第七章微生物的遗传变异和育种
微生物遗传变异和育种 答案
第7章微生物遗传变异和育种填空题1．证明DNA是遗传物质的三个经典实验是、、和。
而证明基因突变自发性和不对应性的三个经典实验是、、和细菌转化噬菌体感染植物病毒重建变量试验涂布试验影印平板培养法2．______是第一个发现转化现象的。
并将引起转化的遗传物质称为_______。
Griffith 转化因子3．Avery和他的合作者分别用降解DNA、RNA和蛋白质的酶作用于有毒的S型细胞抽提物，然后分别与______混合，结果发现，只有DNA被酶解而遭到破坏的抽提物无转化活性，说明DNA是转化所必须的转化因子。
无毒的R型细胞（活R菌）4．Alfred 和Martha Chase用P32标记T2噬菌体的DNA，用S35标记的蛋白质外壳所进行的感染实验证实：DNA携带有T2的______。
全部遗传信息5．H. Fraenkel Conrat用含RNA的烟草花叶病毒进行的拆分与重建，实验证明______也是遗传物质。
RNA6．细菌在一般情况下是一套基因，即______；真核微生物通常是有两套基因又称______。
单倍体二倍体7．DNA分子中一种嘧啶被另一种嘌呤取代称为______。
颠换8．______质粒首先发现于大肠杆菌中而得名，该质粒含有编码大肠菌素的基因Col9．原核生物中的基因重组形式有4种类型：_______、_______、_______和_______。
转化转导接合原生质体融合10．当DNA的某一位置的结构发生改变时，并不意味着一定会产生突变，因为细胞内存在一系列的_______，能清除或纠正不正常的DNA分子结构和损伤，从而阻止突变的发生。
修复系统11．营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段，由于这类突变型在_______上不生长，所以是一种负选择标记。
基本培养基12．两株多重营养缺陷型菌株只有在混合培养后才能在基本培养墓上长出原养型菌落，而未混合的两亲菌均不能在基本培养基上生长，说明长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传_______和_______所致。
微生物 第7章 微生物遗传变异
裂解
过程：供体菌
正常噬菌体 + 完全缺陷噬菌体
少量裂解物 + 大量受体菌 遗传稳定的转导子
2020/1/15
完全普遍转导
2020/1/15
感染复数（m.o.i，multiplicity of infection）:
一、原核微生物的基因重组
• 基因重组的方式
– 转化 – 转导 – 接合 – 原生质体融合
2020/1/15
（一）转化（transformation）
1、转化及其发现：
R型活菌+S型死菌→ →S型活菌 ➢定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌 的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部 分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受 体菌称为转化子（transformant）。 ➢有关名词：
2020/1/15
2020/1/15
（二）噬菌体感染实验 • 创立人：美国人Hershey AND Chase于
1952年 • 研究对象：噬菌体
2020/1/15
（三）植物病毒的重建实验 • 创立人：Conrat AND Singer于1956年创立 • 研究对象：TMV AND HRV • 过程：将两病毒的RNA和蛋白质外壳分别抽取出来并
（一）遗传物质在7个水平上的形式 1、细胞水平 2、细胞核水平 3、染色体水平 4、核酸水平 5、基因水平 6、密码子水平 2020/1/175 、核苷酸水平
（二）微生物基因组结构的特点
1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组
1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）； 2）基因组上遗传信息具有连续性； 基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数 一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。 3）功能相关的结构基因组成操纵子结构； 4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝； 5）基因组的重复序列少而短； 个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和tRNA 中也发现有内含子或间插序列
第七章微生物的遗传和变异
大肠埃希菌
乳糖
环境无乳糖，则不产生三种酶
含链霉素培基 痢疾杆菌 依赖链霉素株 ( 耐药菌株 )
耐药性改变：
二、微生物遗传和变异的物质基础 真核微生物的遗传物质： 原核微生物的遗传物质： 病毒的遗传物质：
一、微生物的遗传变异现象
形态与结构变异 菌落形态变异 毒力变异 酶活力变异 抗药性变异
形态改变1
3-6% NaCl 鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型) 琼脂培基
青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)
正常霍乱弧菌
霍乱弧菌L型
形态改变2
42-43℃ 炭疽杆菌────→失去形成芽胞能力, 毒性减弱 10-20天 0.1%石炭酸 变形杆菌（有鞭毛） （无鞭毛）
1923年： 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌 卡介苗 （有毒） 13年(230代) （弱毒，保持抗原性）
毒力改变2
β-半乳糖苷酶 半乳糖苷渗透酶 半乳糖苷转酰酶
中国科学院武汉病毒所菌种保藏中心
单位 缩写
单位名称
单位 缩写
单位名称
各国主要菌种保藏机构
（二） 菌种的复壮 使衰退的菌种恢复原来优良性状。是指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施。
纯种分离
生物学性状检测 生产性能检测
国内外菌种保藏机构
KIM
德国微生物研究所菌种收藏室
NCIB
英国国立工业细菌收藏所
MIG
德国发酵红叶研究所微生微生物收藏室
CMI
英联邦真菌研究所
RKI
德国科赫研究所
第七章微生物的遗传变异和育种2
10-6~10-9
若干细菌某一性状的突变率
菌名
突变性状
突变率
Escherichia coil （大肠杆菌）
抗T1噬菌体
3×10-8
E．coil
抗T3噬菌体
1×10-7
E．coil
不发酵乳糖
1×10-10
E．coil
Staphylococcus aureus（金黄色葡 萄球菌）
S．aureus
抗紫外线 抗青霉素 抗链霉素
间接引起置换的诱变剂：
引起这类变异的诱变剂都是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧 啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤 （8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP） 等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA 分子中后而引起的，故是间接的。
（2）移码突变（frame-shift mutation 或phase-shift mutation）
（四） 基因突变的自发性和不对应性的证明
一种观点：突变是“定向变异”，是“驯化”，是由环 境因子诱发出来的；
另一种观点；基因突变是自发的，且与环境因素是不对 应的，后者只不过是选择因素；
1、 变量试验（fluctuation test） 又称波动试验或彷徨试 验。
2、涂布试验（Newcombe experiment） 3、平板影印培养试验（replica plating） 1952年，J．Lederberg夫妇
2、定向培育优良品种：指用某一特定因素长期处理某微生 物的群体，同时不断的对它们进行移种传代，以达到积 累并选择相应的自发突变株的目的。由于自发突变 的 频 率较低，变异程度较轻微，所以培育新种的过程十分缓 慢。与诱变育种、杂交育种和基因 工程技术相比，定向 培育法带有“守株待兔”的性质，除某些抗性突变外， 一般要相当长的时间
微生物的遗传变异与育种答案解析
第七章习题答案一.名词解释1.转座因子：具有转座作用的一段DNA序列.2.普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象称为普遍转导。
3.准性生殖：是一种类似于有性生殖,但比它更为原始的两性生殖方式,这是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子.4.艾姆氏试验：是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的简便有效方法5.局限转导：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体的少数特定基因携带到受体菌中,并与后者的基因整合,重合,形成转导子的现象.6.移码突变：诱变剂使DNA序列中的一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变.7.感受态：受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态.8. 高频重组菌株：该细胞的F质粒已从游离态转变为整合态,当与F- 菌株相接合时,发生基因重组的频率非常高.9.基因工程：通过人工方法将目的基因与载体DNA分子连接起来，然后导入受体细胞，从而使受体细胞获得新的遗传性状的一种育种措施称基因工程。
10.限制性内切酶：是一类能够识别双链DNA分子的特定序列，并能在识别位点内部或附近进行切割的内切酶。
11.基因治疗：是指向靶细胞中引入具有正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。
12.克隆：作为名词，也称为克隆子，它是指带有相同DNA序列的一个群体可以是质粒，也可以是基因组相同的细菌细胞群体。
作为动词，克隆是指利用DNA体外重组技术，将一个特定的基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上，进行扩增。
二. 填空1.微生物修复因UV而受损DNA的作用有光复活作用和切除修复.2.基因组是指一种生物的全套基因。
3.基因工程中取得目的基因的途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变和染色体突变两种类型。
微生物的遗传变异与菌种选育
细胞核水平 （真核，拟核，质粒） 染色体水平 核酸水平 （一套，两套）
（DNA，部分病毒为RNA；双链，少数病毒为单链） （遗传功能单位） （遗传信息单位）
基因水平
密码子水平
核苷酸水平
（最低突变单位和交换单位）基因 Nhomakorabeagene）是什么?
• 是实体，其物质基础是DNA （或RNA）；
• 是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段； • 是遗传信息传递和性状分化发育的依据； • 基因是可分的，根据功能不同，分为： 编码蛋白质的基因 结构基因（结构蛋白，酶） 调节基因（阻遏蛋白或激活蛋白） 无翻译产物的基因 tRNA基因（简称 tDNA ） rRNA基因（简称rDNA ） 不转录的DNA区段 启动子（promotor） 操纵基因（operator）
二、遗传物质在细胞内存在部位和方式
1928年F.Griffith，1944年Avery，肺炎双球菌的转化实验 1）动物实验
抽心血分离
活的S菌
2）细菌培养实验
热死S菌 肺炎双球菌 培养 不生长
活 R菌 热死S菌+活R菌
长出R菌 长出大量R菌+ 极少S菌
3）S菌的无细胞抽提液实验
活R菌+S菌的无细胞抽提液 培养 长出大量R菌和少量S菌
4、微生物是遗传学研究中的明星
比表面积大； 个体易变异；
便于建立纯系；
作为遗传研究材料
5.1微生物遗传变异的物质基础
肺炎双球菌转化实验（讲）--遗传物质是DNA 噬菌体的感染实验-- DNA是遗传物质，且其中含有合成蛋
白质的遗传信息
病毒重建实验—遗传物质是RNA
一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
植物病毒的重建实验
微生物的遗传变异和育种
第七章微生物的遗传变异和育种第一节微生物的遗传变异的概述遗传和变异是生物体最本质的属性之一。
所谓遗传，讲的是发生在亲子间的关系，即指生物的上一代将自己的一整套遗传因子稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的特性。
而变异是指子代与亲代之间的不相似性。
遗传是相对的，变异是绝对的。
遗传保证了物种的存在和延续，而变异推动了物种的进化和发展。
在学习遗传、变异内容时，先应清楚掌握以下几个概念：（一）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即基因组所携带的遗传信息。
遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。
具有某遗传型的生物只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。
（二）表型指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是其遗传型在合适环境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。
（三）变异指在某种外因或内因的作用下生物体遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。
变异的特点是在群体中以极低的概率(一般为10-5～10-10)出现，性状变化的幅度大，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。
（四）饰变指一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻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；性状变化的幅度小；因其遗传物质不变，故饰变是不遗传的。
例如，Serratia marcescens(粘质沙雷氏菌)在25℃下培养时，会产生深红色的灵杆菌素，它把菌落染成鲜血似的。
可是，当培养在37℃下时，群体中的一切个体都不产色素。
如果重新降温至25℃，所有个体又可恢复产色素能力。
所以，饰变是与变异有着本质差别的另一种现象。
上述的S.marcescens产色素能力也会因发生突变而消失，但其概率仅10-4，且这种消失是不可恢复的。
从遗传学研究的角度来看，微生物有着许多重要的生物学特性：微生物结构简单，个体易于变异；营养体一般都是单倍体；易于在成分简单的合成培养基上大量生长繁殖；繁殖速度快；易于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物；菌落形态特征的可见性与多样性；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型；各种微生物一般都有相应的病毒；以及存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式等。
微生物的遗传变异和育种PPT课件
1952年，美国的莱德伯格夫妇
实验材料
E.coli K12
实验过程
Lederberg 的平板培养法
（四）突变的特点
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
核基因组
真核生物的 有核膜包裹的真核
(DNA+组蛋白)
原核生物的 无核膜包裹的核区
(环状双链DNA)
线粒体
真核生物的
细胞质基因 共生生物
叶绿体等
核外染色体
2um质粒等 F因子(F质粒)
R因子(R质粒)
原核生物的
Col质粒
Ti质粒 巨大质粒
降解性质粒等
原核生物的质粒
1. 质粒的定义
•指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dsDNA分子，即 cccDNA(circular covalently closed DNA)。
4）Ti质粒 (tumor inducing plasmid)
Agrobacterium tumefaciens（根
癌土壤杆菌）从一些双子叶植物的受 伤根部侵入，最后在其中溶解，释放 出Ti质粒，其上的T-DNA片段与植物 细胞中的核染色体组发生整合，合成 正常菌株所没有的冠瘿碱类，破坏控 制细胞分裂的激素调节系统，从而使 它转变成癌细胞。
自发突变几率 一般在10-6~10-9范围内；
突变率为10-9的含义
抗性突变是最常见的突变类型；
细菌产生抗药性的途径 基因突变 抗药性质粒的转移 生理适应
由基因突变引起的抗药性的原因？
两种观点：
突变的性状与引起突变的原因间呈对应 性 — 抗性突变株的产生是由环境因素 诱发出来的，属定向变异；
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(5) Ri质粒
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 根。
Ri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。
(6) mega质粒 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。
(7)降解性质粒
假单胞菌属中发现。质粒编码降解一系列复杂有机物 的酶，
遗传型＋环境条件 表型 （可能性）（现实性）
(2)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，
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。所以，它与遗传型不同，是一种现实性（具体性状）。
(3)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10-5～10-10）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。
核苷酸排列顺序。 UAA ; UAG和UGA仅表示转译中的终止信号
7．核苷酸水平
（二）原核生物的质粒
1．定义和特点 定义: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dsDNA分子.
特点：
(1)可自我复制，稳定遗传。对生存不是必要的。 复制与染色体分开。 (2)不同质粒携带不同遗传信息。 (3)无质粒细菌可通过接合、转化、转导等方式获 得，不能自发产生。
（1）碱基的置换
诱变剂:
①直接引起置换的诱变剂： 直接与核酸的碱基发生化学反应的化学诱
变剂 ②间接引起置换的诱变剂 一些碱基类似物
（2）移码突变
指诱变剂会使DNA序列中的一个或几个核 甘酸发生增添（插入）或缺失,从而使该处后 面的全部遗传密码的阅读框架发生改变,并进 一步引起转录错误的一类突变.
（二）突变率
定义:
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。
（三）基因突变的特点
共同特点： ①自发性 ③稀有性 ⑤可诱变性
②不对应性 ④独立性 ⑥稳定性
⑦可逆性
（五）基因突变及其机制
1．诱发突变
诱发突变: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 突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因素， 都称诱变剂。
第七章 微生物的遗传变异 和 育种
概述
1遗传: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 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。
4个基本概念
(1)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即 基因组所携带的遗传信息。遗传型是一种内 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，即产生自己 的表型。
（2）基因调控系统
A结构基因:是决定某一多肽链结构的DNA模板，它是通 过转录和转译过程来执行多肽链合成任务的。 B 操纵基因: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。 C启动基因:是一种依赖于DNA的RNA多聚酶所识别的核苷 酸序列。
6．密码子水平
遗传密码: 是指DNA链上决定各具体氨基酸的特定
(2)细菌培养试验 (3)S型菌的无细胞抽提液试验 离体转化实验
（二）噬菌体感染实验
(三)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
（一）7个水平 1．细胞水平 在细胞水平上,真核微生物和原核生物的大部
聚DNA都集中在细胞核或核区(核质体)中。在 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。
2．细胞核水平 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，被 称为核基因组、核染色体组或简称基因组。
3.染色体水平
(1)染色体数不同 (2)染色体倍数
4．核酸水平 (1)核酸种类 (2)核酸结构 (3) DNA长度（即基因组的大小 ）
5.基因水平
（1）基因:
是生物体内一切具有自主复制能力的最小 遗传功能单位，其物质基础是一条以直线排 列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。
第二节基因突变和诱变育种
一、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 数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产 生。 狭义专指基因突变， 广义则包括基因突变和染色体畸变。
（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.
(4)饰变 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。
第一节遗传变异的物质基础
一、3个经典实验 （一）经典转化实验 (1)动物试验
(3) Col质粒
Col质粒：又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆 菌素因子。 细菌素：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 质粒编码的蛋白质。
(4)Ti质粒即诱瘤质粒或冠瘿质粒。
Ti质粒即诱瘤质粒或冠瘿质粒 Ti质粒是一种200 kb的环状质粒， 包括毒性区（vir）、接合转移区（con）、 复制起始区（on）和T-DNA区4部分。 植物基因工程中使用最广、效果最佳的克隆 载体。
2.质粒在基因工程中的应用
质粒具有的优点： ①体积小，便于DNA的分离和操作； ②呈环状，使其在化学分离过程中能保持性 能稳定； ③有不受核基因组控制的独立复制起始点； ④拷贝数多，使外源DNA可很快扩增； ⑤存在抗药性基因等选择性标记。
E. coli的pBR322质粒克隆载体
3.质粒的分离与鉴定 （1）质粒的分离步骤
细胞的裂解
蛋白质去除
RNA的去除
质粒DNA与染色体DNA相分离 （2）质粒鉴定。
电镜、琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳
4.质粒的育因子或性因 子，是E.coli等 细菌决定性别 并有转移能力 的质粒。
(2) R质粒
又称R因子 由RTF和r决定子结合而形成R质粒