1、第七章第七章 微生物的遗传变异微生物的遗传变异 和育种和育种概述概述1遗传遗传:讲的是发生在亲子间即上下代间的关讲的是发生在亲子间即上下代间的关系，即指上一代生物如何将自身的一整套遗传系，即指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定（保守）的特性。有极其稳定（保守）的特性。4个基本概念个基本概念 (1)遗传型又称基因型遗传型又称基因型遗传型又称基因型遗传型又称基因型 指某一生物个体所含有的全部遗传因子指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。遗传型是一种即基因组所携带的遗传信息。遗传型是一种内在
2、的可能性或潜力，其实质是遗传物质上内在的可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。具有某遗传型的生所负载的特定遗传信息。具有某遗传型的生物，只有在适当的环境条件下，通过其自身物，只有在适当的环境条件下，通过其自身的代谢和发育，才能将它付诸实现，即产生的代谢和发育，才能将它付诸实现，即产生自己的表型。自己的表型。 遗传型环境条件遗传型环境条件 表型表型 （可能性）（现实性）（可能性）（现实性） (2)(2)表型表型 指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是其遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体是其遗传型在合适环
3、境条件下通过代谢和发育而得到的具体体现。所以，它与遗传型不同，是一种现实性（具体性状）。体现。所以，它与遗传型不同，是一种现实性（具体性状）。 (3)(3)变异变异 指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质指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，亦即遗传型的改变。其特点是在群体中结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。其特点是在群体中只以极低的几率（一般为只以极低的几率（一般为1010-5-51010-10-10）出现，性状变化幅度）出现，性状变化幅度大，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。大，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。 (4)(4)饰变饰变 顾名思义，
4、饰变是指外表的修饰性改变，意即一种不涉顾名思义，饰变是指外表的修饰性改变，意即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。其特点是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；化。其特点是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；因其遗传物质未变，故饰变是不遗传的。性状变化的幅度小；因其遗传物质未变，故饰变是不遗传的。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、一、3 3个经典实验个经典实验 （一）经典转化实验（一）经典转化实验 (1)(1)动物试验动物试验 (2)细菌培养试验细菌培养试验 (3)S型菌
5、的无细胞抽提液试验型菌的无细胞抽提液试验 离体转化实验离体转化实验（二）噬菌体感染实验（二）噬菌体感染实验 (三三)植物病毒的重建实验植物病毒的重建实验 二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式 （一）（一）7个水平个水平 1细胞水平细胞水平 在细胞水平上在细胞水平上,真核微生物和原核生物的大部真核微生物和原核生物的大部聚聚DNA都集中在细胞核或核区都集中在细胞核或核区(核质体核质体)中。在中。在不伺种微生物或同种微生物的不同细胞中，细不伺种微生物或同种微生物的不同细胞中，细胞核的数目常有所不同。胞核的数目常有所不同。 2细胞核水平细胞核水平 不论真
6、核生物的细胞核或原核生物细胞的不论真核生物的细胞核或原核生物细胞的核区都是该微生物遗传信息的最主要负荷者，核区都是该微生物遗传信息的最主要负荷者，被称为核基因组、核染色体组或简称基因组。被称为核基因组、核染色体组或简称基因组。3.3.染色体水平染色体水平 (1)(1)染色体数不同染色体数不同 (2)(2)染色体倍数染色体倍数4 4核酸水平核酸水平 (1)(1)核酸种类核酸种类 (2)(2)核酸结构核酸结构 (3) DNA长度（即基因组的大小长度（即基因组的大小 ）5.基因水平基因水平（1）基因基因: 是生物体内一切具有自主复制能力的最是生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位，其物质基础
7、是一条以直线小遗传功能单位，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。排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。（2）基因调控系统）基因调控系统A A结构基因结构基因:是决定某一多肽链结构的是决定某一多肽链结构的DNA模板，它是通模板，它是通过转录和转译过程来执行多肽链合成任务的。过转录和转译过程来执行多肽链合成任务的。B 操纵基因操纵基因:是位于启动基因和结构基因之间的一段核苷是位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，控制结构基因是否转录。酸序列，控制结构基因是否转录。C启动基因启动基因:是一种依赖于是一种依赖于DNA的的RNA多聚酶所识别的核多聚酶所识别的核苷酸序列。苷酸序列
8、。6密码子水平密码子水平遗传密码遗传密码: 是指是指DNA链上决定各具体氨基酸的特定链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸排列顺序。核苷酸排列顺序。 UAA ; UAG和和UGA仅表示转译中的终止信号仅表示转译中的终止信号 7核苷酸水平核苷酸水平 （二）原核生物的质粒（二）原核生物的质粒 1定义和特点定义和特点 定义定义:凡游离于原核生物核基因组以外，具有凡游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子分子.2.质粒在基因工程中的应用质粒在基因工程中的应用 质粒具有的优点：质粒具有的优点：体积小，便于体积小，便于DNA的分离和操作；的分
9、离和操作；呈环状，使其在化学分离过程中能保持性呈环状，使其在化学分离过程中能保持性能稳定；能稳定；有不受核基因组控制的独立复制起始点；有不受核基因组控制的独立复制起始点；拷贝数多，使外源拷贝数多，使外源DNA可很快扩增；可很快扩增；存在抗药性基因等选择性标记。存在抗药性基因等选择性标记。E. coli的的pBR322质粒克隆载体质粒克隆载体 3.质粒的分离与鉴定质粒的分离与鉴定 （1）质粒的分离步骤）质粒的分离步骤细胞的裂解细胞的裂解蛋白质去除蛋白质去除RNA的去除的去除质粒质粒DNA与染色体与染色体DNA相分离相分离（2）质粒鉴定。）质粒鉴定。电镜、琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳电镜、琼脂糖或聚
10、丙烯酰胺凝胶电泳4.质粒的种类质粒的种类 5典型质粒简介典型质粒简介(1)F质粒质粒 又称又称F因子、致因子、致育因子或性因育因子或性因子，是子，是E.coli等等细菌决定性别细菌决定性别并有转移能力并有转移能力的质粒。的质粒。 (2) R质粒质粒又称又称R因子因子 由由RTF和和r决定子结合而形成决定子结合而形成R质粒质粒 (3) Col质粒质粒Col质粒：质粒：又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆菌素因子。菌素因子。细菌素细菌素：许多细菌都能产生抑制或杀死其：许多细菌都能产生抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的代谢产物是由他近缘细菌或同种不同菌株的代谢产物是由质粒编码
11、的蛋白质。质粒编码的蛋白质。(4)Ti质粒即诱瘤质粒或冠瘿质粒。质粒即诱瘤质粒或冠瘿质粒。 Ti质粒质粒即诱瘤质粒或冠瘿质粒即诱瘤质粒或冠瘿质粒Ti质粒是一种质粒是一种200 kb的环状质粒，的环状质粒，包括毒性区（包括毒性区（vir）、接合转移区（）、接合转移区（con）、）、复制起始区（复制起始区（on）和）和T-DNA区区4部分。部分。 植物基因工程中使用最广、效果最佳的克隆植物基因工程中使用最广、效果最佳的克隆载体。载体。 (5) Ri质粒质粒发根土壤杆菌或发根农杆菌可侵染双子叶发根土壤杆菌或发根农杆菌可侵染双子叶植物的根部，并诱生大量称为毛状根的不定植物的根部，并诱生大量称为毛状根的
12、不定根。根。Ri质粒已成为外源基因的良好载体，也可用质粒已成为外源基因的良好载体，也可用作进行次生代谢产物的生产。作进行次生代谢产物的生产。 (6) mega质粒质粒即巨大质粒，存在于根瘤菌属中，。分子质即巨大质粒，存在于根瘤菌属中，。分子质量比一般质粒大几十倍至几百倍。量比一般质粒大几十倍至几百倍。假单胞菌属中发现。质粒编码降解一系列复杂有机物假单胞菌属中发现。质粒编码降解一系列复杂有机物的酶，的酶，(7)降解性质粒降解性质粒第二节基因突变和诱变育种第二节基因突变和诱变育种 一、基因突变一、基因突变基因突变基因突变: 简称突变泛指细胞内遗传物质的分子结构或简称突变泛指细胞内遗传物质的分子结构
13、或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。生。狭义专指基因突变，狭义专指基因突变，广义则包括基因突变和染色体畸变。广义则包括基因突变和染色体畸变。（一）突变类型（一）突变类型 凡能用选择性培养基（或其他选择性培养条件）快速选择凡能用选择性培养基（或其他选择性培养条件）快速选择出来的突变株称选择性突变株出来的突变株称选择性突变株,反之则称为非选择性突变株反之则称为非选择性突变株.（二）突变率（二）突变率定义定义: : 某一细胞（或病毒粒）在每一世代中发生某一细胞（或病毒粒）在每一世代中发生某一性状突变的几率，称突变率。某一性状突变的几率，称突变率。
14、共同特点：共同特点： 自发性自发性 不对应性不对应性 稀有性稀有性 独立性独立性 可诱变性可诱变性 稳定性稳定性 可逆性可逆性 （三）基因突变的特点（三）基因突变的特点 （五）基因突变及其机制（五）基因突变及其机制1诱发突变诱发突变诱发突变诱发突变:简称诱变，是指通过人为的方法，简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因素，突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因素，都称诱变剂。都称诱变剂。 （1）碱基的置换）碱基的置换诱变剂诱变剂:直接引起置换的诱变剂：直接引起置换的诱变剂： 直接与核酸的
15、碱基发生化学反应的化学诱直接与核酸的碱基发生化学反应的化学诱变剂变剂 间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂 一些碱基类似物一些碱基类似物 （2）移码突变）移码突变指诱变剂会使指诱变剂会使DNADNA序列中的一个或几个核甘序列中的一个或几个核甘酸发生增添酸发生增添（插入）或缺失（插入）或缺失,从而使该处后面从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变的全部遗传密码的阅读框架发生改变,并进一并进一步引起转录错误的一类突变步引起转录错误的一类突变.原因原因:吖啶类染料及一系列类化合物吖啶类染料及一系列类化合物移码突变图：移码突变图：(3)染色体畸变染色体畸变1 1、染色体畸变染色体畸变： 引起
16、引起DNA分子的大损伤染色体畸变，分子的大损伤染色体畸变， 包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。位，也包括染色体数目的变化。 、转座和转座因子、转座和转座因子转座转座：DNA序列通过非同源重组的方式，从染色体某序列通过非同源重组的方式，从染色体某一部位转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上一部位转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上某一部位的现象，称为转座。某一部位的现象，称为转座。转座因子：转座因子：凡具有转座作用的一段凡具有转座作用的一段DNA序列，称转座序列，称转座因子因子包括原核生物中的插入序列包括原核
17、生物中的插入序列(is）、转座子（）、转座子（Tn)和和E.coli的的Mu噬菌体等转座噬菌体。噬菌体等转座噬菌体。转座的过程及其中受体转座的过程及其中受体DNA中靶序列的复制过程中靶序列的复制过程 2.自发突变自发突变自发突变自发突变:指生物体在无人工干预下自然发指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。生的低频率突变。自发突变的原因有：自发突变的原因有：由背景辐射和环境因素引起，由背景辐射和环境因素引起，由微生物自身有害代谢产物引起，由微生物自身有害代谢产物引起，由由DNA复制过程中碱基配对错误引起。复制过程中碱基配对错误引起。(六）紫外线对六）紫外线对DNA的损伤及其修复的损伤及其修复
18、 1光复活作用光复活作用 把经把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光照射后的微生物立即暴露于可见光下时，就可出现明显降低其死亡率的现象，下时，就可出现明显降低其死亡率的现象，此即光复活作用。此即光复活作用。2.2.切除修复切除修复切除修复切除修复: : 是一种不依赖可是一种不依赖可见光见光、只通过酶、只通过酶切作用去除嘧啶切作用去除嘧啶二聚体二聚体,随后重新随后重新合成一段正常合成一段正常DNA链的核酸修链的核酸修复方式复方式.二、突变与育种二、突变与育种 1从生产中育种从生产中育种正突变株正突变株:指生产性状优于原株的产量突变株指生产性状优于原株的产量突变株2.定向培育优良菌株定向培育优良菌
19、株 定向培育定向培育:是一种利用微生物的自发突变，并是一种利用微生物的自发突变，并 采用特定的选择条件，通过对微生物群体不采用特定的选择条件，通过对微生物群体不断移植以选育出较优良菌株的古老方法。断移植以选育出较优良菌株的古老方法。例如例如:卡介苗卡介苗（一）自发突变与育种（一）自发突变与育种（二）诱变育种（二）诱变育种诱变育种诱变育种:是指利用物理、化学等诱变剂处是指利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，采用简便、理均匀而分散的微生物细胞群，采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选出少数符快速和高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的的突变株，以供使用。合目的的突变株，以供使用。
20、1 1诱变育种的基本环节诱变育种的基本环节2.诱变育种中的几个原则诱变育种中的几个原则 (1)选择简便有效的诱变剂选择简便有效的诱变剂 物理因素物理因素:A非电离辐射类的紫外线、激光和离子束等，非电离辐射类的紫外线、激光和离子束等，B电离辐射的电离辐射的X射线、丫射线和快中子等；射线、丫射线和快中子等；化学诱变剂化学诱变剂:主要有烷化剂、碱基类似物和吖啶化合物主要有烷化剂、碱基类似物和吖啶化合物 艾姆氏试验艾姆氏试验 原理原理：鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型（鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型（his-）菌株在基本）菌株在基本培养基培养基-的平板上不能生长，如发生回复突变变成原养型的平板上不能
21、生长，如发生回复突变变成原养型（his）后则能生长。）后则能生长。方法方法大致是在含待测可疑大致是在含待测可疑“三致三致”物例如黄曲霉毒素、二甲氨物例如黄曲霉毒素、二甲氨基偶氮苯、基偶氮苯、“反应停反应停” 或二口恶口英等的试样中，加入鼠肝匀或二口恶口英等的试样中，加入鼠肝匀浆液，经一段时间保温后，吸人滤纸片中，然后将滤纸片放置浆液，经一段时间保温后，吸人滤纸片中，然后将滤纸片放置于上述平板中央。于上述平板中央。经培养后，出现经培养后，出现3种情况种情况：在平板上无大量菌落产生，说明试样中不含诱变剂；在平板上无大量菌落产生，说明试样中不含诱变剂；在纸片周围有一抑制圈，其外周出现大量菌落，说明试
22、样中在纸片周围有一抑制圈，其外周出现大量菌落，说明试样中有某种高浓度的诱变剂存在；有某种高浓度的诱变剂存在；在纸片周围长有大量菌落，说明试样中有浓度适当的诱变剂在纸片周围长有大量菌落，说明试样中有浓度适当的诱变剂存在。存在。艾姆斯试验法检测致癌物示意图艾姆斯试验法检测致癌物示意图(2(2）挑选优良的出发菌株）挑选优良的出发菌株 用于育种的原始菌株，用于育种的原始菌株，(3)处理单细胞或单孢子悬液处理单细胞或单孢子悬液 （4）选用最适的诱变剂量选用最适的诱变剂量 (5)(5)充分利用复合处理的协同效应充分利用复合处理的协同效应 (6(6）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标）利用和创造形态、生
23、理与产量间的相关指标 (7)(7)设计高效筛选方案设计高效筛选方案 (8(8）创造新型筛选方法）创造新型筛选方法 3. 3类突变株的筛选方法类突变株的筛选方法 （1）产量突变株的筛选）产量突变株的筛选 (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 基本培养基基本培养基（MM，符号为，符号为-）：仅能满足）：仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基，称基本培养基。分的组合培养基，称基本培养基。 完全培养基完全培养基（CM,符号为符号为）：凡可满足一）：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天
24、然或半组合切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基，称完全培养基。培养基，称完全培养基。 补充培养基补充培养基（SM ;符号为符号为A或或B等）：凡等）：凡只能满足相应的营养缺陷型突变株生长需要只能满足相应的营养缺陷型突变株生长需要的组合或半组合培养基，称补充培养基。的组合或半组合培养基，称补充培养基。有关的有关的3 3类培养基：类培养基： 与营养缺陷型突变有关的与营养缺陷型突变有关的3类遗传型个体：类遗传型个体： 野生型野生型：指从自然界分离到的任何微生物在其：指从自然界分离到的任何微生物在其发生人为营养缺陷突变前的原始菌株。发生人为营养缺陷突变前的原始菌株。 营养缺陷型营养缺陷型：野生
25、型菌株经诱变剂处理后，由于：野生型菌株经诱变剂处理后，由于发生了丧失某酶合成能力的突变，因而只能在加发生了丧失某酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成产物的培养基中才能生长，这类突变有该酶合成产物的培养基中才能生长，这类突变菌株称为营养缺陷型突变株，或简称营养缺陷型。菌株称为营养缺陷型突变株，或简称营养缺陷型。原养型原养型：一般指营养缺陷型突变株经回复突变或：一般指营养缺陷型突变株经回复突变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同，遗传型均用型相同，遗传型均用A+ B+表示表示 营养缺陷型的筛选方法：营养缺陷型的筛选方法：一般要经过诱变、淘
26、汰野生型、检出和鉴定营养一般要经过诱变、淘汰野生型、检出和鉴定营养缺陷型缺陷型4个环节：个环节： 第一步第一步，诱变剂处理：，诱变剂处理： 第二步第二步，淘汰野生型：，淘汰野生型： 第三步第三步，检出缺陷型，检出缺陷型 第四步第四步，鉴定缺陷型，鉴定缺陷型 第三节基因重组和杂交育种第三节基因重组和杂交育种 基因重组基因重组: : 两个独立基因组内的遗传基因，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，形成新的稳定通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程，称为基因重组或遗传重组，基因组的过程，称为基因重组或遗传重组，简称重组。简称重组。 一、原核生物的基因重组一、原核生物的基
27、因重组 （一）转化（一）转化 1定义定义 转化转化:受体菌直接吸收供体菌的受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转获得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转化作用。化作用。 2.转化微生物的种类转化微生物的种类在原核生物中在原核生物中主要有肺炎链球菌主要有肺炎链球菌 等等在真核微生物在真核微生物主要有酿酒酵母等主要有酿酒酵母等 3感受态感受态 感受态感受态:是指受体细胞最易接受外源是指受体细胞最易接受外源DNA片片段并能实现转化的一种生理状态。段并能实现转化的一种生理状态。 感受态因子感受态因子:调节感受态的一类特异蛋白称，调节感受态的一类特异蛋白称， 包
28、括包括3种主要成分，即膜相关种主要成分，即膜相关DNA结合蛋白、结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。细胞壁自溶素和几种核酸酶。 转化因子的本质是离体的转化因子的本质是离体的DNADNA片段。片段。 4转化因子转化因子5转化过程转化过程 6转染转染转染转染: 指用提纯的病毒核酸（指用提纯的病毒核酸（DNA或或RNA）去感）去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。正常病毒后代的现象。（二）转导（二）转导转导转导: 通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后携
29、带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。 1普遍转导普遍转导 普遍转导分为两种：普遍转导分为两种： (1)完全普遍转导完全普遍转导 (2)流产普遍转导流产普遍转导 2.局限转导局限转导 局限转导局限转导: 根据转导子出现频率的高低可分为两类：根据转导子出现频率的高低可分为两类： （1）低频转导低频转导 只能形成极少数（只能形成极少数（10-4106）转导子，故称低）转导子，故称低频转导。频转导。 (2)高频转导高频转导 高达高达50%左右的转导子，故称这种转导为高频左右的转导子，故称这种转导为高频转导。转导。3溶源转变
30、溶源转变溶源转变溶源转变: 当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核生溶源化时，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外的新基因组上，而使宿主获得了除免疫性外的新遗传性状的现象，称溶源转变。遗传性状的现象，称溶源转变。（三）接合（三）接合 1定义定义 接合接合: 供体菌（供体菌（“雄性雄性”）通过性菌毛与受体）通过性菌毛与受体菌（菌（“雌性雌性”）直接接触，把）直接接触，把F质粒或其携带质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象，称
31、为接合。后者获得若干新遗传性状的现象，称为接合。 接合子接合子: 通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接合子称为接合子. 2能进行接合的微生物种类能进行接合的微生物种类 E. coli 等等3Ecoli的的4种接合型菌株种接合型菌株 (1)F菌株即菌株即“雄性雄性”菌株，指细胞内存在一至几个菌株，指细胞内存在一至几个F质粒，并在细胞表面着生一至几条性菌毛的菌株。质粒，并在细胞表面着生一至几条性菌毛的菌株。(1)F菌株菌株 F菌株即菌株即“雌性雌性”菌株，指细胞中无菌株，指细胞中无F质质粒、细胞表面也无性菌毛的菌株。粒、细胞表面也无性菌毛的菌株。 (2)
32、F菌株菌株(3）Hfr菌株（高频重组菌株）菌株（高频重组菌株）Hfr菌株（高频重组菌菌株（高频重组菌株）株） Hfr菌株与菌株与F菌株相接菌株相接合后，发生基因重组的合后，发生基因重组的频率要比单纯用频率要比单纯用F与与F接合后的频率高出数百接合后的频率高出数百倍，故名。倍，故名。(4) F菌株菌株F质粒质粒: 当当Hfr菌株细胞内的菌株细胞内的F质粒因不正常切离质粒因不正常切离而脱离核染色体组时，可重新形成游离的、而脱离核染色体组时，可重新形成游离的、但携带整合位点邻近一小段核染色体基因的但携带整合位点邻近一小段核染色体基因的特殊特殊F质粒，称质粒，称F质粒或质粒或F因子。因子。初生初生F菌
33、株菌株 与次生与次生F菌株菌株（四）原生质体融合（四）原生质体融合1 1定义定义: : 通过人为的方法，使遗传性状不同的两个通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程，称为原生亲遗传性状的稳定重组子的过程，称为原生质体融合。由此法获得的重组子，称为融合质体融合。由此法获得的重组子，称为融合子。子。 2.原生质体融合的生物种类原生质体融合的生物种类 原核生物中的细菌和放线菌，而且还包原核生物中的细菌和放线菌，而且还包括各种真核生物细胞括各种真核生物细胞 3.3.原生质体融合的主要操作步骤原生质体融合
34、的主要操作步骤 （1）先选择两株有特殊价值置于高渗溶液中）先选择两株有特殊价值置于高渗溶液中,用用脱壁酶去除细胞壁，脱壁酶去除细胞壁，（2）再将形成的原生质体加入促融合剂）再将形成的原生质体加入促融合剂PEG或借或借电脉冲等因素促进融合，电脉冲等因素促进融合，（3）然后涂在平板上，检验它们是否为稳定的融）然后涂在平板上，检验它们是否为稳定的融合子，最后再测定其有关生物学性状或生产性能合子，最后再测定其有关生物学性状或生产性能 原生质体融合示意图原生质体融合示意图 二、真核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组 （一）有性杂交（一）有性杂交 A 杂交杂交:是指在细胞水平上进行的一种遗传是指在细
35、胞水平上进行的一种遗传重组方式。重组方式。 B 有性杂交有性杂交:一般指不同遗传型的两性细胞一般指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。而产生新遗传型后代的一种育种技术。 产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌，产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌，（二）准性杂交（二）准性杂交 1定义定义 准性生殖是一种在同种而不同菌株的体细准性生殖是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合胞间发生的融合,它可不借减数分裂而导致低它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子频率基因重组并产生重组子 2准性生殖过程准性生殖过程
36、 (1)菌丝联结菌丝联结 (2)形成异核体形成异核体 (3)核融合或称核配核融合或称核配 (4)体细胞交换和单体细胞交换和单 倍体化倍体化 3.准性杂交育种准性杂交育种 (1) 选择亲本选择亲本 (2)强制异合强制异合 (3)移单菌落移单菌落 (4)验稳定性验稳定性 (5)促进变异促进变异 主要步骤和原理主要步骤和原理 第四节基因工程第四节基因工程一、基因工程定义一、基因工程定义 基因工程又称遗传工程，是指人们利用分基因工程又称遗传工程，是指人们利用分子生物学的理论和技术，自觉设计、操纵、子生物学的理论和技术，自觉设计、操纵、改造和重建细胞的遗传核心改造和重建细胞的遗传核心基因组，从而基因组，
37、从而使生物体的遗传性状发生定向变异，以最大使生物体的遗传性状发生定向变异，以最大限度地满足人类活动的需要。限度地满足人类活动的需要。二、基因工程的基本操作二、基因工程的基本操作 （一）目的基因的取得（一）目的基因的取得（二）优良载体的选择（二）优良载体的选择（三）目的基因与载体（三）目的基因与载体DNA的体外重组的体外重组 （四）重组载体导入受体细胞（四）重组载体导入受体细胞 （五）重组受体细胞的筛选和鉴定（五）重组受体细胞的筛选和鉴定（六）（六）“工程菌工程菌”或或“工程细胞工程细胞”的大规模的大规模培养培养 基因工程的主要原理和操作步骤基因工程的主要原理和操作步骤三、基因工程的应用三、基因
38、工程的应用（一）在生产多肽类药物、疫苗中的应用（一）在生产多肽类药物、疫苗中的应用基因工程药物的生产途径的基因工程药物的生产途径的4个阶段：个阶段：细菌基因工程，细菌基因工程，酵母菌等真核微生物细胞的基因工程；酵母菌等真核微生物细胞的基因工程；哺乳动物细胞基因工程哺乳动物细胞基因工程转基因动物或转基因植物基因工程转基因动物或转基因植物基因工程（二）改造传统工业发酵菌种（二）改造传统工业发酵菌种 （三）动、植物特性的基因工程改良（三）动、植物特性的基因工程改良 植物基因工程重点主要为：植物基因工程重点主要为：转抗病虫害基因转抗病虫害基因 抗逆境植物品种的培育抗逆境植物品种的培育 高产、优质品种的
39、培育高产、优质品种的培育 生产药用多肽或可降解生产药用多肽或可降解塑料等优良品种塑料等优良品种 培育适应商品化的优良水果新培育适应商品化的优良水果新品种品种 转固氮、结瘤、分解纤维素或木质素酶的转固氮、结瘤、分解纤维素或木质素酶的基因，或是能提高光合作用效率等基因的新品种基因，或是能提高光合作用效率等基因的新品种 （四）基因工程在环境保护中的应用（四）基因工程在环境保护中的应用 第五节菌种的衰退、复壮和保藏第五节菌种的衰退、复壮和保藏衰退衰退:是指由于自发突变的结果，而使某物种原有一是指由于自发突变的结果，而使某物种原有一系列生物学性状发生量变或质变的现象。系列生物学性状发生量变或质变的现象。
40、具体表现有：具体表现有：原有形态性状变得不典型了，原有形态性状变得不典型了，生长速度变慢，产生的孢子变少，生长速度变慢，产生的孢子变少，代谢产物生产能力下降，即出现负变代谢产物生产能力下降，即出现负变致病菌对宿主侵染力的下降，致病菌对宿主侵染力的下降，对外界不良条件包括低温、高温或噬菌体侵染等抵对外界不良条件包括低温、高温或噬菌体侵染等抵抗能力的下降；等等。抗能力的下降；等等。 一、菌种的衰退与复壮一、菌种的衰退与复壮广义的复壮广义的复壮:是一项积极的措施，即在菌种是一项积极的措施，即在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前，就经常的典型特征或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状的测定工有意识地采取纯种分离和生产性状的测定工作，以期从中选择到自发的正变个体。作，以期从中选择到自发的正变个体。（一）衰退的防止（一）衰退的防止1控制传代次数控制传代次数2. 创造良好的培养条件创造良好的培养条件 3利用不易衰退的细胞传代利用不易衰退的细胞传代 4. 采用有效的菌种保藏方法采用有效的菌种保藏方法 （二）菌种的复壮（二）菌种的复壮 1纯种分离法纯种分离法2.2.通过宿主体复壮通过宿主体复壮3 3淘汰已衰退的个体淘汰已衰退的个体 菌种保藏方法菌种保藏方法
