06 第六章 微生物的遗传变异与育种选育.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

第2页：遗传变异与菌种选育目录

• 第一节遗传变异的物质基础
• 第二节微生物的基因突变
• 第三节微生物的基因重组
• 第四节微生物的菌种选育
• 第五节微生物菌种的保藏和复壮

第3页：遗传变异的物质基础

• 第一节遗传变异的物质基础
• 种质连续理论：1885年德国生物学家Weissmann提出，他认为遗传是由种质物质从一代到另一代的传递来实现的，遗传物质是种质中一种具有特定分子结构的化合物。
• 基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了染色体，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。当时认为决定生物遗传型的染色体和基因，其活性成分是蛋白质。
• DNA是遗传变异的物质基础的证明：1944年以后，先后利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证，才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。

第4页：三个经典实验

• 第一节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
• 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5页：肺炎双球菌的两种菌株

• （一）肺炎双球菌的转化实验
• 研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）
• S型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性
• R型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性

第6页：肺炎双球菌转化实验图

（一）肺炎双球菌的转化实验

第7页：格里菲思细菌培养试验

• （一）肺炎双球菌的转化实验
• 细菌培养试验
• 热致死S型菌培养皿培养无菌落生长
• R型活菌培养皿培养培养出R型菌落
• 热致死S型菌+R型活菌培养皿培养培养出大量R型和S型菌落
• R型活菌+S菌抽取提物培养皿培养培养出大量R型和S型菌落

第8页：格里菲思之谜

• （一）肺炎双球菌的转化实验
• 推断：
• 已经被加热杀死的S型细菌中，存在着使R型活细菌转变成S型细菌的“转化因子”。这一“转化因子”究竟是什么物质，当时的格里菲思并不知道——格里菲思之谜

第9页：艾弗里转化因子的本质

• （一）肺炎双球菌的转化实验
• “转化因子”的本质是什么？
• 1944年，美国科学家艾弗里和他的同事，应用分子生物学技术，从S型活细菌中提取出了DNA、蛋白质和多糖等物质，然后将它们分别加入培养R型细菌的培养基中，结果发现只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，DNA的纯度越高，转化的效果就越显著。

第10页：艾弗里实验分组结果

艾弗里转化实验的分组结果：只有加入 S 型菌的 DNA 才能使 R 型菌发生转化。

说明：源文件该页仅列出六组处理与"长出S菌／只有R菌"两种结果的关键词，上表按实验设计的对应关系整理呈现。

第11页：DNA是转化因子

• （一）肺炎双球菌的转化实验
• 结论:
• S型细菌的DNA使得R型转化成S型细菌，DNA是转化因子，是使R型细菌产生稳定的遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。

第12页：噬菌体感染实验图

（二）噬菌体的感染实验

第13页：噬菌体感染实验步骤

• （二）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 噬菌体进行了这类实验。
• 先用含有35S 和32P 两种元素的培养基培养大肠杆菌，然后让T2 噬菌体侵染培养后的大肠杆菌，从而使T2 噬菌体打上35S 和32P 的标记。
• 让这种T2 噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌，并在T2 噬菌体完成了吸附和侵入。
• 强烈搅拌洗涤，以便使吸附在菌体外表的T2 噬菌体蛋白质外壳脱离细胞并均匀分布，再进行离心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。
• 结果发现，几乎全部35S 都在上清液中，而几乎全部32P 和细菌一起出现在沉淀物中。

第14页：噬菌体感染实验结果图

（二）噬菌体的感染实验

第15页：同位素标记噬菌体对照

噬菌体的感染实验用35S标志的噬菌体用32P标志的噬菌体

第16页：噬菌体实验的结论

• （二）噬菌体的感染实验
• 因为对被标记物质进行测试，结果表明噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，只有噬菌体的DNA才进入细菌体内，所以噬菌体在细菌体内的增殖是在噬菌体DNA的指导下完成的，结论：
• DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

第17页：烟草花叶病毒拆合实验

• （三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验
• 为了证明核酸是遗传物质，美国科学家法朗克－康勒特H. Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著名的植物病毒的拆开与重建实验。
• 将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离，然后，用RNA和蛋白质分别去感染烟草。

第18页：TMV与HRV重建实验

• （三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：
• （1）RNA（TMV）蛋白质（HRV）
• （2）RNA（HRV）蛋白质（TMV）用两种杂合病毒感染寄主：
• （1）表现TMV的典型症状并分离到正常TMV粒子
• （2）表现HRV的典型症状并分离到正常HRV粒子。上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸。

第19页：核酸是遗传物质小结

• 本节小结
• （一）肺炎双球菌的转化实验
• （二）噬菌体的感染实验
• （三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验结论：核酸是遗传变异物质基础

第20页：遗传物质的存在方式

• 二、遗传物质在细胞中的存在方式
• （一）细胞水平从细胞水平来看，细胞核；除此之外，在细胞质中存在着一些能自我复制的遗传物质，一般称这部分DNA 为质粒。
• （二）亚细胞核水平真核微生物的细胞核有核膜包围，形成具有完整形态、在光学显微镜下清晰可见的细胞核，核内DNA 与组蛋白结合在一起构成染色体。
• （三）分子水平DNA（RNA）－－→在DNA 大分子上存在着决定某些遗传性状的特定区段，即所谓基因－－→一个基因含若干核苷酸碱基组成的三联密。四种核苷酸，按其排列组合方式的不同，可编出三联密码43＝64个，用于决定组成蛋白质的20 种氨基酸顺序。起始密码（AUG）和终止密码（UAA、UGA和UAG）。

第21页：基因突变的类型

• 第二节微生物的基因突变一、基因突变的类型基因突变的类型是多种多样的，按突变体表型不同，可分为以下几种类型：
• （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。

第22页：基因突变的特点

• 二、基因突变的特点整个生物界，由于它们遗传变异的物质基础是相同的，因此显示在遗传变异的本质上都具有相同的规律，这在基因突变的水平上尤其突出。
• （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。

第23页：基因突变的机理

• 三、基因突变的机理
• （一）诱发突变及其机理1碱基对的置换⑴直接引起置换的诱变剂（亚硝酸类、烷化剂类）⑵间接引起置换的诱变剂（碱基类似物）2移码突变3染色体畸变
• （二）自发突变的机制1背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应2微生物自身代谢产物的诱变效应3互变异构效应4环状突出效应

第24页：

第25页：碱基对的置换

碱基对的置换

第26页：亚硝酸类诱变剂

• 直接引起置换的诱变剂
• 亚硝酸是一种对含有氨基的碱基对直

第27页：烷化剂的诱变作用

• 烷化剂是诱变育种极其重要的一类诱变剂，它们的化学结构都带有一个或多个活性烷基。所有这些物质通过烷化磷酸基形成烷化嘌呤和烷化嘧啶与DNA作用，特别是经常形成烷化鸟嘌呤。
• 烷化作用导致基因突变的机制尚未定论。①碱基类似物作用，引起碱基配对的错误。②烷基在鸟嘌呤引起脱嘌呤作用，使鸟嘌呤从DNA链上脱落下来，进而引起DNA

第28页：碱基类似物诱变

间接引起置换的诱变剂A:BU/G:BrUG:BrU--→G:C5-BUA:T-－→A:BU------→A:T(a)G:BrU/A:BUA:BU----→A:T5-

第29页：移码突变

• 移码突变
• 移码突变这是指由一种诱变剂而引起DNA分子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。

第30页：染色体畸变

• 染色体畸变染色体畸变是指由诱变剂引起DNA 分子的大损伤，它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射线等射线及亚硝酸、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相邻的嘧啶间或在互补双链间形成以共价键结合的胸腺嘧啶二聚体.微生物能以多种方式去修复被紫外线损作后的DNA，主要方式有两种：
• （1）光复活作用。
• （2）暗修复作用。也称切除修复作用。

第31页：转化作用

• 第三节微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组（一）转化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，从而获得了供体菌的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，进行转化作用。

第32页：细菌转化的五个步骤

• 转化过程大致是这样的：
• 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的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，同时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，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DNA 单链所取代，于是形成了杂种DNA 区段；
• ⑤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，一个形成一个转化子。

第33页：

第34页：转导

（二）转导（transduction）

第35页：接合与溶源性转变

（三）接合（conjugation）接合的结果：F++ F-2 F+F′+ F-2 F′Hfr + F-多种情况Hfr+F-Hfr＋F-（多数情况下）Hfr + F-Hfr＋Hfr（少数情况下）（四）溶源性转变

第36页：有性杂交与准性生殖

• 二、真核微生物的基因重组
• （一）有性杂交
• （二）准性生殖

第37页：第四节微生物的菌种选育

第四节微生物的菌种选育

第38页：菌种分离筛选的步骤

• 一、从自然界中分离筛选菌种的方法步骤采样增殖培养纯种分离纯培养生产性能测定方法、地点、时间和周围环境记录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：
• ①分步划线法；
• ②一次划线法：
• 3．组织分离法

第39页：

第40页：变异菌株的初步筛选

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41页：营养缺陷型的筛选流程

• (三)营养缺陷型突变体的筛选及其应用营养缺陷型菌株筛选的一般方法
• （1）诱变剂处理
• （2）淘汰野生型菌株
• ①抗生素
• ②菌丝过滤法
• （3）检出营养缺陷型
• （4）鉴定营养缺陷型

第42页：检出营养缺陷型的方法

• 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43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
• 2．处理目的基因
• 3．体外重组
• 4．载体传递
• 5．复制、表达
• 6．筛选、繁殖

第44页：第五节菌种的保藏

第五节微生物菌种的保藏和复壮一、菌种的保藏

第45页：菌种的退化与复壮

二、菌种的退化与复壮