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1、会计学1微生物微生物第一页，共115页。表型饰变：表型饰变：表型的差异只与环境表型的差异只与环境(hunjng)有关有关特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为遗传型变异遗传型变异(biny)(biny)（基因变异（基因变异(biny)(biny)、基因突变）：、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变遗传物质改变，导致表型改变特点：遗传性、群体中极少数个体特点：遗传性、群体中极少数个体(gt)(gt)的行为（自发突变频率通常为的行为（自发突变频率通常为10-6-10-910-6-10-9）Productionofaredpigment(pro
2、digiosin)bySerratiamarcescens.Fromlefttoright:slantculturegrownat25C,slantculturegrownat37C,brothculturegrownat25C,brothculturegrownat37C.第2页/共115页第二页，共115页。微生物是遗传学研究微生物是遗传学研究(ynji)中的明星：中的明星：t微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，t方便建立方便建立(jinl)纯系。纯系。t很多常见微生物都易于人工培养，快速、大很多常见微生物都易于人工培养，快速、大t量生长繁殖。量
3、生长繁殖。t物种和代谢类型多样物种和代谢类型多样t对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，t操作性强。操作性强。第3页/共115页第三页，共115页。第一节第一节遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础一、三个证明一、三个证明DNA是遗传物质的经典是遗传物质的经典(jngdin)实验实验1、经典、经典(jngdin)转化实验转化实验肺炎链球菌：肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有致病能力）致病能力）R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无致病能力）致病能力）第4页/共115页第四页，共1
4、15页。1928年，年，F.Griffth作了作了3组实验组实验(shyn):第5页/共115页第五页，共115页。1944年，年，Avery精确重复了转化精确重复了转化(zhunhu)实验，确定了转化实验，确定了转化(zhunhu)因子因子实验证明，将实验证明，将R菌转化菌转化(zhunhu)为为S菌的转化菌的转化(zhunhu)因子是因子是DNA第6页/共115页第六页，共115页。2、噬菌体感染、噬菌体感染(gnrn)实验实验实验证明实验证明(zhngmng)，进入，进入细菌细胞内部的物细菌细胞内部的物质是质是DNA。DNA包含有产生完包含有产生完整噬菌体的全部信整噬菌体的全部信息。息。
5、第7页/共115页第七页，共115页。3、植物病毒、植物病毒(bngd)重建实重建实验验实验证明实验证明(zhngmng)，遗传信息的流向与，遗传信息的流向与DNA的传递的传递是一致的。是一致的。第8页/共115页第八页，共115页。二、遗传物质在微生物细胞内存在二、遗传物质在微生物细胞内存在(cnzi)的部位和方的部位和方式式（一）遗传物质在（一）遗传物质在7个水平上的形式个水平上的形式1、细胞水平、细胞水平2、细胞核水平、细胞核水平3、染色体水平、染色体水平4、核酸水平、核酸水平5、基因水平、基因水平6、密码子水平、密码子水平7、核苷酸水平、核苷酸水平第9页/共115页第九页，共115页。
6、（二）微生物基因组结构（二）微生物基因组结构(jigu)的特点的特点1、原核生物、原核生物(shngw)（细菌、古生菌）的基因组（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的）染色体为双链环状的DNA分子分子(fnz)（单倍体）；（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及）结构基因的单拷贝及
7、rRNA基因的多拷贝；基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短；）基因组的重复序列少而短；个别细菌个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的和古生菌的rRNA和和tRNA中也发现有内含子或间插序列中也发现有内含子或间插序列第10页/共115页第十页，共115页。2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组、真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；）典型的真核染色体结构；啤酒酵母基因组大小为啤酒酵母基因组大小为13.5106bp，分布在，分布在16条染色体中。条染色体中。2）没有明显的操纵子结构；）没有明显的操纵子结构；3）有间隔）有间隔(jing)区（即非编码
8、区）和内含子序列；区（即非编码区）和内含子序列；4）重复序列多；）重复序列多；第11页/共115页第十一页，共115页。3、原核、原核(yunh)生物和真核生物的基因组比较生物和真核生物的基因组比较第12页/共115页第十二页，共115页。（三）原核（三）原核(yunh)生生物的质粒物的质粒1、定义、定义质粒（质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自）：一种独立于染色体外，能进行自主复制主复制(fzh)的细胞质遗传因子，主要存在于各种的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。微生物细胞中。质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；在某些特殊
9、条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。的机能，从而使宿主得到生长优势。第13页/共115页第十三页，共115页。2、结构特点、结构特点通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状(covalentlyclosedcircle，简称，简称CCC)的超螺旋双链的超螺旋双链DNA分子分子(fnz)存在于细胞中；存在于细胞中；也发现有线型双链也发现有线型双链DNA质粒和质粒和RNA质粒；质粒；质粒分子质粒分子(fnz)的大小范围从的大小范围从1kb左右到左右到1000kb；细菌质粒多在细菌质粒多在10kb以内）以内）第14页/共115
10、页第十四页，共115页。3、质粒的类型、质粒的类型(lixng)严谨严谨(ynjn)型质粒型质粒(stringentplasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数松弛型质粒松弛型质粒(relaxedplasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数窄宿主窄宿主(szh)范围质粒范围质粒(narrowhostrangeplasmid)（只能在一种特定的宿主（只能在一种特定的宿主(szh)细胞中复制）细胞中复制）广宿主范围质粒广宿主范围质粒(broadhostrangeplasmid)（可以在许多种
11、细菌中复制）（可以在许多种细菌中复制）第15页/共115页第十五页，共115页。4、质粒在基因工程中的应用、质粒在基因工程中的应用质粒的优点：质粒的优点：（1）体积小，易分离和操作）体积小，易分离和操作（2）环状，稳定）环状，稳定（3）独立复制）独立复制（4）拷贝数多）拷贝数多（5）存在标记位点，易筛选）存在标记位点，易筛选E.coli的的pBR322质粒是一个常用的克隆质粒是一个常用的克隆(kln)载体载体第16页/共115页第十六页，共115页。5、质粒的检测、质粒的检测(jinc)t提取所有提取所有(suyu)胞内胞内DNA后电镜观后电镜观察；察；t超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察超速离心
12、或琼脂糖凝胶电泳后观察(gunch)；t对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。如抗药性初步判断。第17页/共115页第十七页，共115页。6、质粒的主要、质粒的主要(zhyo)种类种类质粒所编码质粒所编码的功能和赋的功能和赋予宿主予宿主(szh)的表的表型效应型效应致育因子（致育因子（Fertilityfactor，F因子）因子）抗性因子（抗性因子（Resistancefactor，R因子）因子）产细菌产细菌(xjn)素的质粒（素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）毒性质粒（毒性质粒（virulenc
13、eplasmid）代谢质粒（代谢质粒（Metabolicplasmid）隐秘质粒（隐秘质粒（crypticplasmid）第18页/共115页第十八页，共115页。第二节第二节基因突变基因突变(jyntbin)和诱变育种和诱变育种一、基因突变一、基因突变一个基因内部遗传一个基因内部遗传(ychun)结构或结构或DNA序列的任何改变、可遗传序列的任何改变、可遗传(ychun)、自发或诱变产生、自发或诱变产生基因突变基因突变(jyntbin)狭义：点突变狭义：点突变广义：基因突变和染色体畸变广义：基因突变和染色体畸变野生型（原始性状）野生型（原始性状）基因突变基因突变突变型（新性状）突变型（新性状
14、）（一）突变类型（一）突变类型第19页/共115页第十九页，共115页。（二）突变率（二）突变率每一世代中发生每一世代中发生(fshng)某一性状突变的某一性状突变的几率几率（三）基因突变的特点（三）基因突变的特点1、自发性、自发性2、不对应性、不对应性3、稀有性、稀有性4、独立性、独立性5、可诱变性、可诱变性6、稳定性、稳定性7、可逆性、可逆性第20页/共115页第二十页，共115页。（四）基因突变（四）基因突变(jyntbin)自发性和不对自发性和不对应性的实验证明应性的实验证明三个经典实验三个经典实验(shyn)变量实验变量实验(shyn)涂布实验涂布实验(shyn)影印实验影印实验(s
15、hyn)证明突变是自发证明突变是自发(zf)产生的，并且产生的，并且突变的性状与引起突突变的性状与引起突变的原因间无直接对变的原因间无直接对应关系。应关系。野生型野生型（原始性状）（原始性状）特定环境特定环境突变型突变型（适应环境的新性状）（适应环境的新性状）驯化驯化定向诱定向诱变变筛选筛选？突变的原因突变的原因？第21页/共115页第二十一页，共115页。（五）基因突变（五）基因突变(jyntbin)及其机制及其机制第22页/共115页第二十二页，共115页。1、诱发突变：物理、化学核生物的因素，提高、诱发突变：物理、化学核生物的因素，提高(tgo)突突变率的人为的作法变率的人为的作法（1）
16、碱基的置换）碱基的置换第23页/共115页第二十三页，共115页。碱基的置换碱基的置换(zhhun)引起的突变引起的突变第24页/共115页第二十四页，共115页。（2）移码突变：添加）移码突变：添加(tinji)或缺失核苷酸，引起阅或缺失核苷酸，引起阅读错误读错误-错误错误(cuw)-+错误错误(cuw)-+正常正常-正常正常-+正常正常第25页/共115页第二十五页，共115页。（3）染色体畸变：缺失）染色体畸变：缺失(qush)、重复、插入、易位、重复、插入、易位、倒位倒位第26页/共115页第二十六页，共115页。2、自发突变：无人为因素下的低频率突变原因：、自发突变：无人为因素下的低
17、频率突变原因：（1）背景辐射）背景辐射（2）有害产物）有害产物(chnw)积累积累（3）碱基错配）碱基错配第27页/共115页第二十七页，共115页。（六）紫外线对（六）紫外线对DNA的损伤的损伤(snshng)及其及其修复修复嘧啶嘧啶(mdn)嘧啶嘧啶(mdn)二聚体二聚体UV1、光复活作用、光复活作用嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶嘧啶光解酶光解酶第28页/共115页第二十八页，共115页。2、切除、切除(qich)修复修复第29页/共115页第二十九页，共115页。二、突变与育种二、突变与育种（一）自发突变与育种：（一）自发突变与育种：选育选育定向培育定向培育(dngxingpiy)（二）诱变育
18、种（二）诱变育种1、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节第30页/共115页第三十页，共115页。2、诱变育种的原则、诱变育种的原则（1）使用）使用(shyng)简便有效的诱变剂简便有效的诱变剂诱变剂诱变剂物理物理(wl)因素因素化学化学(huxu)因素因素紫外线紫外线激光激光离子束离子束X射线射线r射线射线快中子快中子烷化剂烷化剂碱基类似物碱基类似物吖啶化合物吖啶化合物第31页/共115页第三十一页，共115页。Ames试验：利用细菌模型试验：利用细菌模型(mxng)了解潜在化学致癌物的诱变作用了解潜在化学致癌物的诱变作用“生物化学统一性生物化学统一性”法则：法则：人和细菌在人和细菌在DN
19、A的结构及特性方面是一致的，能使的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌，使其发生突变，最后造成癌变变(ibin)或其他不良的后果。或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物化学药剂对细菌的诱变率与其对动物(dngw)(dngw)的的致癌性成正比致癌性成正比超过超过95%95%的致癌物质对微生物有诱变作用的致癌物质对微生物有诱变作用90%90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用 第32页/共115页第三十二页，共
20、115页。美国加利福尼亚大学的美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于教授于1966年发明，因年发明，因此称为此称为Ames试验试验具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(shmnshjn)(Salmonellatyphmurium)组氨酸营养缺陷型菌株组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率的回复突变率回复突变：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变回复突变：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变第33页/共115页第三十三页，共115页。第34页/共115页第三十四页，共115页。第3
21、5页/共115页第三十五页，共115页。第36页/共115页第三十六页，共115页。证明证明Ames试验重要性的应用实例：试验重要性的应用实例：国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停反应停”，由于其药效显著，在由于其药效显著，在60-70年代十分流行，年代十分流行，但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用形儿的妇女大多曾服用“反应停反应停”，后来采用，后来采用Ames试验发试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药物被现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这
22、种药物被禁止使用禁止使用但如果能在这种药物上市之前就进行但如果能在这种药物上市之前就进行(jnxng)Ames试验检试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免，测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免，第37页/共115页第三十七页，共115页。（2）选用优良的出发菌株）选用优良的出发菌株（3）处理单细胞或单孢子悬浮液）处理单细胞或单孢子悬浮液（4）使用最佳诱变剂量）使用最佳诱变剂量(jling)剂量剂量(jling)=强度（浓度）强度（浓度）作用时间作用时间相对剂量相对剂量(jling)=杀菌率杀菌率（5）利用协同效应）利用协同效应（6）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标）寻
23、找和利用形态、生理与产量间的相关指标（7）设计高效率筛选方案）设计高效率筛选方案（8）根据具体情况创造新型筛选方案）根据具体情况创造新型筛选方案第38页/共115页第三十八页，共115页。3、突变株的筛选：（、突变株的筛选：（1）产量）产量(chnling)突变株的筛突变株的筛选选（2）抗药性突变株的筛选）抗药性突变株的筛选（3）营养缺陷型突变株的筛选）营养缺陷型突变株的筛选第39页/共115页第三十九页，共115页。突变突变(tbin)株的筛选方法株的筛选方法诱变诱变(yubin)检出营养检出营养(yngyng)缺陷型缺陷型淘汰野生型淘汰野生型鉴定营养缺陷型鉴定营养缺陷型富集培养富集培养（抗
24、生素法）（抗生素法）（菌丝过滤法）（菌丝过滤法）夹层培养法夹层培养法限量补充培养法限量补充培养法逐个检出法逐个检出法影印平板法影印平板法生长谱法生长谱法第40页/共115页第四十页，共115页。第三节第三节基因基因(jyn)重组和杂交育种重组和杂交育种一、原核生物的基因重组一、原核生物的基因重组(zhnz)（一）转化（一）转化供体菌供体菌受体菌受体菌DNA片段片段(pindun)1928 年，年，Griffith发现肺炎链球菌（发现肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）的转化现象的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化
25、的能力进行自然转化，需要二方面必要的条件：进行自然转化，需要二方面必要的条件：第41页/共115页第四十一页，共115页。1、建立了感受态的受体细胞、建立了感受态的受体细胞(xbo)感受态细胞感受态细胞(xbo)：具有摄取外源：具有摄取外源DNA能力的细胞能力的细胞(xbo)自然感受态的出现是细胞自然感受态的出现是细胞(xbo)一定生长阶段的生理特性，受细菌一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；自身的基因控制；人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞(xbo)具有摄取具有摄取DNA的的能力，或人为地将能力，或人为地将DNA导入细胞导入细胞(xbo
26、)内内2、外源游离、外源游离DNA分子（转化因子）分子（转化因子）第42页/共115页第四十二页，共115页。转化过程转化过程(guchng)（革兰氏阳性菌的转化模型）（革兰氏阳性菌的转化模型）第43页/共115页第四十三页，共115页。第44页/共115页第四十四页，共115页。噬菌体噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生被感受态细胞摄取并产生(chnshng)有活性的病毒颗粒有活性的病毒颗粒转染转染(transfection)：转染的特点：提纯的噬菌体转染的特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整(wnzhng)的
27、病毒颗粒。的病毒颗粒。转化过程的特点：转化过程的特点：a）对核酸酶敏感；）对核酸酶敏感；b）不需要活的）不需要活的DNA供体细胞；供体细胞；c）转化是否成功）转化是否成功(chnggng)及转化效率的高低主要取决及转化效率的高低主要取决于转化供体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；于转化供体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多第45页/共115页第四十五页，共115页。人工人工(rngng)转化转化用用CaCl2处理处理(chl)细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。在自然转化的基础上发
28、展和建立的一项细菌基因重组在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段手段(shudun)，是基因工程的奠基石和基础技术。，是基因工程的奠基石和基础技术。不是由细菌自身的基因所控制；不是由细菌自身的基因所控制；用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源种可以摄取外源DNA的的“人工感受态人工感受态”。质粒的转化效率高；质粒的转化效率高；第46页/共115页第四十六页，共115页。（二）细菌（二）细菌(xjn)的转导（的转导（transduction）由噬菌体介导的细菌由噬菌体介导的细菌(xjn)细胞间进行遗传交换的一种方式细
29、胞间进行遗传交换的一种方式一个细胞的一个细胞的DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中细菌细菌(xjn)转转导的类型：导的类型：普遍转普遍转导导局限局限转导转导完全完全普遍转导普遍转导流产普遍转导流产普遍转导低频低频转导转导高频转导高频转导局限转导与普遍转导的主要区别局限转导与普遍转导的主要区别溶源转变溶源转变第47页/共115页第四十七页，共115页。（三）接合（三）接合(jih)(conjugation)通过细胞通过细胞(xbo)与细胞与细胞(xbo)的直接接触而产生的的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程遗传信息的转移和重组过程1946年，年，J
30、oshuaLederberg和和EdwardL.Taturm细菌的多重营养缺陷细菌的多重营养缺陷(quxin)型杂交实验型杂交实验中间平板上长出的原养型菌落是两中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所菌株之间发生了遗传交换和重组所致。致。第48页/共115页第四十八页，共115页。证实接合证实接合(jih)过程需要细胞间的直接接触的过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（型管实验（BernardDavis，1950）第49页/共115页第四十九页，共115页。接合机制接合机制(jzh)(大肠杆菌的接大肠杆菌的接合机制合机制(jzh)接合作用是由一种被称为接合作用是由一种被
31、称为F因子的质粒因子的质粒介导。介导。F因子的分子量通常为因子的分子量通常为5107，上面有，上面有编码细菌产生性菌毛及控制接合过程编码细菌产生性菌毛及控制接合过程进行进行(jnxng)的的20多个基因。多个基因。F因子为附加因子为附加(fji)体质体质粒粒既可以脱离染色体在细既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上入（整合）到染色体上第50页/共115页第五十页，共115页。F F因子因子(ynz)(ynz)的四种细胞形式的四种细胞形式 a）F-菌株菌株(“雌性雌性”菌株菌株)，不含，不含F因子，因子，没有性菌毛，但可以通过接合没有性菌毛，但可以通过接
32、合(jih)作作用接收用接收F因子而变成因子而变成F+菌株；菌株；b）F+菌株菌株(“雄性雄性”菌株菌株)，F因子独立因子独立存在，细胞表面有性菌毛。存在，细胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，菌株，F因子插入到染色体因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。上，细胞表面有性菌毛。d）F菌株，菌株，Hfr菌株内的菌株内的F因子因不正因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的携带一小段染色体基因的F因子，特称因子，特称为为F因因子。子。细胞表面同样有性菌毛。细胞表面同样有性菌毛。第51页/共115页第五十一页，共115页。1）F+F-杂交杂
33、交(zjio)理化因子的处理理化因子的处理(chl)可将可将F因子消除而使因子消除而使F+菌株变成菌株变成F-菌株菌株F+菌株的菌株的F因子向因子向F-细胞细胞(xbo)转移，但含转移，但含F因子的宿主细胞因子的宿主细胞(xbo)的染色体的染色体DNA一般不被转移。一般不被转移。a a）F F+细菌通过性毛与细菌通过性毛与F F-细菌接触并发生相互作细菌接触并发生相互作用；用；b b）F F+细菌的细菌的F F因子出现缺口，双链之一被因子出现缺口，双链之一被切断，从断端转移切断，从断端转移F F因子的一条链到因子的一条链到F F-细细菌中。菌中。c c）F F因子的一条链一进入因子的一条链一进
34、入F F-细菌中，就在细菌中，就在F F-细细菌中复制新的菌中复制新的 F F因子。因子。d d）复制完成后，复制完成后，F F-细菌变成细菌变成F F+，同时原有同时原有F F+细胞也完成细胞也完成F F因子另一条链的复制，所以转移是因子另一条链的复制，所以转移是F F+的拷贝。的拷贝。所以最终所以最终杂交的结果杂交的结果是是F F-细菌变成细菌变成F F+细菌，而原有的细菌，而原有的F F+细菌则不变。细菌则不变。第52页/共115页第五十二页，共115页。第53页/共115页第五十三页，共115页。第54页/共115页第五十四页，共115页。HfrHfr菌株的菌株的F F因子插入到染色体
35、因子插入到染色体DNADNA上，因此只要发生接合转上，因此只要发生接合转移转移过程，就可以把部分移转移过程，就可以把部分(b fen)(b fen)甚至全部细菌染色体甚至全部细菌染色体传递给传递给F-F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。2 2）Hfr F-Hfr F-杂交杂交(zjio)(zjio)Hfr菌株仍然保持着菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有细胞的特征，具有F性菌毛，并象性菌毛，并象F+一一样与样与F-细胞进行接合。细胞进行接合。所不同的是，当所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，
36、F因子的先导区因子的先导区(leadingregion)结合着染色体结合着染色体DNA向受体细胞向受体细胞转移。转移。F因子除先导区以外因子除先导区以外(ywi)，其余绝大部分是处于转移染色体，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细因子不易转入受体细胞中。胞中。HfrF-杂交后的受体细胞杂交后的受体细胞(或接合子或接合子)大多数仍然是大多数仍然是F-。第55页/共115页第五十五页，共115页。染色体上越靠近染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组
37、子的的时间中出现重组子的的时间(shjin)就越早，频率也高。就越早，频率也高。第56页/共115页第五十六页，共115页。第57页/共115页第五十七页，共115页。中断杂交中断杂交(zjio)（interruptedmating）技术）技术利用利用HfrF-的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散分散(fnsn)接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间(分钟分钟)为为单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。第58
38、页/共115页第五十八页，共115页。大肠杆菌基因组很大（全部转移大肠杆菌基因组很大（全部转移需要需要100分钟），其遗传图谱须用分钟），其遗传图谱须用多株多株F因子因子(ynz)整合在不同位置的整合在不同位置的Hfr菌才能完成菌才能完成第59页/共115页第五十九页，共115页。3 3）FF-FF-杂交杂交(zjio)(zjio)Hfr菌株内的菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成因子因不正常切割而脱离染色体时，形成(xngchng)游离的但携带一小段染色体基因的游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为因子，特称为F因子。因子。FF-与与F+F-的不同：的不同：供体的部分染色体基
39、因随供体的部分染色体基因随F一起转入受体细胞一起转入受体细胞a）与染色体发生重组）与染色体发生重组(zhnz)；b）继续存在于）继续存在于F因子上，形成一种部分二倍体；因子上，形成一种部分二倍体；细胞基因的这种转移过程又常称为细胞基因的这种转移过程又常称为性导性导（sexduction）、）、F因子转导因子转导（F-duction），），或或F因子因子媒介的转导媒介的转导（F-mediatedtransduction）。）。第60页/共115页第六十页，共115页。“接合接合”“转导转导”及及“转化转化”这三种在自然界中存在的细菌遗传重组过程这三种在自然界中存在的细菌遗传重组过程(guchng
40、)各自的特点：各自的特点：外源外源DNA的来源及进入的来源及进入(jnr)途径有差异途径有差异第61页/共115页第六十一页，共115页。（四）原生质体融合（四）原生质体融合(rngh)第62页/共115页第六十二页，共115页。二、真核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组(zhnz)（一）有性杂交（一）有性杂交细胞细胞(xbo)（）细胞细胞(xbo)（）（）有性有性(yuxn)接合接合染色体重组染色体重组新遗传型新遗传型能产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以进行有性杂交能产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以进行有性杂交第63页/共115页第六十三页，共115页。第64页/共115页第
41、六十四页，共115页。（二）准性杂交（二）准性杂交(zjio)细胞细胞(xbo)（）细胞细胞(xbo)（）（）准性接合准性接合基因基因(jyn)重组重组新遗传型新遗传型菌丝联结菌丝联结质配质配核配核配有丝分裂交换有丝分裂交换单倍体杂合子单倍体杂合子在半知菌类中最为常见在半知菌类中最为常见半半知知菌菌的的准准性性生生殖殖第65页/共115页第六十五页，共115页。第66页/共115页第六十六页，共115页。准性杂交育种准性杂交育种(zjioyzhn)第67页/共115页第六十七页，共115页。第四节第四节基因工程基因工程(jyngngchng)特点：可设计特点：可设计(shj)(shj)性、稳定
42、性、远缘性、风性、稳定性、远缘性、风险性险性一、基因工程一、基因工程(jyn gngchng)(jyn gngchng)定义：定义：在基因水平上，改造遗传物质，从而使物在基因水平上，改造遗传物质，从而使物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的生物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的生物新品系。新品系。第68页/共115页第六十八页，共115页。获得目的基因获得目的基因选择基因载体选择基因载体体外重组体外重组外源基因导入（细菌外源基因导入（细菌(xjn)、植物、动物、基因、植物、动物、基因枪）枪）筛选和鉴定筛选和鉴定应用应用二、基因工程二、基因工程(jyn(jyn gngchng)gngchn
43、g)的基本操作的基本操作第69页/共115页第六十九页，共115页。第五节第五节菌种的衰退菌种的衰退(shuitu)、复壮和保藏、复壮和保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研则生产或科研(k yn)(k yn)都无法正常进行。都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：影响微生物菌种稳定性的因素：a a）变异；）变异；b b）污染；）污染；c c）死亡。）死亡。第70页/共115页第七十页，共115页。一、菌种的衰退一、菌种的衰退(shuitu)与复壮与复壮菌种衰退的原因：大量群体中的自发菌种衰退的原因：大量群体中的自发
44、(zf)突变突变纯菌种纯菌种自发自发(zf)突变突变不纯菌种不纯菌种突变个体突变个体传代增殖传代增殖原始个体原始个体衰退衰退菌种菌种衰退：菌种出现或表现出负变性状衰退：菌种出现或表现出负变性状第71页/共115页第七十一页，共115页。1）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原有典型性状有典型性状(xngzhung)的菌种。的菌种。a）纯种分离；）纯种分离；b）通过寄主体进行复壮；）通过寄主体进行复壮；2）有意识地利用微生物会发生自发）有意识地利用微生物会发生自发(zf)突变的特性，突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选在
45、日常的菌种维护工作中不断筛选“正变正变”个体。个体。菌种的复壮菌种的复壮(fzhung)：第72页/共115页第七十二页，共115页。二、防止衰退的措施二、防止衰退的措施1）减少传代次数；）减少传代次数；2）创造良好的培养）创造良好的培养(piyng)条件；条件；3）利用单核体传代）利用单核体传代4）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；5）采用有效的菌种保藏方法；）采用有效的菌种保藏方法；第73页/共115页第七十三页，共115页。三、菌种保藏三、菌种保藏(bocng)目的：在一定目的：在一定(ydng)时间内使菌种不死、不变、时间内使
46、菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用不乱，以供研究、生产、交换之用基本原则：基本原则：1、挑选典型菌种的优良纯种、挑选典型菌种的优良纯种2、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体3、创造有利于休眠的保藏环境（如干、创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温）燥、低温）4、尽可能多的采用不同、尽可能多的采用不同(btn)的手的手段保藏一些比较重要的微生物菌株段保藏一些比较重要的微生物菌株第74页/共115页第七十四页，共115页。基本基本(jbn)方法方法培养基传代培养（斜面培养基传代培养（斜面(ximin)、平板）、平板）寄主寄主(jzh)传代培养传代培养低温（低
47、温（液氮、低温冰箱）液氮、低温冰箱）干燥（干燥（沙土管、真空干燥）沙土管、真空干燥）生活态生活态休眠态休眠态第75页/共115页第七十五页，共115页。第76页/共115页第七十六页，共115页。冷冻干燥保藏冷冻干燥保藏(bocng)法和液氮保藏法和液氮保藏(bocng)法法第77页/共115页第七十七页，共115页。1、细胞水平、细胞水平真核微生物：细胞核真核微生物：细胞核原核微生物：核区原核微生物：核区细胞核或核区的数目细胞核或核区的数目(shm)在不同的微生物中是不同在不同的微生物中是不同的的第78页/共115页第七十八页，共115页。2、细胞核水平、细胞核水平真核生物真核生物(shng
48、w)细胞核细胞核核染色核染色体体原核生物原核生物(shngw)核区核区DNA链链核基因组核基因组在核基因组之外，还存在在核基因组之外，还存在(cnzi)各种形式的核外遗传物质各种形式的核外遗传物质第79页/共115页第七十九页，共115页。3、染色体水平、染色体水平染色体是由组蛋白与染色体是由组蛋白与DNA构构成的线状结构成的线状结构染色体的数目染色体的数目(shm)在不在不同的生物中是不同的同的生物中是不同的染色体的倍数在同一生物的染色体的倍数在同一生物的不同生活时期是不同的不同生活时期是不同的第80页/共115页第八十页，共115页。4、核酸、核酸(hsun)水平水平核酸核酸(hsun)种
49、类：种类：DNA，RNA核酸核酸(hsun)结构：双链、单链；结构：双链、单链；环状，线状，超螺旋状环状，线状，超螺旋状DNA长度：因种而异长度：因种而异微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展(fzhn)，已成为，已成为研究微生物学的最有力的手段。研究微生物学的最有力的手段。第81页/共115页第八十一页，共115页。5、基因、基因(jyn)水平水平第82页/共115页第八十二页，共115页。第83页/共115页第八十三页，共115页。6、密码子水平、密码子
50、水平(shupng)第84页/共115页第八十四页，共115页。7、核苷酸水平、核苷酸水平(shupng)核苷酸是最小突变单位和交换单位核苷酸是最小突变单位和交换单位第85页/共115页第八十五页，共115页。（1）致育因子）致育因子(ynz)(Fertilityfactor，F因子因子(ynz)又称又称F质粒，其大小约质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌，这是最早发现的一种与大肠杆菌(dchnnjn)的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。携带携带(xidi)F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无菌株（相当于雄性），无F