微生物的遗传与育种课件.ppt

1、浙江大学食品系 第一节第一节 微生物的遗传性与变异性微生物的遗传性与变异性第二节第二节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础第三节第三节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种第四节第四节 基因重组基因重组第五节第五节 基因工程基因工程第六节第六节 生产菌种的保存生产菌种的保存第七节第七节 菌种保藏机构菌种保藏机构微生物的遗传和育种微生物的遗传和育种第一节第一节 微生物的遗传性和变微生物的遗传性和变异性异性 遗传性遗传性 所谓遗传性就是具有产生与自己相似后代的所谓遗传性就是具有产生与自己相似后代的特性，世代相传，使亲代的种类能够长期保存下去并特性，世代相传，使亲代的种类能够长期保存下去并保持保持

2、“种种”的稳定性。的稳定性。变异性变异性 遗传不是绝对的，随着环境的改变，遗传性遗传不是绝对的，随着环境的改变，遗传性也会发生变异，改变生物的代谢机制以及形态结构，也会发生变异，改变生物的代谢机制以及形态结构，这就是变异性这就是变异性遗传是相对的，变异是绝对的。遗传和变异矛盾的统一，推动了生物的发展。微生物的遗传性和变异性的微生物的遗传性和变异性的特点特点 个体易于变异 比表面积大 便于建立纯系第二节第二节 遗传变异的物质遗传变异的物质基础基础一、一、遗传物质基础是核酸遗传物质基础是核酸二、二、DNADNA的分子结构和复制的分子结构和复制三、遗传信息的传递三、遗传信息的传递四、遗传物质的存在形

3、式四、遗传物质的存在形式一、遗传物质的基础是核酸 1 1、转化实验、转化实验 2 2、噬菌体的感染实验、噬菌体的感染实验 3 3、病毒的重建实验、病毒的重建实验1、转化实验2、噬菌体感染实验用含用含32PDNA(核心核心)的噬菌体作感染实验的噬菌体作感染实验 用含用含35S蛋白质蛋白质(外壳外壳)的噬菌体作感染实验的噬菌体作感染实验 3、病毒的重建实验TMVTMV重建实验示意图重建实验示意图(粗线粗线 箭头表示遗传信息的去向箭头表示遗传信息的去向)二、DNA的分子结构和复制三、遗传信息的传递DNA DNA RNA 蛋白质复制转录（一条链转录）转译tRNA四、遗传物质的存在形式 1 1、染色体、

4、染色体 2 2、质粒、质粒 3 3、基因、基因 4 4、遗传密码、遗传密码1、染色体DNADNA几乎全部集中在染色体上几乎全部集中在染色体上原核生物：只有拟染色体，原核生物：只有拟染色体，DNADNA不与蛋白不与蛋白质结合，外无核膜，许多原核微生物只有质结合，外无核膜，许多原核微生物只有一个单独的一个单独的DNADNA分子（也叫一个染色体）。分子（也叫一个染色体）。真核生物：真核生物：DNADNA和碱性蛋白结合，构成染和碱性蛋白结合，构成染色体，在染色体外包一层膜，叫核膜，色体，在染色体外包一层膜，叫核膜，形成真核。形成真核。2 2、质粒、质粒 化学本质是化学本质是DNADNA 细菌质粒的特点

5、：细菌质粒的特点：自主复制自主复制转移性转移性质粒的不相容性质粒的不相容性基因操作中的重要工具基因操作中的重要工具3 3、基因、基因 基因也可称为顺反子或作用子，遗传学中将生基因也可称为顺反子或作用子，遗传学中将生物体内决定遗传和变异的最主要隐私称为遗传物体内决定遗传和变异的最主要隐私称为遗传因子或基因，物质基础是因子或基因，物质基础是DNADNA，是遗传物质结构是遗传物质结构和功能单位和功能单位 基因代表决定某种蛋白质的分子结构的相应的基因代表决定某种蛋白质的分子结构的相应的一段一段DNADNA。一个菌株的遗传型（基因型）就是它的一个菌株的遗传型（基因型）就是它的DNADNA上碱上碱基特定的

6、排列顺序。基特定的排列顺序。4 4、遗传密码、遗传密码 遗传密码遗传密码就是指就是指DNADNA链上各个核苷酸的特定链上各个核苷酸的特定排列顺序。每个密码子排列顺序。每个密码子(codoncodon)是由是由3 3个核苷酸顺个核苷酸顺序所决定的，它是负载遗传信息的基本单位。各序所决定的，它是负载遗传信息的基本单位。各种生物都遵循着一套共同的密码。由于种生物都遵循着一套共同的密码。由于DNADNA上的上的三联密码子要通过转录成三联密码子要通过转录成mRNAmRNA密码后才能与氨基密码后才能与氨基酸相对应，因此，三联密码子一般都用酸相对应，因此，三联密码子一般都用 mRNAmRNA上上的的3 3个

7、核苷酸顺序来表示个核苷酸顺序来表示 第三节第三节 基因突变和诱变育基因突变和诱变育种种 一、基因突变一、基因突变 二、基因突变的类型二、基因突变的类型 三、诱变育种三、诱变育种一、基因突变一、基因突变 基因突变基因突变 就是生物体出现与亲代不同遗传性状的现就是生物体出现与亲代不同遗传性状的现象，即生物体的表型或基因型发生了可遗传的象，即生物体的表型或基因型发生了可遗传的变化。变化。二、基因突变的类型二、基因突变的类型 1 1、形态突变型、形态突变型 2 2、生化突变型、生化突变型 3 3、条件致死突变、条件致死突变 4 4、致死突变、致死突变1 1）营养缺陷型突变）营养缺陷型突变2 2）抗性突

8、变型）抗性突变型3 3）抗原突变型）抗原突变型三、微生物诱变育种三、微生物诱变育种 与诱变有关的几个问题与诱变有关的几个问题（1 1）出发菌株出发菌株（2 2）菌悬液的制备菌悬液的制备 a a宜采用处于对数生长期的生长菌。宜采用处于对数生长期的生长菌。b b菌悬液的浓度菌悬液的浓度 c c菌悬液的配制方法菌悬液的配制方法（3 3）诱变剂使用剂量的选择诱变剂使用剂量的选择（4 4）诱变效应的测定诱变效应的测定诱变育种的基本程序诱变育种的基本程序原始菌株（出发菌株）原始菌株（出发菌株）纯化纯化细胞或孢子悬浮液制备细胞或孢子悬浮液制备（活细胞计数）诱变剂处理诱变剂处理中间培养中间培养突变株分离突变株

9、分离初筛初筛复筛复筛生产性能实验生产性能实验诱变预备实验诱变预备实验离心收集菌体离心收集菌体离心洗涤离心洗涤玻璃珠振荡分离玻璃珠振荡分离过滤过滤诱变剂处理 1 1 物理诱变剂物理诱变剂 有紫外线、有紫外线、X X射线、射线、射线、快中子、射线、快中子、射线等射线等 2 2 化学诱变剂化学诱变剂 有碱基类似物、体外化学诱变剂、移码突变剂等。有碱基类似物、体外化学诱变剂、移码突变剂等。3 3 紫外线照射的方法紫外线照射的方法 （1 1）制备菌悬浮液）制备菌悬浮液 用生理盐水或缓冲液配制。用生理盐水或缓冲液配制。（2 2）照射）照射 （3 3）筛选优良的突变株。）筛选优良的突变株。第第 四四 节节

10、基基 因因 重重 组组 Gene Recombination Gene Recombination基基 因因 重重 组组 凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，进重新组合而形成新遗传型个体的现到一起，进重新组合而形成新遗传型个体的现象，称基因重组。象，称基因重组。一、真核微生物的基因重组育一、真核微生物的基因重组育种种1)1)有性杂交有性杂交制取单倍体孢子制取单倍体孢子杂交杂交分离分离2 2）准性杂交育种）准性杂交育种 选择亲本选择亲本 强制异合强制异合 检出杂合二倍体检出杂合二倍体 促进变异和筛选高产菌株促进变异和筛选高产菌株二、原核微生物的基因重组

11、育二、原核微生物的基因重组育种种 1 1、转化（、转化（Transformation)Transformation)2 2、转导、转导(Transduction)Transduction)3 3、接合、接合(ConjugationConjugation)1 1、转化（、转化（Transformation)Transformation)受体直接吸收来自供体的受体直接吸收来自供体的 DNA DNA 片段，并片段，并通过交换将它们组合到自己的基因组中，从而通过交换将它们组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。转化后的受体菌称转化子

12、（化。转化后的受体菌称转化子（TransformanTransformant t)。转化全过程转化全过程转化受体菌的条件转化受体菌的条件I.I.可以在其细胞壁上吸附外源可以在其细胞壁上吸附外源DNADNAII.II.可以让吸附的外源可以让吸附的外源DNADNA进入细胞进入细胞III.III.细胞内不存在破坏外源细胞内不存在破坏外源DNADNA的酶的酶IV.IV.具备将外来具备将外来DNADNA进行重组的酶系统进行重组的酶系统2 2、转导、转导(Transduction)Transduction)通过噬菌体的媒介，把供体菌的部分通过噬菌体的媒介，把供体菌的部分DNADNA传递传递给受体菌的过程，

13、称转导。给受体菌的过程，称转导。转导又分为转导又分为:1.1.普遍性转导普遍性转导2.2.局限性转导局限性转导普遍性转导普遍性转导(Generalized transduction)Generalized transduction)少数噬菌体外壳蛋白误包细菌的少数噬菌体外壳蛋白误包细菌的DNADNA片断，形片断，形成了完全不含噬菌体本身的成了完全不含噬菌体本身的DNADNA转导噬菌体，转导噬菌体，称为普遍性转导。称为普遍性转导。局限转导局限转导(Restricted transduction)Restricted transduction)局限转导：局限转导：有些噬菌体侵染宿主后并不导致宿主细

14、胞有些噬菌体侵染宿主后并不导致宿主细胞的裂解，而是将噬菌体本身的的裂解，而是将噬菌体本身的DNADNA整合在宿主整合在宿主的染色体中，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌的染色体中，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体被称为温和噬菌体。体被称为温和噬菌体。3 3、接合、接合(Conjugation)Conjugation)通过供体菌和受体菌完整细胞之间通过直通过供体菌和受体菌完整细胞之间通过直接接触而传递大段接接触而传递大段DNADNA的过程，称为接合。的过程，称为接合。在细菌中，接合现象研究得最清楚的是在细菌中，接合现象研究得最清楚的是大肠杆菌。发现大肠杆菌有性别分化，大肠杆菌。发现大肠杆菌有性别分化，决

15、定决定它们性别的因子称为它们性别的因子称为F F因子（致育因子因子（致育因子 ）。）。F F 因因 子子 一种在染色体外的小型独立的环状一种在染色体外的小型独立的环状DNADNA，一般呈超螺旋状，具有自主的与染色体进行同一般呈超螺旋状，具有自主的与染色体进行同步复制和转移到其他细胞中去的能力，此外，步复制和转移到其他细胞中去的能力，此外，其中还带有一些对其生命活动关系较小的基因。其中还带有一些对其生命活动关系较小的基因。F F因子的分子量为因子的分子量为5 5 x x 10107 7u u三、原生质体融合技术三、原生质体融合技术细胞融合技术是将遗传物质不同的两个细胞融合成一个细胞融合技术是将遗

16、传物质不同的两个细胞融合成一个新细胞的一钟技术。新细胞的一钟技术。1 1、选择具有遗传标记的新株、选择具有遗传标记的新株2 2、原生质体制备、原生质体制备a a 菌龄一般宜采用对数生长期的菌体。菌龄一般宜采用对数生长期的菌体。b b 选择合适的酶系选择合适的酶系c c 酶的浓度酶的浓度d d 酶解温度酶解温度 e pHe pH值渗透压稳定剂值渗透压稳定剂3 3、原生质体融合、原生质体融合4 4、再生、再生5 5、重组子的检出、重组子的检出第第 五五 节节 基基 因因 工工 程程 Gene Engineering Gene Engineering一、载体和限制性内切酶一）载体一）载体 质粒载体质

17、粒载体 噬菌体载体噬菌体载体 柯斯质粒载体柯斯质粒载体 YACYAC载体载体二）限制性内切酶二）限制性内切酶分离目的基因和使载体质粒分离目的基因和使载体质粒DNADNA切开都需有切开都需有酶的作用，这种酶称之为限制性内切酶。酶的作用，这种酶称之为限制性内切酶。(三）三）DNADNA连接酶连接酶将两个不同的将两个不同的DNADNA片断，一个片断是目的基片断，一个片断是目的基因，另一个片断通常是作为运载载体的质粒因，另一个片断通常是作为运载载体的质粒DNADNA拼接起来，就需要连接酶的作用。拼接起来，就需要连接酶的作用。二、基因工程的基本操作步二、基因工程的基本操作步骤骤1、目的基因的取得目的基因

18、的取得(1)(1)化学合成基因化学合成基因 (2)(2)基因文库的构建及目的基因的分离基因文库的构建及目的基因的分离(3)(3)聚合酶链式反应技术获得基因聚合酶链式反应技术获得基因(4)(4)逆转录法获得真核目的的基因逆转录法获得真核目的的基因 2 2、载体的选择和目的基因与载体载体的选择和目的基因与载体DNADNA的体外的体外重组重组 3 3、将重组、将重组DNADNA分子转移导适当的受体细胞内分子转移导适当的受体细胞内 4 4、重组载体引入受体细胞、重组载体引入受体细胞 5 5、筛选重组、筛选重组DNADNA分子的受体细胞克隆分子的受体细胞克隆基因工程的操作步骤示意图第第 六六 节节 生产

19、菌种的保存一、生产菌种的保藏生产菌种的保藏HesseltineHesseltine等对生产菌提出了一下的要求等对生产菌提出了一下的要求 菌株在遗传上必须稳定菌株在遗传上必须稳定 在相当长时间内菌株易于保存在相当长时间内菌株易于保存 菌株介入种子罐后能迅速旺盛的繁殖菌株介入种子罐后能迅速旺盛的繁殖 菌株必须式纯培养菌株必须式纯培养 菌株应能受诱变剂作用而发生突变菌株应能受诱变剂作用而发生突变二、菌种保藏的基本原理I.I.首先要优良或者标准的纯种首先要优良或者标准的纯种II.II.最好式采用它们的休眠体最好式采用它们的休眠体III.III.根据微生物的理化特性，人工的创造适合根据微生物的理化特性，

20、人工的创造适合于休眠的环境条件于休眠的环境条件三、常用保藏方法1.1.定期移栽保藏方法定期移栽保藏方法2.2.矿油封藏法矿油封藏法3.3.砂土保藏法砂土保藏法4.4.土壤保藏法土壤保藏法5.5.滤纸保藏法滤纸保藏法6.6.麸皮保藏法麸皮保藏法7.7.梭氏真空干燥保藏法梭氏真空干燥保藏法8.8.液氮保藏法液氮保藏法9.9.冷冻真空干燥保藏法冷冻真空干燥保藏法四、菌种的退化与复壮 微生物的变异是绝对的，而它的稳定性则是相微生物的变异是绝对的，而它的稳定性则是相对的；退化性的变异是经常的，而进化性的变对的；退化性的变异是经常的，而进化性的变异却是个别的。如果变异朝着不利于生产的方异却是个别的。如果变

21、异朝着不利于生产的方向发展，则菌种就退化了。向发展，则菌种就退化了。菌种的退化菌种的退化1.常见的退化常见的退化 菌落和细胞形态的变化菌落和细胞形态的变化 生产性能的下降生产性能的下降 对生长环境的适应能力的减弱对生长环境的适应能力的减弱退化的主要原因退化的主要原因1.1.有关基因的自发突变有关基因的自发突变2.2.育种后未经分离纯化育种后未经分离纯化3.3.培养条件的改变培养条件的改变防止退化的措施防止退化的措施1.1.控制传代次数控制传代次数2.2.采用有效的菌种保藏方法采用有效的菌种保藏方法3.3.利用不同的细胞进行接种传代利用不同的细胞进行接种传代4.4.选择适合的培养条件选择适合的培养条件复壮复壮1.1.分离纯化分离纯化2.2.寄生复壮寄生复壮3.3.遗传育种遗传育种第 七 节 菌 种 保 藏 机 构 比较著名的保藏机构有：比较著名的保藏机构有：美国标准菌库（美国标准菌库（ATCC)ATCC)美国农业部北方地区研究中心菌（美国农业部北方地区研究中心菌（NRRLNRRL）荷兰真菌菌种收藏中心（荷兰真菌菌种收藏中心（CBSCBS）英国国立工业细菌菌库（英国国立工业细菌菌库（NCIBNCIB）