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1、第六章第六章 微生物的遗传变异与菌种选育微生物的遗传变异与菌种选育n在在应应用用微微生生物物加加工工制制造造和和发发酵酵生生产产各各种种食食品品的的过过程程中中，要要想想有有效效地地大大幅幅度度提提高高产产品品的的产产量量、质质量量和和花花色色品品种种,首首先先必必须须选选育育优优良良的的生生产产菌菌种种，才才能能达达到到目目的的。而而优优良良菌菌种种的的选选育育是是在在微微生生物物遗遗传传变变异异的的基基础础上上进进行行的的。遗遗传传和和变变异异是是相相互互关关联联，同同时时又又相相互互矛矛盾盾对对立立的的两两个个方方面面，在在一一定定条条件件下下，二二者者是是相相互互转转化化的的。认认识识
2、和和掌掌握握微微生物遗传变异的规律是搞好菌种选育和关键。生物遗传变异的规律是搞好菌种选育和关键。本章主要内容本章主要内容微生物遗传变异的基本原理微生物遗传变异的基本原理 关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。关于微生物基因突变的基本原理（类型、特点和机制）。关于微生物基因突变的基本原理（类型、特点和机制）。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）。微生物菌种的选育微生物菌种的选育 关于野生型微生物菌菌株分离、筛选与纯化。关于野生型微生物菌菌株分离、筛选与纯化。关于微生物的诱变育种的工作程序和方法步骤。关
3、于微生物的诱变育种的工作程序和方法步骤。关于营养缺陷型突变菌株的筛选方法和具体应用。关于营养缺陷型突变菌株的筛选方法和具体应用。原生质体融合育种技术的操作程序。原生质体融合育种技术的操作程序。基因工程育种技术的操作步骤和取得的成就。基因工程育种技术的操作步骤和取得的成就。微微生生物物菌菌种种退退化化的的原原因因；掌掌握握菌菌种种复复壮壮的的方方法法、防防止止菌菌种种退化的措施以及菌种保藏的方式和原理。退化的措施以及菌种保藏的方式和原理。第一节第一节 微生物遗传变异的物质基础微生物遗传变异的物质基础 n证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验n肺炎双球菌的转化实验
4、肺炎双球菌的转化实验n噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验n烟草花叶病毒的拆开与重烟草花叶病毒的拆开与重组实验组实验 肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验注射注射注射注射RR型活菌型活菌型活菌型活菌 小鼠不发病（存活）小鼠不发病（存活）小鼠不发病（存活）小鼠不发病（存活）注射注射注射注射SS型灭活菌型灭活菌型灭活菌型灭活菌 小鼠不发病（存活）小鼠不发病（存活）小鼠不发病（存活）小鼠不发病（存活）注射注射注射注射SS型活菌型活菌型活菌型活菌 小鼠发病死亡小鼠发病死亡小鼠发病死亡小鼠发病死亡注射注射注射注射R R型活菌型活菌型活菌型活菌 +SS型死菌型死菌型死菌型死菌小鼠发病死亡小鼠发病死亡小鼠发
5、病死亡小鼠发病死亡 心血分离到心血分离到心血分离到心血分离到SS型活菌型活菌型活菌型活菌 (2)(2)细菌培养试验细菌培养试验细菌培养试验细菌培养试验热致死热致死热致死热致死SS型菌型菌型菌型菌培养皿培养培养皿培养培养皿培养培养皿培养 无菌落无菌落无菌落无菌落生长生长生长生长RR型活菌型活菌型活菌型活菌培养皿培养培养皿培养培养皿培养培养皿培养 培养出培养出培养出培养出RR型菌落型菌落型菌落型菌落热致死热致死热致死热致死SS型菌型菌型菌型菌+RR型活菌型活菌型活菌型活菌培养皿培养培养皿培养培养皿培养培养皿培养 培养出大量培养出大量培养出大量培养出大量RR型和型和型和型和SS型型型型菌落菌落菌落菌
6、落RR型活菌型活菌型活菌型活菌+SS菌抽取提物菌抽取提物菌抽取提物菌抽取提物培养皿培养培养皿培养培养皿培养培养皿培养 培养出大量培养出大量培养出大量培养出大量RR型和型和型和型和SS型型型型菌落菌落菌落菌落 动物试验动物试验动物试验动物试验噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验n1952年侯喜年侯喜(A.Hershey)和蔡斯和蔡斯(M.Chase)利用利用示踪元素，对大肠杆菌示踪元素，对大肠杆菌T2噬菌体进行了这类实噬菌体进行了这类实验。验。n先用含有先用含有35S和和32P两种元素的培养基培养大两种元素的培养基培养大肠肠杆菌，然后杆菌，然后让让T2噬菌体侵染培养后的大噬菌体侵染培养后的大肠肠杆菌
7、，杆菌，从而使从而使T2噬菌体打上噬菌体打上35S和和32P的的标记标记。n让这让这种种T2噬菌体侵染不含噬菌体侵染不含标记标记元素的大元素的大肠肠杆菌，杆菌，并在并在T2噬菌体完成了吸附和侵入后，噬菌体完成了吸附和侵入后，n强强烈烈搅搅拌拌洗洗涤涤，以以便便使使吸吸附附在在菌菌体体外外表表的的T2噬噬菌菌体体蛋蛋白白质质外外壳壳脱脱离离细细胞胞并并均均匀匀分分布布，再再进进行行离离心心沉沉淀淀，分分别别测测定定沉沉淀淀物物和和上上清清液液中中的的同同位位素素标标记记。n结果发现，几乎全部结果发现，几乎全部35S都在上清液中，而几都在上清液中，而几乎全部乎全部32P和细菌一起出现在沉淀物中。和
8、细菌一起出现在沉淀物中。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 n1956年，美国的法朗克年，美国的法朗克-康勒特康勒特(Fraenkel-Conrat)n将将烟烟草草花花叶叶病病毒毒拆拆成成RNA(因因该该病病毒毒不不含含DNA)和和蛋蛋白白质质，并并分分别别对烟草进行感染实验；对烟草进行感染实验；n结结果果发发现现只只有有RNA能能感感染染烟烟草草，并并在在感感染染后后的的寄寄主主中中分分离离到到完完整的具蛋白质外壳的烟草花叶病毒。整的具蛋白质外壳的烟草花叶病毒。n后后来来他他又又将将甲甲、乙乙两两种种变变种种的的烟烟草草花花叶叶病病毒毒拆拆开开，在在体体外外分分别别将将
9、甲甲病病毒毒的的RNA和和乙乙病病毒毒的的蛋蛋白白质质结结合合，将将乙乙病病毒毒的的RNA和和甲甲病病毒的蛋白质结合进行重组。毒的蛋白质结合进行重组。n接接着着他他把把这这些些经经过过重重组组的的病病毒毒分分别别感感染染烟烟草草。结结果果从从寄寄主主分分离离所所得得的的病病毒毒蛋蛋白白质质均均取取决决于于相相应应病病毒毒的的RNA。证证明明了了核核酸酸(RNA)是是烟草花叶病毒的遗传物质基础。烟草花叶病毒的遗传物质基础。二、遗传物质在细胞中的存在方式二、遗传物质在细胞中的存在方式 n（一）（一）细胞水平细胞水平 从从细细胞胞水水平平来来看看，细细胞胞核核；除除此此之之外外，在在细细胞胞质质中中
10、存存在在着着一一些些能自我复制的遗传物质，一般称这部分能自我复制的遗传物质，一般称这部分DNA DNA 为质粒。为质粒。n（二）（二）亚细胞核水平亚细胞核水平 真真核核微微生生物物的的细细胞胞核核有有核核膜膜包包围围，形形成成具具有有完完整整形形态态、在在光光学学显显微微镜镜下下清清晰晰可可见见的的细细胞胞核核，核核内内DNA DNA 与与组组蛋蛋白白结结合合在在一一起起构构成染色体。成染色体。n（三）（三）分子水平分子水平 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
11、若若干干核核苷苷酸酸碱碱基基组组成成的的三三联联密密。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）。）。第二节第二节微生物的基因突变微生物的基因突变n一、基因突变的类型一、基因突变的类型n基基因因突突变变的的类类型型是是多多种种多多样样的的，按按突突变变体体表表型型不不同同，可分为以下几种类型：可分为以下几种类型：n（1）形态突变型。）形
12、态突变型。n（2）条件致死突变型。）条件致死突变型。n（3）营养缺陷突变型。）营养缺陷突变型。n（4）抗性突变型。）抗性突变型。n（5）抗原突变型。）抗原突变型。n（6）其他突变型。）其他突变型。二、基因突变的特点二、基因突变的特点二、基因突变的特点二、基因突变的特点 整整整整个个个个生生生生物物物物界界界界，由由由由于于于于它它它它们们们们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是是是是相相相相同同同同的的的的，因因因因此此此此显显显显示示示示在在在在遗遗遗遗传传传传变变变变异异异异的的的的本本本本质质质质上上上上都都都都具具具具有有有有相相相相同同同同的的的
13、的规规规规律律律律，这这这这在在在在基基基基因因因因突突突突变的水平上尤其突出。变的水平上尤其突出。变的水平上尤其突出。变的水平上尤其突出。（1 1）不对应性。不对应性。不对应性。不对应性。（2 2）自发性。自发性。自发性。自发性。（3 3）稀有性。稀有性。稀有性。稀有性。（4 4 4 4）独立性。）独立性。）独立性。）独立性。（5 5 5 5）诱变性。）诱变性。）诱变性。）诱变性。（6 6 6 6）稳定性。）稳定性。）稳定性。）稳定性。（7 7 7 7）可逆性。）可逆性。）可逆性。）可逆性。三三三三、基因突变的机理、基因突变的机理、基因突变的机理、基因突变的机理（一）诱发突变及其机理（一）诱
14、发突变及其机理（一）诱发突变及其机理（一）诱发突变及其机理11碱基对的置换碱基对的置换碱基对的置换碱基对的置换 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、烷化剂类）（亚硝酸类、烷化剂类）（亚硝酸类、烷化剂类）（亚硝酸类、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）22移码突变移码突变移码突变移码突变 33染色体畸变染色体畸变染色体畸变染色体畸变 （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 1 1 背景辐射
15、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2 2 微生物自身代谢产物的诱变效应微生物自身代谢产物的诱变效应微生物自身代谢产物的诱变效应微生物自身代谢产物的诱变效应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 44 环状突出效应环状突出效应环状突出效应环状突出效应碱基对的置换碱基对的置换n n碱碱碱碱基基基基对对对对的的的的置置置置换换换换可可可可分分分分成成成成两两两两个个个个亚亚亚亚类类类类：一一一一类类类类是是是是DNADNA链链链链上上上上的的的的一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤
16、呤呤被被被被另另另另一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤或或或或是是是是一一一一个个个个嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶被被被被另另另另一一一一个个个个嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶所所所所置置置置换换换换，称称称称为为为为转转转转换换换换；另另另另一一一一类类类类是是是是DNADNA链链链链上上上上的的的的一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤被被被被另另另另一一一一个个个个嘧嘧嘧嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换，称为颠换 n nA A：TTTT：AAATATn n n n C C：GGGG：CCCGCG
17、n双链双链DNA单链单链DNAn n（实线代表转换，虚线代表颠换）（实线代表转换，虚线代表颠换）（实线代表转换，虚线代表颠换）（实线代表转换，虚线代表颠换）直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂 n n亚硝酸是一种对含有氨基的碱基亚硝酸是一种对含有氨基的碱基亚硝酸是一种对含有氨基的碱基亚硝酸是一种对含有氨基的碱基对直接作用而诱发碱基对转换的对直接作用而诱发碱基对转换的对直接作用而诱发碱基对转换的对直接作用而诱发碱基对转换的诱变剂。它能使碱基中的氨基氧诱变剂。它能使碱基中的氨基氧诱变剂。它能使碱基中的氨基氧诱变剂。它能使碱基中的氨基氧化脱氨，从而使腺嘌呤（化脱氨，从而使腺嘌呤（化脱氨，从而使腺
18、嘌呤（化脱氨，从而使腺嘌呤（A A A A）变成变成变成变成次黄膘呤（次黄膘呤（次黄膘呤（次黄膘呤（H H H H），），），），胞嘧啶（胞嘧啶（胞嘧啶（胞嘧啶（C C C C）变变变变成尿嘧啶（成尿嘧啶（成尿嘧啶（成尿嘧啶（U U U U），），），），n n而后由于而后由于而后由于而后由于H H H H 和和和和C C C C 配对，配对，配对，配对，U U U U 与与与与A A A A 配配配配对，因此当对，因此当对，因此当对，因此当DNA DNA DNA DNA 再次复制时，再次复制时，再次复制时，再次复制时，A A A A:T T T T 就转换为就转换为就转换为就转换为 G G
19、G G:C C C C，而而而而G G G G:C C C C 就转换为就转换为就转换为就转换为 A A A A:T T T T。H:CH:C H:CH:C-G:CG:C H:CH:CG:CG:C A:TH:T-A:TA:TH:T-A:T亚硝酸类引起的碱基对置换亚硝酸类引起的碱基对置换亚硝酸类引起的碱基对置换亚硝酸类引起的碱基对置换O:AO:AT:AT:A（颠换）颠换）颠换）颠换）O:CO:CG:CG:C（复原）复原）复原）复原）G:CRG:CO:CG:CRG:CO:C O:TO:TA:TA:T（转换）转换）转换）转换）O:GO:GC:GC:G（颠换）颠换）颠换）颠换）烷烷烷烷化化化化剂剂剂剂
20、是是是是诱诱诱诱变变变变育育育育种种种种极极极极其其其其重重重重要要要要的的的的一一一一类类类类诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂，它它它它们们们们的的的的化化化化学学学学结结结结构构构构都都都都带带带带有有有有一一一一个个个个或或或或多多多多个个个个活活活活性性性性烷烷烷烷基基基基。所所所所有有有有这这这这些些些些物物物物质质质质通通通通过过过过烷烷烷烷化化化化磷磷磷磷酸酸酸酸基基基基形形形形成成成成烷烷烷烷化化化化嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤和和和和烷烷烷烷化化化化嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶与与与与DNADNA作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。作用，特别是经常
21、形成烷化鸟嘌呤。烷烷烷烷化化化化作作作作用用用用导导导导致致致致基基基基因因因因突突突突变变变变的的的的机机机机制制制制尚尚尚尚未未未未定定定定论论论论。碱碱碱碱基基基基类类类类似似似似物物物物作作作作用用用用，引引引引起起起起碱碱碱碱基基基基配配配配对对对对的的的的错错错错误误误误。烷烷烷烷基基基基在在在在鸟鸟鸟鸟嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤 引引引引起起起起脱脱脱脱嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤作作作作用用用用，使使使使鸟鸟鸟鸟嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤从从从从DNADNA链链链链上上上上脱脱脱脱落落落落下下下下来来来来，进而引起进而引起进而引起进而引起DNADNA复制时碱基对的缺失和置换。复制时碱基对的缺失和置换。复制时碱
22、基对的缺失和置换。复制时碱基对的缺失和置换。间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂 A A:BU:BU:BU:BU/G:BrUG:BrUG:BrUG:BrU G:BrUG:BrUG:BrUG:BrU-G:C-G:C-G:C-G:C 5 5-BUBU A:T-A:T-A:T-A:T-A:BU-A:T A:BU-A:T A:BU-A:T A:BU-A:T(a)(a)GG:BrU:BrU:BrU:BrU /A:BUA:BUA:BUA:BUA:BU-A:TA:BU-A:TA:BU-A:TA:BU-A:T5 5-BrUBrU G:C-G:C-G:C-G:C-G:BrUG:BrUG:BrUG:BrU-G
23、:C-G:C-G:C-G:C(b)(b)5 5-溴尿嘧啶的诱变效应溴尿嘧啶的诱变效应溴尿嘧啶的诱变效应溴尿嘧啶的诱变效应 a.5a.5-BUBU以酮式掺入；以酮式掺入；以酮式掺入；以酮式掺入；b.5b.5-BrUBrU以烯醇式掺入以烯醇式掺入以烯醇式掺入以烯醇式掺入 5 5-氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（5 5-AUAU）、）、）、）、8 8-氮鸟嘌氮鸟嘌氮鸟嘌氮鸟嘌呤（呤（呤（呤（8 8-NGNG）、）、）、）、-氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（-APAP）及及及及 6 6-氮嘌呤（氮嘌呤（氮嘌呤（氮嘌呤（6 6-NPNP）等。它们等。它们等。它们等。它们的作用是通
24、过活细胞的代谢活动掺入的作用是通过活细胞的代谢活动掺入的作用是通过活细胞的代谢活动掺入的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到到到到DNADNA分子中后，引起碱基对的置换，分子中后，引起碱基对的置换，分子中后，引起碱基对的置换，分子中后，引起碱基对的置换，因此是间接的。在这些碱基类似物中，因此是间接的。在这些碱基类似物中，因此是间接的。在这些碱基类似物中，因此是间接的。在这些碱基类似物中，最常被应用的是最常被应用的是最常被应用的是最常被应用的是 5 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5 5-BrUBrU）和和和和-氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（氨基嘌呤（-APAP）。）。）。）。5 5-B
25、rUBrU是是是是TT的代谢类似物。的代谢类似物。的代谢类似物。的代谢类似物。5 5-BrUBrU 以酮以酮以酮以酮式状态时可以替代式状态时可以替代式状态时可以替代式状态时可以替代 T T T T，与与与与A A A A配对；配对；配对；配对；5 5-BrUBrU 以烯醇式状态时替代以烯醇式状态时替代以烯醇式状态时替代以烯醇式状态时替代C C C C与与与与G G G G配对；配对；配对；配对；5 5BrUBrU 可以通过烯醇式和酮式结构的可以通过烯醇式和酮式结构的可以通过烯醇式和酮式结构的可以通过烯醇式和酮式结构的变化；变化；变化；变化；引起碱基对置换引起碱基对置换引起碱基对置换引起碱基对置
26、换。移码突变移码突变n n移码突变移码突变移码突变移码突变 这是指由一种诱变剂而引起这是指由一种诱变剂而引起这是指由一种诱变剂而引起这是指由一种诱变剂而引起DNADNA分子分子分子分子中的一个或少数几个碱基插入或缺失，从而使该中的一个或少数几个碱基插入或缺失，从而使该中的一个或少数几个碱基插入或缺失，从而使该中的一个或少数几个碱基插入或缺失，从而使该部位后面全部遗传密码发生转录错误的一类突变。部位后面全部遗传密码发生转录错误的一类突变。部位后面全部遗传密码发生转录错误的一类突变。部位后面全部遗传密码发生转录错误的一类突变。n n吖啶类染料及其化合物是移码突变的有效诱变剂，吖啶类染料及其化合物是
27、移码突变的有效诱变剂，吖啶类染料及其化合物是移码突变的有效诱变剂，吖啶类染料及其化合物是移码突变的有效诱变剂，例如三氨基吖啶，吖啶黄，吖啶橙，例如三氨基吖啶，吖啶黄，吖啶橙，例如三氨基吖啶，吖啶黄，吖啶橙，例如三氨基吖啶，吖啶黄，吖啶橙，5 5-氨基吖啶。氨基吖啶。氨基吖啶。氨基吖啶。n n 吖啶类化合物的诱变机制目前还不很清楚。现普吖啶类化合物的诱变机制目前还不很清楚。现普吖啶类化合物的诱变机制目前还不很清楚。现普吖啶类化合物的诱变机制目前还不很清楚。现普遍认为，由于吖啶类化合物是一种平面型三环分遍认为，由于吖啶类化合物是一种平面型三环分遍认为，由于吖啶类化合物是一种平面型三环分遍认为，由于
28、吖啶类化合物是一种平面型三环分子结构，与一个嘌呤子结构，与一个嘌呤子结构，与一个嘌呤子结构，与一个嘌呤:嘧啶碱基对相似，因此能够嘧啶碱基对相似，因此能够嘧啶碱基对相似，因此能够嘧啶碱基对相似，因此能够嵌入两个相邻的嵌入两个相邻的嵌入两个相邻的嵌入两个相邻的DNADNA碱基对之间，造成双螺旋的碱基对之间，造成双螺旋的碱基对之间，造成双螺旋的碱基对之间，造成双螺旋的部分解开，从而在部分解开，从而在部分解开，从而在部分解开，从而在DNADNA复制过程中，会使链上插复制过程中，会使链上插复制过程中，会使链上插复制过程中，会使链上插入或缺失一个碱基，结果引起移码突变。入或缺失一个碱基，结果引起移码突变。
29、入或缺失一个碱基，结果引起移码突变。入或缺失一个碱基，结果引起移码突变。染色体畸变染色体畸变n染染色色体体畸畸变变是是指指由由诱诱变变剂剂引引起起DNA分分子子的的大大损损伤伤，它它包包括括染染色色体体结构上的缺失、重复、易位及倒位等。结构上的缺失、重复、易位及倒位等。n紫紫外外线线、X射射线线、射射线线等等射射线线及及亚亚硝硝酸酸、烷烷化化剂剂等等均均能能引引起起染染色色体畸变，尤其是紫外线能引起体畸变，尤其是紫外线能引起DNA分子多处较大的损伤。分子多处较大的损伤。n紫紫外外线线主主要要通通过过在在同同链链DNA相相邻邻的的嘧嘧啶啶间间或或在在互互补补双双链链间间形形成成以以共共价价键键结
30、结合合的的胸胸腺腺嘧嘧啶啶二二聚聚体体。微微生生物物能能以以多多种种方方式式去去修修复复被被紫紫外外线损作后的线损作后的DNA，主要方式有两种：主要方式有两种：n（1）光复活作用）光复活作用由由于于微微生生物物中中一一般般都都存存在在着着光光复复合合作作用用，因因此此，用用紫紫外外线线照照射射菌菌液液时时都都须须在在红红光光下下进进行行操操作作处处理理微微生生物物，而而后后在在暗暗室室或或用用黑黑布布包包起起来来培养。培养。n（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。X射线和射线和 射线为电离辐射，含有很高的能量，能产生电离作用，射线为电离辐射，含有很高的能量，能产生电
31、离作用，因而能直接或间接地改变因而能直接或间接地改变DNA结构。直接的效应是碱基的化学键，结构。直接的效应是碱基的化学键，脱氧核糖的化学键和糖脱氧核糖的化学键和糖酸相连接的化学键断裂；酸相连接的化学键断裂；第三节第三节 微生物的基因重组微生物的基因重组n 基基基基因因因因重重重重组组组组又又又又称称称称为为为为遗遗遗遗传传传传重重重重组组组组，它它它它是是是是指指指指把把把把两两两两个个个个不不不不同同同同性性性性状状状状个个个个体体体体内内内内的的的的遗遗遗遗传传传传基基基基因因因因转转转转移移移移到到到到一一一一起起起起，经经经经过过过过遗遗遗遗传传传传分分分分子子子子的重新组合后，形成新
32、遗传型个体的过程。的重新组合后，形成新遗传型个体的过程。的重新组合后，形成新遗传型个体的过程。的重新组合后，形成新遗传型个体的过程。n n 重重重重组组组组是是是是分分分分子子子子水水水水平平平平上上上上的的的的概概概概念念念念，可可可可以以以以理理理理解解解解成成成成是是是是遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质分分分分子子子子水水水水平平平平上上上上的的的的杂杂杂杂交交交交，而而而而一一一一般般般般所所所所说说说说的的的的杂杂杂杂交交交交是是是是细细细细胞水平上的概念。胞水平上的概念。胞水平上的概念。胞水平上的概念。n n 杂杂杂杂交交交交中中中中必必必必然然然然包包包包含含含含着着着着重重重重
33、组组组组，而而而而重重重重组组组组则则则则不不不不限限限限于于于于杂杂杂杂交交交交一一一一种种种种形形形形式式式式。真真真真核核核核微微微微生生生生物物物物中中中中的的的的有有有有性性性性杂杂杂杂交交交交，准准准准性性性性生生生生殖殖殖殖以以以以及及及及原原原原核核核核微微微微生生生生物物物物中中中中的的的的转转转转化化化化、转转转转导导导导、接接接接合合合合和和和和溶溶溶溶原原原原转转转转变变变变等等等等都是基因重组在细胞水平上的反映。都是基因重组在细胞水平上的反映。都是基因重组在细胞水平上的反映。都是基因重组在细胞水平上的反映。一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组受受体体菌菌直
34、直接接吸吸收收来来自自供供体体菌菌的的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分遗遗传传性性状状的的现现象象，称称为为转转化化。转转化化后后的的受受体体菌菌，称称为转化子。供体菌的为转化子。供体菌的DNA片段称为转化因子。片段称为转化因子。n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化因因子子，进进行行转转化作用。化作用。w转化过程大致是这样的：转化过程大致是这样的：w从供体菌提取出转化因子双链从供体菌提取出转化因子双链DNA片段；片段；w双链双链DNA片段与感受态受体菌的细胞表面特
35、片段与感受态受体菌的细胞表面特定位点结合；定位点结合；w在结合位点上，双链在结合位点上，双链DNA中的一条单链逐步中的一条单链逐步降解，同时另一条链逐步进入受体细胞。降解，同时另一条链逐步进入受体细胞。w 进入受体细胞的进入受体细胞的DNA单链与受体菌染色体组单链与受体菌染色体组上同源区段配对，而受体菌染色体组的相应单链上同源区段配对，而受体菌染色体组的相应单链片段被切除，并被进入受体细胞的片段被切除，并被进入受体细胞的DNA单链所取单链所取代，于是形成了杂种代，于是形成了杂种DNA区段；区段；w 受体菌染色体进行复制，其中杂种区段被分受体菌染色体进行复制，其中杂种区段被分离成两个，一个恢复，
36、一个形成一个转化子。离成两个，一个恢复，一个形成一个转化子。（一）转化（一）转化（一）转化（一）转化（transtormationtranstormation）一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组n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
37、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。n n 根根根根据据据据媒媒媒媒介介介介噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体的的的的不不不不同同同同，转转转转导导导导分分分分普普普普遍遍遍遍性性性性转转转转导导导导和和和和局局局局限性限性限性限性转导转导转导转导两两两两类类类类。1普遍性转导普遍性转导 由缺陷型噬菌体误包（而非整合）供体由缺陷型噬菌体误包（而非整合）供体细菌细菌DNA中的任何一部分片段（包括核外遗传物质在内）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
38、获得了这部分遗传后，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，称为普遍性转导。它的转导频率为性状的现象，称为普遍性转导。它的转导频率为 105108。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传性性状状的的现现象
39、象，称称为为局局限限性性转转导导，它的转导频率为它的转导频率为 10-6。（二）转导（二）转导（二）转导（二）转导（transductiontransduction）一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组n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DNA的的过程，称为接合（有时也称杂交）。过程，称为接合（有时也称杂交）。n在在细细菌中，接合菌中，接合现现象研究最清楚的是大象研究最清楚的是大肠肠杆菌。杆菌。发现发现能能够进够进行接行接合合现现象的大象的大肠肠杆菌有雄性与雌性之分，而决定它杆菌有雄性与雌性之分，而决定它们们性性
40、别别的是由是否的是由是否存在存在F因子所决定。因子所决定。nF因子又称致育因子，是一种因子又称致育因子，是一种质质粒，分子量粒，分子量为为5107道道尔尔顿顿；n雌性雌性细细菌不含菌不含F因子，称因子，称为为F-菌株，菌株，n雄性雄性细细菌含有游离存在的菌含有游离存在的F因子，称因子，称为为F+菌株，菌株，n当当雄性雄性细细菌菌细细胞中所含的胞中所含的F因子被整合在因子被整合在细细胞核的胞核的DNA上，不呈上，不呈游离状游离状态态存在称存在称为为Hfr菌株菌株（高高频频重重组组菌株菌株）；）；n有有时时被整合在被整合在细细胞核胞核DNA上上的的F因子，从因子，从DNA上面脱落下来，呈上面脱落下
41、来，呈游离存在，但在脱落游离存在，但在脱落时时，F因子有因子有时时能能带带一小段一小段细细胞核胞核DNA。我我们们将将这这种含有游离存在的但又种含有游离存在的但又带带有一小段有一小段细细胞核胞核DNA的的F因子的因子的细细菌菌称称为为F菌株。菌株。接合的基本过程接合的基本过程接合的基本过程接合的基本过程 滚环复制模型滚环复制模型滚环复制模型滚环复制模型接合的结果：接合的结果：接合的结果：接合的结果：F F+F+F-2F2F+FF+F+F-2F2F HfrHfr+F+F-多种情况多种情况多种情况多种情况 HfrHfr+F+F-HfrHfrF F-（多数情况下）多数情况下）多数情况下）多数情况下）
42、HfrHfr+F+F-HfrHfrHfrHfr（少数情况下）少数情况下）少数情况下）少数情况下）（三）接合（三）接合（三）接合（三）接合（conjugationconjugation）一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组n n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DNADNA整整整整合合合合到到到到核核核核DNADNA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溶溶溶源源
43、源源性转变。性转变。性转变。性转变。n n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。溶溶溶溶源源源源转转转转变变变变与与与与转转转转导导导导在在在在本本本本质质质质上上上上的的的的不不不不同同同同，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
44、，而而而而不不不不是是是是异异异异常常常常情况下产生的缺陷型噬菌体。情况下产生的缺陷型噬菌体。情况下产生的缺陷型噬菌体。情况下产生的缺陷型噬菌体。n n 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（LorynebatceriumLorynebatcerium diphthariacdiphthariac）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
45、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致致致病病病病菌菌菌菌株株株株。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、红红红红霉菌、链霉菌等也具有溶源转变的能力。霉菌、链霉菌等也具有溶源转变的能力。霉菌、链霉菌等也具有溶源转变的能力。霉菌、链霉菌等也具有溶源转变的能力。（四）溶源性转变（四）溶源性转变二、真核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组n n在在在在微微微微生生生生物物物物的的的的有有有有性性性性繁繁繁繁殖殖殖殖过过过过程程程程中中中中，不不不不同同同同的的的的性性性性细细细细胞胞胞胞间间间间的的的的接接接接合合合合，并并并并随随随随之之之之发发发发生生生生
46、染染染染色色色色体体体体的的的的重重重重组组组组，从从从从而而而而产产产产生生生生新新新新遗遗遗遗传传传传型型型型后后后后代代代代的的的的现现现现象象象象，称称称称有有有有性性性性杂交。杂交。杂交。杂交。n n凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。n n有有有有性性性性杂杂杂杂交交交交在在在在生生生生产产产产实实实实践践践践中中中中被被被被广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于优优优优良良良良品品品品种种种种的的的的培培培培育育育育
47、。例例例例如如如如用用用用于于于于酒酒酒酒精精精精发发发发酵酵酵酵的的的的酵酵酵酵母母母母菌菌菌菌和和和和用用用用于于于于面面面面包包包包发发发发酵酵酵酵的的的的酵酵酵酵母母母母菌菌菌菌同同同同属属属属一一一一种种种种啤啤啤啤酒酒酒酒酵酵酵酵母母母母（SaccharomycesSaccharomyces cerevisiaecerevisiae）的的的的两两两两个个个个不不不不同同同同菌菌菌菌株株株株，面面面面包包包包酵酵酵酵母母母母的的的的特特特特点点点点是是是是对对对对麦麦麦麦芽芽芽芽糖糖糖糖及及及及葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖的的的的发发发发酵酵酵酵力力力力强强强强，产产产产生生生生 COC
48、O2 2 多多多多，生生生生长长长长快快快快；而而而而酒酒酒酒精精精精酵酵酵酵母母母母的的的的特特特特点点点点是是是是产产产产酒酒酒酒率率率率高高高高而而而而对对对对麦麦麦麦芽芽芽芽糖糖糖糖、葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖的的的的发发发发酵酵酵酵力力力力弱弱弱弱，所所所所以以以以酿酿酿酿酒酒酒酒厂厂厂厂生生生生产产产产酒酒酒酒精精精精后后后后的的的的酵酵酵酵母母母母，不不不不能能能能供供供供面面面面包包包包厂厂厂厂作作作作引引引引子子子子用用用用。通通通通过过过过两两两两者者者者的的的的杂杂杂杂交交交交，就就就就得得得得到到到到了了了了既既既既能能能能生生生生产产产产酒酒酒酒精精精精，又又又又能能能
49、能将将将将其其其其残残残残余余余余菌菌菌菌体用作面包厂和家用发面酵母的优良菌种。体用作面包厂和家用发面酵母的优良菌种。体用作面包厂和家用发面酵母的优良菌种。体用作面包厂和家用发面酵母的优良菌种。（一）有性杂交（一）有性杂交（一）有性杂交（一）有性杂交二、真核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组n n准准准准性性性性生生生生殖殖殖殖是是是是一一一一种种种种类类类类似似似似于于于于有有有有性性性性生生生生殖殖殖殖但但但但比比比比它它它它更更更更为为为为原原原原始始始始的的的的一一一一种种种种生生生生殖殖殖殖方方方方式式式式。是是是是由由由由两两两两个个个个非非非非异异异异配配配配型型型型核核核
50、核的的的的细细细细胞胞胞胞接接接接合合合合后后后后，形形形形成成成成异异异异核核核核体体体体细细细细胞胞胞胞，两两两两核核核核能能能能发发发发生生生生低低低低频频频频率率率率的的的的接接接接合合合合与与与与交交交交换换换换，产产产产生生生生具具具具有有有有新新新新性性性性状状状状的的的的个个个个体体体体。其其其其主主主主要要要要过过过过程程程程包包包包括以下基本过程：括以下基本过程：括以下基本过程：括以下基本过程：1 1菌菌菌菌丝丝丝丝联联联联结结结结 发发发发生生生生在在在在一一一一些些些些形形形形态态态态上上上上没没没没有有有有区区区区别别别别的的的的，但但但但在在在在遗遗遗遗传传传传性性