1、上章教学回顾上章教学回顾 第六章第六章 微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制 6-1 测定测定生长繁殖的生长繁殖的方法方法 6-2 微生物的微生物的生长规律生长规律 6-3 影响影响微生物生长的微生物生长的主要因素主要因素 6-4 微生物微生物培养法培养法概论概论 6-5 有害微生物的有害微生物的控制控制一、测生长量一、测生长量二、计繁殖数二、计繁殖数一、温度一、温度二、氧气二、氧气三、三、pHpH一、微生物的一、微生物的个体生长个体生长和和同步生长同步生长二、单细胞微生物的二、单细胞微生物的典型生长曲线典型生长曲线三、微生物的三、微生物的连续培养连续培养四、微生物的四、微生物的高密度培养
2、高密度培养一、实验室培养法一、实验室培养法二、生产实践中培养微生物的装置二、生产实践中培养微生物的装置一、几个基本概念一、几个基本概念二、物理灭菌和消毒的代表二、物理灭菌和消毒的代表高温高温三、化学杀菌剂、三、化学杀菌剂、消毒剂消毒剂和和治疗剂治疗剂第七章第七章 微生物的遗传与变异微生物的遗传与变异 教学目的与要求教学目的与要求 了解了解微生物的遗传变异的物质基础，微生物的遗传变异的物质基础，掌握掌握原核微生原核微生物与真核微生物的基因重组和突变，物与真核微生物的基因重组和突变，熟悉熟悉基因工程基因工程的基本操作和菌种保藏原理的基本操作和菌种保藏原理 二、二、教学内容：教学内容：1、遗传变异的
3、物质基础、遗传变异的物质基础（）（）2、基因突变和诱变育种、基因突变和诱变育种（）（）3、基因重组和杂交育种、基因重组和杂交育种（）（）4、基因工程、基因工程 5、菌种的衰退、复壮和保藏、菌种的衰退、复壮和保藏遗传遗传(heredity,inheritance)是指上一代生物将自身的一整套遗传基因是指上一代生物将自身的一整套遗传基因稳定地稳定地传递传递给下一代的行为或功能，具有极其给下一代的行为或功能，具有极其稳定稳定(保守保守)的特性。的特性。遗传型遗传型(genotype)又称又称基因型基因型，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即基因组(geno
4、me)所携带的遗传信息。所携带的遗传信息。遗传和变异的几遗传和变异的几 个基本概念个基本概念 遗传型遗传型(可能性可能性)+环境环境条件条件表型表型(实现性实现性)代谢、发育代谢、发育v表型表型(phenotype)phenotype)F是指某一生物体所具有的一切是指某一生物体所具有的一切外表特征外表特征和和内在特性内在特性的总和，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体现，是一种育而得到的具体体现，是一种具体性状具体性状。变异变异(variation)指生物体在某种外因或内因的作用下所引起遗传物质指生物体在某种外因或内因的作用下所引
5、起遗传物质结构结构或或数量数量的改变，亦即的改变，亦即遗传型遗传型的改变。特点：的改变。特点：在群体中只以极低的几率在群体中只以极低的几率(一般一般10-510-10)出现出现；性状变化幅度大性状变化幅度大；变化后的新性状是变化后的新性状是稳定的稳定的、可遗传的可遗传的和和不可恢复不可恢复的。的。饰变饰变(modification)指指外表修饰性外表修饰性改变，是一种不涉及遗传物质结构改变改变，是一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的而只发生在转录、转译水平上的表型变化表型变化。特点：。特点：是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；性
6、状变化的幅度小；性状变化的幅度小；因其遗传物质未变，故饰变是因其遗传物质未变，故饰变是不遗传的不遗传的和和可恢复的可恢复的。如如Serratia marcescens(粘质沙雷氏菌，旧称粘质沙雷氏菌，旧称“神灵色杆神灵色杆菌菌”)。遗传和变异的几遗传和变异的几 个基本概念个基本概念 微生物因其微生物因其独特的生物学特性独特的生物学特性而成为而成为模式生物模式生物 物种与代谢类型的物种与代谢类型的多样性多样性 个体的个体的体制体制极其简单极其简单 营养体一般都营养体一般都 是是单倍体单倍体 易于在成分简单的易于在成分简单的组合培养基组合培养基上大量生长繁殖上大量生长繁殖 繁殖速度快繁殖速度快 易
7、于积累不同的易于积累不同的中间代谢物中间代谢物或或终产物终产物 菌落形态菌落形态的可见性与多样性的可见性与多样性 环境条件环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性 易于形成易于形成营养缺陷型突变株营养缺陷型突变株 各种微生物一般都各种微生物一般都 有其相应的有其相应的病毒病毒 存在多种处于进化过程中、富有特色的原始存在多种处于进化过程中、富有特色的原始有性生殖有性生殖方式方式遗传和变异的几遗传和变异的几 个基本概念个基本概念第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础：18831889年间年间德国德国A.Weissmann提出。认为遗传物质
8、是一种提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物（具有特定分子结构的化合物（种质种质）。）。：1933年年摩尔根（摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了染色体，并发现了染色体，并证证明明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说基因学说，使得遗传物质，使得遗传物质基础的范围缩小到基础的范围缩小到染色体染色体上。上。但染色体是由但染色体是由核酸核酸和和蛋白质蛋白质两种长链高分子组成。两种长链高分子组成。当时认为当时认为决定决定生物遗传型的染色体和基因，起活性成分是生物遗传型的染色体和基因，起活性成分是蛋白质蛋白质。：1944年以后，先后有利用微生
9、物为实验对象进行的年以后，先后有利用微生物为实验对象进行的3个著名实验个著名实验的论证才使人们普遍接受的论证才使人们普遍接受核酸核酸尤其是尤其是DNA才是真正的遗传物质。才是真正的遗传物质。第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 一、一、3个经典实验个经典实验 一一)经典转化实验经典转化实验 最早最早：1928年英国的年英国的F.Griffith，以以S.pneumoniae(肺炎链球菌肺炎链球菌)作研究对象。作研究对象。肺炎链球菌肺炎链球菌S S型：型：R R型：型：具荚膜，菌落表面光滑，为致病株具荚膜，菌落表面光滑，为致病株不形成荚膜，菌落外观粗糙，非致病株不形成荚膜，菌落外观
10、粗糙，非致病株结论：加热杀死的结论：加热杀死的S S型细菌，在其细胞内可能存在一种具型细菌，在其细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过某种方式进入有遗传转化能力的物质，它能通过某种方式进入R R型细胞，型细胞，并使并使R R型细菌获得表达型细菌获得表达S S型荚膜性状的遗传特性。型荚膜性状的遗传特性。1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M.McCarty从热死从热死S型型S.pneumoniae中提纯了可能作为中提纯了可能作为转化因子转化因子的各种成分，并在离体的各种成分，并在离体条件下进行了条件下进行了转化试验转化试验：（1）动物试验动物试验（3）S型菌的型
11、菌的无细胞抽提液无细胞抽提液试验试验热死热死SIII菌菌不生长不生长活活 RII 菌菌长出长出RII菌菌热死热死SIII菌菌+活活RII菌菌长出大量长出大量RII菌菌和和10-6SIII菌菌活活RII菌菌+SIII菌菌无细胞抽提液无细胞抽提液长出大量长出大量RII菌菌和少量和少量SIII菌菌平皿培养平皿培养平皿培养平皿培养平皿培养平皿培养（2）细菌培养实验）细菌培养实验转化试验示意转化试验示意对照对照P P190190动物试验动物试验混合培养混合培养RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型热死菌型热死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健
12、康健康健康病死病死病死病死病死病死活活R菌菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌离体转化试验：离体转化试验：1）从活的）从活的S菌中抽提各种菌中抽提各种细胞成分细胞成分)对各种生化组分进行对各种生化组分进行转化试验转化试验只有只有S型细菌的型细菌的DNA才能将才能将S.pneumoniae的的R型转化为型转化为S型。且型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。有力地说明纯度越高，转化效率也越高。有力地说明S型菌株转移给型菌株转移给R型型菌株的决不是菌株的决不是遗传性状遗传性状（有无荚膜）（有无荚膜）本身，而是本身，而是DNA遗传因子。遗传因子。加加S S菌菌DNADNA加加S S菌菌DNADNA及及DNA
13、DNA酶以外的酶酶以外的酶加加S S菌的菌的DNADNA和和DNADNA酶酶加加S S菌的菌的RNARNA加加S S菌的蛋白质菌的蛋白质加加S S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖二）噬菌体感染实验二）噬菌体感染实验 A.D.Hershey和和M.Chase，1952年进行年进行 首先把首先把E.coli培养在以放射性培养在以放射性32PO43-或或35SO42-作为磷源或硫源的作为磷源或硫源的组合培养基中，从而制备出含组合培养基中，从而制备出含32P-DNA或含或含35S-蛋白质蛋白质的噬菌体的噬菌体 接着，进行了两组实验接着，进行了两组实验（1）含）含32P-DNA的一组：放射性的一组：放射性85%
14、在沉淀中在沉淀中10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培沉淀细胞进一步培养后，可产生养后，可产生大量大量完整的完整的子代噬菌体子代噬菌体上清液中含上清液中含15%放射性放射性沉淀中含沉淀中含85%放射性放射性沉淀中含沉淀中含25%放射性放射性（2）含）含35S-蛋白质蛋白质的一组：放射性的一组：放射性75%在上清液中在上清液中10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培养沉淀细胞进一步培养后，可产生后，可产生大量完整大量完整的的子代噬菌体子代噬菌体上清液中含上清液中含75%放射性放射性二）噬菌体感染实验二）噬菌
15、体感染实验结果：结果：在噬菌体感染过程中，其在噬菌体感染过程中，其蛋蛋白质白质外壳根本未进入宿主细胞。进外壳根本未进入宿主细胞。进入宿主细胞虽只有入宿主细胞虽只有DNADNA，但却有自身但却有自身的增殖、装配能力，最终会产生一的增殖、装配能力，最终会产生一大群完整子代噬菌体。大群完整子代噬菌体。结论：结论：证实证实DNADNA是噬菌体的遗传物质，是噬菌体的遗传物质，在在DNADNA中，存在着包括合成蛋白质外中，存在着包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息壳在内的整套遗传信息。三）植物病毒的重建实验三）植物病毒的重建实验 为了证明为了证明核酸核酸是遗传物质，是遗传物质，H.Fraenkel-Con
16、rat（1956）用含）用含RNA的烟草花叶病毒（的烟草花叶病毒（TMV）进行）进行了著名的了著名的植物病毒重建实验植物病毒重建实验。方法：方法：将将TMV在一定浓度的在一定浓度的苯酚溶液苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白中振荡，就能将其蛋白质外壳与质外壳与RNA核心相分离。分离后的核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状，质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离出完整的而且在病斑中还能分离出完整的TMV粒子。粒子。选用了选用了HRV（霍氏车前花叶病毒）与（霍氏车前花叶病毒）与TMV进行了如下进行了如下拆分与重建实验拆分与重
17、建实验：实验方法实验方法 A：RNA（TMV）-蛋蛋白质（白质（HRV）B：RNA（HRV）-蛋蛋白质（白质（TMV）用两种用两种杂合病毒杂合病毒感染感染烟草烟草：A:表现表现TMV的典型症的典型症状并分离到正常状并分离到正常TMV粒子粒子 B:表现表现HRV的典型症的典型症状并分离到正常状并分离到正常HRV粒子。粒子。结论：结论：在在RNA病毒中，遗病毒中，遗传的物质基础也是传的物质基础也是核酸核酸(RNA)TMV HRVHRV TMV拆分拆分重建重建l核酸的特性及复制方式核酸的特性及复制方式(补充补充)l1、核酸的化学组成和结构、核酸的化学组成和结构第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异
18、的物质基础l2、核酸的特性、核酸的特性l温度升高温度升高导致双链的解链（导致双链的解链（变性变性），当），当温度缓慢降低温度缓慢降低时被解链时被解链的的DNA能够重新能够重新配对配对（复性复性），不同来源的），不同来源的DNA之间碱基序列之间碱基序列互补的区段也能够进行互补的区段也能够进行碱基配对碱基配对（退火退火或或杂交杂交）。）。l二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式l核酸存在的七个水平核酸存在的七个水平细胞水平：细胞水平：大部分大部分DNA都集中在都集中在细胞核细胞核或或核区核区中，数目中，数目1-2个。个。细胞核水平：细胞核水平：核染色体组核染色体组
19、（核基因组或基因组）和（核基因组或基因组）和核外染色体核外染色体。染色体水平染色体水平：染色体数染色体数和和染色体倍数染色体倍数（单倍、双倍）（单倍、双倍）核酸水平：核酸水平：核酸种类、核酸结构、核酸种类、核酸结构、DNA长度长度基因水平：具有特定核苷酸序列的核酸片段基因水平：具有特定核苷酸序列的核酸片段（遗传功能单位）（遗传功能单位）密码子水平密码子水平（遗传信息单位）（遗传信息单位）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核苷酸顺链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸顺序。其信息单位是序。其信息单位是密码子密码子。每一密码子由。每一密码子由3个核苷酸序列个核苷酸序列即即1个个三联
20、体三联体组成。组成。核苷酸水平核苷酸水平（核苷酸单位或碱基单位）（核苷酸单位或碱基单位）最低突变单位最低突变单位或或交换单位交换单位第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础掌握几个有用的数据：掌握几个有用的数据：每个每个碱基对（碱基对（pbpb）的平均相的平均相 对分子质量约为对分子质量约为650650；1 110106 6的的dsDNAdsDNA约为约为1.5kb1.5kb或或0.5m;0.5m;3nmol3nmol碱基的重量约等于碱基的重量约等于1g1g。多数细菌的基因组为多数细菌的基因组为1 19Mb9Mb第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 二、遗传物质在细胞内
21、存在的部位和方式二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式 1、细胞核水平、细胞核水平 1）在原核细胞中）在原核细胞中 染色体染色体DNA(核染色体核染色体)：在核区内，双链，环状或线状，在核区内，双链，环状或线状，无组蛋白；无组蛋白；染色体外染色体外DNA(核外染色体核外染色体):质粒质粒(F 质粒、质粒、R质粒、质粒、Col质质粒、粒、Ti质粒、质粒、Ri质粒、质粒、mega质粒和降解质粒质粒和降解质粒)2）在真核细胞中）在真核细胞中 核核DNA：在细胞核内与组蛋白结合成：在细胞核内与组蛋白结合成核小体核小体；核外核外DNA：细胞质基因细胞质基因(包括包括线粒体线粒体和和叶绿体叶绿体基因等基因等
22、)；共；共生生物（如生生物（如卡巴颗粒）卡巴颗粒）；2m质粒质粒(酿酒酵母的在酿酒酵母的在核内核内)等。等。原核生物的质粒原核生物的质粒 1、定义、定义 典型质粒典型质粒：凡游离于原核生物核基因组：凡游离于原核生物核基因组以外以外，具有，具有独立复制能力独立复制能力的的小型共价闭合环状的小型共价闭合环状的dsDNA(cccDNA)分子。分子。线形质粒线形质粒 2、特点、特点 具有麻花状的具有麻花状的超螺旋结构超螺旋结构，大小一般为，大小一般为1.5300kb。携带某些核基因组上所携带某些核基因组上所缺少缺少的基因，使细菌等原核生物获得了某些的基因，使细菌等原核生物获得了某些对其生存对其生存并非
23、并非必不可少必不可少的特殊功能。的特殊功能。复制类型有复制类型有严紧型复制控制严紧型复制控制和和松弛型复制控制松弛型复制控制两种。两种。含质粒的细胞在正常的培养基上受吖啶类染料、丝裂霉素含质粒的细胞在正常的培养基上受吖啶类染料、丝裂霉素C、紫外、紫外线、利福平等因子处理后，会发生线、利福平等因子处理后，会发生质粒消除质粒消除。具有与核基因组具有与核基因组整合整合与与脱离脱离功能，这类质粒又称为功能，这类质粒又称为附加体附加体。质粒与质粒间，质粒与核染色体间发生基因质粒与质粒间，质粒与核染色体间发生基因重组。重组。原核生物的质粒原核生物的质粒 3、质粒在基因工程中的应用优点、质粒在基因工程中的应
24、用优点 体积小，便于体积小，便于DNA的分离和操作；的分离和操作；呈环状，使其化学分离过程中能保持性能稳定；呈环状，使其化学分离过程中能保持性能稳定；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，便于含质粒克隆的检出和选择存在抗药性基因等选择性标记，便于含质粒克隆的检出和选择（如（如E.coli 的的pBR322质粒）质粒）4、质粒的分离与鉴定、质粒的分离与鉴定 分离：分离：细胞的裂解、蛋白质和细胞的裂解、蛋白质和RNA去除以及去除以及质粒质粒DNA与染色体与染色体DNA分离分
25、离。鉴定：鉴定：电镜、琼脂糖或聚丙烯酰胺电镜、琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳凝胶电泳及密度梯度离心法。及密度梯度离心法。第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式 2、基因水平：、基因水平：是生物体内一切具有自主复制能力的最小是生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位遗传功能单位，其，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断。由众多的基因构成了断。由众多的基因构成了染色体染色体。以。以原核生物原核生物为例：为例：基因调基因调控系统控系统操纵子操
26、纵子 启动基因启动基因(启动子启动子)调节基因调节基因 操纵基因操纵基因 结构基因结构基因DNA链链RAmRNABmRNACmRNAOabc蛋白质蛋白质第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式 2、基因水平：、基因水平：真核生物真核生物的基因与的基因与原核生物原核生物的基因的基因最明显的不同最明显的不同是它是它们们一般无一般无操纵子结构，操纵子结构，存在着存在着大量大量不编码序列不编码序列和和重复重复序列序列，转录和转译在细胞中有空间分隔，以及基因被，转录和转译在细胞中有空间分隔，以及基因被许多无编码功能的许多
27、无编码功能的内含子内含子阻隔，从而使编码序列变成阻隔，从而使编码序列变成不连续的不连续的外显子外显子状态。状态。第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种 一、基因突变一、基因突变 简称简称“突变突变”。是。是变异变异的一类，泛指细胞的一类，泛指细胞(病毒粒病毒粒)内内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。狭义的突变专指化，可自发或诱导产生。狭义的突变专指基因突变基因突变(点突变点突变)；广义的突变则包括；广义的突变则包括基因突变基因突变和和染色体畸变染色体畸变。野生型菌株：野生型菌株：简称简称野生型野生型，指从自
28、然界分离到的菌株。，指从自然界分离到的菌株。突变株突变株(变异体、变异型变异体、变异型)野生型经野生型经突变突变后形成的带有新性状的菌株。后形成的带有新性状的菌株。（一）突变类型（一）突变类型突变株突变株的表型的表型选择性选择性突变株突变株非选择性非选择性突变株突变株营养缺陷型营养缺陷型(株株)抗性突变型抗性突变型(株株)条件致死突变型条件致死突变型(株株)形态突变型形态突变型(株株)抗原突变型抗原突变型(株株)产量突变型产量突变型(株株)依表型的改变分为：依表型的改变分为：营养缺陷型营养缺陷型因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨基酸等生物合
29、成酶的能力，因而无法再在基本培养基上正常生长繁基酸等生物合成酶的能力，因而无法再在基本培养基上正常生长繁殖，而殖，而必须在基本培养基中添加某种物质才能生长必须在基本培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。的突变类型。抗性突变型抗性突变型因突变而产生了对某种因突变而产生了对某种化学药物化学药物或或致死物理因子致死物理因子的的抗性，它们可在加有相应药物或用相应物理因子处理的平板上选出抗性，它们可在加有相应药物或用相应物理因子处理的平板上选出 条件致死突变型条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁殖，并呈现突变后在某种条件下可正常生长繁殖，并呈现其固有的表型，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型
30、其固有的表型，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型 形态突变型形态突变型由突变引起的个体或菌落形态的变异由突变引起的个体或菌落形态的变异 抗原突变型抗原突变型因突变而引起的细胞抗原结构发生改变因突变而引起的细胞抗原结构发生改变 产量突变型产量突变型因突变而要代谢物产量上明显有别于原始菌株。因突变而要代谢物产量上明显有别于原始菌株。（一）突变类型（一）突变类型每一每一细胞在细胞在每一每一世代中发生世代中发生某一某一性状突变的几率。性状突变的几率。也可也可用某一用某一单位群体单位群体在每一世代中产生突变株的数目来表示。在每一世代中产生突变株的数目来表示。突变率突变率=突变细胞数突变细胞数/分裂前群
31、体细胞数分裂前群体细胞数突变是突变是。某一基因发生突变。某一基因发生突变的突变率。因此，在同一个细胞中同时发生的突变率。因此，在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的，因为两个基因突变的几率是极低的，因为双重突变型双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。的几率只是各个突变几率的乘积。由于突变的几率一般都极低，因此，必须采用检由于突变的几率一般都极低，因此，必须采用检出选择性突变株的手段，尤其是采用检出出选择性突变株的手段，尤其是采用检出营养缺营养缺陷型陷型的的回复突变株回复突变株（back mutantback mutant或或reverse reverse mutantmutant）
32、或）或抗性突变株抗性突变株特别是抗药性突变株的方特别是抗药性突变株的方法来加以确定。法来加以确定。（二）突变率（二）突变率（二）突变率（二）突变率 基因符号基因符号 基因的基因的名称名称用其英文单词的头用其英文单词的头3个个小写英文字母小写英文字母表示，表示，且应排成且应排成斜体字斜体字（书写时可在其下（书写时可在其下划一底线划一底线区别）。区别）。同一基因的不同同一基因的不同基因突变基因突变则在则在3个英文小写字母后加一个英文小写字母后加一个正体大写字母或数字表示。如个正体大写字母或数字表示。如hisA、hisB代表组氨代表组氨酸的酸的A、B基因。基因。在基因在基因名称名称右上方可用不同符号
33、表示微生物的右上方可用不同符号表示微生物的突变型突变型:his+、his-分别表示组氨酸原养型和缺陷型，分别表示组氨酸原养型和缺陷型，gal+、gal-分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳糖分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳糖 strS、strR分别表示对链霉素敏感和具有抗性分别表示对链霉素敏感和具有抗性 蛋白质（基因表达产物）的符号蛋白质（基因表达产物）的符号 用其英文单词的头用其英文单词的头3个个大写英文字母（或大写英文字母（或1个大写，个大写，2个个小写）小写）表示，且应排成表示，且应排成正体字正体字（三）突变的特点（三）突变的特点 1 1.自发性自发性:2.2.稀有性稀有性:3.3.可诱
34、变性可诱变性:4.4.不对应性：不对应性：5.5.独立性：独立性：6.6.稳定性：稳定性：7.7.可逆性：可逆性：自发突变率极低而且稳定，自发突变率极低而且稳定，1010-6-61010-9-9各种性状的突变自发地发生各种性状的突变自发地发生在诱变剂作用下，自发突变可提高在诱变剂作用下，自发突变可提高10-1000010-10000倍倍突变的性状与引起突变的原因之间无直接的对应关突变的性状与引起突变的原因之间无直接的对应关系。例如，在紫外线作用下，除产生抗紫外线的突系。例如，在紫外线作用下，除产生抗紫外线的突变体外还可诱发任何其他性状的变异变体外还可诱发任何其他性状的变异某一基因的突变率不受它
35、种基因突变率的影响。说明某一基因的突变率不受它种基因突变率的影响。说明突变对某一细胞或某一基因都是随机的。突变对某一细胞或某一基因都是随机的。突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定变化，故产突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定变化，故产生的新的变异性状也是稳定的、可遗传的。生的新的变异性状也是稳定的、可遗传的。任何性状都可发生任何性状都可发生正向突变正向突变，也都可以发生相反的过，也都可以发生相反的过程程回复突变。回复突变。（四）基因突变的自发性和不对应性的证明（四）基因突变的自发性和不对应性的证明 在各种基因突变中，在各种基因突变中，抗性突变抗性突变最为常见。但在过去相当长最为常见。但在过去相
36、当长时间内对这种时间内对这种抗性抗性产生的原因争论十分激烈产生的原因争论十分激烈。一种观点认为，突变是通过一种观点认为，突变是通过适应适应而发生的，即各种抗性是由其而发生的，即各种抗性是由其环境环境（指其中所含的抵抗对象）（指其中所含的抵抗对象）诱发诱发出来的，出来的，突变的原因和突变的性状突变的原因和突变的性状间是相对应的间是相对应的，并认为这就是，并认为这就是“定向变异定向变异”，也有人称它为，也有人称它为“驯化驯化”或或“驯养驯养”。另一种看法则认为，基因突变是自发的，且另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境是不相对应的与环境是不相对应的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择
37、条件等多由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等多种因素错综在一起，所以难以探究问题的实质。种因素错综在一起，所以难以探究问题的实质。从从19431943年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要攻克了如何检年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要攻克了如何检出出在接触抗性因子前已产生的自发突变株在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题，终于在科学的基的难题，终于在科学的基础上结束了这场纷争。础上结束了这场纷争。本次教学回顾及作业本次教学回顾及作业 教学回顾教学回顾 第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 3个经典实验，遗传物质在细胞内的存在部位和方式个经典实验，遗传物质在细
38、胞内的存在部位和方式 第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种 基因突变，突变率，突变的特点基因突变，突变率，突变的特点 作业作业 复习本次教学内容，预习下次教学内容复习本次教学内容，预习下次教学内容上次教学回顾上次教学回顾 遗传和变异的几个基本概念遗传和变异的几个基本概念 第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种遗传、遗传型、表型、变异、饰变遗传、遗传型、表型、变异、饰变3 3个经典实验个经典实验遗传物质在细胞内的存在部位和方式遗传物质在细胞内的存在部位和方式基因突变，突变率，突变的特点、基因突变，突变率，突变的特点、基
39、因突变的自发性和不对应性的证明基因突变的自发性和不对应性的证明（五）（五）基因基因突变及其机制突变及其机制诱变诱变(诱发突变诱发突变)自发突变自发突变点突变点突变(基因突变基因突变)畸变畸变碱基置换碱基置换移码突变移码突变基因基因突变突变转换：转换：颠换颠换A GA G，T CT CA TA T，ACACG CG C，GTGT缺失：缺失：插入：插入：缺失：缺失：添加添加易位易位(转座转座)：倒位：倒位：重复：重复：插入：插入：染色体染色体DNADNA序列序列从某一部位从某一部位转移到转移到同一染色体同一染色体上另一上另一部位或其部位或其他染色体他染色体上某一上某一部位的现象。部位的现象。染色体
40、发生染色体发生两次断裂两次断裂后，某一区段发后，某一区段发生生颠倒颠倒，而后又愈合的现象。，而后又愈合的现象。一一)自发突变自发突变 概念：指生物体概念：指生物体自然发生自然发生而而非人为引起非人为引起的突变的突变 1、基因突变的自发性和不对称性的实验证明、基因突变的自发性和不对称性的实验证明 变量试验变量试验：1943年年S.E.Luria和和M.Delbruck 涂布试验涂布试验:1949年年H.B.Newcombe 影印平板培养试验影印平板培养试验：1952年年J.Lederberg夫妇夫妇 2、自发突变的原因、自发突变的原因(机制机制)由由背景辐射背景辐射或或环境因素环境因素引起诱变作
41、用引起诱变作用，如宇宙射线、，如宇宙射线、加热等加热等 微生物微生物自身产生自身产生诱变物质诱变物质如微生物细胞内的咖啡碱、如微生物细胞内的咖啡碱、硫氰化合物、二硫化二丙烯、重氖丝氨酸及过氧化硫氰化合物、二硫化二丙烯、重氖丝氨酸及过氧化氢等。氢等。DNA复制中偶然复制中偶然碱基配对错误碱基配对错误(10-710-111000=10-6)，引起突变。，引起突变。大肠杆菌大肠杆菌稀释稀释培养物培养物(10(103 3/mL)/mL)10ml10ml(培养前先分成培养前先分成5050小管小管)(在同一大管中作整体培养后分在同一大管中作整体培养后分5050份份)(抗噬菌体菌落数抗噬菌体菌落数)(抗噬菌
42、体菌落数抗噬菌体菌落数)3,2,64,1,0 103,1,21,7,13,2,64,1,0 103,1,21,7,17,4,5,4,7,5,3,6,4,57,4,5,4,7,5,3,6,4,5LuriaLuria等的变量实验等的变量实验结论：结论：E.ColiE.Coli抗噬菌体性状的产生，抗噬菌体性状的产生，并非并非由所抗的由所抗的环境因素环境因素（即噬菌体（即噬菌体T1T1）诱导诱导出来的，出来的，而是而是在它接触在它接触T1T1前，在某次细前，在某次细胞分裂过程中胞分裂过程中自发自发产生的。这一产生的。这一自发突变自发突变发生得越早，抗性发生得越早，抗性菌落出现得就越多，反之则越少。菌落
43、出现得就越多，反之则越少。噬菌体噬菌体T1T1在这里仅起在这里仅起淘汰淘汰原始的原始的未突变菌株未突变菌株和和甄别甄别抗抗噬菌体突变型噬菌体突变型的作用，而决非的作用，而决非“驯养者驯养者”。保温保温5 h5 h保温保温5 h5 h喷入喷入T1T1保温保温喷入喷入T1T1保温保温6 6个平板重新涂布个平板重新涂布喷入喷入T1T1保温保温喷入喷入T1T1保温保温6 6个平板重新涂布个平板重新涂布I I个小菌落生长个小菌落生长时产生抗噬菌时产生抗噬菌体突变体突变在未喷噬菌在未喷噬菌体体T1T1前没有前没有突变细胞突变细胞自发突变假说自发突变假说获得免疫性假说获得免疫性假说在在1212个琼脂平板上每
44、个个琼脂平板上每个平板涂布平板涂布5 5*10104 4个大肠杆个大肠杆菌的菌的噬菌体敏感性噬菌体敏感性细胞细胞每个平板上有每个平板上有5 5*10104 4个小菌落，个小菌落，每个菌落约含每个菌落约含50005000个细菌个细菌1 1个抗噬菌个抗噬菌体菌落体菌落（共（共2828个）个）小菌落中每个抗噬小菌落中每个抗噬菌体细胞产生菌体细胞产生1 1个抗个抗菌体菌落菌体菌落（共（共353353个）个）两组平板有两组平板有相同数目相同数目的细菌，所以将的细菌，所以将产生产生相同数目相同数目的抗噬菌体菌落的抗噬菌体菌落NewcombeNewcombe 的涂布试验的涂布试验结论：结论：E.ColiE.
45、Coli抗噬菌体抗噬菌体突变突变的确发生在与的确发生在与T1T1接触之前接触之前。噬菌体噬菌体T1T1的加入只起到的加入只起到甄别甄别这类这类自发突变自发突变是否发生作用，是否发生作用，而不是而不是诱发相应突变的原因。诱发相应突变的原因。涂布试验中突变率的计算涂布试验中突变率的计算初始接种量：初始接种量：5 5 10 104 4 个个/皿皿培养培养5 5小时，繁殖了小时，繁殖了12.312.3代，每个微菌落约含代，每个微菌落约含51005100个细菌个细菌这时，每个平皿上的细胞数为：这时，每个平皿上的细胞数为：5100 5100 5 5 10 104 4 2.6 2.6 10108 8个个/皿
46、皿在在6 6个平板上，比接种时增加的细胞数为：个平板上，比接种时增加的细胞数为：6 6（2.6 2.6 10 108 8 5 5 10 104 4）=15.6=15.6 10108 8在未涂布的平板上共发现在未涂布的平板上共发现2828个突变，故个突变，故突变率突变率 =28/15.6=28/15.6 10108 8=1.8=1.8 1010 8 8含药物的含药物的培养皿培养皿不含药物不含药物的培养皿的培养皿原始敏原始敏感菌种感菌种1 12 23 34 45 56 67 78 89 9111112121010影影印印接接种种LederbergLederberg等设计的平板影印培养法等设计的平板
47、影印培养法二二)诱发突变诱发突变 诱发突变诱发突变：简称：简称诱变诱变。指通过。指通过人为的人为的方法，利用方法，利用物理、化学或生物因素物理、化学或生物因素显著提高显著提高基因基因自发突变自发突变频频率的手段。率的手段。诱变剂诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素。：凡具有诱变效应的任何因素。化学因素化学因素的诱变的诱变 物理因素物理因素的诱变的诱变 紫外线紫外线 X射线和射线和 射线等射线等 是不带电的是不带电的光量子光量子，不能直接不能直接引起物质原子电离或激发，但在引起物质原子电离或激发，但在与基因分子碰撞时，把全部或部分能量传给原子而产生与基因分子碰撞时，把全部或部分能量传给原子而产生次级
48、电次级电子子。这些次级电子一般具有很高的能量，能产生。这些次级电子一般具有很高的能量，能产生电离作用电离作用；因；因而直接或间接地改变而直接或间接地改变DNA结构。结构。化学因素的诱变化学因素的诱变 1、直接引起碱基置换的诱变剂、直接引起碱基置换的诱变剂 是一类是一类可直接与核酸的可直接与核酸的碱基碱基发生化学反应发生化学反应的化学诱变的化学诱变剂，能与所有生物体的剂，能与所有生物体的DNA，无论它是离体的无论它是离体的DNA、离菌的离菌的噬菌体噬菌体还是代谢作用几乎停顿的还是代谢作用几乎停顿的细胞细胞(如芽孢如芽孢)等等都发生化学作用，从而引起突变都发生化学作用，从而引起突变(主要主要转换转
49、换，极少，极少颠换颠换)。如亚硝酸、如亚硝酸、烷化剂烷化剂、羟胺。、羟胺。2、间接引起碱基置换的诱变剂、间接引起碱基置换的诱变剂 是一些是一些碱基类似物碱基类似物，其结构与，其结构与DNA中的碱基十分相似，中的碱基十分相似，但稳定性较正常碱基小，在菌体内能以不同的形式存在但稳定性较正常碱基小，在菌体内能以不同的形式存在(如如5溴尿嘧啶能以溴尿嘧啶能以酮式或烯醇式酮式或烯醇式状态存在状态存在)它们能通过它们能通过活细胞的代谢作用活细胞的代谢作用掺入到掺入到DNA分子中而不妨碍分子中而不妨碍DNA的正的正常复制，但其发生的常复制，但其发生的错误配对错误配对可引起碱基的置换。可引起碱基的置换。化学因
50、素的诱变化学因素的诱变 3、移码诱变剂移码诱变剂 能插入能插入DNA分子的碱基对之间，使分子的碱基对之间，使DNA链链结构变形结构变形，并在并在DNA复制时由于复制时由于不对称交换不对称交换，引起，引起DNA链中链中插入插入或缺失或缺失一个或几个碱基，造成这一对核苷酸后的整个密一个或几个碱基，造成这一对核苷酸后的整个密码的移动，产生码的移动，产生移码突变移码突变。物理因素的诱变物理因素的诱变 紫外线紫外线(UV)对对DNA的损伤与修复的损伤与修复 损伤损伤 DNA具有强烈的紫外吸收能力，尤其是核酸链上的碱基对，其具有强烈的紫外吸收能力，尤其是核酸链上的碱基对，其中中嘧啶嘧啶比嘌呤更敏感。比嘌呤
