微生物遗传变异和育种专家讲座.pptx

第七章第七章 微生物遗传变异和育种微生物遗传变异和育种一、遗传变异物质基础一、遗传变异物质基础二、基因突变和诱变育种二、基因突变和诱变育种三、基因重组和杂交育种三、基因重组和杂交育种四、菌种衰退、复壮和保藏四、菌种衰退、复壮和保藏微生物遗传变异和育种第1页（1）遗传型（基因型）遗传型（基因型）某一生物个体所含有全某一生物个体所含有全部遗传因子即基因总和部遗传因子即基因总和 。（。（亲代与子代相同亲代与子代相同）（3）表型（表现型）表型（表现型）某一生物体所含有一切外表某一生物体所含有一切外表特征及内在特征总和，含有一定遗传型个体，在特定环境特征及内在特征总和，含有一定遗传型个体，在特定环境条件下经过生长发育所表现出来形态等生物学特征总和。条件下经过生长发育所表现出来形态等生物学特征总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境相关。表型是由遗传型所决定，但也和环境相关。（2）变异）变异生物体在某种外因或内因作用下所引发生物体在某种外因或内因作用下所引发遗传物质结构或数量改变，亦即遗传型改变遗传物质结构或数量改变，亦即遗传型改变。（亲代与（亲代与子代、子代间不一样个体不完全相同）子代、子代间不一样个体不完全相同）变异了变异了微生物与原来微生物有所不一样，称为微生物与原来微生物有所不一样，称为变种变种。遗传变异几个基本概念遗传变异几个基本概念微生物遗传变异和育种第2页（4）表型饰变）表型饰变即外表修饰性发生改变。是一即外表修饰性发生改变。是一个不包括遗传物质结构发生改变而只发生在转录、个不包括遗传物质结构发生改变而只发生在转录、转译水平上表形改变。转译水平上表形改变。特点：表型差异只与环境相关特点：表型差异只与环境相关,暂时性、不可遗传性、暂时性、不可遗传性、表现为全部个体行为。表现为全部个体行为。如：如：粘质沙雷氏菌粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）。遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，遗传物质改变，造成表型改变。造成表型改变。特点：特点：遗传性、群体中极少数个体行为。遗传性、群体中极少数个体行为。（自发突变频率通常为（自发突变频率通常为1010-6-6-10-10-9-9）微生物遗传变异和育种第3页遗传学模式生物遗传学模式生物微生物独特生物学特征：微生物独特生物学特征：（1）个体体制极其简单；个体体制极其简单；（2）营养体普通都是单倍体；营养体普通都是单倍体；（3）易于在成份简单组合培养基上大量生长繁殖；易于在成份简单组合培养基上大量生长繁殖；（4）繁殖速度快；繁殖速度快；（5）易于积累不一样中间代谢产物或终产物；易于积累不一样中间代谢产物或终产物；（6）菌落形态特征可见性和多样性；菌落形态特征可见性和多样性；（7）环境条件对微生物群体中各个个体作用直接性和均一性；环境条件对微生物群体中各个个体作用直接性和均一性；（8）易于形成营养缺点型；易于形成营养缺点型；（9）各种微生物普通都有对应病毒；各种微生物普通都有对应病毒；（10)存在各种处于进化过程中原始有性生殖方式。存在各种处于进化过程中原始有性生殖方式。微生物遗传变异和育种第4页第一节第一节 遗传变异物质基础遗传变异物质基础微生物遗传变异和育种第5页一、遗传变异物质基础一、遗传变异物质基础三个经典试验证实核三个经典试验证实核酸是微生物遗传物质酸是微生物遗传物质转化试验转化试验噬菌体感染试验噬菌体感染试验植物病毒重建试验植物病毒重建试验是核酸。这个结论得出就是以微生物为研究对象而得来。是核酸。这个结论得出就是以微生物为研究对象而得来。微生物遗传变异和育种第6页一、证实核酸是遗传物质基础三个经典试验一、证实核酸是遗传物质基础三个经典试验（一）经典转化试验（一）经典转化试验（transformation）：）：F.Griffith，研究对象：研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）（肺炎双球菌）SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性性RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性性微生物遗传变异和育种第7页19281928年，年，年，年，GriffithGriffith进行了以下几组试验：进行了以下几组试验：进行了以下几组试验：进行了以下几组试验：（1 1）动物试验）动物试验）动物试验）动物试验对小鼠注射活对小鼠注射活对小鼠注射活对小鼠注射活RIIRII菌或死菌或死菌或死菌或死SIIISIII菌菌菌菌 小鼠存小鼠存小鼠存小鼠存活活活活对小鼠注射活对小鼠注射活对小鼠注射活对小鼠注射活SIIISIII菌菌菌菌小鼠死亡小鼠死亡小鼠死亡小鼠死亡对小鼠注射活对小鼠注射活对小鼠注射活对小鼠注射活RIIRII菌和热死菌和热死菌和热死菌和热死SIIISIII菌菌菌菌 小鼠死小鼠死小鼠死小鼠死亡亡亡亡抽取心血抽取心血抽取心血抽取心血 分离分离分离分离 活活活活SIIISIII菌菌菌菌微生物遗传变异和育种第8页Griffith转化试验转化试验示意示意混合培养混合培养RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型热死菌型热死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死微生物遗传变异和育种第9页（2）细细菌菌培培养养试验试验（3）S型菌无细胞抽提液试验型菌无细胞抽提液试验以上试验说明：加热杀死以上试验说明：加热杀死SIII型细菌细胞内可能型细菌细胞内可能存在一个转化物质，它能经过某种方式进入存在一个转化物质，它能经过某种方式进入RII型细型细胞并使胞并使RII型细胞取得稳定遗传性状，转变为型细胞取得稳定遗传性状，转变为SIII型细型细胞。胞。热死热死SIII菌菌不生长不生长活活RII菌菌长出长出RII菌菌热死热死SIII菌菌长出大量长出大量RII菌和菌和10-6SIII菌菌活活R菌菌+S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液长出大量长出大量R菌和菌和少许少许S菌菌+活活RII菌菌平皿培养平皿培养微生物遗传变异和育种第10页加加加加S S菌菌菌菌DNADNA加加加加S S菌菌菌菌DNADNA及及及及DNADNA酶以外酶以外酶以外酶以外酶酶酶酶加加加加S S菌菌菌菌DNADNA和和和和DNADNA酶酶酶酶加加加加S S菌菌菌菌RNARNA加加加加S S菌蛋白质菌蛋白质菌蛋白质菌蛋白质加加加加S S菌荚膜多糖菌荚膜多糖菌荚膜多糖菌荚膜多糖活活R菌菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M。McCarty从从热热死死S型型S.pneumoniae中中提提纯纯了了可可能能作作为为转转化化因因子子各各种种成成份份，并在离体条件下进行了转化试验：并在离体条件下进行了转化试验：只只有有S型型细细菌菌DNA才才能能将将S.pneumoniaeR型型转转化化为为S型型。且且DNA纯纯度度越越高高，转转化化效效率率也也越越高高。说说明明S型型菌菌株株转转移移给给R型菌株，是遗传因子。型菌株，是遗传因子。微生物遗传变异和育种第11页（二）噬菌体感染试验（二）噬菌体感染试验A.D.Hershey和和M.Chase，1952年年（1）含）含32P-DNA一组：放射性一组：放射性85%在沉淀中在沉淀中10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞深入培养沉淀细胞深入培养后，可产生大量完后，可产生大量完整子代噬菌体整子代噬菌体上清液中含上清液中含15%放射性放射性沉淀中含沉淀中含85%放射性放射性微生物遗传变异和育种第12页沉淀中含沉淀中含25%放射性放射性以以32S标标识识蛋蛋白白质质外外壳壳做做噬噬菌菌体体感感染染试试验验（2）含）含35S-蛋白质一组：放射性蛋白质一组：放射性75%在上在上清液中清液中10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞深入培养沉淀细胞深入培养后，可产生大量完后，可产生大量完整子代噬菌体整子代噬菌体上清液中含上清液中含75%放射性放射性微生物遗传变异和育种第13页（三）植物病毒重建试验（三）植物病毒重建试验为了证实核酸是遗传物质，为了证实核酸是遗传物质，H.Fraenkel-Conrat（1956）用含）用含RNA烟草花叶病毒烟草花叶病毒（TMV）进行了著名植物病毒重建试验。）进行了著名植物病毒重建试验。将将TMV在一定浓度苯酚溶液中振荡，就能将在一定浓度苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与其蛋白质外壳与RNA关键相分离。分离后关键相分离。分离后RNA在没有蛋白质包裹情况下，也能感染烟在没有蛋白质包裹情况下，也能感染烟草并使其患经典症状，而且在病斑中还能分草并使其患经典症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。离出正常病毒粒子。微生物遗传变异和育种第14页选选选选取取取取TMVTMV和和和和霍霍霍霍氏氏氏氏车车车车前前前前花花花花叶叶叶叶病病病病毒毒毒毒（HRVHRV），分分分分别别别别拆拆拆拆分分分分取取取取得得得得各各各各自自自自 RNARNA和和和和 蛋蛋蛋蛋 白白白白 质质质质，将将将将 两两两两 种种种种RNARNA分分分分别别别别与与与与对对对对方方方方蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质外外外外壳壳壳壳重建形成两种杂合病毒：重建形成两种杂合病毒：重建形成两种杂合病毒：重建形成两种杂合病毒：（1 1）RNARNA（TMVTMV）蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质（HRVHRV）（2 2）RNARNA（HRVHRV）蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质（TMVTMV）用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：（1 1）表现）表现）表现）表现TMVTMV经典症状病经典症状病经典症状病经典症状病分离到正常分离到正常分离到正常分离到正常TMVTMV粒子粒子粒子粒子（2 2）表现）表现）表现）表现HRVHRV经典症状病经典症状病经典症状病经典症状病分离到正常分离到正常分离到正常分离到正常HRVHRV粒子。粒子。粒子。粒子。上述结果说明，在上述结果说明，在上述结果说明，在上述结果说明，在RNARNA病毒中，病毒中，病毒中，病毒中，遗传物质基础也是核酸。遗传物质基础也是核酸。遗传物质基础也是核酸。遗传物质基础也是核酸。MTVHRVHRVMTV微生物遗传变异和育种第15页（一）核酸存在七个水平（一）核酸存在七个水平细胞水平细胞水平细胞核水平细胞核水平染色体水平染色体水平 核酸水平核酸水平基因水平基因水平密码子水平密码子水平核苷酸水平核苷酸水平二、遗传物质在细胞内存在部位和方式二、遗传物质在细胞内存在部位和方式微生物遗传变异和育种第16页 1.细胞水平细胞水平大部分大部分DNA集中在细胞核或集中在细胞核或核区。不一样微生物或同种微生物核区。不一样微生物或同种微生物不一样细胞中细胞核数目常不一样。不一样细胞中细胞核数目常不一样。2.细胞核水平细胞核水平真核与原核，被称为核基因组、核染色体或基因组。多数存在真核与原核，被称为核基因组、核染色体或基因组。多数存在核外核外DNA含量少、能自主复制核外染色体含量少、能自主复制核外染色体质粒。质粒。微生物遗传变异和育种第17页3.染色体水平染色体水平（1）染色体数：不一样生物染色体数目差异很大。）染色体数：不一样生物染色体数目差异很大。（2）染色体倍数）染色体倍数自然界中微生物染色体多为（自然界中微生物染色体多为（n），只有少数营养细胞及合子），只有少数营养细胞及合子为（为（2n）原核生物经过转化、转导或接合可形成不稳定部分）原核生物经过转化、转导或接合可形成不稳定部分（2n）。）。4.核酸水平核酸水平（1）核酸种类）核酸种类（2）核酸结构）核酸结构（3）DNA长度长度即基因组大小，可用即基因组大小，可用bp、kb、mb表示。不一样微生物基因组表示。不一样微生物基因组大小差异很大。大小差异很大。微生物遗传变异和育种第18页5.基因水平基因水平原核生物基因组成以下调控系统而发挥作用：原核生物基因组成以下调控系统而发挥作用：开启基因（开启子）开启基因（开启子）操纵子操纵子操纵基因操纵基因基因调控系统基因调控系统结构基因结构基因调整基因调整基因6.密码子水平密码子水平遗传密码就是指遗传密码就是指DNA链上各个核苷酸特定排列次序链上各个核苷酸特定排列次序 7.核苷酸水平核苷酸水平AMP、TMP、GMP、CMP，E.coliT偶数噬菌体偶数噬菌体DNA中有中有5羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶。微生物遗传变异和育种第19页原核生物基因调控系统原核生物基因调控系统操纵子操纵子RPO结构基因结构基因开启基因开启基因操纵基因操纵基因调整调整基因基因微生物遗传变异和育种第20页（二）原核生物质粒（二）原核生物质粒质粒电镜照片质粒电镜照片 凡游离于原核生物凡游离于原核生物凡游离于原核生物凡游离于原核生物 基因组外，含有独基因组外，含有独基因组外，含有独基因组外，含有独 立复制能力小型立复制能力小型立复制能力小型立复制能力小型 共价闭合环状共价闭合环状共价闭合环状共价闭合环状 dsDNA dsDNA dsDNA dsDNA分子，称为分子，称为分子，称为分子，称为 质粒。质粒。质粒。质粒。微生物遗传变异和育种第21页1、质粒分子结构、质粒分子结构通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状(covalentlyclosedcircle，简称简称CCC)超螺旋双链超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；分子存在于细胞中；也发觉有线型双链也发觉有线型双链DNA质粒和质粒和RNA质粒；质粒；质粒分子大小范围从质粒分子大小范围从1kb左右到左右到1000kb（细菌质粒多在（细菌质粒多在10kb以内）。以内）。微生物遗传变异和育种第22页2、质粒特征、质粒特征（1 1）形状大小：超螺旋结构、）形状大小：超螺旋结构、）形状大小：超螺旋结构、）形状大小：超螺旋结构、106108Da106108Da、1%1%核基因组大小。核基因组大小。核基因组大小。核基因组大小。（2 2）数量：每个菌体内有一个或几个、或很多。）数量：每个菌体内有一个或几个、或很多。）数量：每个菌体内有一个或几个、或很多。）数量：每个菌体内有一个或几个、或很多。（3 3）质粒上携带有一些核基因组上所没有基因，使原核生物生长质粒上携带有一些核基因组上所没有基因，使原核生物生长质粒上携带有一些核基因组上所没有基因，使原核生物生长质粒上携带有一些核基因组上所没有基因，使原核生物生长繁殖过程中增添了一些特殊功效，如：接合、产毒、抗药、固氮、繁殖过程中增添了一些特殊功效，如：接合、产毒、抗药、固氮、繁殖过程中增添了一些特殊功效，如：接合、产毒、抗药、固氮、繁殖过程中增添了一些特殊功效，如：接合、产毒、抗药、固氮、产特殊酶、降解毒物等。产特殊酶、降解毒物等。产特殊酶、降解毒物等。产特殊酶、降解毒物等。（4 4）是一个独立存在于细胞内复制子。是一个独立存在于细胞内复制子。是一个独立存在于细胞内复制子。是一个独立存在于细胞内复制子。严紧型复制控制：复制行为与核染色体复制同时。严紧型复制控制：复制行为与核染色体复制同时。严紧型复制控制：复制行为与核染色体复制同时。严紧型复制控制：复制行为与核染色体复制同时。松弛型复制控制：复制行为与核染色体复制不一样时。松弛型复制控制：复制行为与核染色体复制不一样时。松弛型复制控制：复制行为与核染色体复制不一样时。松弛型复制控制：复制行为与核染色体复制不一样时。（5 5）少数质粒可在不一样菌株间转移，如：少数质粒可在不一样菌株间转移，如：少数质粒可在不一样菌株间转移，如：少数质粒可在不一样菌株间转移，如：F F因子、因子、因子、因子、R R因子。因子。因子。因子。（6 6）质粒消除：因一些理化原因影响致使质粒复制受抑而核染色质粒消除：因一些理化原因影响致使质粒复制受抑而核染色质粒消除：因一些理化原因影响致使质粒复制受抑而核染色质粒消除：因一些理化原因影响致使质粒复制受抑而核染色体复制仍继续进行，从而引发子代细胞中不带质粒现象。体复制仍继续进行，从而引发子代细胞中不带质粒现象。体复制仍继续进行，从而引发子代细胞中不带质粒现象。体复制仍继续进行，从而引发子代细胞中不带质粒现象。（7 7）有些质粒含有与核染色体整合和脱离功效有些质粒含有与核染色体整合和脱离功效有些质粒含有与核染色体整合和脱离功效有些质粒含有与核染色体整合和脱离功效附加体。附加体。附加体。附加体。（8 8）质粒还有重组功效：可在质粒与质粒间、质粒与核染色体间质粒还有重组功效：可在质粒与质粒间、质粒与核染色体间质粒还有重组功效：可在质粒与质粒间、质粒与核染色体间质粒还有重组功效：可在质粒与质粒间、质粒与核染色体间发生基因重组。发生基因重组。发生基因重组。发生基因重组。可用作基因工程载体。可用作基因工程载体。可用作基因工程载体。可用作基因工程载体。微生物遗传变异和育种第23页3 3、质粒种类、质粒种类、质粒种类、质粒种类（质粒所编码功效和赋予宿主表型效应）质粒所编码功效和赋予宿主表型效应）质粒所编码功效和赋予宿主表型效应）质粒所编码功效和赋予宿主表型效应）微生物遗传变异和育种第24页（1）F因子（因子（fertilityfactor致育因子、性因子）致育因子、性因子）是是E.coli等等细菌决定性别并有转移能力质粒。细菌决定性别并有转移能力质粒。（2）R因子（因子（resistancefactor）又称又称R质粒质粒存在于一些肠存在于一些肠道细菌中抗药性质粒，这些细菌不但能抗各种抗生素等药品，抗重道细菌中抗药性质粒，这些细菌不但能抗各种抗生素等药品，抗重金属等离子（汞、镉、镍、钴、锌、砷），还能把抗药基因传递到金属等离子（汞、镉、镍、钴、锌、砷），还能把抗药基因传递到其它肠道细菌中。其它肠道细菌中。（3）Col因子（因子（colicinogenicfactor大肠杆菌素质粒、大大肠杆菌素质粒、大肠杆菌素因子）肠杆菌素因子）使使E.coli等细菌产生大肠杆菌素等细菌素，含有等细菌产生大肠杆菌素等细菌素，含有经过抑制复制、转录、转译或能量代谢等方式专一地抑制或杀死经过抑制复制、转录、转译或能量代谢等方式专一地抑制或杀死其它肠道细菌生长。其它肠道细菌生长。质粒种类质粒种类 几个经典质粒几个经典质粒 微生物遗传变异和育种第25页（5 5）RiRi质粒质粒质粒质粒 发根土壤杆菌或发根农杆菌中，可侵染双子发根土壤杆菌或发根农杆菌中，可侵染双子发根土壤杆菌或发根农杆菌中，可侵染双子发根土壤杆菌或发根农杆菌中，可侵染双子叶植物根部，并诱生大量毛状不定根。叶植物根部，并诱生大量毛状不定根。叶植物根部，并诱生大量毛状不定根。叶植物根部，并诱生大量毛状不定根。（7 7）降解性质粒（代谢质粒）降解性质粒（代谢质粒）降解性质粒（代谢质粒）降解性质粒（代谢质粒）假单胞菌中发觉，可为降假单胞菌中发觉，可为降假单胞菌中发觉，可为降假单胞菌中发觉，可为降解一系列复杂有机物酶编码。在污水处理、环境保护等方面有解一系列复杂有机物酶编码。在污水处理、环境保护等方面有解一系列复杂有机物酶编码。在污水处理、环境保护等方面有解一系列复杂有机物酶编码。在污水处理、环境保护等方面有特有作用。特有作用。特有作用。特有作用。（6）巨大质粒（）巨大质粒（mega质粒）质粒）根瘤菌中，其上有一系列与固氮根瘤菌中，其上有一系列与固氮相关基因。相关基因。（4）Ti质粒质粒即诱癌质粒即诱癌质粒存在于根癌杆菌中，可引发许多双存在于根癌杆菌中，可引发许多双子叶植物根癌。子叶植物根癌。微生物遗传变异和育种第26页第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种一、一、一、一、基因突变（突变）基因突变（突变）基因突变（突变）基因突变（突变）是变异一类。凡指细胞内或病毒粒内遗传物质分子是变异一类。凡指细胞内或病毒粒内遗传物质分子是变异一类。凡指细胞内或病毒粒内遗传物质分子是变异一类。凡指细胞内或病毒粒内遗传物质分子结构突然发生可遗传改变。可自发或诱导产生。结构突然发生可遗传改变。可自发或诱导产生。结构突然发生可遗传改变。可自发或诱导产生。结构突然发生可遗传改变。可自发或诱导产生。狭义突变：狭义突变：狭义突变：狭义突变：专指基因突变（点突变）。专指基因突变（点突变）。专指基因突变（点突变）。专指基因突变（点突变）。广义突变：广义突变：广义突变：广义突变：包含基因突变和染色体突变。包含基因突变和染色体突变。包含基因突变和染色体突变。包含基因突变和染色体突变。突变几率很低突变几率很低突变几率很低突变几率很低1010-6-6 10 10-9-9。野生型菌株（野生型菌株（野生型菌株（野生型菌株（wild type strainwild type strain，野生型）：，野生型）：，野生型）：，野生型）：从自从自从自从自然界分离到、没有发生过突变菌株。然界分离到、没有发生过突变菌株。然界分离到、没有发生过突变菌株。然界分离到、没有发生过突变菌株。突变株（突变株（突变株（突变株（mutantmutant，突变体、突变型）：，突变体、突变型）：，突变体、突变型）：，突变体、突变型）：野生型经突野生型经突野生型经突野生型经突变后形成带有新性状菌株。变后形成带有新性状菌株。变后形成带有新性状菌株。变后形成带有新性状菌株。微生物遗传变异和育种第27页 条件致死突变型（株）（一）突变类型（一）突变类型 突变株表型选择性突变株非选择性突变株营养缺点型（株）抗性突变型（株）形态突变型（株）抗原突变型（株）产量突变型（株）突变类型很多，按突变后极少数突变株表型能否在选择突变类型很多，按突变后极少数突变株表型能否在选择培养基上快速选出和判别，可分为：培养基上快速选出和判别，可分为：微生物遗传变异和育种第28页1.1.营养缺点型（营养缺点型（营养缺点型（营养缺点型（auxotrophauxotroph）某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一个或几个生长因某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一个或几个生长因某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一个或几个生长因某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一个或几个生长因子、碱基或氨基酸能力，因而无法在基本培养基子、碱基或氨基酸能力，因而无法在基本培养基子、碱基或氨基酸能力，因而无法在基本培养基子、碱基或氨基酸能力，因而无法在基本培养基（minimum mediumminimum medium，MMMM）上正常生长繁殖变异类型。）上正常生长繁殖变异类型。）上正常生长繁殖变异类型。）上正常生长繁殖变异类型。2.2.抗性突变型（抗性突变型（抗性突变型（抗性突变型（resistantmutantresistantmutant）野生菌株因发生基因突变，而产生对某化学药品或致死物理野生菌株因发生基因突变，而产生对某化学药品或致死物理野生菌株因发生基因突变，而产生对某化学药品或致死物理野生菌株因发生基因突变，而产生对某化学药品或致死物理因子抗性变异类型。因子抗性变异类型。因子抗性变异类型。因子抗性变异类型。3.3.条件致死突变型（条件致死突变型（条件致死突变型（条件致死突变型（conditionallethalmutantconditionallethalmutant）某菌株经基因突变后，在某种条件下可正常地生长繁殖，而某菌株经基因突变后，在某种条件下可正常地生长繁殖，而某菌株经基因突变后，在某种条件下可正常地生长繁殖，而某菌株经基因突变后，在某种条件下可正常地生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖突变类型。如：温度敏感突变在另一条件下却无法生长繁殖突变类型。如：温度敏感突变在另一条件下却无法生长繁殖突变类型。如：温度敏感突变在另一条件下却无法生长繁殖突变类型。如：温度敏感突变株（株（株（株（TsTs突变株）。突变株）。突变株）。突变株）。微生物遗传变异和育种第29页4.4.形态突变型（形态突变型（形态突变型（形态突变型（morphologicalmutantmorphologicalmutant）由基因突变引发个体或菌落形态变异类型。由基因突变引发个体或菌落形态变异类型。由基因突变引发个体或菌落形态变异类型。由基因突变引发个体或菌落形态变异类型。5.5.抗原突变型（抗原突变型（抗原突变型（抗原突变型（antigenicmutantantigenicmutant）由基因突变引发细胞抗原结构发生改变变异类型。由基因突变引发细胞抗原结构发生改变变异类型。由基因突变引发细胞抗原结构发生改变变异类型。由基因突变引发细胞抗原结构发生改变变异类型。6.6.产量突变型（产量突变型（产量突变型（产量突变型（metabolitequantitativemutantmetabolitequantitativemutant）因基因突变而产生在代谢产物产量上显著有别于原始菌株突因基因突变而产生在代谢产物产量上显著有别于原始菌株突因基因突变而产生在代谢产物产量上显著有别于原始菌株突因基因突变而产生在代谢产物产量上显著有别于原始菌株突变株。若产量显著高于原始菌株者，称为正突变；反之称负变株。若产量显著高于原始菌株者，称为正突变；反之称负变株。若产量显著高于原始菌株者，称为正突变；反之称负变株。若产量显著高于原始菌株者，称为正突变；反之称负突变。突变。突变。突变。微生物遗传变异和育种第30页（二）（二）基因突变特点基因突变特点1.1.自发性：自发性：自发性：自发性：可自发地发生突变。可自发地发生突变。可自发地发生突变。可自发地发生突变。2.2.不对应性：不对应性：不对应性：不对应性：突变性状与引发原因间无直接对应关系。突变性状与引发原因间无直接对应关系。突变性状与引发原因间无直接对应关系。突变性状与引发原因间无直接对应关系。3.3.稀有性：稀有性：稀有性：稀有性：通常自发突变频率在通常自发突变频率在通常自发突变频率在通常自发突变频率在1010-6-6 10 10-9-9间。间。间。间。4.4.独立性：独立性：独立性：独立性：某基因突变率不受他种基因突变率影响。某基因突变率不受他种基因突变率影响。某基因突变率不受他种基因突变率影响。某基因突变率不受他种基因突变率影响。5.5.可诱变性：可诱变性：可诱变性：可诱变性：自发突变频率可因诱变剂影响而大为提升自发突变频率可因诱变剂影响而大为提升自发突变频率可因诱变剂影响而大为提升自发突变频率可因诱变剂影响而大为提升（10 1010 105 5倍）。倍）。倍）。倍）。6.6.稳定性：稳定性：稳定性：稳定性：基因突变后新遗传性状是稳定。基因突变后新遗传性状是稳定。基因突变后新遗传性状是稳定。基因突变后新遗传性状是稳定。7.7.可逆性：可逆性：可逆性：可逆性：野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生相反回复突变。相反回复突变。相反回复突变。相反回复突变。微生物遗传变异和育种第31页基因突变自发性和不对应性证实基因突变自发性和不对应性证实变 量 试 验 涂 布 试 验 影印培养试验 微生物遗传变异和育种第32页大肠杆菌稀释培养物10ml10ml(培养前先分成50小管)(在同一个大管中作整体培养)2 3 7 1 4 4 3 5 抗噬菌体菌落数 抗噬菌体菌落数变量试验 甲管甲管乙管乙管噬菌体起淘汰原始未突变株和判别抗噬菌体突变株作用。噬菌体起淘汰原始未突变株和判别抗噬菌体突变株作用。（10mL）（10mL）微生物遗传变异和育种第33页涂布试验 涂布敏感菌5104个共12个平板5104个菌落5000个细菌/菌落喷入T1保温重新涂布后 喷入T1保温6个平板共353个菌落 6个平板共28个菌落噬菌体加入只起判别抗噬菌体自发突变是否发生。噬菌体加入只起判别抗噬菌体自发突变是否发生。E.coli微生物遗传变异和育种第34页影印培养无药培养基含药培养基影印培养试验影印培养试验 原始敏感菌种证实微生物抗药性突变是在接触药品前自发产生，且证实微生物抗药性突变是在接触药品前自发产生，且这一突变与对应药品毫不相干这一突变与对应药品毫不相干E.coli微生物遗传变异和育种第35页1）营养缺点型（auxotroph）影印平板（Replica plating）法是Lederberg夫妇在1952年建立微生物遗传变异和育种第36页基因突变：基因突变：一个基因内部遗传结构或一个基因内部遗传结构或DNA序列任何改变。序列任何改变。基因突变是主要生物学现象，它是一切生物改变根源，连同基因突变是主要生物学现象，它是一切生物改变根源，连同基因转移、重组一起提供了推进生物进化遗传多变性。基因转移、重组一起提供了推进生物进化遗传多变性。突变突变自发突变自发突变诱变诱变环境原因影响，环境原因影响，DNA复制过程偶然错误复制过程偶然错误等而造成，普通频率较低，通常为等而造成，普通频率较低，通常为10-610-9。一些物理、化学原因对生物体一些物理、化学原因对生物体DNA进行直接进行直接作用，突变以较高频率产生。作用，突变以较高频率产生。（四）基因突变及其机制（四）基因突变及其机制 基因突变机制是多样性，能够是自发或诱发。基因突变机制是多样性，能够是自发或诱发。基因突变机制是多样性，能够是自发或诱发。基因突变机制是多样性，能够是自发或诱发。微生物遗传变异和育种第37页1、诱发突变（诱变）、诱发突变（诱变）指经过人为方法，利用物理、化学或生物原因显著提升基因指经过人为方法，利用物理、化学或生物原因显著提升基因指经过人为方法，利用物理、化学或生物原因显著提升基因指经过人为方法，利用物理、化学或生物原因显著提升基因自发突变频率伎俩。自发突变频率伎俩。自发突变频率伎俩。自发突变频率伎俩。诱变剂：凡含有诱变效应任何原因。诱变剂：凡含有诱变效应任何原因。诱变剂：凡含有诱变效应任何原因。诱变剂：凡含有诱变效应任何原因。诱变剂种类很多，有物理原因（诱变剂种类很多，有物理原因（诱变剂种类很多，有物理原因（诱变剂种类很多，有物理原因（UVUV、激光、离子束、激光、离子束、激光、离子束、激光、离子束、X X射线、射线、射线、射线、射线、快中子）和化学原因（亚硝酸、氮芥、烷化剂、碱射线、快中子）和化学原因（亚硝酸、氮芥、烷化剂、碱射线、快中子）和化学原因（亚硝酸、氮芥、烷化剂、碱射线、快中子）和化学原因（亚硝酸、氮芥、烷化剂、碱基类似物、吖啶类化合物）。基类似物、吖啶类化合物）。基类似物、吖啶类化合物）。基类似物、吖啶类化合物）。微生物遗传变异和育种第38页诱变机制诱变机制 微生物遗传变异和育种第39页（1 1）碱基置换）碱基置换点突变点突变一对碱基被另一对碱基置换。一对碱基被另一对碱基置换。1）转换）转换DNA链中一个嘌呤被另一个嘌呤（一个嘧啶被另一链中一个嘌呤被另一个嘌呤（一个嘧啶被另一个嘧啶）所置换。个嘧啶）所置换。2）颠换）颠换DNA链中一个嘌呤被另一个嘧啶（一个嘧啶被另一链中一个嘌呤被另一个嘧啶（一个嘧啶被另一个嘌呤）所置换。个嘌呤）所置换。碱基置换两种类型碱基置换两种类型转换（实线，对角线）和颠换（虚线，纵横线）转换（实线，对角线）和颠换（虚线，纵横线）微生物遗传变异和育种第40页（2）移码突变）移码突变 分子中缺失或增加少数几个碱基对而引发分子中缺失或增加少数几个碱基对而引发造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误ABC ABCABCABCABCABCABCABCAB+ABC ABCCBA CBA CBA CBA CBAABC BCA BCA BCABCABCABCABCA增添一个碱基增添一个碱基缺乏一个碱基缺乏一个碱基DNA序列中一个或少数几个核苷酸发生增添（插入）或缺失，而使序列中一个或少数几个核苷酸发生增添（插入）或缺失，而使其后面全部遗传密码发生改变，而引发转录和转译错误。其后面全部遗传密码发生改变，而引发转录和转译错误。微生物遗传变异和育种第41页 一些理化因子，如射线，紫外线，一些理化因子，如射线，紫外线，亚硝酸等，亚硝酸等，除引发点突变外，还会引发除引发点突变外，还会引发DNA分子大损伤，包含染分子大损伤，包含染色体缺失，重复，易位，倒位等，即为染色体畸变。色体缺失，重复，易位，倒位等，即为染色体畸变。（3 3）染色体畸变）染色体畸变微生物遗传变异和育种第42页2.自发突变自发突变 指生物体在无人工干预下自然发生低频率突变。指生物体在无人工干预下自然发生低频率突变。指生物体在无人工干预下自然发生低频率突变。指生物体在无人工干预下自然发生低频率突变。引发自发突变原因：引发自发突变原因：引发自发突变原因：引发自发突变原因：（1 1）由背景辐射和环境原因引发；由背景辐射和环境原因引发；由背景辐射和环境原因引发；由背景辐射和环境原因引发；（2 2）由微生物本身有害代谢产物引发；由微生物本身有害代谢产物引发；由微生物本身有害代谢产物引发；由微生物本身有害代谢产物引发；（3 3）由由由由DNADNA复制过程中碱基配对错误引发。复制过程中碱基配对错误引发。复制过程中碱基配对错误引发。复制过程中碱基配对错误引发。自发突变频率约为自发突变频率约为自发突变频率约为自发突变频率约为10-610-6。对细菌作普通液体培养时，对细菌作普通液体培养时，对细菌作普通液体培养时，对细菌作普通液体培养时，因细胞浓度可达因细胞浓度可达因细胞浓度可达因细胞浓度可达10108 8/mLmL，常会在其中产生自发突变常会在其中产生自发突变常会在其中产生自发突变常会在其中产生自发突变菌株。菌株。菌株。菌株。经过环出效应引发自发突变构想图经过环出效应引发自发突变构想图微生物遗传变异和育种第43页（五）（五）紫外线对紫外线对DNA损伤及其修复损伤及其修复已知已知已知已知DNADNA损伤类型很多，机体对其修复方法各异。损伤类型很多，机体对其修复方法各异。损伤类型很多，机体对其修复方法各异。损伤类型很多，机体对其修复方法各异。1.1.紫外线对紫外线对紫外线对紫外线对DNADNA损伤损伤损伤损伤 DNADNA中中中中嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶对对对对UVUV敏敏敏敏感感感感性性性性较较较较强强强强，经经经经UVUV照照照照射射射射后后后后相相相相邻邻邻邻嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶会会会会形形形形成成成成嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶二二二二聚聚聚聚体体体体（TTTT，TCTC，CCCC）和和和和水水水水合合合合物物物物。形形形形成成成成二二二二聚聚聚聚体体体体后后后后，造造造造成局部成局部成局部成局部DNADNA分子无法配对，从而引发微生物死亡或突变分子无法配对，从而引发微生物死亡或突变分子无法配对，从而引发微生物死亡或突变分子无法配对，从而引发微生物死亡或突变。微生物遗传变异和育种第44页2.微生物修复受损微生物修复受损DNA作用作用（1 1）光复活作用光复活作用光复活作用光复活作用 把把把把经经经经UVUV照照照照射射射射后后后后微微微微生生生生物物物物马马马马上上上上暴暴暴暴露露露露于于于于可可可可见见见见光光光光下下下下，就就就就可可可可出现显著降低其死亡率现象。出现显著降低其死亡率现象。出现显著降低其死亡率现象。出现显著降低其死亡率现象。对照：对照：对照：对照：8108106 6个个个个/mlmlE.coliE.coli100100个个个个/mlmlE.coliE.coli试验：试验：试验：试验：8108106 6个个个个/mlmlE.coli E.coli 2102106 6个个个个/mlmlE.coli E.coli UVUV360490nm可见光，可见光，30min微生物遗传变异和育种第45页光复活作用机制：光复活作用机制：经经经经UVUV照照照照射射射射后后后后带带带带有有有有嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶二二二二聚聚聚聚体体体体DNADNA分分分分子子子子，在在在在黑黑黑黑暗暗暗暗下下下下会会会会被一个光激活酶（光解酶、光裂合酶）结合。被一个光激活酶（光解酶、光裂合酶）结合。被一个光激活酶（光解酶、光裂合酶）结合。被一个光激活酶（光解酶、光裂合酶）结合。这这这这种种种种复复复复合合合合物物物物在在在在300300500500nmnm可可可可见见见见光光光光下下下