1、藥學微生物遺傳變異和菌種保藏教學重難點1、教學重點：基因突變與誘變育種 2、教學難點：微生物遺傳與變異的物質基礎 藥學微生物 親代和子代相似的現象就叫遺傳。 遺傳和變異是密切相關的，缺一不可。遺傳是相對的，變異是絕對的，遺傳中有變異，變異中有遺傳。 親代和子代之間，子代的個體之間總有著不同程度的差異，這種子代和親代之間表現出來的差異就是變異。 一、微生物遺傳與變異的物質基礎 遺傳和變異是生物界最基本的屬性。 兩者的關系：遺傳是相對的，變異是絕對的，遺傳中有變異，變異中有遺傳，遺傳和變異的辨證關系使微生物不斷進化。藥學微生物 遺傳變異的物質基礎：遺傳變異的物質基礎是核酸（DNA或RNA），通過以

2、下三個經典實驗加以證明。 （1）經典轉化實驗 （2）噬菌體感染實驗 （3）植物病毒的重建實驗 (1)經典轉化實驗：證實DNA是遺傳物質 肺炎球菌有莢膜者是致病性的，其菌落表面光滑，稱S型（光滑型）； 無莢膜者無致病性，其菌落表面粗糙，稱R型（粗糙型）； S型菌感染小鼠會導致小鼠患敗血癥死亡，但加熱殺死的S型菌再感染小鼠不會引超患病； R型菌感染小鼠不會導致小鼠死亡； 將R型菌和加熱殺“死”的S型菌混合后感染小鼠，能引起小鼠死亡，并在其心血中檢出有活的S型細菌。 無毒R型菌 加熱殺死的S型菌 R型菌 加熱殺死的S型菌 R型細菌重現 無細菌重現 重現有毒S型細菌 圖 肺炎球菌的轉化現象 分析認為加

3、熱殺死的S型細菌，在其細胞內可能存在一種具有遺傳轉化能力的物質，他能通過某種方式進入R型細胞，并使R型細胞獲得表達S型莢膜性狀的遺傳特性。 后來又通過體外實驗，也得出了類似的結果。 初步證實肺炎球菌中的DNA是遺傳物質。 藥學微生物 (2)噬菌體感染實驗：進一步證實DNA是遺傳物質 實驗過程：首先將T2噬菌體分別感染在含有放射性32P或35S培養基中的兩組E.coli，細胞裂解后分別收集菌液。結果獲得含32P-DNA（噬菌體核心）的噬菌體或含35S-蛋白質外殼的兩種實驗用噬菌體。 在其DNA中，含有包括合成蛋白質外殼在內的整套遺傳信息。 圖 用含32P-DNA（核心）的噬菌體作感染實驗圖 用含

4、35S-蛋白質（外殼）的噬菌體作感染實驗(3)植物病毒的重建實驗 ：證明了RNA也是遺傳物質圖 TMV病毒粒子的重建實驗示意圖注：煙草花葉病毒（ TMV）霍氏車前花葉病毒（ HRV）（一）遺傳物質的存在形式 DNA是遺傳物質，而細胞中的DNA主要集中在細胞核的染色體上。此外，遺傳物質還可以以質粒等形式存在于細胞核外。 1.染色體（1）真核生物的染色體。真核生物的染色體主要由DNA和組蛋白構成，其次含有少量非組蛋白和RNA。（2）原核生物的染色體。原核生物的染色體一般是裸露的DNA或RNA分子。它們大多是雙鏈的，呈環狀或線狀。 真核生物和原核生物染色體的主要區別有：（1）真核生物的染色體主要由D

5、NA、組蛋白組成，原核生物的染色體是單純的DNA或RNA；（2）真核生物的染色體不止一個，而原核生物的染色體往往只有一個（3）真核生物的染色體為核膜所包被，原核生物的染色體外沒有膜包被。 2.質粒 質粒是原核生物（細菌、放線菌）的染色體外的遺傳物質。它與遺傳物質的轉移、耐藥性等有密切的關系。（二）DNA的結構與復制 DNA具有不同于生物體內其他物質的獨特的分子結構，DNA分子結構的變化，是導致生物多樣性的內在原因。 1、DNA的結構 （1）DNA的化學組成 核酸有兩種，即脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），它們都是由核苷酸聚合而成的大分子化合物。 （2）DNA的雙螺旋結構DNA的雙螺旋

6、結構2、DNA的復制 DNA是生物遺傳變異的物質基礎，DNA分子上儲存著全部的遺傳信息，生物遺傳性就是由DNA分子中堿基對的數目和排列順序所決定的。為了確保子代與親代的遺傳性狀不變，必須將親代DNA分子上的遺傳信息原樣地傳給子代，即在母代細胞中DNA堿基對地數目和排列順序必須準確地被復制，傳遞到子代細胞中去。 基因：基因是一個含有特定遺傳信息的核苷酸（DNA）序列，是遺傳物質的最小功能單位。是一段具有特定功能和結構的DNA片段。 基因是組成染色體的遺傳單位，他能控制遺傳性狀的發育，也是突變、重組、交換的基本單位。二、基因突變與誘變育種一個DNA分子攜帶有許多遺傳信息，這與細胞的多種性狀有關。我

7、們可以根據功能把一個DNA分子分成若干片段，每一片段對應一種功能，這樣的片段就叫做基因。基因是在生物體內具有自主復制能力的遺傳功能單位，每個基因約有1000個堿基對。根據功能，把基因分為結構基因和調控基因。結構基因是決定某種蛋白質分子結構的基因。調控基因對結構基因起著調節控制作用。堿基對基因核酸染色體染色體的構成： 基因突變：簡稱突變，是變異的一類，指細胞內（或病毒顆粒內）遺傳物質的分子結構或數量突然發生的可遺傳的變化，可自發或誘導產生。 包括染色體畸變和基因突變。 突變的概率一般很低，一般為 10-910-6。基因突變的特點： 自發性在無人為誘發因素的情況下，各種遺傳性狀的改變可以自發地產生

8、。不對應性指突變性狀（如抗青霉素）與引起突變的原因間無直接對應關系。稀有性自發突變不可避免，但突變的頻率極低。獨立性 各種性狀彼此間獨立。可誘導性通過物理、化學誘發，提高突變率。穩定性 突變后新的遺傳性狀是穩定的。 可逆性實驗證明，任何突變既可能正向突變，也可發生回復突變，頻率基本相同。（一）基因突變體的主要種類 基因突變的類型很多，按突變體的表型，可分為以下幾種主要類型。1、形態突變型 形態突變型是指微生物發生了可見的細胞形態變化或菌落形態改變的突變型。2、生化突變型 營養缺陷型：喪失某種生長因素的合成能力。 抗原突變型：引起抗原性變化。 發酵突變型：發酵能力突變。 毒力突變型：毒力改變。

9、產量突變型：產量變化。（二）基因突變的機制 誘發突變：簡稱誘變，是指通過人為的方法，利用物理、化學或生物因素顯著提高基因自發突變頻率的手段。 形成原因：堿基的置換；移碼突變；染色體畸變。 自發突變：指生物體在無人工干預下自然發生的低頻率突變。 形成原因：背景輻射和環境因素的誘變；微生物自身有害代謝產物的誘變； 又DNA復制過程中堿基配對錯誤引起。 紫外線（UV）對DNA的損傷及其修復。基因突變是是好壞？其在工業生產中有何應用？例如：營養缺陷型突變；抗原突變型突變；發酵突變型突變；毒力突變型突變；產量突變型突變等等，都有不同的應用。藥學微生物 （三）誘變育種 誘變育種：是指用人工的方法處理均勻而

10、分散的微生物細胞群，在促進其突變率顯著提高的基礎上，采用簡便、快速和高效的篩選方法，從中挑選出少數符合目的的突變株，以供科學實驗或生產實踐使用。 根據微生物基因突變的理論，通過人工方法采用物理、化學和生物因素處理微生物，使其發生改變，然后從中篩選出符合需要的優良突變菌株，供生產和科學研究使用的菌種選育過程。 凡能提高突變率的任何理化因子，都稱為誘變劑。 誘變種類很多，主要有物理誘變、化學誘變。 物理誘變主要是各種輻射，如非電離輻射（紫外線）、電離輻射（X射線）等。 化學誘變劑如烷化劑、亞硝酸和羥胺等。（四）誘變育種的基本過程出發菌株的選擇制備單孢子懸液誘變處理篩選突變株（五）微生物突變體的篩選 1、初篩 初篩的方法要快速、簡便，結果直觀性強，缺點是由于培養皿的培養條件與三角瓶、發酵罐的培養條件有很大差別，有時會造成兩者結果不一致。 2、復篩 復篩是指對初篩出的菌株的有關性狀作精確的定量測定。遺傳物質在離體條件下能進行剪切、組合嗎？（六）基因工程 20世紀70年代初，美國科學S.Cohen 第一次將兩個不同的質粒加以拼接，組合成一個雜合質粒，并將其引入到大腸桿菌體內進行表達。這就是基因工程的雛形。這種被稱為基因轉移或DNA重組技術立即在學術界引起很大轟動，很多科學家深刻認識到這一發現將會給生命科學帶來巨大變化。 基因工程指采用類似工程設計的方法，按照人