第六章微生物的遗传变异与菌种选育课件.ppt
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- 第六 微生物 遗传 变异 菌种 选育 课件
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1、第六章第六章 微生物的遗传变异与菌种选育微生物的遗传变异与菌种选育 在应用微生物加工制造和发酵生产各种食品的过程中,在应用微生物加工制造和发酵生产各种食品的过程中,要想有效地大幅度提高产品的产量、质量和花色品种要想有效地大幅度提高产品的产量、质量和花色品种,首先首先必须选育优良的生产菌种,才能达到目的。而优良菌种的必须选育优良的生产菌种,才能达到目的。而优良菌种的选育是在微生物遗传变异的基础上进行的。遗传和变异是选育是在微生物遗传变异的基础上进行的。遗传和变异是相互关联,同时又相互矛盾对立的两个方面,在一定条件相互关联,同时又相互矛盾对立的两个方面,在一定条件下,二者是相互转化的。认识和掌握微
2、生物遗传变异的规下,二者是相互转化的。认识和掌握微生物遗传变异的规律是搞好菌种选育和关键。律是搞好菌种选育和关键。本章主要内容本章主要内容重点重点重点重点理解理解理想的工业发酵菌种应符合以下要求:理想的工业发酵菌种应符合以下要求:遗传性状稳定;遗传性状稳定;生长速度快,不易被噬菌体等异种微生物污染;生长速度快,不易被噬菌体等异种微生物污染;目标产物的产量尽可能接近理论转化率;目标产物的产量尽可能接近理论转化率;目标产物最好能分泌到细胞外,以降低产物抑制并利目标产物最好能分泌到细胞外,以降低产物抑制并利于分离;于分离;尽可能减少产物类似物的产量,以提高目标产物的产尽可能减少产物类似物的产量,以提
3、高目标产物的产量并利于分离;量并利于分离;培养基成分简单、来源广、价格低廉;培养基成分简单、来源广、价格低廉;对温度、对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感;离子强度、剪切力等环境因素不敏感;对溶氧的要求低,便于培养及降低能耗。对溶氧的要求低,便于培养及降低能耗。了解了解微生物的独特生物学特性微生物的独特生物学特性:(1)个体的体制极其简单;个体的体制极其简单;(2)营养体一般都是单倍体;营养体一般都是单倍体;(3)易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖;易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖;(4)繁殖速度快;繁殖速度快;(5)易于积累不同的中间代谢产物或终产物;易于积累不同的中
4、间代谢产物或终产物;(6)菌落形态特征的可见性和多样性;菌落形态特征的可见性和多样性;(7)环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性;一性;(8)易于形成营养缺陷型;易于形成营养缺陷型;(9)各种微生物一般都有相应的病毒各种微生物一般都有相应的病毒;(10)存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式;存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式;了解了解微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的理论问题中最热衷的。对微生物遗传规律的深入研究,不仅促进了对微生物遗传规律的深入
5、研究,不仅促进了和和的发展,而且为的发展,而且为提供了丰富提供了丰富的理论基础,促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到的理论基础,促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。展。研究微生物遗传学的意义研究微生物遗传学的意义了解了解:18831889年间年间Weissmann提出。认为遗传物质是一提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。种具有特定分子结构的化合物。:1933年摩尔根(年摩尔根(Thomas Hunt Morgan)发现了染色体,发现了染色体,并证明基因在染色体上呈直线排列,提出了基
6、因学说,使得遗传物质基并证明基因在染色体上呈直线排列,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。础的范围缩小到染色体上。但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基酸多种氨基酸经过不同排列组合,可以演变出的蛋白质数目几乎可以达到一个天文数经过不同排列组合,可以演变出的蛋白质数目几乎可以达到一个天文数字,而核酸的组成却简单得多,一般仅由字,而核酸的组成却简单得多,一般仅由4种不同的核苷酸组成,它们种不同的核苷酸组成,它们通过排列核组合只能产生较少种类的核酸,因此当时认为决定生物遗传通过排列核组合只能产生较少种类的核酸,因此当时认
7、为决定生物遗传型的染色体和基因,起活性成分是蛋白质。型的染色体和基因,起活性成分是蛋白质。:1944年以后,先后有利用微生物年以后,先后有利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证(肺炎球菌的转化试验、噬菌体为实验对象进行的三个著名实验的论证(肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验),才使人们普遍接受核酸才是真正感染试验、病毒的拆开与重建试验),才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。的遗传物质。掌握掌握 证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验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肺炎双球菌的转化实验噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验烟草花叶病毒的拆开与重组
8、实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验 理解理解F.Griffith,研究对象:,研究对象:Streptococcus pneumoniae(肺炎双球菌)(肺炎双球菌)SIII型菌株:有荚膜,菌落表面光滑,有致型菌株:有荚膜,菌落表面光滑,有致病性病性RII型菌株:无荚膜,菌落表面粗糙,无致型菌株:无荚膜,菌落表面粗糙,无致病性病性 Griffith转化试验转化试验示意示意混合培养混合培养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康健康健康病死病死病死病死病死病死以上实验说明:加热杀死的以上实验说
9、明:加热杀死的SIII型细菌细胞内型细菌细胞内可能存在一种转化物质,它能通过某种方式可能存在一种转化物质,它能通过某种方式进入进入RII型细胞并使型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传型细胞获得稳定的遗传性状,转变为性状,转变为SIII型细胞。型细胞。加加S菌菌DNA加加S菌菌DNA及及DNA酶以外的酶酶以外的酶加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶加加S菌的菌的RNA加加S菌的蛋白质菌的蛋白质加加S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活R菌菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M。McCarty从热死从热死S型型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因
10、子的各种成分,中提纯了可能作为转化因子的各种成分,并在离体条件下进行了转化试验:并在离体条件下进行了转化试验: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。说明纯度越高,转化效率也越高。说明S型菌株转型菌株转移给移给R型菌株的,是遗传因子。型菌株的,是遗传因子。1952 年侯喜年侯喜(A.Hershey)和蔡斯和蔡斯(M.Chase)利用示踪元素,对大利用示踪元素,对大肠杆菌肠杆菌 T2 噬菌体进行了这类实验。噬菌体进行了这类实验。先用含有先用含有 35S 和和 32P 两种元素的培养基培养大肠杆菌,然后
11、让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,从而使噬菌体侵染培养后的大肠杆菌,从而使 T2 噬菌体打上噬菌体打上 35S 和和 32P 的标记。的标记。让这种让这种 T2 噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌,并在噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌,并在 T2 噬菌体噬菌体完成了吸附和侵入后,完成了吸附和侵入后,强烈搅拌强烈搅拌洗涤洗涤,以便使吸附在菌体外表的,以便使吸附在菌体外表的 T2 噬菌体蛋白质外壳脱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。中的同位素标记。结
12、果发现,几乎全部结果发现,几乎全部 35S 都在上清液中,而几乎全部都在上清液中,而几乎全部 32P 和细和细菌一起出现在沉淀物中。菌一起出现在沉淀物中。A.D.Hershey和和M.Chase,1952年年(1)含)含32P-DNA的一组:放射性的一组:放射性85%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,可产生大量养后,可产生大量完整的子代噬菌体完整的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%放射性放射性以以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染标记蛋白质
13、外壳做噬菌体感染实验实验(2)含)含35S-蛋白质的一组:放射性蛋白质的一组:放射性75%在在上清液中上清液中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沉淀细胞进一步培养后,可产生大量养后,可产生大量完整的子代噬菌体完整的子代噬菌体上清液中含上清液中含75%放射性放射性烟草花叶病毒的拆开与重组实验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,为了证明核酸是遗传物质,H.Fraenkel-Conrat(1956)用含)用含RNA的烟草花叶病毒的烟草花叶病毒(TMV)进行了著名的植物病毒重建实验。)进行了著名的植物病毒重建实验。将将TMV在一定浓度的
14、苯酚溶液中振荡,就能在一定浓度的苯酚溶液中振荡,就能将其蛋白质外壳与将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后核心相分离。分离后的的RNA在没有蛋白质包裹的情况下,也能感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,而且在病斑中还染烟草并使其患典型症状,而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。能分离出正常病毒粒子。选 用选 用 T M V 和 霍 氏 车 前 花 叶 病 毒和 霍 氏 车 前 花 叶 病 毒(HRV),),分别拆分取得各自分别拆分取得各自的的RNA和蛋白质,将两种和蛋白质,将两种RNA分别与分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒:合病毒:(
15、1)RNA(TMV)蛋白质蛋白质(HRV)(2)RNA(HRV)蛋白质蛋白质(TMV)用两种杂合病毒感染寄主:用两种杂合病毒感染寄主:(1)表现)表现TMV的典型症状病分离的典型症状病分离到正常到正常TMV粒子粒子(2)表现)表现HRV的典型症状病分离的典型症状病分离到正常到正常HRV粒子。粒子。上述结果说明,在上述结果说明,在RNA病毒中,遗传病毒中,遗传的物质基础也是核酸。的物质基础也是核酸。MTV HRVHRV MTV核酸存在的七个水平核酸存在的七个水平细胞水平:存在于细胞核或核质体,单核或多核细胞水平:存在于细胞核或核质体,单核或多核细胞核水平细胞核水平:原与真核生物的细胞核结构不同,
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