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1、第七章第七章 微生物的遗传变异微生物的遗传变异和育种和育种微生物的遗传与变异微生物的遗传与变异遗传遗传(heredity)：l亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。l 特点：具稳定性。特点：具稳定性。遗传型（遗传型（genotype）：）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和 是一种内在可能性或潜力。是一种内在可能性或潜力。表型（表型（phenotype）：）：指生物体所具有的一切外表特征指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和和内在特性的总和;是具一定遗传型的生物在一
2、定是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。条件下所表现出的具体性状。遗传型（遗传型（可能性可能性）+环境条件环境条件表型（表型（现实性现实性）代谢、发育代谢、发育变异变异(variation):生生物物体体在在外外因因或或内内因因的的作作用用下下，遗遗传传物物质质的的结结构构或或数数量量发发生生改改变变而而导导致致表表型改变。型改变。变异的特点：变异的特点：a.a.群体一般为群体一般为1010-6-61010-10-10；b.b.形状变化的幅度大；形状变化的幅度大；c.c.变化后形成的新性状是稳定遗传的。变化后形成的新性状是稳定遗传的。饰变（饰变（modification）：指指不
3、不涉涉及及遗遗传传物物质质结结构构改改变变而而只只发发生生在在转转录录、转译水平上的表型变化。转译水平上的表型变化。特点：特点：a.几几乎乎整整个个群群体体中中的的每每一一个个个个体体都都发发生生同同样样的变化；的变化；b.性状变化的幅度小；性状变化的幅度小；c.因因遗遗传传物物质质不不变变，故故饰饰变变是是不不遗遗传传的的。引引起饰变的因素消失后，表型即可恢复起饰变的因素消失后，表型即可恢复。微生物遗传的特点微生物遗传的特点A A、一般为极少分化的单细胞或多细胞，、一般为极少分化的单细胞或多细胞，受环境影响较大。受环境影响较大。B B、繁殖快，易于发生变异。、繁殖快，易于发生变异。C C、以
4、无性繁殖为主，营养体多为单倍体，、以无性繁殖为主，营养体多为单倍体，不存在显隐性问题。不存在显隐性问题。第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 遗传性：遗传性：亲代将自身一整套遗传因亲代将自身一整套遗传因子传递给下一代的行为和功能。子传递给下一代的行为和功能。变异性：变异性：是遗传物质发生改变而引是遗传物质发生改变而引进某些性状的改变。进某些性状的改变。遗传和变异是生物界最基本的属性，遗传和变异是生物界最基本的属性，遗传具有相对的稳定性，但也不是一成遗传具有相对的稳定性，但也不是一成不变的。遗传是相对的，变异是绝对的，不变的。遗传是相对的，变异是绝对的，遗传中有变异，变异中有遗传，
5、遗传和遗传中有变异，变异中有遗传，遗传和变异的辩证关系使微生物不断进化。变异的辩证关系使微生物不断进化。一、经典转化实验一、经典转化实验 进行转化实验：进行转化实验：对象：肺炎链球菌对象：肺炎链球菌 特点：肺炎链球菌是一种球菌细菌，常特点：肺炎链球菌是一种球菌细菌，常成双或成链排列，可使人患肺炎，也可使成双或成链排列，可使人患肺炎，也可使小鼠患败血症而死亡。小鼠患败血症而死亡。种类：种类：S S型：菌落表面光滑，有荚膜，型：菌落表面光滑，有荚膜，有致病性。有致病性。R R型：菌落表面粗糙，无荚膜，型：菌落表面粗糙，无荚膜，无致病性。无致病性。进行了三组实验：进行了三组实验：1 1、动物试验、动
6、物试验对小鼠注射活对小鼠注射活R R菌或死菌或死S S菌菌 小鼠存活小鼠存活 对小鼠注射活对小鼠注射活S S菌菌 小鼠死亡小鼠死亡对小鼠注射活对小鼠注射活R R菌和热死菌和热死S S菌菌 小鼠死亡小鼠死亡 抽取心血分离抽取心血分离 活的活的S菌菌2 2、细菌培养试验、细菌培养试验肺炎链球菌肺炎链球菌活活R 菌菌热死热死S菌菌培培养养皿皿培培养养培养皿培养培养皿培养培养皿培养培养皿培养不生长不生长长出长出R菌菌长出大量长出大量R菌菌+10-6S菌菌热死热死S菌菌+活活R 菌菌3 3、S S型菌的无细胞抽提液试验型菌的无细胞抽提液试验 活活R R菌菌+S+S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液 长出大量长
7、出大量R R菌和少量菌和少量S S菌菌培养皿培养培养皿培养 以上实验说明：加热杀死的以上实验说明：加热杀死的S型细菌在其细胞内可能存在一种具型细菌在其细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过有遗传转化能力的物质，它能通过某种方式进入某种方式进入R型细胞，并使型细胞，并使R型型细胞获得表达细胞获得表达S型荚膜性状的遗传型荚膜性状的遗传特性。特性。加加S S菌菌DNA DNA 加加S S菌菌DNADNA及及DNADNA酶酶 以外的酶以外的酶 加加S S菌的菌的DNADNA和和DNADNA酶酶 活活R R菌菌 加加S S菌的菌的RNA RNA 加加S S菌的蛋白质菌的蛋白质 加加S S菌的
8、荚膜多糖菌的荚膜多糖 对各种生化组分进行转化试验：对各种生化组分进行转化试验：只长只长R菌菌长出长出S菌菌 只有只有S S型细菌的型细菌的DNADNA才能将肺炎链才能将肺炎链球菌的球菌的R R型转化为型转化为S S型。而型。而DNADNA纯纯度越高，转化效率也越高，这就说度越高，转化效率也越高，这就说明，明，S S型菌株转移给型菌株转移给R R型菌株的绝不型菌株的绝不是某一遗传性状的本身，而是以是某一遗传性状的本身，而是以DNADNA为物质基础的遗传因子。为物质基础的遗传因子。10分钟后分钟后 用捣碎器用捣碎器 使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培养沉淀细胞进一步培养后，可产生
9、大量完整后，可产生大量完整的子代噬菌体的子代噬菌体二二、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验含含32P-DNA的一组：放射性的一组：放射性85%在沉淀中在沉淀中1952年和发表了证明年和发表了证明DNA是噬菌体的遗传物质基础的著名实验是噬菌体的遗传物质基础的著名实验噬菌体感染实验室。实验过程如下：噬菌体感染实验室。实验过程如下：在噬菌体的感染过程中，其蛋白质外壳在噬菌体的感染过程中，其蛋白质外壳未进入宿主细胞。进入宿主细胞的虽只未进入宿主细胞。进入宿主细胞的虽只有有DNADNA，但经增殖、装配后，却能产生，但经增殖、装配后，却能产生一大群既有一大群既有DNADNA核心又有蛋白质外壳的核心又有蛋白质外
10、壳的完整噬菌体颗粒。完整噬菌体颗粒。三、植物病毒的重建实验三、植物病毒的重建实验 为了说明核酸是遗传物质，为了说明核酸是遗传物质，（19561956年）进一年）进一步用含步用含RNARNA的烟草花叶病毒（的烟草花叶病毒（TMVTMV）进行了植进行了植物病毒重建实验。物病毒重建实验。TMVTMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，将它放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，将它的蛋白质外壳与的蛋白质外壳与RNARNA核心相分离，结果发现裸核心相分离，结果发现裸露的露的RNARNA也能感染烟草，并使其患典型症状，也能感染烟草，并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离到完整的而且在病斑中还能分离到完整的TMVTMV粒
11、子。粒子。TMVTMV重建实验示意图重建实验示意图 三个实验的结论三个实验的结论:只有核酸才是负载只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础遗传信息的真正物质基础四、朊病毒的发现和思考四、朊病毒的发现和思考A A、蛋白质的折叠与生物功能之间关系。、蛋白质的折叠与生物功能之间关系。B B、第二遗传密码：折叠密码。一级结构、第二遗传密码：折叠密码。一级结构如何决定高级结构，多肽链中氨基酸序列如何决定高级结构，多肽链中氨基酸序列如何决定蛋白质的空间结构。如何决定蛋白质的空间结构。五、微生物的基因组结构五、微生物的基因组结构细菌一般是单倍体，真核微生物细菌一般是单倍体，真核微生物通常是二倍体。通常是二倍体
12、。基因组相对较小，最小的只有基因组相对较小，最小的只有3 3上上基因（一种噬菌体）；基因（一种噬菌体）；256256个基因可能是维持细胞生命活个基因可能是维持细胞生命活动所必需的最低数量的假说。动所必需的最低数量的假说。生物生物基因数基因数基组大小基组大小MS2MS2噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体T4T4噬菌体噬菌体流感嗜血菌流感嗜血菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌大肠杆菌大肠杆菌啤酒酵母啤酒酵母果蝇果蝇拟南芥拟南芥人人3 35050150150176017603700370041004100580058001200012000160001600033000330005000050000100000100
13、0003103103 35105104 42102105 51.83101.83106 64.2104.2106 64.7104.7106 613.51013.5106 616510165106 6701070106 61451014510301030109 9微生物与几种代表生物的基因组微生物与几种代表生物的基因组六、遗传物质在微生物细胞内六、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式存在的部位和方式（一）核酸存在的七个水平及质粒（一）核酸存在的七个水平及质粒 细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核 细胞核水平细胞核水平:原与真核生物的细胞核结构不同
14、，核外原与真核生物的细胞核结构不同，核外DNA 染色体水平染色体水平:倍性倍性(真核真核)和染色体数和染色体数 核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或或RNA，复合或裸露，双链或单链，复合或裸露，双链或单链 基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息量，转录信息量，转录翻译翻译 密码子水平：信息单位密码子水平：信息单位,起始和终止起始和终止,核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基DNA 的三种存在形式的三种存在形式 第二节第二节 基因突变和诱变
15、育种基因突变和诱变育种一、基因突变一、基因突变 基因：基因：是一段具有特定功能和是一段具有特定功能和结构的连续的结构的连续的DNADNA片断，是编码蛋片断，是编码蛋白质或白质或RNARNA分子遗传信息的基本遗分子遗传信息的基本遗传单位。传单位。1 1、与基因突变有关的定义、与基因突变有关的定义 基因突变：基因突变：简称突变，是变简称突变，是变异的一类，泛指细胞内（或病异的一类，泛指细胞内（或病毒颗粒内）遗传物质的分子结毒颗粒内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。变化，可自发或诱导产生。突变株：突变株：野生型经突变野生型经突变后形成的带有
16、新性状的菌株。后形成的带有新性状的菌株。野生型菌株：野生型菌株：从自然界从自然界分离的菌株分离的菌株。2 2、突变的类型：、突变的类型：选择性突变株选择性突变株营养缺陷型（株）营养缺陷型（株）抗性突变型（株）抗性突变型（株）条件致死突变型条件致死突变型非选择性突变株非选择性突变株抗原突变型（株）抗原突变型（株）产量突变型（株）产量突变型（株）突变株的类型突变株的类型形态突变型（株）形态突变型（株）3 3、基因突变的特点、基因突变的特点 自发性：自发性：在没有有为诱发因素的情况下，各在没有有为诱发因素的情况下，各种遗传性状的改变可以自发地产生。种遗传性状的改变可以自发地产生。不对应性：不对应性：
17、指突变性状与引起突变的原因间指突变性状与引起突变的原因间无直接对应关系。无直接对应关系。稀有性：稀有性：发突变虽然不可避免，但是突变的发突变虽然不可避免，但是突变的频率极低，一般在频率极低，一般在1010-6-61010-9-9。独立性：独立性：各种性状都可能发生突变，但彼此各种性状都可能发生突变，但彼此之间独立进行。之间独立进行。可诱变性：可诱变性：通过各种物理、化学诱发因通过各种物理、化学诱发因素的作用，可以提高突变率。素的作用，可以提高突变率。稳定性：稳定性：基因突变后的新遗传性状是稳基因突变后的新遗传性状是稳定的。定的。可逆性：可逆性：原始的野生型基因可以通过变原始的野生型基因可以通过
18、变异成为突变型基因，此过程为正向突变；相反异成为突变型基因，此过程为正向突变；相反突变型的基因也可以恢复到原来的野生型基因，突变型的基因也可以恢复到原来的野生型基因，称为回复突变。任何突变既有可能正向突变，称为回复突变。任何突变既有可能正向突变，也可能发生回复突变，两者发生的频率基本相也可能发生回复突变，两者发生的频率基本相同。同。4 4、突变自发性的证实、突变自发性的证实波动实验波动实验 涂布实验涂布实验 影印培养影印培养（1 1）、变量实验（）、变量实验（波动实验波动实验）（2 2）、涂布实验）、涂布实验3 3、影印平板培养法、影印平板培养法5 5、自发突变的机制、自发突变的机制从本质上讲
19、，突变是理化因从本质上讲，突变是理化因子作用于子作用于DNADNA，使其结构发，使其结构发生变化并最终改变遗传性状生变化并最终改变遗传性状的过程。的过程。引引起起自自发发突突变变的的原原因因 DNA DNA分子内部运动分子内部运动 缺失突变缺失突变 自身代谢产物的诱变自身代谢产物的诱变环境因素引起的诱变环境因素引起的诱变6 6、基因突变及其机制、基因突变及其机制基基因因突突变变诱变诱变点突变点突变移码突变移码突变碱基置换碱基置换畸变畸变自发突变自发突变缺失缺失颠换颠换转换转换添加添加添加添加缺失缺失易位（转座易位（转座？）倒位倒位重复重复插入插入缺失缺失重复重复倒位倒位相互易位相互易位染色体结
20、构变异（畸变）的主要类型染色体结构变异（畸变）的主要类型染色体数目的变化染色体数目的变化 ln-2n-3n-4n 整倍变化整倍变化 ln-n+1、n-1，2n-2n+1、2n-1、2n-2 非非整倍变化整倍变化 l原核生物只有一条染色体，但可成为部分二倍体。原核生物只有一条染色体，但可成为部分二倍体。7 7、紫外线对、紫外线对DNADNA的损伤的损伤及其修复及其修复（1 1）光修复光修复也称光复合作用，也称光复合作用，只作用于紫外线引只作用于紫外线引起的起的DNADNA嘧啶二聚体的修复嘧啶二聚体的修复。由光复合酶来完成修复，发生在由光复合酶来完成修复，发生在DNADNA复制之前。复制之前。光复
21、合酶存在细菌低等真核生物，鸟光复合酶存在细菌低等真核生物，鸟类甚至人类白细胞中。此酶在类甚至人类白细胞中。此酶在暗处不暗处不起作用起作用。大肠杆菌的光复合酶由大肠杆菌的光复合酶由471471个氨基酸组个氨基酸组成，分子量为成，分子量为35kD35kD，是由，是由phrphr基因编基因编码。码。（2 2）、切除修复（）、切除修复（暗修复暗修复）机制：机制：特异性酶识别特异性酶识别DNADNA链中的链中的损伤部位；损伤部位；DNADNA损伤部分被切除；损伤部分被切除；在在DNADNA聚合酶聚合酶和连接酶的作用和连接酶的作用下完成修复。发生在下完成修复。发生在DNADNA复制之复制之前。前。l有四种
22、酶参与有四种酶参与 l内切核酸酶：切开内切核酸酶：切开 l外切核酸酶外切核酸酶：扩大：扩大 lDNA聚合酶：复制聚合酶：复制 l通过通过连接酶：连接连接酶：连接 l完成了修复作用。完成了修复作用。二、突变与育种二、突变与育种1 1、从自然界中分离筛、从自然界中分离筛选菌种的方法步骤选菌种的方法步骤采采采采 样样 增殖培养增殖培养增殖培养增殖培养 纯纯纯纯种分离种分离种分离种分离 纯纯纯纯培养培养培养培养 生生生生产产产产性能性能性能性能测测测测定定定定 方法、地点、方法、地点、时间和周和周围环境境记录纯种分离的原种分离的原则就是使培养物就是使培养物获得得单个菌落：个菌落：1稀稀释分离法分离法
23、2平板划平板划线线分离法分离法 涂菌涂菌：划划线线分离分离：分步划分步划线线法法；一次划一次划线线法：法：3组织组织分离法分离法 测测定代定代定代定代谢产谢产物或其它目的性状物或其它目的性状物或其它目的性状物或其它目的性状n确定出确定出发菌株菌株 n n菌种的菌种的纯化化选优 n 出出发菌株的性能菌株的性能鉴定定 n同步培养同步培养 n n制制备单细胞（或胞（或单孢子）子）悬液液 n 悬浮液活菌数浮液活菌数计数数 n诱变剂的的选择与确定与确定诱变剂量的量的预试验 n n诱变处理理 n 处理液活菌理液活菌计数数 n平板分离平板分离 n 形形态变异的菌落异的菌落计数，数，计算突算突变率率 n挑取疑
24、似突挑取疑似突变菌落菌落纯培养培养 n n突突变体的初步体的初步筛选 n 用用简单快捷的方法快捷的方法 n重复重复筛选 n 摇瓶瓶发酵酵试验 n选出出突突变体体（根根据据情情况况进行行生生产试验或或重重复复诱变处理）理）2 2 2 2、微生物、微生物、微生物、微生物的诱变育的诱变育的诱变育的诱变育种一般步种一般步种一般步种一般步骤骤骤骤出发菌株同步培养出发菌株同步培养 ：使菌细胞处于相同使菌细胞处于相同或接近的生理状态。或接近的生理状态。单细胞（或单孢子）菌悬液的制备：单细胞（或单孢子）菌悬液的制备：单单细胞或单孢子的意义。细胞或单孢子的意义。酵母或霉菌孢子酵母或霉菌孢子10106 6/ml
25、/ml、细菌、细菌10108 8/ml/ml 。诱变剂的选择及其剂量的确定：诱变剂的选择及其剂量的确定：以致死率为以致死率为90909999 为宜。为宜。诱变处理：诱变处理：物理诱变剂物理诱变剂 化学诱变剂化学诱变剂3 3、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节出发菌株出发菌株诱变绝大多数个体死亡绝大多数个体死亡少数存活少数存活多数未变多数未变少数突变少数突变多数负变多数负变少数正变少数正变多数变辐小多数变辐小少数变辐大少数变辐大多数不宜生产多数不宜生产少数宜生产少数宜生产投产率投产率高产率高产率存活率存活率突变率突变率正变率正变率 变变异异异异菌菌菌菌株株株株的的的的初初初初步步步步筛筛选选
26、 纸纸片培养片培养片培养片培养显显色法色法色法色法 透明圈法透明圈法琼琼脂脂脂脂块块培养法培养法培养法培养法 梯度平板法梯度平板法夹层培养法培养法 检出营养缺陷型检出营养缺陷型检出营养缺陷型检出营养缺陷型限量补给法限量补给法l 在在含含少少量量的的（0.01%）蛋蛋白白胨胨的的MM上上培培养养,大大菌菌落落为为野野生生型型;小小菌菌落落的的为为缺陷型。缺陷型。影印检出法影印检出法l l 逐个检出法逐个检出法 鉴定缺陷型鉴定缺陷型l生长谱法生长谱法 l组合合营养物法养物法 l组合补充培养基法组合补充培养基法 生长谱法生长谱法 l斜面菌种斜面菌种-生理盐水洗下细胞生理盐水洗下细胞-洗涤洗涤-涂布（
27、涂布（105个个/皿）皿）纸片纸片1:氨基酸混合液氨基酸混合液;纸片纸片2:维生素混合液维生素混合液;纸片纸片3:核酸水解液核酸水解液;纸片纸片4:酵母水解液酵母水解液 组合合营养物法：养物法：A 将多种将多种营养因子养因子编组；b.将将组合液的合液的纸片放在涂菌的基本培养基上培养；片放在涂菌的基本培养基上培养；c.结果分析；果分析；l 一一组：1 2 3 4 5 二二组：2 6 7 8 9 三三组：3 7 10 11 12 四四组：4 8 11 1313 14 五五组：5 9 12 14 15组合合营养物法：养物法：组合补充培养基法组合补充培养基法l如是多个缺陷型菌株，如是多个缺陷型菌株，l
28、则则制制成成各各营营养养组组合合平平板板，将将带带测测菌菌株株依依次次点点接接到到这一组平板的对应位置上，这一组平板的对应位置上，l根根据据在在各各平平板板上上的的生生长长情情况况逐逐个个分分析析各各菌菌株株的的缺缺陷型陷型 l l MM+A +B +C +A+B +A+C 4 4、诱变育种中的几个原则、诱变育种中的几个原则（1 1）选择简便有效的诱变剂：艾）选择简便有效的诱变剂：艾姆氏试验：化学致癌剂姆氏试验：化学致癌剂 的简便检的简便检测方法。测方法。（2 2）挑选优良的出发菌株）挑选优良的出发菌株（3 3）处理单细胞或单胞子悬液）处理单细胞或单胞子悬液（4 4）选用最适的诱变剂量）选用最
29、适的诱变剂量（5 5）充分利用复合处理的协同效应）充分利用复合处理的协同效应（6 6）利用和创造形态、生理与产量间）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标的相关指标（7 7）设计高效筛选方案）设计高效筛选方案（8 8）创造新型筛选方法）创造新型筛选方法 Ames testAmes test：对化学诱变剂做检测对化学诱变剂做检测 原理：原理：his-在基本培在基本培养基上不养基上不长；而；而发生回复突生回复突变则长。菌种：鼠菌种：鼠伤寒沙寒沙门氏菌氏菌 his-；第三节第三节 基因重组和杂交育种基因重组和杂交育种1 1、原核生物的基因重组、原核生物的基因重组转化转化转导转导接合接合（1 1）转化
30、）转化定义：给体细胞的研碎物中的定义：给体细胞的研碎物中的DNADNA片段直接吸收进活的受片段直接吸收进活的受体细胞的基因重组方式。体细胞的基因重组方式。首先在肺炎双球菌中发现。首先在肺炎双球菌中发现。质粒的转化自然转化自然转化定义：不经特殊处理的细菌细胞从其环境定义：不经特殊处理的细菌细胞从其环境中吸收外来中吸收外来DNADNA的过程称为自然转化。的过程称为自然转化。革兰氏阳性细菌和阴性细菌都能进行自然革兰氏阳性细菌和阴性细菌都能进行自然转化。转化。自然转化可分为三个阶段：自然转化可分为三个阶段：感受态的出现、感受态的出现、DNA DNA的结合与进入、的结合与进入、DNADNA的整合。的整合
31、。感受态因子感受态因子DNA结合蛋白结合蛋白核酸酶核酸酶肺炎链球菌的转化肺炎链球菌的转化流感嗜血菌的转化流感嗜血菌的转化转化小体转化小体膜受体膜受体转化模型：转化模型：特定时期细菌产生的感受态因子与膜上的特定时期细菌产生的感受态因子与膜上的受体结合特异蛋白的表达，从而使细胞表面受体结合特异蛋白的表达，从而使细胞表面的的DNADNA结合蛋白及核酸酶裸露出来，具有结合蛋白及核酸酶裸露出来，具有与与DNADNA结合的活性。结合的活性。转化需要双链转化需要双链DNADNA，与双链，与双链DNADNA结合，结合，不与单链不与单链DNADNA结合。但结合。但DNADNA进入细胞和整进入细胞和整合均呈单链状
32、态。合均呈单链状态。如肺炎链球菌的转化因子在如肺炎链球菌的转化因子在100100下逐渐失下逐渐失去活性，在冷却过程中逐渐恢复活性。因去活性，在冷却过程中逐渐恢复活性。因DNADNA在高温下变性，双链拆开成为单链，而在高温下变性，双链拆开成为单链，而在冷却过程中又复性。这表明完整的在冷却过程中又复性。这表明完整的DNADNA双双链结构对转化活性是必要的。链结构对转化活性是必要的。感受态的形成是受基因控制的。感受态的形成是受基因控制的。决定转化效率的内在因素决定转化效率的内在因素受体细胞的感受态受体细胞的感受态受体细胞的限制系统受体细胞的限制系统供体与受体DNA的同源性人工转化人工转化通过二价阳离
33、子处理，大肠杆通过二价阳离子处理，大肠杆菌和许多菌和许多G G-细菌能产生感受态；细菌能产生感受态；可通过制备原生质体对可通过制备原生质体对G G+实现实现DNADNA转化。转化。n大肠杆菌的转化：大肠杆菌的转化：独立独立DNADNA复制子在高复制子在高浓度浓度CaCa2+2+的条件下能够被受体细胞摄入和的条件下能够被受体细胞摄入和转化。转化。方法：将大肠杆菌培养至方法：将大肠杆菌培养至ODOD6006001 1，用用5050100 100 mmolmmol/L CaCl/L CaCl2 2处理制备成感受态处理制备成感受态细胞细胞 。将。将DNADNA与感受态细胞混合，在冰与感受态细胞混合，在
34、冰浴中反应浴中反应202040min40min以后以后4242热击可增加热击可增加DNADNA的吸收。每微克质粒的吸收。每微克质粒DNADNA可获得可获得10107 7个转化子。个转化子。电穿孔法：电穿孔法：用高压脉冲电流击破细用高压脉冲电流击破细胞膜或将膜击成小孔，使各种大分子胞膜或将膜击成小孔，使各种大分子通过小孔进入细胞。此方法对原核和通过小孔进入细胞。此方法对原核和真核生物均适用。在大肠杆菌中，优真核生物均适用。在大肠杆菌中，优化各种参数（包括电场强度、电脉冲化各种参数（包括电场强度、电脉冲的长度和的长度和DNADNA浓度），每微克浓度），每微克DNADNA可以得到可以得到10109
35、910101010转化子。转化子。PEGPEG介导的转化介导的转化：PEGPEG可实现可实现G G+细菌细菌如枯草芽孢杆菌（每微克质粒如枯草芽孢杆菌（每微克质粒DNADNA可可获得获得10107 7个转化子）和放线菌的转化。个转化子）和放线菌的转化。先用降解酶除去细胞壁中的肽聚糖层，先用降解酶除去细胞壁中的肽聚糖层，在等渗培养基中，在等渗培养基中，PEGPEG可使质粒或噬可使质粒或噬菌体菌体DNADNA高效地导入原生质体。支原高效地导入原生质体。支原体和体和L-L-型细菌也可用型细菌也可用PEGPEG进行转化。进行转化。基因枪法：基因枪法：将包裹有将包裹有DNADNA的钨颗粒的钨颗粒像子弹一样
36、用高压射进细胞并使像子弹一样用高压射进细胞并使DNADNA留在细胞内，甚至细胞器中。首次产留在细胞内，甚至细胞器中。首次产将将DNADNA导入酵母线粒体并引起线粒体导入酵母线粒体并引起线粒体遗传变化。现已广泛用于植物的转化。遗传变化。现已广泛用于植物的转化。（2 2）转导）转导定义：定义：通过缺陷噬菌体为媒介，通过缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小片段把供体细胞的小片段DNADNA携带到携带到受体细胞中，通过交换与整合，受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的使后者获得前者部分遗传性状的现象。现象。转导现象的发现：转导现象的发现：鼠伤寒沙门鼠伤寒沙门菌的两个突变株菌的两个突变株L
37、T22(trpLT22(trp-)和和LT2(hisLT2(his-)混合，在混合，在10107 7细胞中得到细胞中得到约约100100个原养型菌落。个原养型菌落。U U形管实形管实验表明这两个菌通过过滤因子产验表明这两个菌通过过滤因子产生了基因重组。生了基因重组。普遍性转导噬菌体普遍性转导噬菌体许多温和噬菌体和烈性噬菌体可许多温和噬菌体和烈性噬菌体可作为普遍性转导噬菌体。作为普遍性转导噬菌体。鼠伤寒沙门菌鼠伤寒沙门菌P22P22和大肠杆菌和大肠杆菌P1P1是普遍性转导噬菌体，这两种噬是普遍性转导噬菌体，这两种噬菌体既能溶源又能裂解。菌体既能溶源又能裂解。完全普遍转导局限性转导局限性转导只能使
38、供体的一个或少数几只能使供体的一个或少数几个基因转移到受体的转导作个基因转移到受体的转导作用称为局限性转导。用称为局限性转导。温和噬菌体参加局限性转导：温和噬菌体参加局限性转导：噬菌体、噬菌体、8080噬菌体和噬菌体和P2P2噬菌体。噬菌体。（3 3）接合作用）接合作用定义：定义：是供体和受体细胞直接接是供体和受体细胞直接接触后，质粒（称接合质粒、自主触后，质粒（称接合质粒、自主转移质粒或性质粒）从供体向受转移质粒或性质粒）从供体向受体细胞转移的过程。体细胞转移的过程。n接合作用的特征：接合作用的特征：需供体和受体细胞的直接接触，需供体和受体细胞的直接接触，G G-由由性菌毛介导；性菌毛介导；
39、G G+由受体细胞分泌类似于由受体细胞分泌类似于性激素的短肽而刺激细胞接合。性激素的短肽而刺激细胞接合。G G-自主转移质粒分子量较大，有几十自主转移质粒分子量较大，有几十个个tratra基因参与基因参与DNADNA的转移；的转移；G G+自主转移自主转移质粒分子量较小，有几个质粒分子量较小，有几个tratra基因参与基因参与DNADNA的转移。的转移。G G-和和G G+还可带动染色体向受体转移。还可带动染色体向受体转移。接合现象的发现与证实接合现象的发现与证实19461946年，年，LederbergTatumLederbergTatum用大肠杆用大肠杆菌中菌中K12K12的两个缺陷型菌株
40、的两个缺陷型菌株A A（biobio-metmet-thrthr+leuleu+）和）和B B（biobio+metmet+thrthr-leuleu-）在完全培养基上混合过夜，涂）在完全培养基上混合过夜，涂布于基本培养基上出现重组体原养布于基本培养基上出现重组体原养型菌落，出现的频率为型菌落，出现的频率为1010-5-51010-6-6，其基因为其基因为 bio bio+metmet+thrthr+leuleu+。n遗传物质是单向转移的：遗传物质是单向转移的：用正反杂交实验说明两菌株用正反杂交实验说明两菌株所起的作用不同，所起的作用不同，大肠杆菌的大肠杆菌的遗传重组是一种单向过程遗传重组是一
41、种单向过程。其。其中供体菌株又称为雄性细胞；中供体菌株又称为雄性细胞；受体菌株又称为雌性细胞。受体菌株又称为雌性细胞。F F质粒质粒F F质粒发现：质粒发现：HayesHayes发现失去可育发现失去可育性的性的A A菌株若与可育的菌株若与可育的A A菌株一菌株一起繁殖，分离后与起繁殖，分离后与B B菌株杂交，菌株杂交，结果不育的变种恢复了可育性。结果不育的变种恢复了可育性。F F因子是染色体外的一种遗传因子是染色体外的一种遗传结构，可自我复制。结构，可自我复制。F F因子的存因子的存在使细菌成为在使细菌成为F F+，细菌分裂得到，细菌分裂得到细胞。细胞。F F因子的丧失使细菌成为因子的丧失使细
42、菌成为F F-。F F质粒在细胞内的存在状态分质粒在细胞内的存在状态分4 4种类型：种类型：F F+、F F-、HfrHfr及及FF。F F质粒的遗传结构：质粒的遗传结构：双链环状双链环状DNADNA分子，为分子，为99159bp99159bp。三分之三分之一的基因与接合有关。一的基因与接合有关。整个基因分转移区、复制区和插入区。其整个基因分转移区、复制区和插入区。其中转移区构成一个中转移区构成一个tratra操纵子，与性菌毛的形操纵子，与性菌毛的形成、成、F F因子的转移及杂交对的配对形成与否因子的转移及杂交对的配对形成与否等有关。复制区负责等有关。复制区负责F F质粒的自我复制。按质粒的自
43、我复制。按型方式进行复制，有自主复制区型方式进行复制，有自主复制区oriVoriV和和转转移复制区移复制区oriToriT。还含有还含有FrpFrp和和IncInc基因。插入基因。插入区包含区包含4 4个插入顺序，与个插入顺序，与F F质粒的整合、切除质粒的整合、切除和易位有关。和易位有关。n大肠杆菌可育性的解释：大肠杆菌可育性的解释：带有性因子带有性因子F F的供体或雄性细胞的供体或雄性细胞记为记为F F+，不带性因子不带性因子F F的受体或雌性的受体或雌性细胞记为细胞记为F F-。杂交杂交F F+F F-是可育的，是可育的，杂交杂交F F-F F-是不育的。是不育的。通过细胞接通过细胞接触
44、触F F因子可以从因子可以从F F+到到F F-细菌传递。细菌传递。F F因子可自发丧失，不再恢复。但可因子可自发丧失，不再恢复。但可从其他细胞传递过来。从其他细胞传递过来。F F+经低浓度的经低浓度的吖啶橙或紫外线处理后变为吖啶橙或紫外线处理后变为F F-。F F质粒与接合作用质粒与接合作用F F+F F-杂交：其结果是受体和供体都成杂交：其结果是受体和供体都成为为F F+细胞。细胞。Hfr FHfr F-杂交：其结果仍是杂交：其结果仍是HfrHfr和和 F F-细胞。细胞。转移的顺序是转移的顺序是F F因子的因子的oriToriT和小部分和小部分FDNAFDNA先进入受体，然后是染色体先进
45、入受体，然后是染色体DNADNA，最后是剩下的大部分，最后是剩下的大部分F F因子因子DNADNA。F F F F-杂交：能专一性向杂交：能专一性向F F-转移转移F F质粒质粒携带的供体基因。通过携带的供体基因。通过F F因子转移而使因子转移而使受体改变其遗传性状的现象称为受体改变其遗传性状的现象称为F F遗传转遗传转导或性因子转导导或性因子转导。F+F-Hfr 大肠杆菌的大肠杆菌的F F因子杂交示意图因子杂交示意图2、真核微生物的基因重组、真核微生物的基因重组有性杂交有性杂交准性杂交准性杂交（1）、有性杂交）、有性杂交 指不同遗传型的指不同遗传型的两性细两性细胞胞间发生的接合和随之进行间发
46、生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。遗传型后代的一种育种技术。测定项目测定项目单倍体单倍体二倍体二倍体细胞大小细胞大小菌落形态菌落形态液体培养状态液体培养状态在孢子培养基上在孢子培养基上小、球形小、球形小、形态不一小、形态不一繁殖较慢，细胞多聚集成团繁殖较慢，细胞多聚集成团不能形成子囊不能形成子囊大、椭圆形大、椭圆形大、形态一般大、形态一般繁殖较快，细胞较分散繁殖较快，细胞较分散能形成子囊能形成子囊酿酒酵母单倍体和二倍体酿酒酵母单倍体和二倍体细胞的区别细胞的区别（2 2）、真菌的准性杂交）、真菌的准性杂交（准性生殖准性生殖）准性杂交是真菌
47、的一种导致准性杂交是真菌的一种导致重组重组的过程，包括的过程，包括异核体的异核体的形成形成、二倍体的形成二倍体的形成、体细体细胞交换和单元化胞交换和单元化。准性杂交具有普遍性：许多准性杂交具有普遍性：许多真菌中均存在准性生殖。真菌中均存在准性生殖。准性生殖过程：准性生殖过程：异核体的形成：异核体的形成：并存两种或两种以上不并存两种或两种以上不同遗传型的细胞核的细胞或菌丝称为异同遗传型的细胞核的细胞或菌丝称为异核体。核体。异核体的证实：异核体的证实：A A、互养的排除：若原、互养的排除：若原养型菌落的出现是由于互养所致，则单养型菌落的出现是由于互养所致，则单个菌丝尖端就不会生长。个菌丝尖端就不会
48、生长。B B、二倍体或、二倍体或单倍体的排除：异核体产生的孢子在基单倍体的排除：异核体产生的孢子在基本培养基上不生长；而二倍体或重组单本培养基上不生长；而二倍体或重组单倍体均能在基本培养基上生长。倍体均能在基本培养基上生长。异核体的生物学意义：异核体的生物学意义：A A、异核体包含不同基因型的、异核体包含不同基因型的细胞核，具有生长优势；细胞核，具有生长优势；B B、异核体具有更好的环境适应、异核体具有更好的环境适应能力；能力；C C、在遗传分析中，因异核体、在遗传分析中，因异核体内的两个不同营养缺陷型的细胞内的两个不同营养缺陷型的细胞具有互补作用，或用于基因等位具有互补作用，或用于基因等位性
49、的研究。性的研究。l杂合二倍体的形成：杂合二倍体的形成：异核体细胞中存在着核融异核体细胞中存在着核融合，基因型不同的核融合产合，基因型不同的核融合产生杂合二倍体，发生的频率生杂合二倍体，发生的频率为为1010-7-71010-5-5。二倍体的特性：二倍体的特性：二倍体产生的分生孢子二倍体产生的分生孢子与单倍体和异核体所产生的与单倍体和异核体所产生的分生孢子不同，如在大小和分生孢子不同，如在大小和核数目方面有区别。核数目方面有区别。l体细胞交换和单元化体细胞交换和单元化 产生非整倍体或单倍体的过程称产生非整倍体或单倍体的过程称为单元化；产生重组体的过程称为为单元化；产生重组体的过程称为体细胞交换
50、体细胞交换。二倍体细胞比异核体稳定；二二倍体细胞比异核体稳定；二倍体得到的分生孢子一都是二倍倍体得到的分生孢子一都是二倍体，异核体得到的分生孢子属于体，异核体得到的分生孢子属于两亲本类型；从大量的二倍体分两亲本类型；从大量的二倍体分生孢子中可以得到少数体细胞分生孢子中可以得到少数体细胞分离子。离子。体细胞重组是由于在有体细胞重组是由于在有丝分裂过程中同源染色体丝分裂过程中同源染色体间发生交换，导致部分基间发生交换，导致部分基因纯合化。因纯合化。体细胞交换和单元化是两个独立发体细胞交换和单元化是两个独立发生的事件，二者在同一细胞中发生的生的事件，二者在同一细胞中发生的概率很小，同一染色体上发生两