1、1、細菌細胞、細菌細胞 單細胞原核生物單細胞原核生物，細胞比較小，細胞比較小（約（約1-2m長，長，0.5m寬），寬），無核膜，無真正無核膜，無真正的細胞核，只在菌體中央有一個遺傳物質集中區的細胞核，只在菌體中央有一個遺傳物質集中區稱稱擬核擬核。 無性繁殖（裂殖法增殖），生長速度快，周期短，無性繁殖（裂殖法增殖），生長速度快，周期短，2020分鐘一個世代分鐘一個世代。易突。易突變。變。 2、細菌染色體、細菌染色體（1 1）結構）結構: : 單倍體，為單倍體，為環狀裸露雙鏈環狀裸露雙鏈DNA(基因帶或主染色體基因帶或主染色體)，以折疊或螺旋狀態存以折疊或螺旋狀態存在；在；無蛋白質結合，也不形成核

2、小體，所以其染色體的顯著特點是：易于接受無蛋白質結合，也不形成核小體，所以其染色體的顯著特點是：易于接受帶有相同或不同物種的基因或帶有相同或不同物種的基因或DNA片段的插入。片段的插入。（2 2）大小：長約）大小：長約25-35000 m(未螺旋未螺旋) )；（3 3）復制方式：著膜復制；）復制方式：著膜復制； 分裂特點：均等分裂，無基因重組。分裂特點：均等分裂，無基因重組。3 3、質粒：、質粒： 1n個獨立于染色體存在，并能獨立自我復制和決定某些性狀的環狀個獨立于染色體存在，并能獨立自我復制和決定某些性狀的環狀DNA。附加體：附加體：有些質粒能整合到細菌染色體中，在染色體的控制下隨染色體有些

3、質粒能整合到細菌染色體中，在染色體的控制下隨染色體一起復制，這類質粒稱為附加體。一起復制，這類質粒稱為附加體。4 4、菌落：、菌落： 單個單個微生物生長繁殖到一定程度可以形成肉眼可見的、有一定形態結構微生物生長繁殖到一定程度可以形成肉眼可見的、有一定形態結構的子細胞生長群體。的子細胞生長群體。2 2、分解代謝功能的突變型（碳源突變型）：、分解代謝功能的突變型（碳源突變型）： 野生型細菌能利用復雜的不同碳源，也能把復雜分子如氨基酸或脂肪酸野生型細菌能利用復雜的不同碳源，也能把復雜分子如氨基酸或脂肪酸降解為乙酸或三羧酸循環的中間產物。這些降解功能稱分解代謝功能。降解為乙酸或三羧酸循環的中間產物。這

4、些降解功能稱分解代謝功能。 一系列降解功能的實現也需要許多基因的表達，其中任何一個基因突變一系列降解功能的實現也需要許多基因的表達，其中任何一個基因突變都會影響降解功能的實現。都會影響降解功能的實現。 突變體不能利用特定的物質或碳元素作為能量來源。突變體不能利用特定的物質或碳元素作為能量來源。 lac 乳糖突變型乳糖突變型 lac gal半乳糖突變型半乳糖突變型 gal 3 3、抗藥性突變型（抗生素抗性突變型）、抗藥性突變型（抗生素抗性突變型）: :敏感型敏感型：對某種藥物缺乏耐受能力的類型（對某種藥物缺乏耐受能力的類型（sensitive） 。抗性型：抗性型：對某種藥物有耐受能力的類型（對某

5、種藥物有耐受能力的類型（resistance）。）。 青霉素青霉素: : Penicillin penr, pens 鏈霉素：鏈霉素：Streptomycin strr, strs4 4、抗噬菌體突變型：、抗噬菌體突變型： T1噬菌體噬菌體 Tonr Tons T2噬菌體噬菌體 Ttor Ttos1 1、選擇培養法：、選擇培養法： 選擇培養法是根據菌株在選擇培養法是根據菌株在基本培養基基本培養基和和營養（補充）培養基營養（補充）培養基上的生長表現上的生長表現將菌株分為將菌株分為原養型原養型( (也稱為原生營養型也稱為原生營養型) )與與營養缺陷型營養缺陷型( (在基本培養基上不在基本培養基上不

6、能正常生長，只能在相應的營養培養基上生長能正常生長，只能在相應的營養培養基上生長) )。 其它突變類型的篩選、鑒定：其它突變類型的篩選、鑒定： 對于其它的突變類型對于其它的突變類型( (如溫度敏感型如溫度敏感型) )，也可以通過，也可以通過培養條件培養條件的選擇培的選擇培養來篩選與鑒定。養來篩選與鑒定。培養基的類型：培養基的類型：l 基本培養基基本培養基：凡能滿足某一菌種：凡能滿足某一菌種野生型野生型菌株營養要求的菌株營養要求的最低成分最低成分的的 組合培養基。組合培養基。l完全培養基完全培養基：在基本培養基中加入一些富含生長因子的物質，以滿：在基本培養基中加入一些富含生長因子的物質，以滿 足

7、該菌種足該菌種各種突變型各種突變型的需要。的需要。l補充培養基補充培養基：在基本培養基中：在基本培養基中有針對性有針對性地加上某一種或幾種其自身地加上某一種或幾種其自身 不能合成的成分，以滿足不能合成的成分，以滿足相應突變型相應突變型生長需要的培養生長需要的培養 基。基。2 2、影印培養法：、影印培養法：為高效檢測、分離混和群為高效檢測、分離混和群體中不同突變型，體中不同突變型，黎德伯黎德伯格夫婦格夫婦設計了影印培養法；設計了影印培養法；該方法原理與選擇培養法該方法原理與選擇培養法一致，但是采用影印法將一致，但是采用影印法將在在完全培養基完全培養基上單菌落上單菌落同同時接種時接種到不同到不同選

8、擇培養基選擇培養基上，同時對所有菌落進行上，同時對所有菌落進行選擇培養，鑒定效率大大選擇培養，鑒定效率大大提高。提高。 v 建立純系的方法純培養純系：由單個細胞繁殖而來的菌落稱為純系。菌種純：采用平板表面涂布法或劃線法獲得單株菌落。這種方法獲得的純系，稱為“菌種純”。菌株純：利用顯微操縱器進行菌絲尖端切割等方法獲得單個細胞，并直接培養建立純系，這種方法獲得的純系稱為“菌株純”。病毒根據宿主劃分：病毒根據宿主劃分：植物病毒植物病毒動物病毒動物病毒 細菌病毒一般稱為細菌病毒一般稱為噬菌體噬菌體. .l 根據噬菌體與宿主細胞的相互關系，可分為：根據噬菌體與宿主細胞的相互關系，可分為：（一）（一）烈性

9、噬菌體烈性噬菌體（virulent phagevirulent phage）：）：僅有裂解周期。僅有裂解周期。侵入宿主細胞后，利用宿主細胞內的物質進行自身遺傳物質和蛋白侵入宿主細胞后，利用宿主細胞內的物質進行自身遺傳物質和蛋白質的合成，組裝出子噬菌體，質的合成，組裝出子噬菌體，使宿主細胞裂解而釋放子噬菌體使宿主細胞裂解而釋放子噬菌體，這，這類噬菌體稱為烈性噬菌體。類噬菌體稱為烈性噬菌體。 如如T噬菌體系列（噬菌體系列（T1T7）（二）（二）溫和性噬菌體：溫和性噬菌體：既有裂解周期，又有溶原周期。既有裂解周期，又有溶原周期。 侵入后侵入后并不使并不使細菌裂解，其細菌裂解，其DNADNA不整合到細

10、菌的染色體上，不整合到細菌的染色體上，而是以而是以 質粒的形式獨立存在于細胞質內。如質粒的形式獨立存在于細胞質內。如P1噬菌體；噬菌體；某些噬菌體侵染細菌后，其某些噬菌體侵染細菌后，其DNADNA整合到宿主染色體中，這種處于整整合到宿主染色體中，這種處于整合狀態的噬菌體稱為合狀態的噬菌體稱為原噬菌體原噬菌體。 如如噬菌體。噬菌體。T4噬菌體從噬菌體從大腸桿菌中釋放大腸桿菌中釋放 塔特姆塔特姆 （19091975） 萊德伯格（萊德伯格（1925） 1958年年諾貝爾獎諾貝爾獎微孔濾板微孔濾板: 大分大分子子(DNA)可通過，細菌可通過，細菌不能通過。不能通過。l經過上述分析可以認為：經過上述分析

11、可以認為：l在在LederberyLederbery和和TatumTatum的試驗中，發生了一種不同于轉化的遺傳重組的試驗中，發生了一種不同于轉化的遺傳重組方式，稱之為方式，稱之為接合接合。遺傳物質從供體轉移到受體是否為單向轉移呢？遺傳物質從供體轉移到受體是否為單向轉移呢？觀點：細菌接合是觀點：細菌接合是同宗配合同宗配合認為：細菌接合是認為：細菌接合是異宗配合異宗配合A A品系在交配后被殺死并不影響雜交結果，表明它是一種品系在交配后被殺死并不影響雜交結果，表明它是一種供體供體，可以將遺傳物質轉移給受體，可以將遺傳物質轉移給受體B B，而，而B B未受鏈霉素處理，未受鏈霉素處理，接受接受A A的

12、基因后，可以分裂并在基本培養基中形成菌落。的基因后，可以分裂并在基本培養基中形成菌落。 A A像雄性動物一樣，交配后被殺死，不會影響后代。像雄性動物一樣，交配后被殺死，不會影響后代。B B品系像是一種品系像是一種受體受體，其可以接受，其可以接受A A的基因，但是的基因，但是B B受鏈霉素受鏈霉素處理后不能分裂，所以在培養基上不能形成菌落，同時可以處理后不能分裂，所以在培養基上不能形成菌落，同時可以看到，看到，B B沒有遺傳物質給沒有遺傳物質給A A，A A不能在基本培養基中生長。不能在基本培養基中生長。 B B和雌性動物一樣，受孕后被殺死的話，就無法產生后代。和雌性動物一樣，受孕后被殺死的話，

13、就無法產生后代。說明遺傳說明遺傳物質的交物質的交換不是相換不是相互的，而互的，而是單方向是單方向的。的。從從A B Hayes Hayes等進一步研究發現，細菌菌株之間的差異是由細胞等進一步研究發現，細菌菌株之間的差異是由細胞內一種內一種致育因子致育因子(fertility factor, (fertility factor, F F因子因子；sex sex factor, factor, 性因子；致育因子性因子；致育因子) )控制的。控制的。F F因子存在的狀態：因子存在的狀態：以大腸桿菌為例以大腸桿菌為例不含有不含有F F因子的細菌，記為因子的細菌，記為F F （雌性雌性） ；含有含有F

14、F因子的細菌，因子的細菌，F F因子游離于宿主染色體外，記因子游離于宿主染色體外，記為為F F+ + （雄性雄性） ；F因子因子：是可以轉移的，能獨立增殖的環狀：是可以轉移的，能獨立增殖的環狀DNA分子，供體細胞含有分子，供體細胞含有F因子，因子，記作記作F+。 F+的表面有稱作性傘毛的細長纖毛，由此與的表面有稱作性傘毛的細長纖毛，由此與F-接合。一旦接合。一旦F+與與F- 接觸后，性傘毛發生改變，成為兩細胞間的原生質通道，稱為結合管。接觸后，性傘毛發生改變，成為兩細胞間的原生質通道，稱為結合管。F因因子具有形成性傘毛的基因，因此子具有形成性傘毛的基因，因此F因子還可改變細胞表面的構造，以防止

15、因子還可改變細胞表面的構造，以防止F+細菌間的接合。因此，接合只發生在細菌間的接合。因此，接合只發生在F+與與F-之間，而之間，而F+與與F+間以及間以及F-與與F-間是不會發生的。間是不會發生的。結合管的形成結合管的形成F F+ +細菌通過纖毛與細菌通過纖毛與F F- - 細菌細菌接觸并發生相互作用形成接觸并發生相互作用形成接合管接合管。F F因子出現缺口，雙鏈之一因子出現缺口，雙鏈之一從原點斷裂，以原點為先導，從原點斷裂，以原點為先導，從斷端轉移從斷端轉移F F因子的因子的一條鏈一條鏈到到F F- - 細菌中。細菌中。在在F F+ +和和F F- -細胞中，細胞中，F F因子因子邊轉邊轉移

16、邊進行兩條鏈的移邊進行兩條鏈的復制復制（滾（滾環復制）。環復制）。接合過程：接合過程：F F因子通過接合管轉移因子通過接合管轉移完畢，完畢，DNADNA的合成也的合成也完成。完成。接合管消失，細胞分開，接合管消失，細胞分開，F F- - 細菌變成細菌變成 F F+ + 。 l F細菌可以把F因子傳給后代。l F細菌經吖黃素處理F因子丟失，丟失后不再出現。l F可以和F雜交，而不能和F雜交。l F和F雜交后代皆為F，而且可以以107頻率獲得重組體后代。 在菌株在菌株A中發現一個新的菌株，跟菌株中發現一個新的菌株，跟菌株B（F-）雜交時，出現重組子的頻率很高，幾乎比雜交時，出現重組子的頻率很高，幾

17、乎比F+XF-雜交高雜交高1000倍。此菌株倍。此菌株含有含有F因子，并因子，并且且F因子通過交換整合到宿主染色體中的菌株因子通過交換整合到宿主染色體中的菌株,簡稱簡稱Hfr菌株菌株（高頻重組菌株高頻重組菌株）。）。 1957 1957年，沃爾曼（年，沃爾曼（Wollman.EWollman.E）和雅各布（）和雅各布（Jacob.EJacob.E）設計了著名的中斷）設計了著名的中斷雜交試驗，雜交試驗，他們采用的菌株基因型為：他們采用的菌株基因型為： 蘇氨酸蘇氨酸 亮氨酸亮氨酸 疊氮化鈉疊氮化鈉 噬菌體噬菌體 乳糖乳糖 半乳糖半乳糖 鏈霉素鏈霉素 HfrHfr： thrthr+ + leu le

18、u+ + azi azir r ton tonr r lac lac+ + gal gal+ + str strs s F F- - ：thrthr- - leu leu- - azi azis s ton tons s lac lac- - gal gal- - str strr r中斷雜交技術中斷雜交技術：基因從：基因從Hfr Hfr 細胞按次序轉入細胞按次序轉入F F- - 細胞，根據供體基因進入受體細胞，根據供體基因進入受體 細胞的順序和時間繪制連鎖圖的技術。細胞的順序和時間繪制連鎖圖的技術。不同時間取樣不同時間取樣攪拌振蕩，攪拌振蕩，中斷雜交中斷雜交稀釋菌液，防止其再度結合稀釋菌液，

19、防止其再度結合 含鏈霉素的完全培養基含鏈霉素的完全培養基 殺死殺死HfrHfr細菌細菌Strr 細菌菌落細菌菌落影印培養法：影印到只添加影印培養法：影印到只添加azi、gal等不同選擇性培養基上培養，等不同選擇性培養基上培養， 鑒定各基因轉移的時間。鑒定各基因轉移的時間。將將HfrHfr與與F F- -同時加入裝有完全培養基的大試管中混合培養同時加入裝有完全培養基的大試管中混合培養 結果如下結果如下: :該方法主要根據基因轉移的先后該方法主要根據基因轉移的先后次序，次序，以時間（以時間（min）為單位）為單位，求基因間的遺傳距離。求基因間的遺傳距離。Hfr菌株的基因是按一定的菌株的基因是按一定

20、的線性線性順序順序從原點依次進入從原點依次進入F菌株的，菌株的，不同基因在不同基因在F中出現的時間和中出現的時間和達到的穩定轉移頻率不同，達到的穩定轉移頻率不同，基基因位點離原點（基因位于染色體上，因位點離原點（基因位于染色體上，染色體從一端開始，稱為原點或染色體從一端開始，稱為原點或O，以線性方式進入，以線性方式進入F-細胞）愈細胞）愈近，進入近，進入F細胞愈早，反之則晚。細胞愈早，反之則晚。 thr+ leu+ azir tonr lac+ gal+ 8min + 8.5min + + 9min + + + 11min + + + + 18min + + + + + 25min + + +

21、 + + +隨時間的推遲，某個隨時間的推遲，某個基因的重組率（出現基因的重組率（出現頻率）增加；頻率）增加；一定程度后，重組率一定程度后，重組率便不再增加。便不再增加。 ii具有具有Hfr菌菌株標株標記基記基因的因的菌落菌落數數%F因子插入的位置及方向因子插入的位置及方向大腸桿菌的大腸桿菌的4種種Hfr菌株的基因轉移順序很不相同菌株的基因轉移順序很不相同重組區：重組區：4 4個插入序列（個插入序列（insertion sequence, insertion sequence, ISIS），插入整合有插入整合有極性極性。自主復制區自主復制區：轉移的起點（原點，轉移的起點（原點，O O）；）；2

22、2個復制起點（個復制起點（OriOri T T；OriOri V V）；Ori T是在染色體轉移時進行滾環復制時的復制起點，也是轉移起點。Ori V是在營養時期，即游離在細胞質中獨立復制時的復制起點。DNA復制酶基因；復制酶基因； 接合轉移區接合轉移區：長：長33 Kb33 Kb，性傘毛基因群。，性傘毛基因群。F F因子：因子：是一種質粒，由共價環狀閉合是一種質粒，由共價環狀閉合雙鏈雙鏈DNA構成，全長構成，全長94.5 Kb94.5 Kb，主要包括：，主要包括：F F因子的插入與因子的插入與HfrHfr染色體的極性染色體的極性 同一個同一個HfrHfr菌株的轉移起始點以及轉移順序在不同實驗中

23、都是相同的，但菌株的轉移起始點以及轉移順序在不同實驗中都是相同的，但一個一個F F+ +品系可產生許多品系可產生許多HfrHfr品系。品系。 這是因為這是因為F F因子因子與細菌主染色體交換整合時，與細菌主染色體交換整合時，F因子的因子的IS與主染色體的與主染色體的IS配對。由于配對。由于 主染色體的主染色體的IS有多個，有多個，F因子的因子的IS與主染色體的哪個與主染色體的哪個IS配對；配對； F因子的因子的IS插入取向如何插入取向如何 就導致產生的就導致產生的Hfr的轉移起點的轉移起點、基因轉移順序基因轉移順序以及以及轉移方向轉移方向都不相同。即都不相同。即由于由于F因子的插入，使因子的插入，使主染色體具有了極性。主染色體具有了極性。HfrHfr細胞和細胞和F F- -細胞之間的接合管常會自發斷裂，進入的細胞之間的接合管常會自發斷裂，進入的HfrHfr染色體也隨之斷染色體也隨之斷裂，一般說很少有整條裂，一般說很少有整條HfrHfr染色體轉入染色體轉入F F- -細胞的，轉移到受體的部分只是細胞的，轉移到受體的部分只是靠近原點的一部分，靠近原點的一部分，F F因子的主要部份在最后進入受體，所以因子的主要部份在最后進