06 第六章 微生物的遗传变异与菌种选育.ppt

第1页：第六章 微生物的遗传变异与菌种选育

第六章 微生物的遗传变异与菌种选育：在应用微生物加工制造和发酵生产各种食品的过程中，要有效大幅度提高产品产量、质量和花色品种，首先必须选育优良的生产菌种，而优良菌种的选育是在微生物遗传变异的基础上进行的。遗传和变异相互关联又相互矛盾对立，在一定条件下二者相互转化，认识并掌握微生物遗传变异的规律是搞好菌种选育的关键。

第2页：本章主要内容

本章主要内容

• 微生物遗传变异的物质基础
• 微生物的基因突变
• 微生物的基因重组
• 微生物的菌种选育
• 微生物菌种的保藏和复壮

第3页：第一节 微生物遗传变异的物质基础

第一节 微生物遗传变异的物质基础：证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验有以下三个。

• 肺炎双球菌的转化实验
• 噬菌体的感染实验
• 烟草花叶病毒的拆开与重组实验

第4页：肺炎双球菌的转化实验

肺炎双球菌的转化实验：通过不同处理后的菌液注射小鼠，观察发病情况。

说明：源文本仅列出该项注射处理而未见对应结果，未作推测补全，建议对照原课件图片补充。

第5页：噬菌体的感染实验

噬菌体的感染实验：1952年侯喜（A. Hershey）和蔡斯（M. Chase）利用示踪元素对大肠杆菌T2噬菌体进行实验。

• 先用含³⁵S和³²P两种元素的培养基培养大肠杆菌，再让T2噬菌体侵染，使噬菌体带上标记
• 让标记后的T2噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌，完成吸附和侵入后强烈搅拌洗涤，使吸附在菌体表面的蛋白质外壳脱离并均匀分布
• 离心沉淀后分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记
• 结果：几乎全部³⁵S在上清液中，几乎全部³²P与细菌一起出现在沉淀物中，证明核酸是遗传物质基础

第6页：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）开展该实验。

• 将烟草花叶病毒拆成RNA（该病毒不含DNA）和蛋白质，分别感染烟草
• 结果只有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
• 又将甲、乙两种变种的病毒拆开，体外分别将甲病毒RNA与乙病毒蛋白质、乙病毒RNA与甲病毒蛋白质结合重组后感染烟草
• 从寄主分离所得的病毒蛋白质均取决于相应病毒的RNA，证明核酸（RNA）是烟草花叶病毒的遗传物质基础

第7页：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

说明：本页源文本仅有标题，未提取到具体文字内容，建议对照原课件图片补充。

第8页：微生物的基因突变

第二节 微生物的基因突变

• 一、基因突变的类型：按突变体表型不同分为①形态突变型；②条件致死突变型；③营养缺陷突变型；④抗性突变型；⑤抗原突变型；⑥其他突变型
• 二、基因突变的特点：整个生物界遗传变异的物质基础相同，因而在遗传变异本质上具有相同规律，这在基因突变水平上尤其突出，表现为①不对应性；②自发性；③稀有性；④独立性；⑤诱变性；⑥稳定性；⑦可逆性
• 三、基因突变的机理

第9页：碱基对的置换

基因突变的机理：碱基对的置换，指DNA分子中碱基对被另一种碱基对取代而引起的突变。

说明：本页源文本仅有标题，未提取到具体置换类型与图示说明，建议对照原课件图片补充。

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第12页：移码突变

移码突变：指由一种诱变剂引起DNA分子中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。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、5-氨基吖啶。

第13页：染色体畸变

染色体畸变：指由诱变剂引起DNA分子的大损伤，包括染色体结构上的缺失、重复、易位及倒位等。

• 紫外线、X射线、γ射线及亚硝酸、烷化剂等均能引起染色体畸变，尤其是紫外线能引起DNA分子多处较大的损伤
• 紫外线主要通过在同链DNA相邻的嘧啶间或互补双链间形成以共价键结合的胸腺嘧啶二聚体
• 微生物修复紫外线损伤的DNA主要有两种方式：①光复活作用（因微生物普遍存在光复合作用，用紫外线照射菌液时须在红光下操作，而后在暗室或用黑布包起来培养）；②暗修复作用，也称切除修复作用
• X射线和γ射线为电离辐射，含很高能量，能产生电离作用，直接或间接改变DNA结构；直接效应是碱基的化学键、脱氧核糖的化学键和糖—酸相连接的化学键断裂

第14页：第三节 微生物的基因重组

第三节 微生物的基因重组：本节分为原核微生物的基因重组和真核微生物的基因重组两部分，前者包括转化、转导、接合和溶源性转变，后者包括有性杂交和准性生殖。

第15页：原核微生物的基因重组——转化

一、原核微生物的基因重组（一）转化（transformation）：受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，通过交换组合把它整合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象称为转化；转化后的受体菌称为转化子，供体菌的DNA片段称为转化因子。只有处于感受态的细菌才能接受转化因子。

• ①从供体菌提取出转化因子双链DNA片段
• ②双链DNA片段与感受态受体菌细胞表面特定位点结合
• ③在结合位点上，双链DNA中的一条单链逐步降解，另一条链逐步进入受体细胞
• ④进入受体细胞的DNA单链与受体菌染色体组上同源区段配对，受体菌染色体组的相应单链片段被切除并被进入的DNA单链取代，形成杂种DNA区段
• ⑤受体菌染色体进行复制，杂种区段被分离成两个，一个恢复，一个形成转化子

第16页：原核微生物的基因重组——转导

一、原核微生物的基因重组（二）转导（transduction）

说明：本页源文本仅有标题，未提取到转导过程的具体文字说明，建议对照原课件图片补充。

第17页：原核微生物的基因重组——接合

一、原核微生物的基因重组（三）接合（conjugation）：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的过程称为接合（也称杂交）。细菌中研究最清楚的是大肠杆菌：能够进行接合的大肠杆菌有雄性与雌性之分，决定其性别的是是否存在F因子。

• F因子又称致育因子，是一种质粒，分子量为5×10⁷道尔顿
• 雌性细菌不含F因子，称为F^-菌株；雄性细菌含游离存在的F因子，称为F⁺菌株
• F因子被整合在细胞核DNA上而不呈游离状态时，称为Hfr菌株（高频重组菌株）
• 整合在核DNA上的F因子脱落时若带上一小段细胞核DNA，则该菌称为F′菌株
• 接合基本过程按滚环复制模型进行：F⁺＋F^- → 2F⁺；F′＋F^- → 2F′；Hfr＋F^- 则多数情况仍为Hfr＋F^-，少数情况为Hfr＋Hfr

第18页：原核微生物的基因重组——溶源性转变

一、原核微生物的基因重组（四）溶源性转变：宿主菌在感染温和噬菌体后，由于噬菌体DNA整合到核DNA上，导致宿主菌某些新的遗传性状表达，即溶源性转变。

这是一种与转导相似但又有本质不同的现象：首先是其温和噬菌体不携带任何供体菌的基因，其次这种噬菌体是正常完整的。

第19页：真核微生物的基因重组——有性杂交

二、真核微生物的基因重组（一）有性杂交：在微生物的有性繁殖过程中，不同的性细胞间发生接合，并随之发生染色体的重组。

第20页：真核微生物的基因重组——准性生殖

二、真核微生物的基因重组（二）准性生殖：准性生殖是一种类似于有性生殖但更为原始的生殖方式，由两个非异配型核的细胞接合后形成异核体细胞，两核能发生低频率的接合与交换，产生具有新性状的个体。其主要过程包括：1．菌丝联结（发生在一些形态上没有区别、但遗传性状上可以区分的细胞之间）。

说明：源文本在本页截断，准性生殖后续步骤未提取到，建议对照原课件图片补充。

第21页：第四节 微生物的菌种选育

第四节 微生物的菌种选育：本节介绍从自然界分离筛选菌种、微生物的诱变育种、原生质体融合育种以及转基因工程菌株的构建等菌种选育途径。

第22页：从自然界中分离筛选菌种的方法步骤

一、从自然界中分离筛选菌种的方法步骤：基本流程为采样 → 增殖培养 → 纯种分离 → 纯培养 → 生产性能测定，采样时需记录方法、地点、时间和周围环境。纯种分离的原则就是使培养物获得单个菌落。

• 1．稀释分离法
• 2．平板划线分离法：⑴涂菌；⑵划线分离，包括①分步划线法、②一次划线法
• 3．组织分离法

第23页：

第24页：变异菌株的初步筛选

二、微生物的诱变育种（二）变异菌株的初步筛选

• 纸片培养显色法
• 透明圈法
• 琼脂块培养法

第25页：

第26页：检出营养缺陷型

检出营养缺陷型

• ①夹层培养法
• ②限量补充培养法
• ③影印接种法
• ④逐个检出法

第27页：鉴定营养缺陷型

鉴定营养缺陷型

• ①含营养缺陷型菌株的基本培养基平板的制备

说明：源文本在本页截断，后续鉴定步骤未提取到，建议对照原课件图片补充。

第28页：原生质体融合育种

原生质体融合育种：以两种遗传标记不同的细胞（A⁺B^-）与（A^-B⁺）为亲本进行融合。

• 细胞（A⁺B^-）与细胞（A^-B⁺）分别进行脱壁处理，得到原生质体
• 两类原生质体混合，加入融合剂，发生原生质体融合
• 涂平板使原生质体再生，形成菌落
• 检出重组子菌落（A⁺B⁺）

第29页：转基因工程菌株的构建

转基因工程菌株的构建

• 1．提取目的基因：用密度梯度离心方法分别从供体细胞中提取所需的DNA即目的基因，以及作为载体的细菌质粒或噬菌体核酸；目的基因也可通过化学方法人工合成
• 2．处理目的基因：按基因工程「设计蓝图」要求，加入专一性很强的限制性核酸内切酶处理，获得带有特定基因并暴露出粘性末端的DNA单链部分；载体质粒或噬菌体DNA用同一种酶处理，形成相应粘性末端
• 3．体外重组：将处理过的目的基因与质粒DNA片段（或噬菌体核酸）在试管中于较低温度（5～6℃）下混合「退火」，相同粘性末端相互形成氢键，相邻核苷酸在DNA连接酶作用下形成磷酸二酯键，得到具复制能力的环状DNA重组体即「杂种质粒」
• 4．载体传递：通过具自我复制能力的载体将供体遗传基因导入受体细胞，一般利用质粒的转化作用或噬菌体的转导作用
• 5．复制、表达：进入受体细胞的杂种质粒通过自我复制扩增，使受体细胞表达出供体细胞固有的部分遗传性状，成为「工程菌」
• 6．筛选、繁殖：检查重组体性状是否符合设计蓝图、能否正常增殖和表达，从大量个体中筛选出所需性状的个体再加以繁殖利用

第30页：第五节 微生物菌种的保藏和复壮

第五节 微生物菌种的保藏和复壮　一、菌种的保藏

说明：本页源文本仅有标题，未提取到具体保藏方法的文字内容，建议对照原课件图片补充。

第31页：菌种的退化与复壮

二、菌种的退化与复壮

说明：本页源文本仅有标题，未提取到退化原因与复壮措施的具体文字，建议对照原课件图片补充。