微生物学课件第七章 微生物的遗传变异和育种 第二节 基因突变和诱变育种
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突变几率一般很低（10-9～10-6）
野生型菌株（wild type strain）
从自然界分离到的菌株，简称野生型。 突变株（mutant）
野生型经突变后形成的带有新性状的菌
株，称突变株,又称突变体或突变型。
（一）突变类型
选择性突变株（selectable mutant）
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。
（二）突变率（mutation rate）
突变率的两种表示方法
（1）每一细胞在每一世代中发生某一性状 突变的几率。
例如:突变率为10-8，指该细胞在1亿次细胞分裂中， 会发生1次突变。
（2）某一单位群体在每一世代（即分裂1次） 中产生突变株（mutant，即突变型）的 数目来表示。
例如，一个含108个细胞的群体，当其分裂为2×108个 细胞时，即可平均发生一次突变的突变率也是10-8。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969
甲管
乙管
2.涂布试验（newcombe experiment）
1949年，H.B.Newcombe在NATURE上发
表了一篇与变量试验属同一观点的但实验 方法更为简单的涂布试验结果。
3.平板影印培养试验（replica plating）
Salmonella typhi Bacillus megaterium
（4）独立性
某基因的突变率不受它种基因突变率的影响。
突变一般是独立发生的。 某一基因发生突变不会影响其他基因的突变率。
同一细胞中同时发生两个基因突变的几率 是各个基因突变几率的乘积。
（5）可诱变性
自发突变的频率可因诱变剂（mutagen）
Medicine and Physiology in 1958
（五）基因突变及其机制
基因突变机制的多样性： 自发突变
点突变：DNA的微创
诱发突变
影响一对碱基的突变
畸变：DNA的大创伤
影响一段染色体的突变
仅影响一对碱基 影响一段染色体
1.诱发突变（induced mutation） 诱发突变简称诱变，是指通过人为的
1952年，J. Lederberg夫妇发表了一篇著名的 《平板影印培养法和细菌突变株的间接选择》论 文，它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，这一突变与相应的药物环 境毫不相干。
.
.
.
.
.
影印的作用是保证这3个平板上 在相同的位置上长出相同的菌落。
Joshua Lederberg J. Lederberg is awarded the Noble Prize in
（三）基因突变的特点
（1）自发性
7
（2）非对应性
个 （3）稀有性
共 （4）独立性
同 （5）可诱变性
点 （6）稳定性
（7）可逆性
（1）自发性
各种性状的突变，可在无人为的诱变因素 处理下自发地产生。
（2）非对应性
突变的性状与引起突变的原因间 无直接的对应关系。
这是突变的一个重要特点，也是容易引起争论的问题
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（mutagen）。
诱发突变
(1)碱基的置换 (2)移码突变 (3)染色体畸变
(1)碱基的置换（substitution）
碱基的置换只涉及一对碱基被另一对碱基所
置换，属于典型的点突变（pointmutation）。
染色体的微小损伤（microlesion）
碱基的 置换
转换（transition）
一个嘌呤
另一个嘌呤
一个嘧啶
另一个嘧啶
颠换（transversion）
一个嘌呤
另一个嘧啶
一个嘧啶
另一个嘌呤
置换的机制 ① 直接引起置换的诱变剂 ② 间接引起置换的诱变剂
① 直接引起置换的诱变剂
一类可直接与核酸的碱基发生化学
三个经典实验
变量实验、涂布实验、影印实验
证明 突变的性状与引起突变的原因间
无直接对应关系！
1.变量试验（fluctuation test）
又称波动试验或彷徨试验。
1943年，S. E. Luria和M. Delbrück根据统计学 的原理，设计实验。
Salvador Luria
Max Delbruck
的影响而大为提高 （10～105倍）。
（6）稳定性
基因突变后的新遗传性状是稳定 的、可遗传的。
（7）可逆性
（forward mutation）
野生型菌株
正向突变
突变株
回复突变，也称回变
（reverse mutation或back mutation ）
（四）基因突变自发性和不对应性 的实验证明
基因突变是自发进行的吗？
第二节 基因突变和诱变育种
基因突变 诱变育种
Байду номын сангаас
一、基因突变（gene mutation）
简称突变，是变异的一种，泛指细胞内
（或病毒粒内）遗传物质的分子结构或数量 突然发生的可遗传的变化。
一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变
狭义的突变：专指基因突变（点突变） 广义的突变：包括基因突变和染色体畸变
（3）稀有性
自发突变虽可随时发生，但其突变率却是极低和 稳定的，一般在10-9～10-6间。
若干细菌某一性状的突变率
Escherichia coli Escherichia coli Escherichia coli Escherichia coli
Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus
非选择性突变株（non-selectable mutant）
反之。
基因型
表型
这里主要介绍几种常用的由于基 因突变而造成微生物表型变化的突变 型及其分离
营养缺陷型（株）
选择性 突变株
突变株 的表型
抗性突变型（株） 条件致死突变型（株）
形态突变型（株）
非选择性 突变株
抗原突变型（株） 产量突变型（株）
如何证明基因突变的非对应性？
抗性突变引起的争论和斗争
观点之一： “驯化”或“驯养”论
突变是生物对某特定环境的适应而产生 的，这种环境正是突变的诱因，所产生的抗 性性状是与该环境因素相对应的，并认为这 就是“定向变异”。
观点之二： 自发突变论
基因突变是自发的，即使诱发产生，其产生 的性状与诱变因素间也是不对应的，即最终适应 了的化学药物等不良因素并非诱变因素，而仅仅 是一种用于筛选的环境而已。
野生型菌株（wild type strain）
从自然界分离到的菌株，简称野生型。 突变株（mutant）
野生型经突变后形成的带有新性状的菌
株，称突变株,又称突变体或突变型。
（一）突变类型
选择性突变株（selectable mutant）
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。
（二）突变率（mutation rate）
突变率的两种表示方法
（1）每一细胞在每一世代中发生某一性状 突变的几率。
例如:突变率为10-8，指该细胞在1亿次细胞分裂中， 会发生1次突变。
（2）某一单位群体在每一世代（即分裂1次） 中产生突变株（mutant，即突变型）的 数目来表示。
例如，一个含108个细胞的群体，当其分裂为2×108个 细胞时，即可平均发生一次突变的突变率也是10-8。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969
甲管
乙管
2.涂布试验（newcombe experiment）
1949年，H.B.Newcombe在NATURE上发
表了一篇与变量试验属同一观点的但实验 方法更为简单的涂布试验结果。
3.平板影印培养试验（replica plating）
Salmonella typhi Bacillus megaterium
（4）独立性
某基因的突变率不受它种基因突变率的影响。
突变一般是独立发生的。 某一基因发生突变不会影响其他基因的突变率。
同一细胞中同时发生两个基因突变的几率 是各个基因突变几率的乘积。
（5）可诱变性
自发突变的频率可因诱变剂（mutagen）
Medicine and Physiology in 1958
（五）基因突变及其机制
基因突变机制的多样性： 自发突变
点突变：DNA的微创
诱发突变
影响一对碱基的突变
畸变：DNA的大创伤
影响一段染色体的突变
仅影响一对碱基 影响一段染色体
1.诱发突变（induced mutation） 诱发突变简称诱变，是指通过人为的
1952年，J. Lederberg夫妇发表了一篇著名的 《平板影印培养法和细菌突变株的间接选择》论 文，它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，这一突变与相应的药物环 境毫不相干。
.
.
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.
.
影印的作用是保证这3个平板上 在相同的位置上长出相同的菌落。
Joshua Lederberg J. Lederberg is awarded the Noble Prize in
（三）基因突变的特点
（1）自发性
7
（2）非对应性
个 （3）稀有性
共 （4）独立性
同 （5）可诱变性
点 （6）稳定性
（7）可逆性
（1）自发性
各种性状的突变，可在无人为的诱变因素 处理下自发地产生。
（2）非对应性
突变的性状与引起突变的原因间 无直接的对应关系。
这是突变的一个重要特点，也是容易引起争论的问题
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（mutagen）。
诱发突变
(1)碱基的置换 (2)移码突变 (3)染色体畸变
(1)碱基的置换（substitution）
碱基的置换只涉及一对碱基被另一对碱基所
置换，属于典型的点突变（pointmutation）。
染色体的微小损伤（microlesion）
碱基的 置换
转换（transition）
一个嘌呤
另一个嘌呤
一个嘧啶
另一个嘧啶
颠换（transversion）
一个嘌呤
另一个嘧啶
一个嘧啶
另一个嘌呤
置换的机制 ① 直接引起置换的诱变剂 ② 间接引起置换的诱变剂
① 直接引起置换的诱变剂
一类可直接与核酸的碱基发生化学
三个经典实验
变量实验、涂布实验、影印实验
证明 突变的性状与引起突变的原因间
无直接对应关系！
1.变量试验（fluctuation test）
又称波动试验或彷徨试验。
1943年，S. E. Luria和M. Delbrück根据统计学 的原理，设计实验。
Salvador Luria
Max Delbruck
的影响而大为提高 （10～105倍）。
（6）稳定性
基因突变后的新遗传性状是稳定 的、可遗传的。
（7）可逆性
（forward mutation）
野生型菌株
正向突变
突变株
回复突变，也称回变
（reverse mutation或back mutation ）
（四）基因突变自发性和不对应性 的实验证明
基因突变是自发进行的吗？
第二节 基因突变和诱变育种
基因突变 诱变育种
Байду номын сангаас
一、基因突变（gene mutation）
简称突变，是变异的一种，泛指细胞内
（或病毒粒内）遗传物质的分子结构或数量 突然发生的可遗传的变化。
一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变
狭义的突变：专指基因突变（点突变） 广义的突变：包括基因突变和染色体畸变
（3）稀有性
自发突变虽可随时发生，但其突变率却是极低和 稳定的，一般在10-9～10-6间。
若干细菌某一性状的突变率
Escherichia coli Escherichia coli Escherichia coli Escherichia coli
Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus
非选择性突变株（non-selectable mutant）
反之。
基因型
表型
这里主要介绍几种常用的由于基 因突变而造成微生物表型变化的突变 型及其分离
营养缺陷型（株）
选择性 突变株
突变株 的表型
抗性突变型（株） 条件致死突变型（株）
形态突变型（株）
非选择性 突变株
抗原突变型（株） 产量突变型（株）
如何证明基因突变的非对应性？
抗性突变引起的争论和斗争
观点之一： “驯化”或“驯养”论
突变是生物对某特定环境的适应而产生 的，这种环境正是突变的诱因，所产生的抗 性性状是与该环境因素相对应的，并认为这 就是“定向变异”。
观点之二： 自发突变论
基因突变是自发的，即使诱发产生，其产生 的性状与诱变因素间也是不对应的，即最终适应 了的化学药物等不良因素并非诱变因素，而仅仅 是一种用于筛选的环境而已。