微生物的遗传和育种B
微生物 10-4、5、6第十章 微生物的遗传变异和育种
工程菌的稳定性问题
由工程菌产生的珍稀药物如：胰岛素、干扰素、 人生长激素、乙肝表面抗原、人促红细胞生成 素、重组链激酶等都已先后供应市场，不仅保 证了这些药物的来源，而且使成本大大降低。 但工程菌在发酵生产和保存过程中表现出不稳 定性，具体表现为：质粒的丢失；重组质粒发 生DNA片断脱落；表达产物不稳定。 工程菌的稳定与否，与重组质粒本身的分子组 成、宿主细胞生理和遗传性以及环境条件等因 素有关。
性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否 则生产或科研都无法正常进行。 影响微生物菌种稳定性的因素：a）变异；b）污染； c ）死亡。
一、菌种的衰退与复壮
衰退：菌种出现或表现出负变性状
菌种衰退的原因： ①大量群体中的自发突变
自发突变
纯菌种
不纯菌种
传代增殖
衰退菌种
原始个体
突变个体 菌种衰退的原因： ②分离现象。 菌种衰退的原因： ③培养条件与传代。
准性杂交育种
第五节 分子育种（基因工程育种）
一、基因工程 定义：在基因水平上，改造遗传物质，从而使 物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的 生物新品系。
特点：可设计性、稳定性、远缘性、风险性
二、基因工程的基本操作 获得目的基因
选择基因载体
体外重组 外源基因导入 筛选和鉴定
应用
通过基因工程改变后的菌株被称为“工程菌”， 工程菌已逐渐应用于药物的微生物发酵生产中， 主要有以下几个方面：①增加生物合成基因量而 增加抗生素产量；②导入强启动子或抗性基因而 增加抗生素产量；③把两种不同的生物合成基因 在体外重组后再导入受体而产生杂交抗生素；④ 激活沉默基因，以其产生新的生物活性物质或提 高抗生素产量；⑤把异源基因克隆到宿主中表达， 以期彻底改变生产工艺。
第八章-微生物的遗传变异与育种答案
第七章习题答案一、名词解释1.转座因子:具有转座作用得一段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得现象称为普遍转导。
3.准性生殖:就是一种类似于有性生殖,但比它更为原始得两性生殖方式,这就是一种在同种而不同菌株得体细胞间发生得融合,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:就是一种利用细菌营养缺陷型得回复突变来检测环境或食品中就是否存在化学致癌剂得简便有效方法5.局限转导:通过部分缺陷得温与噬菌体把供体得少数特定基因携带到受体菌中,并与后者得基因整合,重合,形成转导子得现象、6.移码突变:诱变剂使DNA序列中得一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面得全部遗传密码得阅读框架发生改变、7、感受态:受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化得一种生理状态、8、高频重组菌株:该细胞得F质粒已从游离态转变为整合态,当与F菌株相接合时,发生基因重组得频率非常高、9、基因工程:通过人工方法将目得基因与载体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得遗传性状得一种育种措施称基因工程。
10、限制性内切酶:就是一类能够识别双链DNA分子得特定序列,并能在识别位点内部或附近进行切割得内切酶。
11.基因治疗:就是指向靶细胞中引入具有正常功能得基因,以纠正或补偿基因得缺陷,从而达到治疗得目得。
12.克隆:作为名词,也称为克隆子,它就是指带有相同DNA序列得一个群体可以就是质粒,也可以就是基因组相同得细菌细胞群体。
作为动词,克隆就是指利用DNA体外重组技术,将一个特定得基因或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得作用有光复活作用与切除修复、2.基因组就是指一种生物得全套基因。
3.基因工程中取得目得基因得途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变与染色体突变两种类型。
《食品微生物学》课程标准.
《食品微生物学》课程标准一、课程概述《食品微生物学》是食品科学与工程专业的一门专业基础课程，本课程研究微生物的形态、结构、营养、生理代谢、生长及控制、遗传育种、分类以及微生物在食品工业中的应用等基本理论知识和有关微生物的基本实践操作技能。
《食品微生物学》是《微生物学》的一门分支应用学科，它与《医学微生物学》、《农业微生物学》等学科处于同一层次，其前置课程是《生物化学》，后置课程为《食品工艺学》。
可以说，《食品微生物学》是基础学科在食品工业中的应用。
它主要是一门应用性、实践性的学科。
通过学习，使学生能够利用微生物发酵生产食品，并掌握在食品生产加工和食品卫生监督中有关微生物的鉴别、检验、生长控制等基础理论知识和基本实践操作技能，为学生以后从事专业技术工作打下坚实的基础。
二、课程目标1．知道《食品微生物学》这门学科的性质、地位和独立价值。
知道这门学科的研究范围、研究方法、学科进展和未来方向。
2．理解这门学科的主要概念、基本原理和方法，尤其是基本理论知识、基本实践技能。
3．掌握《食品微生物学》的基本理论知识、基本实践技能，并能够把所学的基本理论知识、基本实践技能应用到具体的食品工业中去中去。
4．学会运用理论知识解决实际问题，培养学生发现、分析、解决问题的能力。
三、课程内容和教学要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。
这四个层次的一般涵义表述如下：知道———是指对这门学科和教学现象的认知。
理解———是指对这门学科涉及到的概念、原理、方法与技术的说明和解释，能提示所涉及到的教学现象演变过程的特征、形成原因以及教学要素之间的相互关系。
掌握———是指运用已理解的教学概念和原理说明、解释、类推同类教学事件和现象。
学会———是指能模仿或在教师指导下独立地完成某些教学知识和技能的操作任务，或能识别操作中的一般差错。
教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
（八）微生物与发酵食品四、课程实施（一）课时安排与教学建议食品微生物学是食品类必修课，系主干课程。
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
微生物基因工程育种方法
微生物基因工程育种是利用基因工程技术对微生物进行遗传改良，以实现特定目的的育种。
以下是一些常见的微生物基因工程育种方法：
1. 选择合适的目标微生物：
-选择适合进行基因工程改良的目标微生物，如细菌、酵母等。
-确保目标微生物具有明确的育种目标和应用场景。
2. 基因克隆与表达：
-利用重组DNA技术将感兴趣的基因从其他生物体中克隆到目标微生物中。
-通过适当的启动子和调控元件实现目标基因在目标微生物中的高效表达。
3. 基因组编辑：
-利用CRISPR-Cas9等基因组编辑技术对目标微生物的基因组进行精确编辑，实现有针对性的改良。
-可以插入、删除或修改目标基因，以改变微生物的性状和功能。
4. 代谢工程：
-通过改良微生物的代谢途径和代谢产物合成途径，实现特定产物的高效合成。
-优化微生物代谢通路，增强产物产量和纯度。
5. 蛋白工程：
-对目标微生物中的蛋白质进行改良，提高其稳定性、活性或特定功能。
-可以设计新的蛋白质结构，实现特定功能的表达和应用。
6. 表型筛选与优化：
-利用高通量筛选技术对基因工程微生物进行表型筛选，选出具有目标性状的优良菌株。
-不断优化育种过程，提高目标微生物的产量、稳定性和适应性。
通过以上基因工程技术和方法的综合应用，可以有效地实现微生物的育种改良，满足不同领域的需求，如工业生产、环境修复、医药健康等。
在开展微生物基因工程育种时，需要严格遵循相关法规和伦理要求，确保安全性和可持续性。
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。
微生物遗传育种课件,基因突变
1、突变（Mutation）：指遗传物质发生了稳定 的可遗传的变化，所有的突变都是DNA结构中碱 基所发生的改变。
2、突变体（Mutant）：携带突变的生物个体或 群体或株系，称为突变体。
3、突变基因（Mutant Gene）和野生型基因 （Wild Gene）：发生了突变的基因称为突变基 因，没有发生突变的基因称为野生型基因。
λ galK2 mtl-1 xyl-5 ara-14 rpsL31 tsx-33 - supE44
三、突变的分类
1、按照突变生成的过程（或原因）来看：可分为自发突变和诱发突变。
2、从DNA碱基序列改变多少来分可分为单点突变和多点突变。
点突变
碱基替代 碱基插入 碱基缺失
颠换 转换
3、从阅读框架的影响来看有所谓的移框突变。
2、产生同样表型的不同基因座位，在上述斜体小写的英文3个字母后加上一个 斜体的大写字母以示区别，如trp A。
3、一个基因的不同突变位点是在这个突变基因座位符号后，按分离先后次序 用数字来表示，如果不知道这些突变属于哪一个基因座位，则用“—”来代替。
如trp A 23,trp —54
4、表型特性同样用3个字母来表示，但第一个字母大写，以便于基因符号清楚 的区别。
第三节 诱变的机制
1. 概念：
原核或真核细胞基因组中可以从一个 位置转移到另一个位置的遗传因子叫做转 座因子。
第三节 诱变的机制
从不同体系中分离到的转座因子往往给 予不同的符号表示，如细菌的转座因子：IS （insertion sequence），Tn（transposon）； 酵母的转座因子：Ty（transposon yeast）； 果蝇的转座因子：Copia或FB(fold back)等等。 细菌中可能转座的遗传因子大致可分三类： 插入顺序（IS）、转座子（Tn）和某些温和 噬菌体（如Mu-1φ108）。
微生物遗传育种知识点汇总
微生物遗传育种知识点汇总1.微生物基因组学：微生物基因组学是研究微生物基因组结构、功能和表达的学科。
通过对微生物基因组的测序、比较分析和功能注释，可以了解微生物的遗传特性和功能。
2.微生物突变：微生物突变是指微生物在自然环境或实验室中发生的基因突变。
突变可以是基因变异、插入突变、缺失突变等，这些突变可能会导致微生物表型的变化。
3.微生物选择：微生物选择是通过对微生物的生长条件进行调控，选择出具有其中一种特定性状的菌株。
例如，可以通过对耐盐性的选择培养基进行培养，选择出具有耐盐性的微生物菌株。
5.基因工程微生物：基因工程微生物是指经过人工改造的微生物，具有特定基因表达或基因功能改变的能力。
基因工程微生物可用于生产重要医药、酶类、化学品等。
6.自然变异与人工选择：微生物在自然环境中会发生一定程度的自然变异，这些变异可以通过人工选择进行进一步改良。
例如，选择耐药性菌株进行生产抗生素。
7.反向遗传学：反向遗传学是指通过与传统遗传学相反的方式研究生物体的遗传特性。
利用反向遗传学可以探索微生物基因的功能和作用。
9.高通量筛选技术：高通量筛选技术是指通过自动化设备对大量微生物进行快速筛选和分析的技术。
这些技术可以大大提高筛选效率和准确性，用于微生物遗传育种中。
10.代谢工程：代谢工程是指通过改造微生物的代谢路径和基因表达调控来提高目标产物的产量和选择性。
代谢工程可通过基因工程、突变、选择和培养条件优化等手段实现。
11.微生物系统发育学：微生物系统发育学是研究微生物演化和亲缘关系的学科。
通过比较分析微生物基因组，确定其进化关系和分类地位。
以上是微生物遗传育种的一些基本知识点汇总。
微生物遗传育种是一个综合性学科，涉及到多个学科的知识和技术，对于改良微生物品种和开发新的微生物应用具有重要意义。
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3.变异(variation): 生物体在外因或内因 的作用下，遗传物质的结构或数量发生改 变，亦即遗传型的改变。 变异的特点： a.群体一般为10-5～10-10； b.性状变化的幅度大； c.变化后形成的新性状是稳定的、可遗传 的。
4.饰变（modification）： 指外表的修饰性 改变，是一种不涉及遗传物质结构改变而只 发生在转录、转译水平上的表型变化。 特点： a.几乎整个群体中的每一个体都发生同样 的变化； b.性状变化的幅度小； c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。
DNA这种高度折叠的结构使 DNA分子长度压缩了千余倍。
5.基因水平
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。 有众多基因构成了染色体。 基因大小：1000-1500bp，分子质量6.7×105 基因调控系统
染色体的一般形态结构
染色体组型
4.核酸水平
核酸种类
DNA或RNA 核酸结构 双链或单链 双链DNA：环状、线状、超螺旋状（麻花状） DNA长度 基因组的大小 单位：bp（碱基对）、Kb（千碱基对）、Mb（兆 碱基对） 例如 ：p194表7-2
DNA Supercoiling
To package the DNA into the cell requires that the DNA be supercoiled. There are over 50 supercoiled domains in the
1928年，英国微生物学家Griffith(格里费斯）做了肺炎链球 菌的转化实验。实验说明了加热杀死的S型菌，在细胞内有一种具 有遗传转化能力的物质，可进入R型菌细胞内，使R型菌获得表达荚 膜的遗传特性。
体外转化实验－DNA是遗传物质的证明
超速离心
脂类除去
进入
显示出DNA的优势
1944年 Avery（艾费里） 揭开了转化因子的化学本质。
1.细胞水平
细胞核或核区 单核或多核
2.细胞核水平
核染色体=核基因组=核染色体组=基因组 核外染色体=核外遗传因子
3.染色体水平
（1）染色体数 不同生物的染色体数差别很大。 书P193表7-1 （2）染色体倍数 定义：指同一细胞中相同染色体的套数。 单倍体：一套染色体 双倍体：两套功能相同的染色体
RNA杂合病毒实验
烟草花叶病毒经弱碱、尿素、去垢剂等处理，可以将其蛋白外壳与
RNA分开，重新将蛋白外壳与RNA混合，病毒粒子又会重建。
苯酚
苯酚
HRV B
二、遗传物质在细胞内的 存在部位和方式
（一）核酸存在的七个水平 1. 细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核 2. 细胞核水平: 原核与真核生物的细胞核结构不同，核基因 组和核外染色体。 3. 染色体水平: 染色体数和倍数(真核)，单倍体和双倍体 4. 核酸水平：核酸种类、核酸结构和DNA长度（单位bp、kb、 Mb ）。 5. 基因水平：具自主复制能力的最小遗传功能单位，核酸片 断。长度与信息量，转录——翻译 6. 密码子水平： 信息单位,起始和终止, 7. 核苷酸水平： 突变或交换单位，四种碱基
32p85%
离心
35s75%
（三）植物病毒的重建实验
烟草花叶病毒的感染和繁殖过程，证实
RNA也是重要的遗传物质。
1956年，法郎克-康勒特（H.Fraenkel-Conrat）
分离RNA和protein，进行重组实验。
实验材料：烟草花叶病毒（TMVA)与霍氏
车前花叶病毒（HRV，TMVB）。 5%RNA, 95%Protein。
遗传学的一些概念
遗传(heredity)：
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。 特点：具稳定性。 四个基本概念： 1.遗传型（genotype）： 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 组所带的遗传信息。
2.表型（phenotype）： 指生物体所具有的 一切外表特征和内在特性的总和，是其遗 传型在合适环境下通过代谢和发育而得到 的具体体现。
第一节 遗传变异的物质基础
一、3个经典实验 证明核酸是遗传物质的实验。 （一）转化实验 研究材料：肺炎链球菌，小白鼠 肺炎链球菌特点： S型——有荚膜，菌落表面光滑，属致病菌。致病性， 人患肺炎，小白鼠患败血症而死亡。 R型——无荚膜，菌落表面粗糙，属非致病菌
体内转化实验－DNA是遗传物质的证明
（二）原核生物的质粒
基因不仅存在在染色体 上，还存在于细胞中的 染色体外的遗传因子上
（二）噬菌体的侵染标记实验
1952年Hersey（侯喜）和Chase（蔡斯）的同 位素标记大肠杆菌T2噬菌体进行侵染实验。
实验方法 材料：大肠杆菌， T2噬菌体 培养基：32PO43- 和35SO42-的组合培养基。 结果：制备出含32P-DNA核心的噬菌体 制备出含35S-蛋白质外壳的噬菌体
离心
4.饰变（modification）：
例子：粘质沙雷氏菌（神灵色杆菌） 粘质沙雷氏血状，可是, 当培养在37℃下时,群体中的所有个体都不 产色素。如果重新降温至25℃,所有细胞产 色素能力又可以恢复。 宗教中称它为“神灵色杆菌”或“灵杆菌” 饰变是与变异有着本质区别
E. coli
chromosome, they are stabilized by association with the structural proteins.
E.coli ： 2.4×109Da ，
42000 Kb （ 1300 微米），闭 合环状，约编码 2000 个基因。 类核（nucleoid）。 支架 (scafford ） 50-100 个 DNA 环组成，每 200bp 就有 一个负超螺旋 DNA分子形成环状， 这种环呈超螺旋状 它从致密的含蛋白质的 结构中伸出（支架）