微生物遗传育种学复习材料

微生物遗传育种学复习材料

考试题型：

判断题（10个共10分）名词解释（5个共15分）

简答题（前4题5分/个5题10分共30分）论述题（3个共45分）

A卷

一、名词解释

1、营养缺陷型：某些菌株发生基因突变（自然突变或人工诱变）后，代谢过程缺陷而不能合成某种与合成初级代谢物有关的基因产物的缺陷型叫做营养缺陷型，他们必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖。

2、准性生殖：通过细胞之间的直接接触，异核体、杂合二倍体、体细胞交换或单元化过程，在有丝分裂过程中发生低频率的染色体重组。

or准性生殖是指异核体（单个生物个体中含有两种或两种以上基因型）细胞中两个遗传物质不同的细胞核可以结合成杂合二倍体的细胞核。这种杂合二倍体的细胞核在有丝分裂过程中可以发生染色体单倍体化,最后形成遗传物质重组的单倍体的过程。也就是不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程。

3、诱变育种：采用物理和化学等因素对出发菌株进行诱变处理，然后运用合理的筛选程序及适当的筛选方法把符合要求的优良变异菌株筛选出来的一种育种技术

4、限制性内切酶：即核酸限制性内切酶，是一类能够识别双链DNA分子中某种特定的核苷酸序列，并由此切割DNA双链结构的核苷酸限制性内切酶，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用的一种限制酶。

5、转座子：是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列.转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。

二、简答题

1、描述三大遗传方式的差异（转化、转导、接合）。

答:转化是指受体细胞从环境中吸收游离的DNA片段，并从中获得基因的过程。这是一种水平方向的单向基因重组过程，根据感受态建立的方式不同可分为自然转化和人工转化。

接合作用是指通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。

率）→挑取单菌落传种斜面→摇瓶初筛→挑出高产斜面→留种保藏菌种（埋置沙土管、冷冻管或制备固体孢子）→传种斜面（或直接用固体孢子）→摇瓶复筛→对照挑出高产菌株作稳定性试验和菌种特性考察→放大试验罐，中试考察→大型投产实验。（工艺学p38）

3、简述几种主要的菌种保存方式及其主要优缺点。

答：（1）斜面冰箱保藏是一种短期、过渡的保藏方法，用新鲜斜面接种后，置最适条件下培养到菌体或孢子生长丰满后，放在4℃冰箱保存。一般保存期为三个月到六个月。

（2）沙土管保藏法：国内常采用的一种方法。适用于产孢子或芽孢的微生物。制备方法是：首先，将沙与土洗净烘干过筛后，按沙与土的比例为（1—2）：1混合均匀，分装与小试管中，装料高度约为1cm左右，121℃间歇灭菌三次，灭菌试验合格后烘干备用。一般沙用80目过筛，土用80-100目过筛。其次，将斜面孢子制成孢子悬浮液接入沙土管中或将斜面孢子刮下直接与沙土混合，置干燥器中用真空泵抽干，放在冰箱内保存。一般保存期为一年左右。

（3）菌丝速冻法：对于不产生孢子或芽孢的微生物，一般不能用沙土管保藏。为了方便可以采用甘油菌丝速冻法。由于该法的保藏温度为-20℃，为了避免微生物受损伤致死，需要甘油作为保护剂。甘油的最终浓度为25%。具体操作如下：①配置浓度为50%的甘油溶液，121℃灭菌后备用；②制备菌悬液，一般菌悬液的浓度为108-1010个/mL③将菌悬液和甘油溶液以等体积混合均匀后，置-20℃保藏。

（4）石蜡油封存法：在培养成熟的菌种斜面上,倒入一层灭过菌的石蜡油，用量高出斜面1cm，然后保存在冰箱中，此法可适用于不能利用石蜡油作碳源的细菌等微生物的保存，保存期为一年左右。

（5）真空冷冻干燥保藏法：原理是在较低的温度下（-18℃），快速的将细胞冻结，并且保持细胞完整，然后在真空中使水分升华。在这样的环境中，微生物的生长和代谢都暂时停止，不易发生变异。因此菌种可以保存很长时间，一般五年左右。这种保藏方法虽然需要一定的设备，要求亦比较严格，但由于该方法保藏效果好，对各种微生物都适用。所以国内外都已较普遍的应用。

（6）液氨超低温保藏法：是适用范围最广的微生物保藏法，尤其是一些不产孢子的菌丝体，用其他保藏方法不理想，可用液氨保藏法，其保存期最长。

4、简述色氨酸衰减子的原理。

答：前导序列可翻译出一段14个氨基酸的短肽，在该短肽的第10,11位置上是两个色氨酸密码子；两个密码子之后是一段mRNA序列，该序列可分为四个区段，区段间可互补配对，形成不同的二级结构。

原核生物为边转录边翻译，前导序列中核糖体位置决定形成哪种二级结构，从而决定弱化子是否可形成终止信号。

①当有色氨酸时，完整翻译短肽，核糖体停留在终止密码子处，邻近区段2位置。阻碍了2,3配对使3, 4区段配对，形成发夹结构终止子RNA酶在弱化子处终止，不能向前移动。

②如缺乏色氨酸，核糖体到达色氨酸密码子时，由于没有色氨酰tRNA的供应，停留在该密码子位置，位于区段1 使区段2与区段3配对，区段4无对应序列配对呈单链状态RNA聚合酶通过弱化子，继续向前移动，转录出完整的多顺反子序列。

5、图

找出有性繁殖和无性繁殖部分，无，孢子-菌丝-孢子，有，质配和核配，

核配后减数分裂部分，一个子囊-8个子囊-子囊释放出单个的子囊孢子-菌丝-

概念，什么叫子囊，盘状的叫子囊盘里着生子囊，子囊里面着生子囊孢子

形成子囊孢子是有性繁殖的特征，形成分生孢子是无性繁殖的特征。

对关键部分进行描述。先4个后8个，有丝分裂和减数分裂。

查，子囊菌的有性无性繁殖。

三、论述题

1、如何使用影印平板分离法筛选谷氨酸营养缺陷型突变菌株？

答：营养缺陷型是指某些菌株发生基因突变（自然突变或人工诱变）后，丧失合成某种生长因子的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖的突变型菌株。

影印平板培养法，是一种能达到在一系列培养皿的相同位置上出现相同遗传型菌落的接种培养方法。

影印平板法筛选的步骤：首先将诱变处理后的菌种稀释液涂布在完全培养基CM表面上，经培养后长出菌落（野生型和突变型都能生长），然后用一小块直径比平皿稍小的圆柱形木块复盖于灭过菌的丝绒布上作为“印章”，即接种工具，将长出菌落的平皿倒转过来，在丝绒上轻轻按一下，转接到MM基本培养基平板上，经培养后，比较这两个平皿长出的菌落。如果发现前一平扳上某一部位长有菌落，而在MM培养基上的相应部位却没有，就说明这是一个营养缺陷型菌落。在没长出菌落的培养基中加入谷氨酸生长因子，如果之前对应没长出菌落的位置长出菌落则说明此为谷氨酸营养缺陷型突变体。此时就在CM培养基中挑取相应单菌落，分离筛选完成。

2、以大肠杆菌为例，根据葡萄糖浓度变化，分析如何利用乳糖操纵子和环磷酸腺苷调节机制控制相关基因的表达机制。

答:㈠乳糖操纵子是一个在大肠杆菌及其他肠道菌科细菌内负责乳糖的运输及代谢的操纵子。它包含了三个相连的结构基因、启动子、终止子及操纵基因。乳糖操纵子受多种因素所调控，包括葡萄糖及乳糖的含量。有什么调节基因，启动子序列和操纵子序列

乳糖操纵子的基因结构：长约5000个碱基对，有3个结构基因，分别为lacZ、lacY、lacA，可编码3种酶。三个结构基因的功能是：

㈡环磷酸腺苷：3ˊ,5ˊ-环腺苷酸，细胞内的第二信使，由于某些激素或其它分子信号刺激激活腺苷酸环化酶催化ATP环化形成的。其信号的继续传递依赖于蛋白激酶A 。在乳糖操作子的上游还有一个代谢基因的结合位点

①在含有葡萄糖和乳糖的培养基生长时，优先利用葡萄糖，只有当葡萄糖耗尽后，经过一段停滞期，才开始利用乳糖，因CAP与cAMP形成复合物结合在启动基因上，促进转录进行。

②当有葡萄糖没有乳糖时，cAMP浓度降低，CAP不能被活化，cAMP与CAP结合受阻，因此乳糖操纵子表达下降。

③如果只有甘油或乳糖等不进行糖酵解途径的碳源，cAMP的浓度会很高，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在乳糖启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA转录活性，使之提高50倍，使得细菌利用乳糖作为能量来源。

乳糖操纵子的调节机制

1、乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含Z、Y、A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列O，一个启动子P和一个调节基因I。

2、阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。

3、CAP的正性调节：在启动子上游有CAP结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。

4、协调调节：乳糖操纵子中的I基因编码的阻遏蛋白的负调控与CAP的正调控两种机制，互相协调、互相制约。

3、假如从植物中获得基因A，已知该基因编码一种色素蛋白B，而B能与另一种蛋白C发生化学荧光反应。请说明如何在大肠杆菌中实现A基因的表达与检测？

答：（1）PCR获取目的基因A 设计引物，扩增模板DNA序列

（2）基因A与运载体结合：利用同一种限制性内切酶分别对目的基因和载体进行酶切产生粘性末端，利用DNA 连接酶进行连接，形成重组DNA。

载体是一种将DNA片段（目的基因）转移至受体细胞的一种能自我复制的DNA分子。三种最常用的载体是细菌质粒、噬菌体和动植物病毒。

对载体的要求：①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制，且对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。②有多个限制性内切酶切点，合适的限制性内切酶位点，而且每种酶的切点最好只有一个。③含有复制起始位点，能够独立复制；通过复制进行基因扩增，否则可能会使重组DNA丢失。④有一定的标记基因，便于进行筛选。

⑤载体DNA分子大小应合适，以便操作。

（3）将重组DNA转入大肠杆菌的细胞里

常用方法有：①转化，用质粒作载体所常用的方法。②转染，用噬菌体DNA作载体所用的方法，这里所用的噬菌体DNA并没有包上它的外壳。③转导，用噬菌体作载体所用的方法，这里所用的噬菌体DNA被包上了它的外壳，不过这外壳并不是在噬菌体感染过程中包上，而是在离体情况下包上的，所以称为离体包装。④注射，如果宿主是比较大的动植物细胞则可以用注射方法把重组DNA分子导入。

（4）目的基因A的表达检测：如果基因A在受体大肠杆菌细胞中表达并将基因A所编码的蛋白B分泌到细胞外，在培养基中加入C,则蛋白B与C发生荧光反应。反之，如果基因A没有表达或蛋白B没有被分泌到胞外，则不会出现荧光反应，即未检出基因表达。

判断题：

B卷

一、名词解释

1、冈崎片段：DNA复制过程中先合成的较短的DNA，由冈崎发现的缘故得名，此片在DNA连接酶催化下再连接成完整的DNA链。

2、操纵子：指包含结构基因、操纵基因以及启动基因的一些相邻基因组成的DNA片段，其中结构基因的表达受到操纵基因的调控。主要见于原核生物，但在真核生物中也存在。

3、PCR：聚合酶链式反应，一种体外DNA扩增技术，用于扩增位于两段已知序列之间的DNA区段（靶序列）。过程：变性、退火、延伸。

聚合链反应，通过变性、退火、延伸循环操作，用于扩增位于两段已知序列之间的DNA片段。

即聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)，是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段。可看作生物体外的特殊DNA复制。

4、启动子：是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。启动子是位于结构基因5'端上游的DNA 序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的结合并具有转录起始的特异性。

5、密码子的简并性：是指同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象。

二、简答题

1、请描述基因工程的主要步骤。

答：基因工程又称重组DNA技术，是将不同生物的基因在体外人工剪切组合并和载体（质粒、噬菌体、病毒）DNA连接，然后转入微生物或动植物细胞内，进行扩增，并使转入的基因在受体细胞内表达，产生所需要的蛋白质。基因工程操作的主要步骤：（1）目的基因的获取：分离或合成基因；（2）通过体外重组将基因插入载体；（3）将重组的DNA导入受体细胞；（4）扩增克隆的基因；（5）筛选重组体克隆；（6）对克隆的基因进行鉴定或测序；（7）控制外源基因的表达；（80得到基因产物或转基因动物、转基因植物。（或答微生物学书上五点）

2、就基因的点突变对氨基酸序列影响而言，描述其变化的类型及导致这种变化的原因。

答：突变是遗传物质的改变，但是并非所有的突变都会改变蛋白质的氨基酸序列。从突变遗传信息的改变是否引起遗传编码特性的改变的角度来看，可以分为两类。一类是引起遗传性状改变的错义突变、无义突变和移码突变；另一类是不改变遗传性状的突变包括同义突变和沉默突变。

在遗传三联体密码中，3个连续的核苷酸编码一个特定的氨基酸。当出现碱基置换的点突变是，由于置换碱基所在的结构基因的三联密码子的改变，可能会引起遗传性状的改变。与野生型的密码子相比较，如果突变后的密码子编码的仍是同一种氨基酸，则称同义突变，显然这与密码子的简并性有关。如果突变后的密码子编码的是不同的另一种氨基酸，则称错义突变；如果突变后的密码子变为终止密码子，则叫无义突变。

在移码突变中如果在DNA中插入或缺失的核苷酸正好是3的整数倍，那么在翻译出的多肽上只是增加或缺失了一个或几个氨基酸，并不完全打乱整个氨基酸序列。但如果突变是由于在DNA中插入或缺失非3的整数倍的核

苷酸而引起的，这种突变不仅能够转移翻译的阅读框，而且可导致突变位点下游的所有氨基酸的变化。在大多数情况下，移码突变不但改变了产物的氨基酸组成，而且往往会出现蛋白质合成的过早终止。（移码突变特指发生在编码区）

虽然同义突变和沉默突变不会导致编码特性的改变，但往往会引起限制酶切割位点的变化，造成DNA限制片段的多态性。

3、描述基因型书写命名的规则是什么。

答：基因命名原则1966年M. Demerec

①每一基因座位（locus）用三个小写英文字母表示，它们来自说明这一基因特性的一个、两个或三个英文单词的前三个字母；

例如：his：组氨酸基因histidine

rim：核糖体的装配、成熟有关基因

ribosomal modification

rps ：核糖体蛋白小亚基基因

ribosomal protein small

②产生同一突变型表型的不同基因，在三个小写字母后用不同的一个大写斜体字母来表示；

例如：hisA、hisB：不同的组氨酸基因

③同一基因的不同突变位点（mutation site）在基因符号后用阿拉伯数字表示。如果位点所属的基因还不确定，那么大写字母用一短线表示

例如：trpA46, trpA23：trpA的不同位点的突变

④突变型的基因符号用基因座符号加“+”或“-”或其它符号。如：hisA-, str r, str s, str d。

⑤基因表型或其表达产物用相应基因符号的正写字母，其中第一个字母大写。如：基因lacZ的表达产物是LacZ

4、简述诱变育种的简要流程。

答：出发菌种（沙土管或冷冻管）→斜面（或肉汤培养24小时）→单孢子悬液（或细菌悬液）→诱变处理→（处理前后的孢子液或细菌悬液作活菌计数并统计存活率）→稀释涂布平板→（观察单菌落形态并统计其形态变异率）→挑取单菌落传种斜面→摇瓶初筛→挑出高产斜面→留种保藏菌种（埋置沙土管、冷冻管或制备固体孢子）→传种斜面（或直接用固体孢子）→摇瓶复筛→对照挑出高产菌株作稳定性试验和菌种特性考察→放大试验罐，中试考察→大型投产实验。（工艺学p38）

5、图

三、论述题

1、以大肠杆菌为例，描述色氨酸衰减子与操纵子的调控机制。

答：色氨酸操纵子结构：色氨酸操纵子包含操纵基因O，启动子P，及5个结构基因A、B、C、D、E。E与O 之间有一段前导序列L。色氨酸操纵子上游存在调节基因R，编码阻遏蛋白。

①阻遏调控：当培养基中无色氨酸时，R编码的阻遏蛋白不与O结合，结构基因表达催化合成色氨酸的酶。当培养基中有大量色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸结合而改变构象，形成活性阻遏物，与O结合，阻遏结构基因转录。

②衰减调控：Ｌ中含有4段特殊序列：序列1编码一个前导肽，前导肽的第10、11位是色氨酸；序列2-3或序列3-4可形成茎环结构。3-4茎环结构是一个转录终止子结构，称为衰减子。

当色氨酸缺乏时，前导肽的翻译停滞于色氨酸密码处，序列2-3形成茎环结构，使序列3、4不能形成衰减子结构，结构基因得以完全转录；当色氨酸充足时，核糖体快速翻译前导肽，并对序列2形成约束，使序列3-4形成衰减子结构，下游的结构基因不被转录。

2、已知细菌某一蛋白编码区发生突变，但其表现型未发生改变，请描述出现这种现象的原因。

答：一类不改变遗传性状的突变包括同义突变和沉默突变。中性突变

①突变不发生在编码蛋白的编码区，即不发生在外显子区域。这样的突变并不会引起蛋白质的编码，所以表现型也不会发生改变；

②在等位基因突变，当来自父本和母本的基因其中一个为显性基因时，隐性基因突变不会影响表现型；或两个都是显性基因时，其中一个显性基因发生突变也不会影响表现型；

③在外显子区域发生突变，但发生在第三密码子，即第三密码子发生变化摆动。这样的突变一般不会造成表现型的变化，由于密码子具有简并性；

④如果在DNA中插入或缺失的核苷酸正好是3的整数倍，那么在翻译出的多肽上只是增加或缺失了一个或几个氨基酸，并不完全打乱整个氨基酸序列。

3、微生物基因重组有哪些方式，每种方式的主要操作步骤是什么，有何差异？

答：基因重组是指基因型不停的个体交配产生不同于亲本基因型的个体，主要有转化、接合、转导、有性生殖、准性生殖、原生质体融合。

转化：指受体细胞从环境中吸收游离的DNA片段，并从中获得基因的过程。主要操作步骤：1、转化因子DNA 的提取；2、感受态细胞的培养；3、转化操作和转化子的检出。

接合：指通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。主要操作步骤：1、亲株的准备；2、杂交；3、重组子的检出

转导：以噬菌体作媒介，将一个细胞的遗传物质传递给另一个细胞的过程。主要操作步骤：1、转导噬菌体的制备，2、转导

有性生殖：主要操作步骤：1、亲株的选择；2、子囊孢子的形成；3、子囊孢子的分离；4、杂种的获得

准性生殖：主要操作步骤：1、杂交亲株的选择；2、异核体的形成；3、杂种的获得。

原生质体融合：指将两亲株先经酶法破壁制备原生质体，然后用物理、化学或生物学方法，促进两亲株优良性状于一体的稳定融合体。主要操作步骤：1、亲本及遗传标记的选择；2、原生质体的制备；3、原生质体的诱导融合；4、原生质体的再生。

差异：①接合需要细胞间的直接接触，并且接合作用的供体细胞必须携带接合型质粒。而转化和转导不是通过直接接触。②转导与转化一样，无需供体和受体细菌细胞间的直接接触。③转化通过受体细胞从环境中直接吸收DNA片段，而转导的实现除供体菌和受体菌以外，还需要转导噬菌体的参与。④原核生物的转化定义中，关键是裸DNA 本身，不是通过其他媒介；接合发生在原核生物关键是细胞间的直接接触；转导的概念适用于原核和真核生物，其内涵是完全一样的，也就是说转导在原核、真核生物中均有发生。