08 第七章 微生物的遗传变异和育种 .ppt

第1页：第七章微生物的遗传变异和育种封面

第七章 微生物的遗传变异和育种 HEREDITY, VARIATION AND BREEDING封面，标示本章主题与篇章起始。

第2页：本章目录

Contents

1. 第一节 遗传变异的物质基础
2. 第二节 基因突变与诱变育种
3. 第三节 基因重组和杂交育种
4. 第四节 基因工程

第3页：遗传、遗传型与表现型

遗传（Heredity, Inheritance）

一切生物体最基本的属性之一，生物的亲代传递给子代一套遗传信息的特性，即子代与亲代在形态、生理等方面的相似性。

遗传型（基因型 Genotype）

生物体所携带的全部遗传因子或基因的总称；遗传型代表了可能性，在环境条件下的作用为表型。

表现型（现实型 Phenotype）

具有一定遗传型的个体在特定的外界环境中，通过生长发育所表现出来的种种形态和生理特征的总和。

第4页：变异与饰变

变异（Mutation）

生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，即遗传型的改变；发生几率极低，性状变化幅度大，新性状稳定可遗传。

饰变（Modification）

一种不涉及遗传物质结构改变而发生在转录、转译水平上的表型变化；发生几率高、性状变化幅度小、不遗传，是同一遗传型在不同外界条件下所呈现的表现型的差异。

第5页：

第6页：微生物作为模式生物

微生物作为模式生物——生物学特性：

• 物质与代谢类型的多样性
• 个体体制极其简单
• 营养体一般都是单倍体
• 菌落形态的可见性和多样性
• 环境条件作用的直接性和均一性
• 容易形成营养缺陷型菌株
• 相应的病毒
• 存在于进化过程中
• 原始有性生殖方式

第7页：第一节遗传变异的物质基础

第一节 遗传变异的物质基础

• 一、遗传物质化学本质的确证
• 二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式

第8页：一、遗传物质化学本质的确证

一、遗传物质化学本质的确证

• 1928 年 F.Griffith、1944 年 O.T.Avery：肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）转化实验
• 1952 年 A.D.Hershey、M.Chase：噬菌体感染实验
• 1956 年 H.Fraenkel-Conrat：植物病毒重建实验

第9页：1、肺炎双球菌转化实验

1、肺炎双球菌转化实验——S. pneumoniae 肺炎双球菌的特性：

• 光滑型（Smooth, S 型）：有荚膜，引起人肺炎、鼠败血症
• 粗糙型（Rough, R 型）：无荚膜，无毒

实验组成：动物实验、细菌培养实验、S 型菌的无细胞抽提液试验。

第10页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为肺炎双球菌动物实验或菌落形态图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第11页：转化实验能得出什么结论

能从上述实验中得到什么结论？在加热杀死的 S 型细菌细胞中可能存在一种具有遗传转化能力的物质，能通过某种方式进入 R 细胞，并使 R 型细胞获得表达 S 型荚膜性状的遗传特性。

到底是什么物质呢？候选：DNA、蛋白质、荚膜多糖、RNA。

第12页：细菌培养实验

细菌培养实验：三组对照分别为热死 S 菌培养、活 R 菌培养、热死 S 菌 + 活 R 菌培养，只有混合组出现 S 型菌落，说明存在可转移的转化因子。

第13页：无细胞抽提液实验

无细胞抽提液实验——转化因子本质的阐明：将 S 型菌的无细胞抽提液加入 R 型菌培养物中，仍可转化出 S 型菌，进一步证明转化因子的化学本质。

第14页：2、噬菌体感染实验

2、噬菌体感染实验（Hershey 与 Chase，1952）：

• 用 ³⁵S 和 ³²P 分别标记大肠杆菌，再用 T2 噬菌体感染，得到含 ³²P-DNA 核心的噬菌体或含 ³⁵S-蛋白质外壳的噬菌体
• 标记噬菌体与宿主大肠杆菌混合，短时间（如 10min）保温，使 T2 完成吸附和侵入
• 组织捣碎器中剧烈搅拌，使吸附在菌体外表的 T2 蛋白外壳脱离细胞并均匀分布
• 离心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记

第15页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为噬菌体感染实验的搅拌离心结果示意图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第16页：3、植物病毒重建实验

3、植物病毒重建实验：Tobacco mosaic virus TMV，H. Fraenkel-Conrat，1956。

• 烟草花叶病毒 TMV
• 霍氏车前草花叶病毒 HRV
• 苯酚溶液中震荡分离蛋白质外壳和 RNA 核心

第17页：植物病毒重建实验结论

植物病毒重建实验结论：核酸是负荷遗传信息的物质基础；重建病毒的病斑类型与后代蛋白质外壳均由 RNA 决定，与蛋白质来源无关。

第18页：二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式

二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式——遗传物质的七个水平：

• 细胞水平
• 细胞核水平
• 染色体水平
• 核酸水平
• 基因水平
• 密码子水平
• 核苷酸水平

第19页：1、细胞水平

1、细胞水平：生物体 DNA 大部分或几乎存在于细胞核（真核）或核质体（原核）中，不同微生物细胞细胞核数目不同。

• 单核：S. cerevisiae、A. niger、孢子
• 双核：杆菌细胞存在两个核区（球菌一般一个）
• 多核：粗糙脉胞菌、米曲霉、藻状菌、放线菌

第20页：2、细胞核水平

2、细胞核水平

基因组、核基因组或核染色体组

真核生物核膜包裹，DNA 与组蛋白结合形成染色体；原核生物无核膜包裹，DNA 裸露，环状双链。

广义质粒——核外染色体

真核生物：细胞质基因（线粒体、叶绿体）、共生生物（Kappa Particle）、2μm 质粒（酵母菌质粒位于核内，不与核染色体组整合）；原核生物：F 因子、R 因子、Col 质粒等。

第21页：3、染色体水平

3、染色体水平

染色体数目

人：23；水稻：12；大肠杆菌：1；酿酒酵母：16~17；枯草芽孢杆菌：1。

染色体倍数

同一细胞中相同染色体的套数；真核生物多条染色体，有单倍体、双倍体；原核生物由一条裸露的 DNA 构成环状染色体。

单倍体（Haploid）

细胞仅含有一套染色体的个体，如多数微生物、高等动植物的生殖细胞。

双倍体

细胞含有两套功能相同的染色体，如多数高等动植物体细胞、啤酒酵母营养细胞、合子等。

说明：原页将单倍体拼写为「Heploid」，按标准术语更正为 Haploid。

第22页：4、核酸水平

4、核酸水平

核酸种类

多数生物遗传物质为 DNA，少数病毒为 RNA；原核 DNA 裸露，真核 DNA 被包裹并与组蛋白结合。

核酸结构

DNA 双链、单链；RNA 单链、双链；环状、线状、超螺旋。

DNA 长度

基因组的大小，单位：bp、kb、Mb；微生物基因组测序。

第23页：5、基因水平

基因

生物体内一切具有自主复制能力的遗传功能单位，其物质基础是一条以直线排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。

原核生物的基因调控表达系统：调节基因、启动基因、操纵基因、结构基因。

第24页：操纵子Operon

操纵子 Operon

• 结构基因：决定某一多肽链结构的 DNA 模板
• 操纵基因：位于结构基因和启动基因之间的一段核苷酸序列
• 启动基因：一种依赖于 DNA 的 RNA 聚合酶所识别的核苷酸序列

第25页：真核生物的基因组结构

真核生物的基因组结构

• 一般无操纵子结构
• 存在大量不编码序列和重复序列
• 转录和转译在细胞中有空间间隔
• 基因被许多无编码功能的内含子 Intron 阻隔，使编码序列变成不连续的外显子

第26页：基因及其表达产物的规范化表示

基因及其表达产物的规范化表示

• 基因名称：lacZ
• 基因表达产物：三个大写字母，或 1 个大写 2 个小写字母
• 抗性基因：str^R

第27页：遗传密码与密码子

遗传密码

指基因 DNA 链上决定各具体氨基酸的核苷酸的特定排列顺序。

密码子 Codon

遗传密码的信息单位，每个密码子由链上三个核苷酸顺序决定，常以 mRNA 上三个核苷酸顺序表示三联密码子。

• 四个核苷酸有 64 种组合
• 同一氨基酸由多个密码子编码
• 无义密码子：UAA、UAG、UGA

第28页：7、碱基水平（核苷酸水平）

7、碱基水平（核苷酸水平）：最低突变单位或交换单位。DNA 链中有 A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）四种碱基。

几个数据：

• 每个碱基对的平均分子量 650
• 1×10⁶ 的 dsDNA 约为 1.5kb，或 0.5μm
• 多数细菌的基因组在 1~9Mb

第29页：（二）原核生物的质粒

（二）原核生物的质粒

• 质粒的定义和特点
• 质粒在基因工程中的应用
• 质粒的分离与鉴定
• 质粒的种类
• 典型的质粒简介

第30页：质粒的定义

典型质粒

凡是游离于原核生物基因组以外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状 dsDNA（cccDNA）。

质粒的结构：麻花状的超螺旋结构，1.5~300kb，Mw 10⁶~10⁸，相当于约 1% 基因组；线状质粒见于天蓝色链霉菌、赫氏蜱疏螺旋体。

第31页：质粒的特点

质粒的特点

质粒的功能

非必需的特殊功能：接合、产毒、抗药、固氮、产特殊酶和降解环境毒物、基因重组。

质粒的复制控制

严紧型复制控制：质粒复制与核染色体复制同步，一般只含 1~2 个质粒；松弛型复制控制：质粒复制与核染色体复制不同步，一般可含 10~15 个。

质粒消除

吖啶类染料、丝裂霉素 C、紫外线、利福平、重金属离子、高温。

说明：原页将严紧型与松弛型的同步性和拷贝数表述互换（写作「松弛型…不同步…1-2 个」「严紧型…10-15 个」），此处按标准定义更正。

第32页：质粒的可整合性与重组性

质粒的特点（续）

可整合性

质粒可以与核染色体发生整合与脱离，如 F 因子，这种质粒称附加体；整合指质粒或温和噬菌体、病毒、转化因子等小型非染色体 DNA 插入核基因组等大型 DNA 分子中的现象。

重组性

质粒与质粒之间、质粒与核染色体之间的基因重组。

第33页：质粒在基因工程中的应用

质粒在基因工程中的应用

质粒用于基因工程操作的优点

体积小；环状；独立复制起始点；拷贝数多；选择性标记（抗性基因）。

质粒的应用

克隆载体：能够完成外源 DNA 片段复制的 DNA 分子。

第34页：质粒的分离与鉴定

质粒的分离与鉴定

质粒分离的步骤

细胞培养；细胞裂解；蛋白质和 RNA 的去除；质粒 DNA 与染色体 DNA 分离。

质粒的鉴定

电镜；琼脂糖凝胶电泳；聚丙烯酰胺凝胶电泳；密度梯度离心；质粒的限制性酶切图谱。

第35页：质粒的种类

质粒的种类

1. 接合性质粒
2. 抗药性质粒
3. 产细菌素和抗生素质粒
4. 特定生理功能质粒
5. 产毒质粒

第36页：典型质粒

典型质粒：F 质粒、R 质粒、Col 质粒、Ti 质粒、Ri 质粒、Mega 质粒、降解性质粒。

第37页：F质粒F Plasmid

F 质粒 F Plasmid

又称 F 因子、致育因子 Fertility Factor、性因子 Sex Factor，是 E. coli 决定性别并具有转移能力的质粒。

存在 F 质粒的其他微生物：Pseudomonas（假单胞菌属）、Haemophilus（嗜血杆菌属）、Neisseria（奈瑟氏菌属）、Streptococcus（链球菌属）。

第38页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为第二节基因突变与诱变育种的章节标题页。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第39页：一、基因突变

基因突变（突变）

变异的一类，泛指细胞内（或病毒粒内）遗传物质（DNA 或 RNA）的变化，可自发或诱导产生；狭义为基因突变（点突变），广义包括基因突变和染色体畸变。

突变率

一般很低，10^-6~10^-9。

野生型菌株 Wild type strain

从自然界中分离到的菌株。

突变株 Mutant

野生型菌株经突变以后形成的带有新性状的菌株。

第40页：（一）基因突变类型

（一）基因突变类型

选择性基因突变

凡是能用选择性培养基（选择条件）快速选择出来的突变株，包括营养缺陷型、抗性突变型、条件致死突变型。

非选择性基因突变

形态变态型、抗原突变型、产量突变型。

第41页：1、营养缺陷型Auxotroph

营养缺陷型 Auxotroph

某野生型菌株由于发生基因突变引起某酶合成能力丧失，从而丧失合成一种或几种生长因子能力的突变型，无法再在基本培养基（MM）上正常生长，须在加入相应生长因子的基本培养基上才能正常生长。

营养缺陷型突变菌株的应用：遗传学、分子生物学、遗传工程、微生物育种。

第42页：抗性突变型

抗性突变型 Resistant Mutant

指野生型菌株由于发生基因突变而产生了对某化学药物或致死物理因子的抗性变异类型。

化学药物或致死因子：抗生素、紫外线。抗性突变株的应用：遗传学、分子生物学、遗传工程、微生物育种。

第43页：3、条件致死突变型

条件致死突变型 Conditional lethal mutant

某菌株或病毒经基因突变后，在某条件下可正常生长、繁殖，在另一条件下无法生长、繁殖的突变类型。

实例——温度敏感突变株 Temperature sensitive mutant, Ts Mutant：

• E. coli：37 度下正常生长、42 度不能生长
• T4 噬菌体：25 度下具有感染力、37 度无感染力
• 导致 Ts 突变的原因：蛋白质的结构与功能发生改变

第44页：4、形态突变型

形态突变型 Morphological Mutant

由于突变引起个体或菌落形态的非选择性变异。

实例：芽孢、鞭毛、荚膜、菌落大小与粗糙（光滑）、颜色、霉菌与放线菌孢子的有无及颜色、噬菌斑大小或清晰度。

第45页：5、抗原突变型

抗原突变型

基因突变引起抗原结构（细胞或细胞表面成分）发生变异的突变型，一般属于非选择性突变。

实例：细胞壁缺陷变异（L 型细菌）、荚膜成分变异、鞭毛成分变异。

第46页：6、产量突变型

产量突变型

通过基因突变而产生的代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株。

• 高产突变型——正常株
• 低产突变型——负变株

第47页：（二）突变率

突变率

每一细胞或病毒粒在每一世代中发生某一性状突变的几率；亦可用每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目来表示，常为 10^-6~10^-9。

• 一般突变是独立发生的，突变的基因不会影响其他基因的突变率
• 双重突变的概率是各个突变概率的乘积
• 如何测定某基因的突变率、筛选突变株：回复突变株、抗药性突变株

第48页：（三）基因突变的特点

（三）基因突变的特点

不对应性

突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。

自发性

可自发地发生突变。

稀有性

突变几率很低而且较稳定（10^-6~10^-9）。

独立性

某种基因的突变率不受其他基因突变率的影响。

可诱变性

诱变剂 Mutagen 可提高自发突变的几率（由 10^-10 提高到 10^-5），自发突变与诱变间无本质差异。

说明：原页将诱变后的突变率写作「10-10-5」，按数量级更正为 10^-10 提高到 10^-5。

第49页：基因突变的稳定性与可逆性

基因突变的特点（续）

稳定性

突变本质是遗传物质结构发生稳定的变化，所产生的新性状也是稳定的、可遗传的。

可逆性

性状的正向突变和回复突变都可发生，几率相同。

正向突变 Forward Mutation

野生型基因变异为突变型基因的过程。

回复突变 Reverse/Back Mutation

由突变型向野生型表型的转变。

第50页：基因突变的自发性与不对应性证明

（四）基因突变的自发性与不对应性证明

两种观点的碰撞：

• 突变是生物对某特定环境（化学药物、抗生素和高温）的适应，环境是突变的诱因
• 抗性突变是自发产生的，即使是诱发突变，所产生的性状与诱发因素也是不对应的

证明实验：变量实验、Newcombe 涂布实验、Lederberg 等的影印平板培养法。

第51页：变量实验（波动实验）

1、变量实验 fluctuation test

• T1 sensitive E. coli
• T1 resistant E. coli
• 方法学：敏感菌株不能形成菌落；平板涂布技术

第52页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为变量实验的培养与涂布结果图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第53页：2、涂布实验

2、涂布实验（Newcombe）——试验原理：

• 固体涂布平板法
• 敏感菌株不能形成单菌落
• 突变率的计算

第54页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为涂布实验的重涂布与菌落分布对比图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第55页：3、平板影印培养试验

3、平板影印培养试验 Replicate Plating——实验原理：

• 抗药性突变
• 链霉素敏感的 E. coli K12 菌株

第56页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为影印平板操作步骤示意图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第57页：影印平板

影印平板：用灭菌丝绒印章将母平板上的菌落原位转印到含链霉素等选择平板上，同一位置的抗性菌落即可被检出，证明抗药性突变在选择前已自发存在。

第58页：基因突变的机制

基因突变的机制——基因突变的类型：

诱发基因突变

点突变：碱基置换（转换、颠换）；移码突变：缺失、添加。

自发基因突变

点突变：碱基置换；畸变：缺失、添加、易位、倒位。

第59页：1、诱发突变

诱变（Induced Mutation）

利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段；诱变剂 Mutagen 指凡能提高突变率的任何因素。

• 碱基置换（Substitution）
• 移码突变（Frame-shift Mutation）
• 染色体畸变（Chromosomal aberration）

第60页：碱基置换

碱基置换

染色体的微小损伤，一对碱基被另一对碱基所取代，包括转换和颠换，属于典型的点突变。

说明：原页写作「转化和颠换」，按碱基置换的两种类型更正为转换（transition）与颠换（transversion）。

第61页：导致置换的诱变剂

导致置换的诱变剂

直接引起置换的诱变剂

亚硝酸、亚硝基胍、硫酸二乙酯等。

间接引起置换的诱变剂（碱基类似物）

5-溴尿嘧啶、5-氨基尿嘧啶、8-氮鸟嘌呤、2-氨基嘌呤等；碱基类似物通过活细胞代谢活动掺入到 DNA 分子中。

第62页：移码突变

移码突变

诱变剂会使 DNA 序列中的一个或几个碱基发生增添（插入）或缺失，从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变，并进一步引起转录和转译错误的一类突变。

导致移码突变的诱变剂：吖啶类染料。

第63页：染色体畸变

染色体畸变

诱变剂（某些强烈理化因子如电离辐射 X 射线、烷化剂、亚硝酸）除引起点突变之外，还能引起染色体 DNA 分子的大损伤。

• 缺失
• 重复
• 插入
• 易位
• 倒位
• 染色体数目变化

第64页：自发突变

自发突变

没有人工干预条件下生物体自然发生的低频率突变。

自发突变的诱导因素：

• 背景辐射和环境因素
• 微生物自身有害代谢产物的诱导效应
• DNA 复制过程中碱基配对错误

第65页：紫外线对DNA的损伤

（六）紫外线对 DNA 损伤及修复 Ultraviolet Ray——作用机理：紫外线照射使同一条 DNA 链上相邻的两个胸腺嘧啶形成嘧啶二聚体（TT），阻碍 DNA 的复制与转录，是本页图示的损伤类型。

第66页：DNA损伤的修复

DNA 损伤的修复

光复活作用

光裂合酶在可见光下使二聚体重新分解成单体。

暗修复作用

在暗处即可修复损伤的 DNA，需核酸内切酶、核酸外切酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶。

第67页：二、突变与育种

二、突变与育种

• 自发突变与育种
• 诱变育种

第68页：自发突变与育种

自发突变与育种

从生产中选育

生产中菌自发突变，及时选育出所需性状的正突变株 Plus Mutant。

定向培养优良品种

用某特定环境长期处理某微生物群体，同时不断对其移种传代，以达到累积并选择合适的自发突变体的育种方法。

定向培育实例：牛结核杆菌 → 牛胆汁、甘油、马铃薯培养基上移种 230 多代 → 显著减毒的结核杆菌（卡介苗）。

第69页：诱变育种

诱变育种 Breeding by Induced Mutation

理化诱变剂 → 处理均匀、分散的微生物群体 → 提高突变率 → 巧妙筛选；诱变是随机的过程，筛选是定向的过程。

诱变育种的实践意义：方法简便易行，工作速度快，收效显著。

第70页：艾姆斯实验Ames test

艾姆斯实验（Ames test）：利用鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型的回复突变检出致癌物质，可检出的致癌物质包括黄曲霉毒素、二甲氨偶氮苯、反应停等。

第71页：3、三类突变株的筛选方法

3、三类突变株的筛选方法

• 产量突变株的筛选
• 营养缺陷型突变株的筛选
• 抗药性突变株的筛选

第72页：产量突变株的筛选

产量突变株的筛选：春日霉素生产菌的筛选——琼脂块培养法。琼脂块培养法可行的依据在于菌落产生的抗生素可向琼脂块及周围培养基中扩散形成抑菌圈，从而快速比较各菌落的生产能力。

第73页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为琼脂块培养法及抑菌圈示意图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第74页：营养缺陷型的筛选

营养缺陷型的筛选

• 营养缺陷型突变株筛选中应用的三种培养基
• 营养缺陷型突变有关的三类遗传个体
• 营养缺陷型的筛选方法

第75页：三种培养基

三种培养基

基本培养基（MM，[-]）

仅满足某微生物的野生型菌株生长需要的最低成分组合培养基。

完全培养基（CM，[+]）

凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半合成培养基。

补充培养基（SM，[A] 或 [B]）

凡可满足相应营养缺陷型生长需要的组合培养基；补充培养基 = 基本培养基 + 缺陷的不能合成的代谢物。

第76页：营养缺陷型突变有关的三类遗传个体

营养缺陷型突变有关的三类遗传个体

野生型 Wild Strain/Type

从自然界分离到、在发生营养缺陷型突变前的原始菌株，可以在 MM 上生长，如 [A⁺B⁺]。

营养缺陷型 Auxotroph

只能在 CM 或相应的 SM 上生长，如 [A⁺B^-]。

原养型 Prototroph

指营养缺陷型突变株经回变或重组后产生的菌株，其营养要求在表现型上与野生型相同。

第77页：营养缺陷型的筛选方法

营养缺陷型的筛选方法

1. 获得野生菌株
2. 诱变
3. 淘汰野生型：抗生素法淘汰、菌丝过滤法
4. 检出和鉴定

第78页：营养缺陷型的检出

营养缺陷型的检出

• 夹层培养法
• 限量补充培养法
• 逐个检出法
• 影印平板法

第79页：夹层培养法

夹层培养法：先铺 MM 薄层，接种诱变后的细胞，再覆盖 MM 薄层，培养后倒入 CM 上层；凡在 CM 层中出现而在 MM 层中不成大菌落的即为营养缺陷型，按平皿底部标记定位挑取。

第80页：限量补充培养法

限量补充培养法

将诱变处理后的细胞接种在含有微量（<0.01%）蛋白胨的基本培养基平板上，野生型细胞迅速形成较大的菌落，而营养缺陷型细胞在营养受到限制的培养基上只能形成微小的菌落。

欲获得某一特定的营养缺陷型菌株，只要在相应的基本培养基中添加微量的相应物质。

第81页：逐个检出法

逐个检出法：

• 细胞诱变处理
• 平板涂布在完全培养基上
• 接种针或灭菌牙签转接
• 培养观察

第82页：影印平板法检出营养缺陷型

影印平板法：将完全培养基平板上长出的菌落用丝绒印章同时影印到 CM 与 MM 平板上，在 CM 上生长而在 MM 上不生长的菌落即为营养缺陷型。

第83页：营养缺陷型的鉴定：生长谱法

生长谱法（Auxanography）

在混有供试菌的平板表面点加微量营养元素，视某营养物的周围是否长菌来确定该供试菌的营养要求的一种快速的方法。

操作过程：营养缺陷型细胞培养 → 制备菌种悬液 → 平板倾注、区域划分 → 添加营养物质粉末 → 培养观察。

第84页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为生长谱法平板分区与生长结果图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第85页：第三节基因重组和杂交育种

第三节 基因重组和杂交育种章节标题页，本节讲授原核与真核微生物的基因重组方式及其在杂交育种中的应用。

第86页：微生物基因重组的概念

微生物基因重组

两个独立基因组内的遗传基因通过一定的途径转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新的稳定基因组的过程。

基因重组的方式：

• 真核：有性杂交、准性杂交、原生质融合
• 原核：转化、转导、接合、原生质体融合

基因重组可使生物体在未发生突变的情况下也能产生新的遗传型的个体。

第87页：一、原核生物的基因重组

一、原核生物的基因重组

类型

转化、转导、接合、原生质体融合。

特点

片段性：仅有一小段 DNA 序列参与重组；单向性：从供体菌到受体菌的单向转移；机制独特而多样。

第88页：（一）转化Transformation

转化（Transformation）

受体菌直接吸收来自供体菌的 DNA 片段，通过交换，把它整合到自己基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。

转化子

通过转化方式而形成的杂种后代。

第89页：转化过程

转化过程

1. 受体细胞呈现感受态，即容易接受外源 DNA 的生理状态
2. 外源 DNA 与感受态细胞结合并被吸收
3. 外源 DNA 整合到受体菌中，成为受体菌染色体的一部分

转染：指用提纯的病毒核酸去感染宿主细胞或原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。

第90页：转化示意图

转化示意图：本页图示供体菌裂解后释放的 DNA 片段与感受态受体细胞结合、进入并整合到染色体上的全过程，建议对照原课件图片查看。

第91页：肺炎双球菌转化示意图

肺炎双球菌转化示意图：本页图示热死 S 型菌的 DNA 片段被 R 型活菌吸收后，使 R 型菌获得荚膜性状转化为 S 型菌，建议对照原课件图片查看。

第92页：（一）转导Transduction

转导（Transduction）

通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介，把一供体细胞的 DNA 片段转移到另一个受体细胞中，并使后者发生遗传变异的过程。

转导子（Transductant）

通过转导获得供体细胞部分遗传性状的重组受体细胞；携带供体部分遗传物质的噬菌体称为转导噬菌体或转导颗粒。

第93页：普遍转导

普遍转导 Generalized transduction

通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段 DNA 进行「误包装」，而将其遗传性状传递给受体菌的现象，一般用温和噬菌体作为媒介。

第94页：流产性普遍转导

流产性普遍转导（简称流产转导）

在许多获得供体菌 DNA 片段的受体菌内，如果转导 DNA 不进行重组和复制，其上的基因仅经过转录而得到表达。

第95页：（2）局限转导

局限转导 Specialized transduction

当溶源菌群经诱导后，其中极少数前噬菌体从宿主染色体脱离时产生误切割，从而把宿主的某些基因（λ 前噬菌体位点两端是细菌染色体的 gal⁺ 或 bio⁺）整合到噬菌体的基因组上；这样的噬菌体侵染另一宿主菌时，噬菌体 DNA 与受体菌的 DNA 同源区配对，通过双交换而整合到受体菌的染色体组上，使受体菌获得供体的这部分遗传特性，形成转导子（缺陷溶源菌）。

第96页：λ噬菌体DNA的不正常切割

λ 噬菌体 DNA 的不正常切割：本页图示 λ 前噬菌体从宿主染色体不正常脱离时带走 gal 或 bio 基因、形成缺陷噬菌体的过程，建议对照原课件图片查看。

第97页：缺陷噬菌体与低频高频转导

缺陷噬菌体

丢失了部分基因，并被同等长度的宿主基因所取代的噬菌体。

• 低频率转导（low frequency transduction, LFT）：形成转导子的频率很低，只有 10^-4~10^-6
• 高频率转导（high frequency transduction, HFT）：形成转导子的频率很高，理论上可达 50%

第98页：溶源转变

溶源转变 Lysogenic conversion

当正常温和噬菌体感染其宿主细胞而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性之外的新遗传性状的现象。

与转导的本质区别：

• 温和噬菌体不携带来自供体的外源基因
• 温和噬菌体是完整的，噬菌体基因提供新性状
• 获新性状的是溶原化的宿主细胞
• 获得的新性状可随噬菌体的消失而同时消失

第99页：（三）接合

接合 Conjugation

供体菌通过性纤毛与受体菌相接触，把 F 质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得新遗传性状的现象。

接合子

通过接合而获得新遗传性状的受体细胞。

第100页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，通常为接合过程或性菌毛电镜图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第101页：E.coli的接合现象

E. coli 的接合现象

什么是 F 质粒？

决定大肠杆菌 E. coli 性别分化的质粒，是一种属于附加体性质的质粒，既可在细胞中单独存在，也可整合到核染色体组上；通过接合获得；通过吖啶化合物、溴化乙锭或丝裂霉素处理而发生质粒消除。

• 合成性菌毛基因的载体
• 决定细菌性别的物质基础

第102页：四种接合型E.coli菌株

四种接合型 E. coli 菌株（F 质粒在细胞内存在方式）：

• F⁺（「雄性」）菌株
• F^-（「雌性」）菌株
• Hfr（高频重组）菌株
• F′ 菌株

第103页：F质粒的4种存在方式及相互关系

F 质粒的 4 种存在方式及相互关系：本页图示 F⁺、F^-、Hfr 与 F′ 四种状态及其相互转变关系，建议对照原课件图片查看。

第104页：F+菌株与F-菌株

F⁺（「雄性」）菌株

含 F 质粒，细胞表面有性菌毛，通过与 F^- 菌株的接合，把 DNA 转移给 F^- 菌株。

F^-（「雌性」）菌株

不含 F 质粒，细胞表面无性菌毛，可接受外源 DNA。

说明：原页将 F^- 菌株标注为「雄性」，按定义更正为「雌性」。

第105页：接合的具体过程

接合的具体过程

1. F 质粒的一条单链在特定位点产生缺口，形成供体单链 DNA
2. 以滚环模型方式复制 F 质粒，并以线形方式经过性菌毛传递到 F^- 菌中
3. 在受体细胞内线形外源 DNA 单链合成互补双链，经环化后形成新的 F 质粒

第106页：Hfr高频重组菌株

Hfr（高频重组）菌株 High frequency recombination Strain

F 质粒从游离态转变成在核染色体组特定位点上的整合态；Hfr 菌株与 F^- 菌株接合后发生基因重组的频率比单纯用 F⁺ 菌株和 F^- 菌株接合的频率要高数百倍。

第107页：Hfr与F-菌株的接合过程

Hfr 与 F^- 菌株的接合过程

• Hfr 与 F^- 细胞配对
• 通过性菌毛使两个细胞直接接触，并形成接合管
• 发生接合中断
• 外源双链 DNA 片段与受体菌的染色体 DNA 双链进行双交换，产生稳定的接合子

第108页：F'质粒

F′ 质粒

Hfr 菌株细胞内的 F 质粒由于不正常切割而脱离核染色体组时重新形成的游离的、携带整合位点一小段核染色体基因的特殊 F 质粒，或称 F′ 因子。

• 初生 F′ 菌株
• 次生 F′ 菌株
• 以 F′ 质粒传递供体基因的方式又称 F 质粒转导、F 因子转导、性导、F 质粒媒介的转导

第109页：初生F'菌株和次生F'菌株的由来

初生 F′ 菌株和次生 F′ 菌株的由来：本页图示 F′ 质粒由 Hfr 菌株不正常切割脱离并携带核染色体基因，经接合转入 F^- 细胞形成初生与次生 F′ 菌株，建议对照原课件图片查看。

第110页：（四）原生质体融合

原生质体融合 Protoplast fusion

通过人为方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质发生融合，进而发生遗传重组以产生同时带双亲性状、遗传性稳定的重组子（融合子 fusant）的过程。

进行原生质体融合的生物种类：原核生物（细菌、放线菌）；真核生物（酵母菌、霉菌和蕈菌、植物细胞、人和动物细胞）。

第111页：原生质体融合的操作步骤

原生质体融合的操作步骤：选择亲株 Parent strain → 原生质体的制备 → 融合（PEG、电脉冲）→ 形成正常细胞 → 鉴定。

第112页：原生质融合的操作示意图

原生质融合的操作示意图：本页图示两亲株经酶解去壁获得原生质体、在 PEG 或电脉冲诱导下融合并再生细胞壁形成融合子的全过程，建议对照原课件图片查看。

第113页：二、真核微生物的基因重组

二、真核微生物的基因重组

• 有性杂交
• 准性杂交
• 原生质体融合
• 遗传转化

第114页：（一）有性杂交

有性杂交 sexual hybridization

一般指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之发生的染色体重组，从而产生新遗传型后代的育种技术。

进行有性杂交的微生物：产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌。

第115页：S.cerevisiae的有性杂交

S. cerevisiae 的有性杂交步骤：

• 单倍体的制备：含醋酸钠或其他产孢子培养基
• 接触杂交
• 有性杂交后代双倍体
• 优良个体筛选

第116页：准性生殖

准性生殖 Parasexual reproduction：包括菌丝联接、异核体形成、核配和体细胞交换、单倍体化四个阶段，是不经过减数分裂而产生重组体的准性过程。

第117页：第四节基因工程

第四节 基因工程 Gene Engineering / Genetic engineering章节标题页，本节讲授基因工程的定义与操作流程。

第118页：基因工程的定义

基因工程

用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA 大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体（Vector）的 DNA 分子连接起来，然后与载体一起导入某一些更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中「安家落户」，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技术。

第119页：基因工程的过程

基因工程的过程

1. 基因分离
2. 体外重组：外源 DNA 与载体连接
3. 载体传递：导入受体，使外源 DNA 在受体中表达
4. 复制、表达
5. 筛选、繁殖：对重组后的大量重组子性状进行筛选，从中选出所需性状重组子，并使之繁殖

第120页：基因工程的主要原理与操作步骤

基因工程的主要原理与操作步骤：本页总览目的基因的获得、载体的选择与重组、导入受体细胞、重组子的筛选与表达检测等主要环节，建议对照原课件图片查看完整流程。