归口中国
10、农业科学院) l中国普通微生物菌种保藏中心（CGMCC） (归口中国科学院) l中国工业微生物菌种保藏中心（CICC） (归口轻工业总会) l 中国林业微生物菌种保藏中心（CFCC） (归口中国林业科学院) l中国兽医微生物菌种保藏中心（CVCC (归口农业部) 4040（三） 世界各国主要菌种保藏机构单位名称单位名称单位单位缩写缩写单位名称单位名称单位单位缩写缩写世界菌种保藏联合会世界菌种保藏联合会WFCCWFCC日本微生物菌种保藏联合会日本微生物菌种保藏联合会JFCCJFCC美国标准菌株保藏中心美国标准菌株保藏中心ATCCATCC北海道大学农学部应用微生北海道大学农学部应用微生物教研室物教
11、研室AHUAHU美国农业部北方研究利用发展部美国农业部北方研究利用发展部NRRLNRRL东京大学农学部发酵教研室东京大学农学部发酵教研室ATUATU美国农业研究服务处菌中收藏馆美国农业研究服务处菌中收藏馆ARSARS东京大学应用微生物研究所东京大学应用微生物研究所IAMIAM美国美国UpjohnUpjohn公司菌种保藏部公司菌种保藏部UPJOHNUPJOHN东京大学医学科学研究所东京大学医学科学研究所IIDIID加拿大加拿大AlbertaAlberta大学霉菌标本室大学霉菌标本室UAMHUAMH东京大学医学院细菌学教研东京大学医学院细菌学教研室室MTUMTU加拿大国家科学研究委员会加拿大国家科
12、学研究委员会NRCNRC大阪发酵研究所大阪发酵研究所IFOIFO法国典型微生物保藏中心法国典型微生物保藏中心CCTMCCTM广岛大学工业学部发酵工业广岛大学工业学部发酵工业系系AUTAUT捷克和斯洛伐克国家菌保会捷克和斯洛伐克国家菌保会CNCTCCNCTC新西兰植物病害真菌保藏部新西兰植物病害真菌保藏部PDDCCPDDCC荷兰真菌中心收藏所荷兰真菌中心收藏所CBSCBS德国科赫研究所德国科赫研究所RKIRKI英国国立典型菌种收藏馆英国国立典型菌种收藏馆NCTCNCTC德国发酵红叶研究所微生微德国发酵红叶研究所微生微生物收藏室生物收藏室MIGMIG英联邦真菌研究所英联邦真菌研究所CMICMI德国
13、微生物研究所菌种收藏德国微生物研究所菌种收藏室室KIMKIM广州工业微生物检测中心菌种保藏库四、菌种保藏方法（一）斜面低温保藏l方法：斜面菌种置46冰箱保藏， 定时传代l条件：低温l适用范围：各类微生物l保藏时间：16个月（二）液体石蜡保藏法l方法：斜面菌种，橡皮塞取代棉塞， 加液体石蜡油，置46冰箱l条件：低温、缺氧l适用范围：各类微生物l保藏时间：12年（三）沙土管保藏法l方法：将菌种置于干燥砂土管中， 置46冰箱保藏。l条件：低温、干燥、缺营养l适用范围：孢子和芽孢l保藏时间：210年。（四）-80冰箱冷冻保藏法l方法：将菌种置安瓿瓶中用脱脂牛 奶、血清做保护剂，置-80 冰箱保藏。l条
14、件：低温、缺氧、保护剂l适用范围：各种微生物l保藏时间：15年。（五）真空冷冻干燥法l方法：将菌种置安瓿瓶中用脱脂牛 奶、血清做保护剂，冷冻干 燥后，置45保藏。l条件：干燥、低温、缺氧、保护剂l适用范围：三菌和病毒（不适用丝状 真菌）l保藏时间：510年冻干管:广东省微生物菌种保藏中心（五）液氮超低温保藏法l方法：用脱脂牛奶、甘油做保护 剂，保存于-70超低温冰箱 或液氮(-196 -156 )l条件：低温、保护剂l适用范围：各类微生物l保藏时间：数年，较理想的方法。（六）磁珠保藏法磁珠保藏法l方法：将带菌磁珠置低温保藏l条件：低温l适用范围：各类微生物l保藏时间： 28 6个月； -20
15、1年； -80 2年。五、菌种的衰退和复壮（一）菌种衰退 l 生长缓慢l 产孢子能力丧失l 产量降低l 产物组份改变l 对不良环境的抵抗能力降低l 试验用菌株毒力增强或减弱l 色素改变或消失l 菌落或形态特征发生改变l 科研用菌株遗传标志丢失1.原有性状变化l控制传代次数l选择合适的培养条件l采用不同类型的细胞进行传代l采用有效的菌种保藏方法2.防止菌种衰退的方法（二）菌种复壮 从衰退的群体中找出未衰退的个体，达到恢复该菌原有典型性状的措施。 使衰退的菌种恢复原来优良性状。 l纯种分离l通过寄主体内生长进行复壮 淘汰已衰退的个体（采用比较激烈的理 化条件进行处理，死生命力较差的已衰 退个体）l
16、 采用有效的菌种保藏方法1.菌种的复壮措施菌种复壮的步骤：纯种分离l生物学性状检测l生产性能检测淘汰衰退的个体未衰退的继续使用或保藏l平板划线法l涂布法l倾注法l单细胞挑取法采用有效的菌种保藏方法56（a）倾注（b）涂布A1.微生物遗传与变异：物质基础是核酸。方法主要措施适宜菌种保藏期斜面低温保藏法低温广泛1 16 6月月液体石蜡保藏法低温，缺氧广泛1 12 2年年沙土管保藏法干燥，缺营养产芽孢、孢子的微生物2 21010年年-80冰箱保藏法低温、保护剂广泛1 15 5年年真空冷冻干燥法干燥，低温，无氧，保护剂广泛5 51010年或年或长期长期液氮超低温保藏法超低温，保护剂广泛1010年年磁珠保藏法低温低温广泛广泛6 6个月个月/1/1年年/2/2年年小结3.复壮常用的方法有分离纯化、通过宿主复壮、淘汰已衰退个体。2.菌种保藏方法比较