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1、关于微生物遗传变异(2)第一页，讲稿共一百零九页哦几个基本概念遗传型遗传型(genotype):又称又称基因型，指某一生基因型，指某一生物个体所含有的全物个体所含有的全部遗传因子即基因部遗传因子即基因的总和。的总和。表现型表现型(phenotype):指指某一生物所具有的某一生物所具有的一切外表特征及内一切外表特征及内在特性的总和，是在特性的总和，是遗传型在合适条件遗传型在合适条件下的具体体现。下的具体体现。遗传型遗传型 +环境条件环境条件代谢代谢发育发育 表型表型第二页，讲稿共一百零九页哦几个基本概念变异变异(variation):指指生物体在某种外因或生物体在某种外因或内因作用下引起的遗内
2、因作用下引起的遗传物质结构或数量的传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变，亦即遗传型的改变。改变。饰变饰变(modification):指不涉及遗传物质指不涉及遗传物质结构改变而只发生结构改变而只发生在转录、转译水平在转录、转译水平上的表型变化。上的表型变化。第三页，讲稿共一百零九页哦遗传遗传(heredity或或inheritance)和和变异变异(variation)是生物体最本质是生物体最本质的属性之一。的属性之一。在遗传性适宜的环境条件下时，在遗传性适宜的环境条件下时，通过代谢和发育才能使其后代转通过代谢和发育才能使其后代转化为与亲代相同的具体性状。化为与亲代相同的具体性状。第四页，
3、讲稿共一百零九页哦关关关关于于于于微微微微生生生生物物物物遗遗遗遗传传传传变变变变异异异异的的的的物物物物质质质质基基基基础础础础及及及及其其其其存存存存在在在在形形形形式。式。式。式。关关关关于于于于微微微微生生生生物物物物基基基基因因因因突突突突变变变变的的的的基基基基本本本本原原原原理理理理（类类类类型型型型、特特特特点点点点和机制）。和机制）。和机制）。和机制）。关于微生物基因重组的基本原理（方式和特点）。关于微生物基因重组的基本原理（方式和特点）。关于微生物基因重组的基本原理（方式和特点）。关于微生物基因重组的基本原理（方式和特点）。微微微微生生生生物物物物菌菌菌菌种种种种退退退退化
4、化化化的的的的原原原原因因因因；掌掌掌掌握握握握菌菌菌菌种种种种复复复复壮壮壮壮的的的的方方方方法法法法、防防防防止止止止菌菌菌菌种种种种退退退退化化化化的的的的措措措措施施施施以以以以及及及及菌菌菌菌种种种种保保保保藏藏藏藏的的的的方方方方式式式式和和和和原原原原理。理。理。理。本章主要内容第五页，讲稿共一百零九页哦第一节第一节第一节第一节 微生物遗传变异的微生物遗传变异的微生物遗传变异的微生物遗传变异的物质基础物质基础物质基础物质基础 一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验验 肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验烟
5、草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验 第六页，讲稿共一百零九页哦第七页，讲稿共一百零九页哦第八页，讲稿共一百零九页哦第九页，讲稿共一百零九页哦第十页，讲稿共一百零九页哦第十一页，讲稿共一百零九页哦这些实验说明：加热杀死的S型细菌，在其细胞内可能存在一种转化物质，这种转化物质能通过某种方式进入R型细胞，并使得R型细胞获得稳定的遗传性状。第十二页，讲稿共一百零九页哦第十三页，讲稿共一百零九页哦以上结果表明只有S型菌株的DNA才能将S.pmeumoniae 的R型转化成S型。DNA纯度越高，转化效率也越高。转移的是以DNA为物质基础的遗传因子，而不是遗传性状本身（荚膜多糖）。第十四
6、页，讲稿共一百零九页哦（二）（二）噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验1952 1952 年，侯喜年，侯喜(A.Hershey)A.Hershey)和蔡斯和蔡斯(M.Chase)M.Chase)发表了证发表了证明明DNADNA是噬菌体的遗传物质的实验：是噬菌体的遗传物质的实验：先用含有放射性先用含有放射性3535SOSO4 42-2-或或 3232POPO4 43-3-的培养基培养大肠杆的培养基培养大肠杆菌，然后让菌，然后让 T2 T2 噬菌体侵染培养后的大肠杆菌，从而使噬菌体侵染培养后的大肠杆菌，从而使 T2 T2 噬菌体打上噬菌体打上 3535S S 或或 3232P P 的标记。的标记。让这
7、种让这种 T2 T2 噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌吸附和侵入后，吸附和侵入后，强烈搅拌洗涤，再进行离心沉淀，分别强烈搅拌洗涤，再进行离心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。测定沉淀物和上清液中的同位素标记。结果发现，几乎全部结果发现，几乎全部 3535S S 都在上清液中，而几乎全部都在上清液中，而几乎全部 3232P P 和细菌一起出现在沉淀物中。和细菌一起出现在沉淀物中。第十五页，讲稿共一百零九页哦第十六页，讲稿共一百零九页哦第十七页，讲稿共一百零九页哦第十八页，讲稿共一百零九页哦The Hershey-Chase experiment第十九页，
8、讲稿共一百零九页哦第二十页，讲稿共一百零九页哦（三）（三）（三）（三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验 1956年，美国的法朗克-康勒特(Fraenkel-Conrat)将烟草花叶病毒拆成RNA和蛋白质，并分别对烟草进行感染实验；结果发现只有RNA能感染烟草，并在感染后的寄主中分离到完整的具蛋白质外壳的烟草花叶病毒。第二十一页，讲稿共一百零九页哦后来他又将甲、乙两种变种的烟草花叶病毒拆开，在体外分别将甲病毒的 RNA和乙病毒的蛋白质结合，将乙病毒的RNA 和甲病毒的蛋白质结合进行重组。接着他把这些经过重组的病毒分别
9、感染烟草。结果从寄主分离所得的病毒蛋白质均取决于相应病毒的 RNA。证明了核酸(RNA)是烟草花叶病毒的遗传物质基础。（三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验（三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验（三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验（三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验 第二十二页，讲稿共一百零九页哦霍氏车前花叶病毒霍氏车前花叶病毒拆开的病毒拆开的病毒杂合的病毒杂合的病毒罹病的烟叶罹病的烟叶重新分离的病毒重新分离的病毒TMV重建实验示意图重建实验示意图TMVHRV烟草花叶病毒感染分离纯化重建原始病毒第二十三页，讲稿共一百零九页哦 二、DNA的结构与复制（一）（一）DNA的结构：的结构：DNA单体：核苷酸单体：
10、核苷酸磷酸磷酸+核糖核糖+碱基碱基A（腺嘌呤）（腺嘌呤）T（胸腺嘧啶）（胸腺嘧啶）C（胞嘧啶）（胞嘧啶）G（鸟嘌呤）（鸟嘌呤）两条核苷酸链两条核苷酸链 多聚核苷酸多聚核苷酸碱基在内碱基在内两链上碱基互补配对两链上碱基互补配对（氢键相连）（氢键相连）ATGC脱氧核糖、磷酸向外脱氧核糖、磷酸向外第二十四页，讲稿共一百零九页哦Three representations of DNA.第二十五页，讲稿共一百零九页哦1 1、遗传物质在细胞中的存在方式、遗传物质在细胞中的存在方式（一）细胞水平（一）细胞水平（一）细胞水平（一）细胞水平细胞核细胞核细胞核细胞核；在在在在细细细细胞胞胞胞质质质质中中中中存存存
11、存在在在在着着着着一一一一些些些些能能能能自自自自我我我我复复复复制制制制的的的的遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质，一一一一般般般般称称称称这这这这部部部部分分分分DNA DNA DNA DNA 为为为为质粒质粒质粒质粒。（二）细胞核水平（二）细胞核水平（二）细胞核水平（二）细胞核水平 真真真真核核核核微微微微生生生生物物物物的的的的细细细细胞胞胞胞核核核核有有有有核核核核膜膜膜膜包包包包围围围围，形形形形成成成成具具具具有有有有完完完完整整整整形形形形态态态态、在在在在光光光光学学学学显显显显微微微微镜镜镜镜下下下下清清清清晰晰晰晰可可可可见见见见的的的的细细细细胞胞胞胞核核核核，核核核核内
12、内内内DNA DNA DNA DNA 与与与与组组组组蛋蛋蛋蛋白白白白结合在一起构成染色体。结合在一起构成染色体。结合在一起构成染色体。结合在一起构成染色体。原原原原核核核核生生生生物物物物的的的的DNADNADNADNA与与与与很很很很少少少少量量量量蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质结结结结合合合合，没没没没有有有有核核核核膜膜膜膜包包包包围围围围，由由由由DNADNADNADNA细丝构成环状染色体。细丝构成环状染色体。细丝构成环状染色体。细丝构成环状染色体。第二十六页，讲稿共一百零九页哦（三）分子水平（三）分子水平DNADNA（RNARNA）在在DNA DNA 大大分分子子上上存存在在着着决决定定
13、某某些些遗遗传传性性状状的的特特定定区区段段，即即所所谓谓基基因因一一个个基基因因含含若若干干核核苷苷酸酸碱碱基基组组成的三联密码。成的三联密码。四四种种核核苷苷酸酸，按按其其排排列列组组合合方方式式的的不不同同，可可编编出出三三联联密密码码 4 43 36464个个，用用于于决决定定组组成成蛋蛋白白质质的的20 20 种种氨氨基基酸酸顺顺序序。起始密码（起始密码（AUGAUG）和终止密码（和终止密码（UAAUAA、UGAUGA和和UAGUAG）。）。第二十七页，讲稿共一百零九页哦2、基因、基因在生物体内，一切具有自主复制能力的遗传功能单位，都可称为基因。其物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的核
14、酸片断，每个基因一般含有1000bp(碱基对)。第二十八页，讲稿共一百零九页哦基因调基因调控系统控系统操纵子操纵子调节基因调节基因启动基因启动基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因酶及结构酶及结构蛋白蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白原核生物的基因通过组成以下的调控系统原核生物的基因通过组成以下的调控系统而发挥作用：而发挥作用：第二十九页，讲稿共一百零九页哦大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子莫诺与雅可布因提出“操纵子学说”而荣获1965年诺贝尔生理学与医学奖。1969年，贝克维斯（JRBeckwith）从大肠杆菌的DNA中分离出乳糖操纵子，完全证实了雅可布和莫诺的模型。第三十页，讲稿共一百零九页哦乳糖操纵子
15、关闭第三十一页，讲稿共一百零九页哦第三十二页，讲稿共一百零九页哦原核生物的质粒原核生物的质粒游离于原核生物染色体外，具有独立复制能游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状力的小型共价闭合环状DNA分子，称为质粒，分子，称为质粒，即即 cccDNA (circular covalently closed DNA)。第三十三页，讲稿共一百零九页哦几种细菌的质粒几种细菌的质粒F因子因子（fertilityfactor）：又称致育因）：又称致育因子或性因子。是子或性因子。是E.Coli等细菌中决定性别等细菌中决定性别的质粒。的质粒。R因子因子（resistancefactor）:又称
16、又称R质粒，质粒，即抗抗生素或化学治疗剂因子。即抗抗生素或化学治疗剂因子。R因子对多因子对多种抗生素有抗性，可作筛选时的理想标记，种抗生素有抗性，可作筛选时的理想标记，也可用作基因载体。也可用作基因载体。第三十四页，讲稿共一百零九页哦Col因子因子（colicinogenicfactor）：即产）：即产大肠杆菌素因子。许多细菌都能产生使其他大肠杆菌素因子。许多细菌都能产生使其他原核生物致死的蛋白质类细菌毒素。大肠杆原核生物致死的蛋白质类细菌毒素。大肠杆菌素（菌素（colicin）具有通过抑制复制、转录、）具有通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其他肠道细菌转译或能量代谢等而专一地杀
17、死其他肠道细菌的功能。的功能。第三十五页，讲稿共一百零九页哦Ti质粒质粒(tumorinducingplasmid)：即诱：即诱癌质粒。癌质粒。巨大质粒巨大质粒(megaplasmid)：在根瘤菌属：在根瘤菌属中发现的一种质粒，其上有一系列固氮基中发现的一种质粒，其上有一系列固氮基因。因。降解性质粒降解性质粒:只在假单胞菌属中发现。它只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质作碳源。分解的物质作碳源。第三十六页，讲稿共一百零九页哦3、遗传信息的传递中心法则第三
18、十七页，讲稿共一百零九页哦4.DNA的复制第三十八页，讲稿共一百零九页哦三、DNA的变性和复性当天然双链当天然双链DNA受热受热或在或在其他因素其他因素的作用下，的作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA，称为，称为DNA变性。变性。其他因素：其他因素：pH，达，达11.3时，氢键完全消失时，氢键完全消失尿素尿素硫胺硫胺第三十九页，讲稿共一百零九页哦三、DNA的变性和复性退火：退火：变性变性DNA溶液经适当处理后重新形成天溶液经适当处理后重新形成天然然DNA的过程叫退火。的过程叫退火。第四十页，讲稿共一百零九页哦四、RNA 碱基四种：碱基四种：RN
19、A有四种：有四种：RNARNA RNA反义反义RNA，是在，是在 RNA转录的同时形成的短的片转录的同时形成的短的片段，起调节作用，决定段，起调节作用，决定 RNA翻译合成速率。翻译合成速率。年美国科学家研究质粒的复制时发现了反义RNA。第四十一页，讲稿共一百零九页哦第四十二页，讲稿共一百零九页哦五、遗传密码第四十三页，讲稿共一百零九页哦六、蛋白质的合成蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：转录转录翻译翻译多肽链形成多肽链形成第四十四页，讲稿共一百零九页哦第四十五页，讲稿共一百零九页哦第四十六页，讲稿共一百零九页哦第二节第二节第二节第二节 微生物的基因突变微生物的基因突变微生物的基因突变微生物的基因
20、突变突变率突变率（mutation ratemutation rate）：）：每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，称突变率。称突变率。突变率为突变率为1010-8-8的，即指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发的，即指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生一次突变。生一次突变。或者一个含有或者一个含有10108 8个细胞的群体，当其分裂为个细胞的群体，当其分裂为2 210108 8个细胞个细胞时，即可平均发生一次突变的突变几率也是时，即可平均发生一次突变的突变几率也是1010-8-8。第四十七页，讲稿共一百零九页哦基因突变的机理基因突变的机理基因突变
21、简称突变，是变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构突然发生可遗传的变化。（一）诱发突变（一）诱发突变（一）诱发突变（一）诱发突变 利用物理化学因素处理微生物群体，促使少数个体细利用物理化学因素处理微生物群体，促使少数个体细利用物理化学因素处理微生物群体，促使少数个体细利用物理化学因素处理微生物群体，促使少数个体细胞的胞的胞的胞的DNADNA分子结构发生改变，引起微生物的遗传分子结构发生改变，引起微生物的遗传分子结构发生改变，引起微生物的遗传分子结构发生改变，引起微生物的遗传性状发生突变。性状发生突变。性状发生突变。性状发生突变。第四十八页，讲稿共一百零九页哦1111碱基对的置换（点突变碱基对
22、的置换（点突变碱基对的置换（点突变碱基对的置换（点突变point mutationpoint mutationpoint mutationpoint mutation）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、羟胺、（亚硝酸类、羟胺、（亚硝酸类、羟胺、（亚硝酸类、羟胺、烷化剂类）烷化剂类）烷化剂类）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）2 2 2 2 移码突变移码突变移码突变移码突变 ：诱变剂使：诱变剂使：诱变剂使：诱变剂使DNADN
23、ADNADNA分子中的一个或少数几分子中的一个或少数几分子中的一个或少数几分子中的一个或少数几个核苷酸的增添（插入）或缺失，从而使该部位后个核苷酸的增添（插入）或缺失，从而使该部位后个核苷酸的增添（插入）或缺失，从而使该部位后个核苷酸的增添（插入）或缺失，从而使该部位后面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。3 3 3 3 染色体畸变：染色体畸变：染色体畸变：染色体畸变：DNADNADNADNA的大段损伤。的大段损伤。的大段损伤。的大段损伤。第四十九页，讲稿共一百零九
24、页哦基因突变及其机制基因突变及其机制基因突变及其机制基因突变及其机制第五十页，讲稿共一百零九页哦基因突变的机理基因突变的机理（二）自发突变的机制（二）自发突变的机制（二）自发突变的机制（二）自发突变的机制 ：原因不详的低剂量诱变因素：原因不详的低剂量诱变因素：原因不详的低剂量诱变因素：原因不详的低剂量诱变因素长期作用的综合效应。长期作用的综合效应。长期作用的综合效应。长期作用的综合效应。1 1 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 2222微生物自身有害代谢产物的诱变效应
25、微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应 3 3 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 四种碱基的第六位上不是酮基（四种碱基的第六位上不是酮基（四种碱基的第六位上不是酮基（四种碱基的第六位上不是酮基（T T和和和和GG）就是氨基（）就是氨基（）就是氨基（）就是氨基（A A和和和和C C）（T T和和和和GG：酮式和烯醇式，：酮式和烯醇式，：酮式和烯醇式，：酮式和烯醇式，C C和和和和A A以氨基式或亚氨基式）以氨基式或亚氨基式）以氨基式或亚氨基式）以氨基式或亚氨基式）4444环状突出效应环状突出效应环状突出效应环状突出
26、效应第五十一页，讲稿共一百零九页哦紫外辐射诱变机制紫外辐射诱变机制DNA强烈吸收紫外辐射后引起强烈吸收紫外辐射后引起DNA结构变化，结构变化，其变化形式有：其变化形式有：DNA链的断裂链的断裂DNA分子内和分子间的交联，分子内和分子间的交联，核酸与蛋白质的交联核酸与蛋白质的交联胞嘧啶和鸟嘌呤的水合作用胞嘧啶和鸟嘌呤的水合作用胸腺嘧啶二聚体的形成胸腺嘧啶二聚体的形成第五十二页，讲稿共一百零九页哦微生物能以多种方式去修复被紫外线损微生物能以多种方式去修复被紫外线损伤后的伤后的 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。光复活：细菌中的光复活：细菌中的DNA光解酶光
27、解酶(photolyase)完成完成特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价结合的特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价结合的二聚体，并与其结合；二聚体，并与其结合；结合后如受结合后如受300600nm波长的光照射，则此酶就被激活，波长的光照射，则此酶就被激活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，然后酶从将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，然后酶从DNA链链上释放，上释放，DNA恢复正常结构。恢复正常结构。第五十三页，讲稿共一百零九页哦（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。T T胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体第五十四页，讲稿共一百零九页哦切除修复有四种酶的参与：切除
28、修复有四种酶的参与：内切酶内切酶外切酶外切酶DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶 第五十五页，讲稿共一百零九页哦DNA损伤修复的其他方式损伤修复的其他方式重组修复修复适应性修复第五十六页，讲稿共一百零九页哦定向培育和驯化定向培育定向培育是人为利用一特定环境条件长期是人为利用一特定环境条件长期处理某一微生物群体，同时不断将它们进处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老的育种方法。发突变体的一种古老的育种方法。环境工程中称驯化环境工程中称驯化第五十七页，讲稿共一百零九页哦第三节第三节 微生物的基因重组
29、微生物的基因重组基基因因重重组组又又称称为为遗遗传传重重组组，它它是是指指把把两两个个不不同同性性状状个个体体内内的的遗遗传传基基因因转转移移到到一一起起，经经过过遗遗传传分子的重新组合后，形成新遗传型个体的过程。分子的重新组合后，形成新遗传型个体的过程。真真核核微微生生物物中中的的有有性性杂杂交交，准准性性生生殖殖以以及及原原核核微微生生物物中中的的转转化化、转转导导、接接合合和和溶溶原原转转变变等等都都是基因重组在细胞水平上的反映。是基因重组在细胞水平上的反映。第五十八页，讲稿共一百零九页哦原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组（一）转化（一）转化（一）转化（一）转化（transtorm
30、ationtranstormation）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 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遗传性状的现象，称为转化。分遗传性状的现象，称为转化。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因子，进行转化作用。化因子，进行转化作用。第五十九页，讲稿共一百零九页哦受体细胞的感受态受体细胞的感受态(competence)(competence)感受态因子是感受态因子是一种胞外蛋白一种胞外蛋白第六十页，讲稿共一百零九页哦第六十一页，讲稿共一百
31、零九页哦转化过程的几个阶段：双链DNA片段与感受态受体菌细胞表面特定位点结合DNA被分解成片段 DNA双链中的一条单链被切除，另一条单链进入细胞供体单链DNA片段与受体细胞核染色体组的同源区段配对，受体染色体组上的相应单链片段被切除，并被外来的单链DNA交换、整合和取代，形成杂合区段受体菌的染色体组进行复制细胞分裂后形成转化子第六十二页，讲稿共一百零九页哦原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组（二）转导（二）转导（transduction）通通通通过过过过缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型噬噬噬噬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
32、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体体体细细细细菌菌菌菌获获获获得得得得供供供供体体体体细细细细菌菌菌菌的的的的某某某某些些些些遗遗遗遗传传传传性性性性状状状状的的的的现现现现象象象象，称称称称为转导。为转导。为转导。为转导。根据媒介噬菌体的不同，转导分普遍性转导和局限性转导两类。根据媒介噬菌体的不同，转导分普遍性转导和局限性转导两类。根据媒介噬菌体的不同，转导分普遍性转导和局限性转导两类。根据媒介噬菌体的不同，转导分普遍性转导和
33、局限性转导两类。1普遍性转导普遍性转导 由缺陷型噬菌体误包（而非整合）供体细菌由缺陷型噬菌体误包（而非整合）供体细菌DNA 中的任何一部分片段（包括核外遗传物质在内）后，当它再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性状的现象，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。它的转导频率为称为普遍性转导。它的转导频率为10-510-8。2局局限限性性转转导导 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
34、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性状的现象，称为局限性转导，它的转导频率为传性状的现象，称为局限性转导，它的转导频率为10-4 10-6。第六十三页，讲稿共一百零九页哦普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)(generalized transduction)第六十四页，讲稿共一百零九页哦原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组（三）接合（三）接合（conjugatio
35、n）通过供体细菌和受体细菌完整细胞间的直接接触而传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递大段DNA DNA 的过程，称为接合（有时也称杂交）。的过程，称为接合（有时也称杂交）。在细菌中，接合现象研究最清楚的是大肠杆菌。发在细菌中，接合现象研究最清楚的是大肠杆菌。发现能够进行接合现象的大肠杆菌有现能够进行接合现象的大肠杆菌有雄性雄性与与雌性雌性之分，之分，而决定它们性别的是由是否存在而决定它们性别的是由是否存在 F F 因子所决定。因子所决定。F F因子又称致育因子，是一种质粒，分子量为因子又称致育因子，是一种质粒，分子量为 5105107 7 道尔顿。道尔顿。第六十五页，讲稿共
36、一百零九页哦雌性细菌不含雌性细菌不含F因子，称为因子，称为F-菌株，菌株，雄性细菌含有游离存在的雄性细菌含有游离存在的F因子，称为因子，称为F+菌菌株，株，当雄性细菌细胞中所含的当雄性细菌细胞中所含的F因子被整合在细胞因子被整合在细胞核的核的DNA上，不呈游离状态存在称为上，不呈游离状态存在称为Hfr菌株菌株（高频重组菌株）；（高频重组菌株）；有时被整合在细胞核有时被整合在细胞核DNA上的上的F因子，从因子，从DNADNA上面脱落下来，呈游离存在，但在脱落时，上面脱落下来，呈游离存在，但在脱落时，F因子有时能带一小段细胞核因子有时能带一小段细胞核 DNA。我们将这我们将这种含有游离存在的但又带
37、有一小段细胞核种含有游离存在的但又带有一小段细胞核DNA的的F因子的细菌称为因子的细菌称为 F菌株。菌株。第六十六页，讲稿共一百零九页哦接合：接合：接合：接合：是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。第六十七页，讲稿共一百零九页哦第六十八页，讲稿共一百零九页哦第六十九页，讲稿共一百零九页哦第七十页，讲稿共一百零九页哦第七十一页，讲稿共一百零九页哦第七十二页，讲稿共一百零九页哦原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组（四）原生质体融合（四）原生质体融合通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并产生重组
38、子的过程，原生质体发生融合，并产生重组子的过程，称为原生质体融合或细胞融合。称为原生质体融合或细胞融合。第七十三页，讲稿共一百零九页哦原生质体融合的一般原理和主要过程原生质体融合的一般原理和主要过程先准备两个有选择性遗传标记的突变株，在高渗先准备两个有选择性遗传标记的突变株，在高渗溶液中，用适当的脱壁酶溶液中，用适当的脱壁酶(如细菌可用溶菌酶或青如细菌可用溶菌酶或青霉素处理，放线菌可用溶菌酶或相应的脱壁酶，霉素处理，放线菌可用溶菌酶或相应的脱壁酶，真菌可用蜗牛酶或相应的脱壁酶等真菌可用蜗牛酶或相应的脱壁酶等)去除细胞壁，去除细胞壁，再将形成的原生质体离心聚集，并加入促融合剂再将形成的原生质体离
39、心聚集，并加入促融合剂PEG(PEG(聚乙二醇聚乙二醇)促进融合，然后在高渗溶液中稀释，促进融合，然后在高渗溶液中稀释，涂在能使其再生细胞壁涂在能使其再生细胞壁 或进行分裂的培养基上，或进行分裂的培养基上，待形成菌落后，通过影印接种法，将其接种到各待形成菌落后，通过影印接种法，将其接种到各种选择性培养基上，最后鉴定它们是否是重组子种选择性培养基上，最后鉴定它们是否是重组子第七十四页，讲稿共一百零九页哦原生质体融合育种原生质体融合育种原生质体融合育种原生质体融合育种 细胞（细胞（细胞（细胞（A A+B B）细胞（细胞（细胞（细胞（A AB B+）脱壁处理脱壁处理脱壁处理脱壁处理脱壁处理脱壁处理脱
40、壁处理脱壁处理 原生质体（原生质体（原生质体（原生质体（A A+B B）原生质体（原生质体（原生质体（原生质体（A AB B+）混合混合混合混合 加融合剂加融合剂加融合剂加融合剂 原生质体融合原生质体融合原生质体融合原生质体融合 检出重组子菌落（检出重组子菌落（检出重组子菌落（检出重组子菌落（A A+B B+）涂平板（原生质体再生）涂平板（原生质体再生）涂平板（原生质体再生）涂平板（原生质体再生）形成菌落第七十五页，讲稿共一百零九页哦第七十六页，讲稿共一百零九页哦原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组（五）溶源性转变（五）溶源性转变 宿宿宿宿主主主主菌菌菌菌在在在在感感感感染染染染温温温温和
41、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主主主菌菌菌菌某某某某些些些些新新新新的的的的遗遗遗遗传传传传性性性性状状状状表表表表达达达达，即即即即所所所所谓谓谓谓溶源性转变溶源性转变溶源性转变溶源性转变。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。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
42、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这这这种种种种噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体是是是是正正正正常常常常的的的的完完完完整整整整的的的的，而而而而不不不不是是是是异异异异常常常常情情情情况下产生的缺陷型噬菌体。况下产生的缺陷型噬菌体。况下产生的缺陷型噬菌体。况下产生的缺陷型噬菌体。第七十七页，讲稿共一百零九页哦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（Lorynebatcerium diphtharia
43、cLorynebatcerium diphthariac）。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病菌株。致病菌株。致病菌株。致病菌株。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也也也具具具具有有有有溶溶溶溶源源源源转变的能力。转变的能力。转变的能力。转变的能力。第七十八页，讲稿共一百零九页哦 第四节菌种的退化、复壮与保藏第四节菌种的退化、复壮与保藏第四节菌种的退化、复壮与保藏第
44、四节菌种的退化、复壮与保藏一、菌种的退化与复壮变异是随机的：正变、负变菌种退化是指群体中退化细胞占一定数量后表现出的菌种性能下降。为了使微生物的优良性状持久延续下去，必须做好复壮工作：在菌种的性状没有发生退化之前，定期进行纯种分离和性能检测。第七十九页，讲稿共一百零九页哦菌种复壮的方法：（一）纯种分离稀释平板法、平板划线法等显微操作将生长良好的单细胞或单孢子分离出来（二）通过寄主进行复壮适用于寄生性微生物，接种到相应寄主体内可以提高菌株对宿主的感染力。（三）淘汰已衰退个体如用低温处理 streptomyces microflows“5406”抗生菌的分生孢子采用-10-30低温处理5-7天，使
45、其死亡率达到80%，保留存活个体达到复壮目的。第八十页，讲稿共一百零九页哦二、菌种的保藏首先要挑选典型菌种的优良纯种，最好采用它们的休眠体（分生孢子、芽孢等）；创造一个适合长期休眠的环境条件：干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养剂添加保护剂或酸度中和剂等。第八十一页，讲稿共一百零九页哦我国一般采用三种保藏法：固体培养基斜面上定期移植法（5以下保藏）石蜡油封藏法（室温下）冷冻干燥保藏法（10以下保藏）放线菌：砂土保藏法丝状真菌：麸皮保藏法第八十二页，讲稿共一百零九页哦两种最有效方法：冷冻干燥法：保藏期达515年液氮保藏法：20年以上第八十三页，讲稿共一百零九页哦第五节第五节 基因工程技术在环境保护中
46、的应基因工程技术在环境保护中的应用用在基因水平上的遗传工程，它用人为的方法将在基因水平上的遗传工程，它用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质所需的某一供体生物的遗传物质-DNA-DNA大分大分子提取出来，在离体的条件下用适当的工具酶子提取出来，在离体的条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的进行切割后，把它与作为载体的DNADNA分子连接分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中进行正常的复制和表达，从而获得新其中进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种
47、技术。物种的一种崭新的育种技术。第八十四页，讲稿共一百零九页哦基本操作包括：基本操作包括：目的基因（即外源基因或供体基因）的取得目的基因（即外源基因或供体基因）的取得载体系统的选择载体系统的选择目的基因与载体重组体的构建目的基因与载体重组体的构建重组载体导入受体细胞重组载体导入受体细胞工程菌或工程细胞株的表达、检测以及实验室工程菌或工程细胞株的表达、检测以及实验室和一系列生产性试验等和一系列生产性试验等第八十五页，讲稿共一百零九页哦基因工程菌株的构建基因工程菌株的构建基因工程菌株的构建基因工程菌株的构建 1 1提提取取目目的的基基因因 用用密密度度梯梯度度离离心心方方法法分分别别从从供供体体细
48、细胞胞中中提提取取所所需需要要的的DNADNA即即目目的的基基因因和和作作为为载载体体的的细细菌菌质质粒粒或或噬噬菌菌体体核核酸酸，目目的的基因也可通过化学方法人工合成。基因也可通过化学方法人工合成。第八十六页，讲稿共一百零九页哦2 2处处理理目目的的基基因因 根根据据基基因因工工程程的的“设设计计蓝蓝图图”的的要要求求，在在从从供供体体细细胞胞中中提提取取出出的的目目的的基基因因中中加加入入专专一一性性很很强强的的限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶进进行行处处理理，从从而而获获得得带带有有特特定定基基因因并并暴暴露露出出粘粘性性末末端端的的DNADNA单单链链部部分分。必必要要时时这这种种粘粘
49、性性末末端端也也可可用人工方法合成。用人工方法合成。对对作作为为载载体体的的细细菌菌质质粒粒或或噬噬菌菌体体DNADNA可可采采用用与与处处理理目目的的基基因因同同一一种种类类的的限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶进进行行处处理理，使使其其形形成成并并暴暴露露出出与与目目的的基基因因相相应应的的粘性末端。粘性末端。第八十七页，讲稿共一百零九页哦3 3体体外外重重组组 将将上上述述分分别别处处理理过过的的目目的的基基因因和和细细菌菌质质粒粒DNADNA片片段段（或或噬噬菌菌体体核核酸酸）放放在在试试管管中中，在在较较低低温温度度（5 566）下下混混合合“退退火火”。由由于于这这两两种种DNADN
50、A是是用用同同一一种种限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶进进行行处处理理，具具有有相相同同的的粘粘性性末末端端，因因此此相相互互之之间间能能够够形形成成氢氢键键，这这就就是是所所谓谓“退退火火”。而而相相邻邻的的核核苷苷酸酸，在在DNADNA连连接接酶酶的的作作用用下下也也能能形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键，这这样样就就完完成成了了目目的的基基因因与与质质粒粒DNADNA（或或噬噬菌菌体体DNADNA）的的重重组组，得得到到的的是是一一个个完完整整的的具具有有复复制制能能力力的的环环状状DNADNA重重组组体体，即即“杂杂种质粒种质粒”（或杂种噬菌体）。（或杂种噬菌体）。第八十八页，讲稿共一百零九