第七章 微生物的遗传与诧异（教学版）.ppt

1、第七章 微生物的遗传变异 遗传与变异的概念遗传与变异的概念 遗传遗传(heredity)：亲代与子代相似性，是物种存在的亲代与子代相似性，是物种存在的 依据。依据。 变异变异(variation):是亲代与子代或子代之间的不相似性，是亲代与子代或子代之间的不相似性， 是物种发展的依据。是物种发展的依据。 遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 第一节 微生物的突变 微生物的突变：微生物在生长发育过程中， 由于内部或外部的环境因素的影响，造成 DNA发生改变而引起遗传性状的改变 突变包括基因突变和染色体畸变 突变体或突变型：发生基因突变的菌株 野生型或原养型

2、：未发生突变的原菌株 一、微生物突变体的主要类型 1、形态突变体-是指微生物的细胞形态或菌落形态发生突变。 如某些野生型的细菌原来具有鞭毛，能产生芽孢、荚膜， 发生突变后则可能丧失其中的某些形态特征。 2、生化突变体是一种生理上的变异，一般不表现为形态 上，常见的有营养缺陷型或抗性突变。 1）营养缺陷型：是指一种微生物在生长过程中，由于突变 而无法合成某种所必需的生长物质，导致代谢受阻，只有 加入所缺乏的生长物质才能正常生长。主要有氨基酸缺陷 型、维生素缺陷型和嘌呤嘧啶缺陷型。 2）抗性突变主要有抗药突变和抗噬菌体突变。 3、致死突变体-由于基因突变造成死亡。 4、条件致死突变体-在某一条件下

3、具有致死效应，而在另一 条件下没有致死效应的突变体 二、抗性突变的变量试验和影印培养试验 在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长时间内对这在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长时间内对这 种抗性产生的原因争论十分激烈。种抗性产生的原因争论十分激烈。 一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种抗性是由其环境（指一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种抗性是由其环境（指 其中所含的抵抗对象）诱发出来的，突变的原因和突变的性状间是相对其中所含的抵抗对象）诱发出来的，突变的原因和突变的性状间是相对 应的，并认为这就是应的，并认为这就是“定向变异定向变异”，也有人称它为，也

4、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，且与环境是不相对的。由于其另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境是不相对的。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，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。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，主要攻克了检出在接触年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要攻克了检出在接触 抗性因子前已产生的自发突变株的难题，终于解决了这场纷争。抗性因子前已产生的自发突变株的难题，终于解决了这场纷争。 科学家们

5、通过严密的试验得出了突变与环境因子毫无相干，从而提出科学家们通过严密的试验得出了突变与环境因子毫无相干，从而提出自自 发突变发突变学说。学说。 变量试验变量试验 又称波动又称波动 试验或彷试验或彷 徨试验。徨试验。 19431943年，年， S. E. S. E. Luria Luria 和和M. M. Delbrck Delbrck 根据统计根据统计 学原理，学原理， 设计了左设计了左 方的实验。方的实验。 1. 变量试验变量试验 fluctuation test 变量试验 出现此现象的原因：抗噬菌体的突变体是在接 触噬菌体之前就已经自发地随机产生了，由于小 管内抗噬菌体的突变体出现的时间迟

6、早不同、数 量不同，所以在培养皿上出现抗噬菌体的菌落也 必然不同。 试验结论：抗性突变的产生是自发和随机地进 行的，与环境因子无关。 2. 平板影印培养试验平板影印培养试验（replica plating） 19521952年，年，J. LederbergJ. Lederberg夫妇的论文夫妇的论文平板影印培养法和细菌平板影印培养法和细菌 突变株的间接选择突变株的间接选择，更好地证明了微生物的抗药性是在未，更好地证明了微生物的抗药性是在未 接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相 干。干。 平板影印培养法平板影印培养法，是一种能达

7、到在，是一种能达到在一系列培养皿一系列培养皿的的相同位置相同位置 上上出现出现相同遗传型菌落相同遗传型菌落的接种培养方法：把长有许多菌落的的接种培养方法：把长有许多菌落的 母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其 沾上来自平板上的菌落。然后可把这一沾上来自平板上的菌落。然后可把这一印章印章上的菌落一上的菌落一 一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后，一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后， 对各平板相同位置上的菌落作对比后，就可选出适当的突变对各平板相同位置上的菌落作对比后，就可选出适当的突变 型菌株。据报

8、道，用此法可把母平板上型菌株。据报道，用此法可把母平板上1020%1020%量的细菌转移量的细菌转移 到丝绒布上，并可利用这一到丝绒布上，并可利用这一“印章印章”接种接种8 8个子培养皿。因个子培养皿。因 此，通过影印培养法，就可以此，通过影印培养法，就可以在非选择性条件下生长的细在非选择性条件下生长的细 菌群体中，分离出各种类型的突变株。菌群体中，分离出各种类型的突变株。 平平 板板 影影 印印 培培 养养 法法 在根本未接触过任何一点链霉素的情况下，就可以筛选到大量抗链霉在根本未接触过任何一点链霉素的情况下，就可以筛选到大量抗链霉 素的突变株，充分说明了突变是自发产生的，链霉素只是起到了一

9、种检出素的突变株，充分说明了突变是自发产生的，链霉素只是起到了一种检出 作用。作用。 平板影印培养不仅在微生物遗传理论的研究中有重要应用，而且在育平板影印培养不仅在微生物遗传理论的研究中有重要应用，而且在育 种时间和其它研究中均有应用，值得很好地领会。种时间和其它研究中均有应用，值得很好地领会。 影印培养试验 试验说明：在根本未接触过在根本未接触过任何一点链霉素 的情况下，就产生了大量抗链霉素的突变株，就产生了大量抗链霉素的突变株， 说明说明抗药性的突变体是在接触药物之前就已经自自 发地随机产生发地随机产生了，链霉素只是起到了一种检出作 用。 试验结论：抗药性的突变体与接触药物无关， 突变完全

10、是自发和随机自发和随机地产生的。 三、突变是三、突变是DNA分子碱基对发生变化的结果分子碱基对发生变化的结果 突变的本质是DNA分子碱基对发生变化所 产生的结果。 自发突变：在自然条件下发生的突变。微 生物在正常生长繁殖过程中，基因自发突 变的机率极低。 诱发突变：是人为地用理化因素或化学因 素使基因发生突变。 诱变剂：凡能显著提高突变率的理化因素 均称为诱变剂。 三、突变是三、突变是DNA分子碱基对发生变化的结果分子碱基对发生变化的结果 根据根据DNA分子的损伤程度，把基因突变分为两大类：大的损伤和微小损伤，其分子的损伤程度，把基因突变分为两大类：大的损伤和微小损伤，其 中大的损伤包括中大的

11、损伤包括DNA分子的缺失、重复、插入、倒位等突变类型，微小的突变分子的缺失、重复、插入、倒位等突变类型，微小的突变 也叫点突变。也叫点突变。 （一）点突变 发生在基因内部，常出现碱基对的置换和移码突 变。 置换：如一个嘌呤被另一个嘌呤或嘧啶所转换， 也可能在化学诱变剂的作用下，DNA分子中的一 个或几个碱基发生变化，导致碱基配对的错误， 而产生突变。 移码突变：由于DNA分子中一个或少数几个碱基 对的增加或缺失而造成的基因突变，属于微小损 伤。 移码突变在蛋白质水平上的效果是十分明显的， 这是由于增加或缺失一个碱基就会造成从此点起 全部三联密码子移动，从而使相应的氨基酸被错 译，造成蛋白质的相

12、应改变。 （二）染色体畸变 染色体畸变由于某些因子所引起的 DNA分子大损伤，称为染色体畸体，包括 染色体的倒位、易位、缺失和重复。 亚硝酸、紫外线等可引起染色体畸变。 染色体畸变在高等生物中明显存在。 第二节第二节 基因重组基因重组 定义：定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，使之发生遗凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，使之发生遗 传变异的过程，称为基因重组（传变异的过程，称为基因重组（gene recombination）。）。 作用作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的 个体。个体。 重组

13、与杂交的关系：重组与杂交的关系： 重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传物质分子水平重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传物质分子水平 上的杂交上的杂交 而一般所说的杂交（而一般所说的杂交（hybridization）则是细胞水平上的一个概念。）则是细胞水平上的一个概念。 杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。 真核微生物中的有性杂交、准性杂交（真核微生物中的有性杂交、准性杂交（parasexual hybridization）等及原核生物中的转化、转导、接合和原生质体）等及原核生物中的转化、转导、接合和原生质体 融合等

14、都是基因重组在细胞水平上的反映。融合等都是基因重组在细胞水平上的反映。 原核微生物的基因重组 基因重组的方式基因重组的方式 转化转化 转导转导 接合接合 原生质体融合原生质体融合 肺炎双球菌转化试验肺炎双球菌转化试验 肺炎双球菌是一种人畜共患的病原菌，在人体内引起肺炎，在小白鼠体内肺炎双球菌是一种人畜共患的病原菌，在人体内引起肺炎，在小白鼠体内 引起败血症，使小白鼠死亡。引起败血症，使小白鼠死亡。 肺炎双球菌有两种类型：光滑型（肺炎双球菌有两种类型：光滑型（S型），有毒、型），有毒、 粗糙型（粗糙型（R型），无毒型），无毒 实验过程：实验过程： 1）将无毒的）将无毒的R型型肺炎双球菌注射到小白

15、鼠体内，小白鼠活着；肺炎双球菌注射到小白鼠体内，小白鼠活着； 2）将有毒的）将有毒的S型肺炎双球菌注射到小白鼠体内，小白鼠死亡；型肺炎双球菌注射到小白鼠体内，小白鼠死亡； 3）经过加热杀死的）经过加热杀死的S型肺炎双球菌注射到小白鼠体内，小白鼠活着；型肺炎双球菌注射到小白鼠体内，小白鼠活着； 4）将将无毒的）将将无毒的R型肺炎双球菌与经过加热杀死的型肺炎双球菌与经过加热杀死的S型肺炎双球菌注射到小型肺炎双球菌注射到小 白鼠体内，小白鼠死亡，并从死亡的小白鼠体找到了有毒的白鼠体内，小白鼠死亡，并从死亡的小白鼠体找到了有毒的S型肺炎双球菌。型肺炎双球菌。 一、转化（一、转化（transformat

16、ion） 1、转化及其发现：、转化及其发现： 肺炎双球菌转化试验 R型活菌型活菌+S型死菌型死菌 S型活菌型活菌 转化：转化：受体细胞直接吸收供体细胞游离的受体细胞直接吸收供体细胞游离的DNA片段（片段（转化因转化因 子子），并把它整合到自己的基因组中，而改变受体细胞遗传性状），并把它整合到自己的基因组中，而改变受体细胞遗传性状 的过程，称为转化。转化后的的受体菌称为的过程，称为转化。转化后的的受体菌称为转化子转化子 （transformant）。）。 具有转化现象的菌属代表：具有转化现象的菌属代表： 嗜血杆菌属嗜血杆菌属 芽孢杆菌属芽孢杆菌属 奈瑟氏球菌属奈瑟氏球菌属 葡萄球菌属葡萄球菌属

17、假单胞杆菌属假单胞杆菌属 在真菌生物中如酵母菌、霉菌中也发现有转化现象。在真菌生物中如酵母菌、霉菌中也发现有转化现象。 一、转化（一、转化（transformation） 1、转化及其发现：、转化及其发现： 具有转化能力的双链具有转化能力的双链DNA，而单链，而单链DNA难以吸难以吸 附到受体细胞表面，无转化能力或很弱。附到受体细胞表面，无转化能力或很弱。 受体细胞要处于感受态受体细胞要处于感受态. 感受态感受态：competence，是细胞生活周期中的一种，是细胞生活周期中的一种 特殊的生理状态，感受态约长特殊的生理状态，感受态约长40分钟，出现时间视分钟，出现时间视 细菌而异。感受态细胞比

18、非感受态细胞的转化率高细菌而异。感受态细胞比非感受态细胞的转化率高 100倍。倍。 2、转化发生的条件：、转化发生的条件： 3、转化过程 转化因子是供体细胞游离的DNA片断，分 子量约为107道尔顿，约含50个基因。当供 体细胞和受体细胞接触时，转化因子吸附 在感受态细胞表面，DNA的一条链进入受 体细胞，而另一条链被酶解。 进入的单链DNA通过连接酶的作用，整合 到受体细胞的染色体上，形成了重组基因 体。 二、接合（二、接合（conjugation） 研究方法：研究方法：1946年年J.Lederberg等采用等采用E.coli 的两株营养缺陷型进行实验，奠定了的两株营养缺陷型进行实验，奠定

19、了方法学方法学 基础基础；也为以后的微生物遗传学提供了必要；也为以后的微生物遗传学提供了必要 的条件。的条件。 定义：一个供体细胞与另一个受体细胞直接定义：一个供体细胞与另一个受体细胞直接 接触传递遗传信息的现象，称为接合。接触传递遗传信息的现象，称为接合。 通过接合而获得新性状的受体细胞就是通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合接合 子（子（conjugant） 1946年用年用E.coli的两个营养缺陷型所作的实验：的两个营养缺陷型所作的实验： 大肠杆菌的两株营养缺陷型：大肠杆菌的两株营养缺陷型： 生物素和甲硫氨酸缺陷（生物素和甲硫氨酸缺陷（）和苏氨酸和亮氨酸缺陷（）和苏氨酸和亮氨酸缺陷（

20、） 试验过程：试验过程： 当在基本培养基上单独培养当在基本培养基上单独培养（）、）、 （）时，均不能生）时，均不能生 长，但进行混合培养时，出现了能在基本培养基上生长的长，但进行混合培养时，出现了能在基本培养基上生长的 菌落。菌落。 原理：这是由于两种营养缺陷型的菌株通过接触而相互进原理：这是由于两种营养缺陷型的菌株通过接触而相互进 行遗传物质的转移和重组的结果。行遗传物质的转移和重组的结果。 1、接合及其发现、接合及其发现 研究细菌接合方法的基本原理研究细菌接合方法的基本原理 AB - 过滤器 U型管实验：型管实验： 接合重组方式接合重组方式 性纤毛：性纤毛： 大肠杆菌是以性纤大肠杆菌是以性

21、纤 毛作为通道进行遗传物毛作为通道进行遗传物 质转移的。质转移的。 性纤毛的有无受性纤毛的有无受F因子所因子所 决定。决定。 F因子是一种质粒，化学因子是一种质粒，化学 成分为成分为DNA，能编码，能编码 4060种蛋白质，能独立种蛋白质，能独立 于细胞核进行复制。于细胞核进行复制。 根据根据F因子在因子在E. coli中的有无，及与染色体的关系，中的有无，及与染色体的关系， 可将可将E. coli分为四种类型：分为四种类型： F （“雌性雌性”）菌株：）菌株： 细胞中不含有细胞中不含有F因子，细胞表面不具有有性纤毛。因子，细胞表面不具有有性纤毛。 F+（“雄性雄性”）菌株：）菌株： 细胞内含

22、有（细胞内含有（14个）游离的个）游离的F因子，细胞表面存在与因子，细胞表面存在与F因子数因子数 目相当的性菌毛。目相当的性菌毛。 Hfr（高频重组，（高频重组，high frequency recombination）菌株：）菌株： F因子整合到细菌细胞核的因子整合到细菌细胞核的DNA上就形成了高频重组菌株株。上就形成了高频重组菌株株。 因该菌株与因该菌株与F 接合后的重组频率比接合后的重组频率比F+ 菌株高几百倍而得名。菌株高几百倍而得名。 F菌株：菌株： 细胞中含有游离的、带小段细胞中含有游离的、带小段DNA的的F因子，可与因子，可与F 菌株接合，菌株接合， 使其成为使其成为F菌株。菌株

23、。F菌株的形成菌株的形成：由由Hfr菌株中的菌株中的F因子在不正因子在不正 常切离而脱离核染色体组时所形成，并因此造成细胞染色体发常切离而脱离核染色体组时所形成，并因此造成细胞染色体发 生缺失，生缺失，F因子也缺失一段因子也缺失一段DNA. F因子结合情况：因子结合情况： 1、F+ F F+ F+ F+菌株和 F菌株接合产生两F+菌株。F因子复制成二个F因子，接合时 通过性纤毛把一个F因传给F 菌株，使F-变成F+菌株。另一个F因子留 在原来细胞内 2、 F F F + F F菌株与菌株与F菌株接合，使菌株接合，使F-也变成也变成F菌株，这样菌株，这样F-既可以得既可以得F菌株的若菌株的若 干

24、遗传性状，又可以获得干遗传性状，又可以获得F因子。因子。 3、 Hfr F H fr + F （在大多数情况下）（在大多数情况下） 4、Hfr F H fr + Hfr （在极少数情况下）（在极少数情况下） Hfr（高频重组，（高频重组，high frequency recombination）菌株：）菌株： F因子整合到细菌细胞核的因子整合到细菌细胞核的DNA上就形成了高频重组菌株。上就形成了高频重组菌株。 因该菌株与因该菌株与F 接合后的重组频率比接合后的重组频率比F+ 菌株高几百倍而得名。菌株高几百倍而得名。 Hfr菌株与菌株与F菌株接合时，菌株接合时，Hfr染色体双链中的一条单链染色体

25、双链中的一条单链 在在F因子处发生断裂，由环状变成线状，因子处发生断裂，由环状变成线状，F因子位于因子位于 线状单链染色体的末端，整段单链线状染色体从线状单链染色体的末端，整段单链线状染色体从5端端 开始等速进入开始等速进入F细胞，在没有外界干扰的情况下，全细胞，在没有外界干扰的情况下，全 部转移过程的完成需要约部转移过程的完成需要约100分钟。由于种种原因很分钟。由于种种原因很 容易使容易使Hfr染色体在染色体在转移过程发生中断，所以越是前转移过程发生中断，所以越是前 端的基因进入端的基因进入F 细胞的机会越大。细胞的机会越大。F因子位于线状染因子位于线状染 色体的末端，进入受体细胞的机会最

26、小，故这种接合色体的末端，进入受体细胞的机会最小，故这种接合 引起转性的频率最低，但可以出现各种重组子。引起转性的频率最低，但可以出现各种重组子。 Hfr F H fr + F （在大多数情况下）（在大多数情况下） Hfr F H fr + Hfr （在极少数情况下）（在极少数情况下） F菌株：菌株： 细胞中含有游离的、带小段细胞中含有游离的、带小段DNA的的F因子，可与因子，可与F 菌株接合，菌株接合， 使其成为使其成为F菌株。菌株。 F菌株的形成菌株的形成：由由Hfr菌株中的菌株中的F因子在不正常切离而脱离核染因子在不正常切离而脱离核染 色体组时所形成，并因此造成细胞染色体发生缺失，色体组

27、时所形成，并因此造成细胞染色体发生缺失，F因子因子 也缺失一段也缺失一段DNA. 由由Hfr异常释放所生成的异常释放所生成的F菌株，称为菌株，称为初生初生F菌株菌株； 由由F 接受外来接受外来F因子所产生的因子所产生的F叫作叫作次生次生F细胞细胞； F因子转导因子转导F-mediated transduction: 利用利用F菌株与菌株与F接合可将接合可将 供体染色体供体染色体DNA传入传入F 菌株，从而使菌株，从而使F 既获得供体菌的若既获得供体菌的若 干遗传特性，又可获得干遗传特性，又可获得F因子。这种接合方式叫做因子。这种接合方式叫做F因子转导因子转导, 又称又称性导性导sexducti

28、on. 因为因为F因子可在细菌的染色体多位因子可在细菌的染色体多位 点整合，所以点整合，所以F因子转导可实现不同基因的转移和重组。因子转导可实现不同基因的转移和重组。 F F F + F F因子转导（因子转导（F-duction）：）： 通过通过F菌株与与菌株与与F菌株间的接合，就可以使后者转变成菌株间的接合，就可以使后者转变成F 菌株，为菌株，为次生次生F菌株菌株。它是一个。它是一个部分双倍体部分双倍体，具有一个不，具有一个不 完整的完整的F因子，缺少部分基因，仍可进行与因子，缺少部分基因，仍可进行与F菌株间的接菌株间的接 合。合。 由由F因子来传递供体基因的方式，称为因子来传递供体基因的方

29、式，称为F因子转导、性导因子转导、性导 （sexduction）或）或F因子媒介的转导（因子媒介的转导（F-mediated transduction）。）。 图 ：初生F菌株和次生F菌株的由来 接合的一般过程：接合的一般过程： 接合时接合时F+细胞与细胞与F 细胞相遇，性菌毛与细胞相遇，性菌毛与F 细胞表面发生吸细胞表面发生吸 附而形成接合管；附而形成接合管； F+细胞内，细胞内，F因子的一条因子的一条DNA单链在特定的位点上发生断单链在特定的位点上发生断 裂；裂； 断裂后的单链逐步解开，同时以另一条留存的环状单链做断裂后的单链逐步解开，同时以另一条留存的环状单链做 模板，通过模板的滚动，一

30、方面把解开的单链以模板，通过模板的滚动，一方面把解开的单链以5为先导为先导 通过性菌毛推入通过性菌毛推入F 细胞中，另一方面，在供体细胞内以滚细胞中，另一方面，在供体细胞内以滚 动的环状模板重新合成一条互补的环状单链，以取代传递动的环状模板重新合成一条互补的环状单链，以取代传递 到到F 细胞中的那条单链。这种细胞中的那条单链。这种DNA复制机制称为复制机制称为滚环模型滚环模型 （rolling circle model）；）； 在在F 细胞中，以外来的供体细胞中，以外来的供体DNA线状单链为模板合成一条线状单链为模板合成一条 互补单链，并随之恢复成环状双链互补单链，并随之恢复成环状双链F因子。

31、因子。 至此，原来的至此，原来的F 菌株变成了菌株变成了F+ 菌株。原来的供体仍为菌株。原来的供体仍为F+ 菌菌 株。株。 混合培养 三、转导（三、转导（transduction） J.Lederberg等（等（1952）在）在Salmonella typhimurium（鼠（鼠 伤寒沙门氏菌）中发现的。他们用鼠伤门氏菌的两株伤寒沙门氏菌）中发现的。他们用鼠伤门氏菌的两株 营养缺陷型，其中色氨酸营养缺陷型营养缺陷型，其中色氨酸营养缺陷型LA-22为溶源性菌为溶源性菌 株，敏感菌组氨酸营养缺陷型株，敏感菌组氨酸营养缺陷型LA-2作为供体。作为供体。 试验过程：将试验过程：将LA-22和和LA-2

32、分别放在分别放在U型管的两端，管型管的两端，管 中间用只允许比细菌小的颗粒通过的滤板隔开，使细中间用只允许比细菌小的颗粒通过的滤板隔开，使细 菌不能直接接触，吹气使两端的液体来回流动。菌不能直接接触，吹气使两端的液体来回流动。 试验结果：两端的细菌并未接触，但仍有遗传物质的试验结果：两端的细菌并未接触，但仍有遗传物质的 转移，导致一端出现了野生型细菌。转移，导致一端出现了野生型细菌。 1.转导及其发现转导及其发现 AB - - Try+his+ Try-his+ Try+his- 定义：定义：利用某一溶源性细菌菌株释放出温和噬菌体，使其感利用某一溶源性细菌菌株释放出温和噬菌体，使其感 染另一敏

33、感菌株（供体），并使敏感株的某些性状传递给前染另一敏感菌株（供体），并使敏感株的某些性状传递给前 一菌株（受体），使之发生改变的过程一菌株（受体），使之发生改变的过程称为转导。称为转导。 噬菌体转噬菌体转 导作用的媒介，它从供体菌转移部分基因给受体。导作用的媒介，它从供体菌转移部分基因给受体。 转导子：转导子：获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。 2.转导的种类转导的种类 完全普遍转导完全普遍转导 普遍性转导普遍性转导 流产普遍转导流产普遍转导 转导转导 低频转导低频转导 局限性转导局限性转导 高频转导高频转导 过程：过程：供体菌供体菌 正常噬菌体正常噬菌体

34、 + + 完全缺陷噬菌体完全缺陷噬菌体 少量裂解物少量裂解物 + + 大量受体菌大量受体菌 遗传稳定的转导子遗传稳定的转导子 （1） 普遍性转导（普遍性转导（generalized transduction） 定义：定义：通过通过完全缺陷噬菌体完全缺陷噬菌体对供体细胞对供体细胞任何任何DNADNA小片小片段的段的 “误包误包”而实现其遗传性状传递至受体细胞的转导现象，而实现其遗传性状传递至受体细胞的转导现象， 称为称为普遍性转导普遍性转导。 1.11.1完全完全( (普遍性普遍性) )转导：转导：complete transductioncomplete transduction。195219

35、52年年 发现，在发现，在Salmonella typhimuriumSalmonella typhimurium中存在转导现象。在它中存在转导现象。在它 的完全普遍性转导实验中：的完全普遍性转导实验中： v以其野生型菌株作为供体菌以其野生型菌株作为供体菌 v营养缺陷型菌株作为受体菌营养缺陷型菌株作为受体菌 vP22P22噬菌体作为转导媒介，对供体菌是烈性噬菌体，对噬菌体作为转导媒介，对供体菌是烈性噬菌体，对 受体菌是温和噬菌体受体菌是温和噬菌体 裂解裂解 完全普遍转导完全普遍转导 （1.2）、流产普遍性转导（）、流产普遍性转导（abortive transduction） 概念：概念：受体菌

36、经转导获得的供体受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发生配对、交换片段在受体菌中不发生配对、交换 和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现 象就称为象就称为流产转导流产转导。 现象：现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源DNA 分配给一个子细胞，而另一子细胞仅获得供体基因的产物分配给一个子细胞，而另一子细胞仅获得供体基因的产物酶，在表酶，在表 型上表现出轻微的供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，所型上表现出轻微的供体菌特征，

37、每经过一次分裂，就受到一次稀释，所 以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就是流产转导的特点。以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就是流产转导的特点。 (2). 局限性转导局限性转导 定义定义：通过：通过部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的把供体菌的少数特定少数特定基基 因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。 特点特点： v噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体 v只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合 位点两侧的基因）位点两侧的基因） v该特定基因

38、由该特定基因由部分缺陷的噬菌体部分缺陷的噬菌体携带携带 v缺陷噬菌体使由于其在形成过程中所发生的低频率缺陷噬菌体使由于其在形成过程中所发生的低频率 （约（约10 5）“误切误切”，或由于，或由于双重溶源菌双重溶源菌的裂解而形的裂解而形 成（约形成成（约形成50%缺陷噬菌体）缺陷噬菌体） 分类分类：低频转导与高频转导：低频转导与高频转导 3、转导的过程、转导的过程 该溶源菌被诱导裂解时，有极该溶源菌被诱导裂解时，有极 少数（少数（ 10 5）的前噬菌体 ）的前噬菌体 （prophage）发生不正常切离）发生不正常切离 （abnormal excesion），其结果），其结果 会将插入位点两侧之一

39、的少数会将插入位点两侧之一的少数 宿主基因（如宿主基因（如E.coli 前噬菌体的前噬菌体的 两侧分别为发酵半乳糖的两侧分别为发酵半乳糖的gal基基 因或合成生物素的因或合成生物素的bio基因基因）连）连 接到噬菌体接到噬菌体DNA上（而噬菌体上（而噬菌体 也将相应的一段也将相应的一段DNA遗留在宿遗留在宿 主的染色体组上），通过衣壳主的染色体组上），通过衣壳 的的“误包误包”，就形成了一种特，就形成了一种特 殊的噬菌体殊的噬菌体缺陷噬菌体缺陷噬菌体 （defective phage）。它们没有）。它们没有 将宿主溶源化的能力，而是使将宿主溶源化的能力，而是使 宿主成为一个局限转导子，对宿主成

40、为一个局限转导子，对 噬菌体没有免疫性。噬菌体没有免疫性。 温和噬菌体感染受体菌后，其温和噬菌体感染受体菌后，其DNA会开环，以线状形式整合到宿主染色体的特定会开环，以线状形式整合到宿主染色体的特定 位点上，从而使宿主细胞发生溶源化，并获得对相同温和噬菌体的免疫性。位点上，从而使宿主细胞发生溶源化，并获得对相同温和噬菌体的免疫性。 比较项目比较项目普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导 转导的基因转导的基因 供体染色体或染色供体染色体或染色 体外的体外的任何基因任何基因 供体染色体上与原噬菌体紧供体染色体上与原噬菌体紧 密连锁的少数密连锁的少数特定的基因特定的基因 噬菌体寄生噬菌体寄生 的位

41、置的位置 不结合在寄主染色不结合在寄主染色 体特定位置上体特定位置上 结合在寄主染色体特定位置结合在寄主染色体特定位置 上上 获得转导噬获得转导噬 菌体的方法菌体的方法 通过敏感菌的裂解通过敏感菌的裂解 或容源菌的诱导或容源菌的诱导紫外线诱导容源菌紫外线诱导容源菌 转导子的区转导子的区 别别 一般稳定，非溶原一般稳定，非溶原 性（不表现出任何性（不表现出任何 噬菌体的性状，包噬菌体的性状，包 括免疫性）括免疫性） 一般不稳定，呈缺陷溶原性一般不稳定，呈缺陷溶原性 （对同源噬菌体具有免疫性，（对同源噬菌体具有免疫性， 但不表现出其它噬菌体的性但不表现出其它噬菌体的性 状）状） 4、普遍性转导和局

42、限性转导的比较、普遍性转导和局限性转导的比较 四、溶源转变四、溶源转变 概念：概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基 因整合到宿主的核基因组上，而使后者遗传性发生改变的现象，称为因整合到宿主的核基因组上，而使后者遗传性发生改变的现象，称为 溶源转变。溶源转变。 典型例子：典型例子：无毒的白喉杆菌，被无毒的白喉杆菌，被噬菌体侵染而发生溶原化，变成噬菌体侵染而发生溶原化，变成 有毒的菌株。如果有毒的菌株。如果噬菌体离开，则毒力也随之丧失。这说明基因来噬菌体离开，则毒力也随之丧失。这说明基因来 自噬菌体。自噬菌体。 区别：区别：

43、表面上与转导相似，而本质上不同于转导。表面上与转导相似，而本质上不同于转导。 溶源转变局限性转导 噬菌体离开宿主细胞时，不携 带宿主的任何基因 与宿主强能发生特定的基因交 换 正常的噬菌体缺陷性噬菌体 五、细菌基因转移方式的比较 转化接合转导 DNA转移方式通过受体菌的细 胞膜 在细菌接合后通 过性纤毛 通过噬菌体外壳 蛋白质的包裹 参与的细菌革兰氏阳性和阴 性菌 几乎所有革兰氏 阴性菌 革兰氏阳性和阴 性菌 所转移的供体菌 DNA量 约20个基因从20个基因到整 个细胞核 约20个基因 质体转移+ 对脱氧核糖核酸 酶的抗性 -+ 单向转移-+ 诱变育种：诱变育种：利用诱发突变的手段使微生物细

44、胞群利用诱发突变的手段使微生物细胞群 体中的少数细胞的遗传物质发生变异，从而筛选出体中的少数细胞的遗传物质发生变异，从而筛选出 符合要求的变异菌株。符合要求的变异菌株。 任何一种诱变剂对微生物的所诱发的突变都是不定任何一种诱变剂对微生物的所诱发的突变都是不定 向的。诱变育种的两项工作：向的。诱变育种的两项工作：诱发基因突变和突变诱发基因突变和突变 体的筛选。体的筛选。 诱变育种具有极其重要的实践意义诱变育种具有极其重要的实践意义。当前发酵工业。当前发酵工业 和其他微生物生产部门所使用的高产菌株，几乎和其他微生物生产部门所使用的高产菌株，几乎 毫无例外地都是通过诱变育种得到的。毫无例外地都是通过

45、诱变育种得到的。 第三节第三节 诱变育种诱变育种 一、诱变育种的一般方法：一、诱变育种的一般方法： 选择合适的出发菌株选择合适的出发菌株 制备待处理的菌悬液制备待处理的菌悬液 诱变处理诱变处理 筛选筛选 保藏和扩大试验保藏和扩大试验 1.出发菌株的选择出发菌株的选择： 出发菌株出发菌株用来用来诱发突变的菌株诱发突变的菌株 出发菌株应具备：出发菌株应具备： 对诱变剂的敏感性高；对诱变剂的敏感性高； 具有特定生产性状的能力或潜力；具有特定生产性状的能力或潜力； 出发菌株的来源；出发菌株的来源； 自然界直接分离到的野生型菌株：自然界直接分离到的野生型菌株： 在生产中应用的自发突变而又经过筛选的菌株：

46、在生产中应用的自发突变而又经过筛选的菌株： 已经诱变过的菌株：已经诱变过的菌株： （一）出发菌株的诱变处理 制备细胞悬液的必要性 可均匀地接触药物或射线； 使处理后较少地出现不纯的菌落 制备悬液的细胞要求： 菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生长； 细胞分散且为单细胞，以避免表型迟延现象 制备悬液的方法： 玻璃珠打散10-15min; 加.3%吐温80（表面活性剂） 用无菌脱脂棉过滤。 悬液浓度： 细菌、放线菌 108个/ml 霉菌、酵母菌 106个/ml 2.制备细胞悬液 3、诱变剂的选择 诱变剂的作用： 提高突变的频率 扩大产量变异的幅度 使产量变异朝着正突变移动 每种诱变剂的作用都有其

47、特殊性，想用一种诱变剂达到某一 特定的性状是很困难的，一般采取复合的诱变因素处理。 在选用理化因子作诱变剂时，在同样效果下，应选用最方便 的因素；而在同样方便的情况下，则应选择最高效的因素。 在物理诱变剂中，尤以紫外线为最方便、高效的，而在化 学诱变剂中，一般可选用诱变效果最为显著的“超诱变 剂”，如NTG。 目前认为快中子效果好，可产生不反复的突变。 不同种类和不同生长阶段的微生物对诱变剂的敏感程度不同， 所以在诱变处理前，一般应预先作诱变剂用量对菌体死 亡数量的致死曲线，选择合适的处理剂量。 剂量的表示法：一般用致死率来表示诱变剂的相对剂量。 最适剂量的选择：产量性状的育种中多倾向于低剂量

48、（致死 率在7080%） 4.剂量选择及处理： l紫外线的照射最为方便，一般使用15瓦的紫外线灯，照射 距离30cm左右，照射时间视死亡率而定。 l化学诱变剂的种类、浓度和处理方法尤其是中止反应的方 法很多，实际工作时可参看有关书籍。一种较有效的简易 处理方法的大致操作步骤是：先在平板上涂上出发菌株细 胞，然后在平板上均匀地放上几颗很小的诱变剂颗粒（也 可放吸有诱变剂溶液的滤纸片），经培养后，在制菌圈的 边缘挑取若干突变菌落，分别制成悬浮液，然后将其涂在 一般平板表面使长出许多单菌落，最后可用影印培养法或 逐个检出法选出突变种。 P208表介绍了各种化学诱变剂的常用浓度、处理时间及中止 方法

49、简便有效的诱变方法： （二）（二）. 突变菌株的筛选突变菌株的筛选 几种筛选突变的方法： 1、青霉素浓缩法 青霉素能杀死生长繁殖的细菌，不能杀死停止 分裂的细菌。在供野生型生长的基本培养基 （M.M）中加入青霉素，把野生型杀死，而 生长的营养缺陷型则保留下来，这样就可以 通过青霉素浓缩法淘汰野生型细菌。 2、菌丝过滤法 由于野生型的霉菌或放线菌的孢子在基本 培养液中萌发并生长成菌丝，而营养缺陷 型的孢子则不能长成菌丝，所以通过菌丝 过滤的方法可以淘汰野生型的菌株。 3、梯度培养皿法 把含药物的培养基倒在斜放的培养皿中， 待凝固后平放并倒入不含药物的培养基。 将细菌接入培养，这样就可以得到不同程

50、 度的抗性菌株。 可见，设计和采用效率高的筛选方案和方可见，设计和采用效率高的筛选方案和方 法极其重要。法极其重要。 以选育高产突变株为例，诱变育种的基本环节概括如下： 4诱变育种工作的具体做法 1）、诱变育种的工作程序 .初筛 出发菌株 斜面传代 .复筛 菌种纯化 .出发菌株的性能测定 小型试验 制备斜面孢子或菌液 .同步培养、离心洗涤、振荡过滤 大型投产试验 制备单细胞或单孢子悬液 诱变处理 .诱变处理预备试验 .处理液活菌计数 平板分离 .观察形态变异的单菌落并计算突变率 挑取变异菌落并移植至斜面上 （2）. 突变菌株的筛选步骤突变菌株的筛选步骤 2.1 筛选方案：筛选方案： 实际工作中