第五章微生物的遗传变异与菌种选育

《微生物第五章》PPT课件

第五章
微生
概
物
的述
遗
传
8、饰变(modification) 指不涉及遗传物质结构改变，只发生在转录、转译水平上的表型变化。
特点：每一个体都发生同样的变化;性状变化的幅度小；因遗传物质不变故饰变是不遗传的。
例子：粘质沙雷氏菌(Serratia mar cescens)在 25℃下培养时会产生深红色的灵杆菌素，在37℃时不产生色素。
第五章
微生
概
物
的述
遗
传
插入序列是一类分子量很小的遗传成分，大小一般为750-1500bp,其编码容量只有1-2种多肽，可以调节自身的转座，一般没有表型标记。
转座因子（transposon,TN）是能够插入染色体或质粒不同位点的一般DNA序列，一般大小为几kb。在原核、真核微生物中都有。
一、与之相关的几个概念
1、遗传(heredity) 生物的上一代将自己的遗传因子传递给下一代的行为或功能，具有极其稳定的特性。
第五章
微生
概
物
的述
遗
传
2、基因（gene）是一切具有自主复制能力的遗传功能单位，核酸链上具有一定核酸数量和排列顺序，贮存遗传信息的核酸片段，能控制特定生化反应的最小遗传单元。eg.某种蛋白的合成是由一段特定的DNA碱基序列决定的，这就构成一个基因。各个基因在细胞中不是单独存在的，而是有序地排列在一些遗传成分上，如染色体和质粒。
第五章
微基生因物突的变遗及传修
复
突变株筛选
1、根据突变株类型分离鉴定和分离突变株时，
根据突变株基因的特殊性质，一般分成三类：
第五章

第五章工业微生物诱变育种

株时，应选择多种遗传类型的菌株作为出发菌株比较
稳妥，容易在较短时期内达到育种目的。
8. 菌种代谢特点
了解菌种代谢特点有助于选择有效的出发菌株。有人曾研究过肌苷酸产生菌的代谢特性，发现肌苷酸的生物合成过程与肌苷、肌苷酸及核苷酸、磷酸化酶的活性有关，如果从产生肌苷酸野生型的枯草杆菌中筛选到降解酶活性低而磷酸化酶活性强的作为诱变出发菌株，一般都能得到良好的诱变效果。
6. 药品和原材料质量
药品规格和原材料来源不同，都会影响菌种的质量。
四、了解菌种有效产物中的各种组分在代谢合成过程中与培养条件的关系
由棘孢小单孢菌(Micromonospora echinopora) 产生的庆大霉素，其中C1是有效的组分； C2是无效
的。在发酵过程中加入适量的磷或蛋白胨以及加大通风量都有利于C1的合成；反之，C2的比例就上升。

菌悬液由出发菌株的孢子或菌体细胞与生理盐水或缓冲液制备而成。对菌悬液的制备有如下的要求：
1、供试菌株的孢子或菌体要年轻、健壮。
细胞要新培养的，细胞生理活性方面既要同步，又要处在最旺盛的对数期，这样突变率高，重现性也好。霉菌孢子浓度约为：106ml-1，放线菌孢子浓度约为：106~107ml-1。菌悬液通常采用生理盐水制备。如果用化学诱变剂处理时，应采用相应的缓冲液配制，以防处理过程中pH变化而影响诱变效果。
1. 对一般出发菌株的要求
（1）从自然界样品中分离筛选出来的野生菌株，虽然产量较低，但对诱变因素敏感，变异幅度大，
正突变率高；
（2）在生产中使用的，具有一定生产能力，并且在生产过程经过自然选育的菌株；（3）采用具有有利性状的菌株，如生长速度快、营养要求低以及产生孢子早而多的菌株；

微生物的菌种选育

理想的工业发酵菌种应符合以下要求：⑴遗传性状稳定⑵生长速度快，不易被噬菌体等污染⑶目标产物的产量尽可能接近理论转化率⑷目标产物最好能分泌到胞外，以降低产物抑制并利于产物分离⑸尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并且有利于产物分离⑹培养基成分简单、来源广、价格低廉⑺对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感⑻对溶氧的要求低，便于培养以及降低能耗一、从自然界获得新菌种的步骤分离微生物新种的具体步骤大体可分为采样、增殖、纯化、性能测定。

采样菜园和耕作层土壤是有机质较多的土层，常以细菌和放线菌为主；果园数根土层中，酵母菌含量较高；动植物残体及霉腐土层中，分布着较多的霉菌。

豆科植物根系土中，往往存在根瘤菌；河流湖泊的淤泥中能分离到产甲烷菌；油田和炼油厂周围土层中常见分解石油的微生物等。

各种水体也是工业微生物菌种的重要来源，许多具有光合作用能力的微生物以及兼性或专性厌氧微生物都能从各种水体中筛选得到。

增殖才采集的样品中，一般待分离的菌种在数量上并不占优势，为提高分离的效率，常以投其所好和取其所抗的原则在培养基中添加特殊的养分或抗菌物质，使所需菌种的数量相对增加，这种方法称为增殖培养或富集培养。

纯化常用的菌种纯化方法很多，大体可将它们分为两个层次，一个层次较粗放，一般只能达到“菌落纯”的水平，从“种”的水平来说是纯的，其方法有划线分离法，涂布分离法和稀释分离法。

另一层次是较为精细的单细胞或单孢子分离法，它可达到细胞纯即“菌株纯”的水平。

具体操作方法很多，最简便的方法是利用培养皿或凹玻片等分离小室进行细胞分离。

也可以利用复杂的显微镜操作装置进行单细胞挑取。

性能测定菌种性能测定包括菌株的毒性试验和生产性能测定。

二、基因突变和微生物菌种选育基因是在生物体内具有自主复制能力的遗传功能单位，是一个具有特定核苷酸顺序的核酸片段，每个基因约有1000个碱基对。

基因是合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是指DNA序列）。

微生物遗传和菌种选育新PPT讲稿

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。
非选择性突变株（non-selective mutant）
反之。
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营养缺陷型（株）
选择性突变株
抗性突变型（株）条件致死突变型（株）
突变株的表型
形态突变型（株）
非选择性突变株
抗原突变型（株）
橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。
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表型的差异只与环境有关
暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为
例如：粘质沙雷氏菌：
25℃下培养，产生深红色的灵杆菌素；37℃下培养，不产生色素；重新将温度降25℃，又恢复产色素的能力。
表型饰变：
斜面培养液体培养
（一）经典转化试验
最早进行转化（transformation）实验的是F. Griffith（ 1928年），他以Streptococcus pneumoniae （肺炎链球菌，旧称“肺炎双球菌”）作为研究对象。
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转化实验
实验材料：肺炎双球菌
光滑型（S）
核外DNA的种类
真核生物的 “质粒”
线粒体细胞质基因叶绿体
中心体动体共生生物：卡巴颗粒
酵母菌的2m质粒
核外染色体
原核生物的
质粒
F因子
R因子
Col质粒
Ti质粒
巨大质粒降解性质粒
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（一）核酸存在的 7 个水平
细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核细胞核水平: 原核与真核生物的细胞核结构不同，核外 DNA 染色体水平: 倍性 ( 真核 ) 和染色体数核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体

微生物的遗传和育种

微生物育种的社会和经济影响
社会影响
随着微生物遗传和育种技术的不断发展，人们需要关注相关的伦理、安全和环境问题，以确保技术的可持续发展和应用。
经济影响
微生物育种技术的发展有望为工业、农业、医药等领域带来巨大的经济效益，同时也需要关注技术的成本和商业化前景。
感谢您的观看
THANKS
土壤修复
微生物育种技术可用于土壤修复领域，通过改良土壤中微生物的种类和数量，改善土壤质量，提高土壤肥力。
空气净化
某些微生物具有降解空气中有害物质的能力，通过微生物育种技术可以改良这些微生物的降解能力，用于空气净化。
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未来展望
基因编辑技术的发展
基因编辑技术
随着CRISPR等基因编辑技术的发展，科学家们能够更精确、高效地修改微生物基因，从而改良微生物的性状和生产性能。
代谢工程育种
代谢途径分析
对微生物的代谢途径进行分析，了解各代谢途径之间的相互关系和调控机制。
代谢流量调控
通过调节代谢途径中的关键酶活性或改变代谢流量的方向，以提高目标产物的合成效率。
细胞工厂构建
通过基因工程技术对微生物进行改造，构建具有特定代谢特征的细胞工厂，实现目标产物的定向生产。
基因编辑的应用
基因编辑技术有望在医药、农业、工业等领域发挥重要作用，例如用于生产新型药物、改良农作物、提高微生物产物的产量和品质等。
合成生物学在微生物育种中的应用
合成生物学
合成生物学是一门新兴的交叉学科，旨在通过设计和构建人工生物系统来改良和优化生物功能。
VS
微生物育种中的应用
合成生物学在微生物育种中具有广阔的应用前景，例如通过设计和构建人工微生物来生产燃料、化学品、药物等，同时也有助于解决环境问题和粮食安全问题。

菌种选育

2.2.2.4 介绍几种物理、化学诱变剂的使用方法
A 紫外线紫外线是一种使用时间较久、值得推广的诱变剂，它的辐射光源便宜，危险性小，诱变效果好，故应用最广泛，研究得也最多。虽然紫外线的波长范围很宽，但对诱变最有效的波长仅仅是260 nm左右（253－265） nm一般诱变时用菌（孢子）悬浮液进行处理，紫外灯的功率为15W，距离固定在30 cm左右。紫外线的作用机制主要是形成胸腺嘧啶二聚体以改变DNA生物活性，造成菌体死亡和变异。
（2）诱发突变敏感菌株先经诱变因素处理，然后将处理过的孢子液分离在含有高浓度的噬菌体的平板培养基上，经诱变后的存活孢子中，如存在抗性变异菌株就能在此平板上生长。这种菌落生长的速度一般与正常菌落的生长速度相近，诱变可以提高抗性菌株的频率。
除上述方法外，还可将敏感菌孢子经诱变后接入种子培养基，待菌丝长浓后加入高浓度的噬菌体再继续培养几天，再加入噬菌体反复感染，使敏感菌被噬菌体所裂解，最后取再生菌丝进行平板分离，从中筛选抗性菌株。
2.2.2.2 诱变育种的一般步骤
• 诱变育种的一般步骤见P38，如图2－2所示 • 注意事项：选择好出发菌株；正确和灵活使用各种诱变剂；诱变剂的选择；变异株的筛选和筛选条件的确立；高产菌株的获得与筛选条件的配合。 • 具体内容详见40页。
2.2.2.3 诱变育种工作中几个应注意的问题
A 选择好出发菌株选好出发菌株对诱变效果有着极其重要的作用。有些微生物比较稳定，其遗传物质耐诱变剂的作用强。如果用这种菌株于生产是很有益的，而用作出发菌株则不适宜。用作诱变的出发菌株必须对它的产量、形态、生理等方面有相当了解。挑选出发菌株的标准是产量高、对诱变剂的敏感性大、变异幅度广，再确定诱变剂的使用及筛选条件。

第五章微生物的遗传变异

遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
研究微生物遗传学的意义
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研究对象。对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物学和生物工程学的发展，而且为育种工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。

（1）. F–因子（fertility factor）：又称致育因子或性因子， 62×106Dalton，94.5kb，相当于核染色体DNA2%的环状双链DNA，足以编码94个中等大小多肽，其中1/3基因（tra区）与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别。

选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别拆分取得各自的 RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：
（1）RNA（TMV）-蛋白质（HRV）（2）RNA（HRV）-蛋白质（TMV）用两种杂合病毒感染寄主：（1）表现TMV的典型症状病分离到正常TMV粒子（2）表现HRV的典型症状病分离到正常HRV粒子。
MTV
HRV
上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸。
HRV MTV
2
遗传物质在细胞内的存在部位和方式
（1）核酸存在的七个水平细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核细胞核水平: 原与真核生物的细胞核结构不同，核外DNA 染色体水平: 倍性(真核)和染色体数核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或RNA，复合或裸露，双链或单链基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息量，转录——翻译密码子水平：信息单位,起始和终止, 核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基