1、第七章 微生物的遺傳和變異和菌種保藏黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程遺傳和變異是生物界最基本的屬性。遺傳：微生物在繁殖延續后代的過程中，親代與子代之間在形態、結構、生態、生理生化特性等方面具有一定的相似性，稱為微生物的遺傳。變異：在微生物繁殖過程中，在世代之間、同代個體之間存在差異的現象，稱為變異。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。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程7.1 微生物的遺傳遺傳變異的物質基礎：遺傳變異的物質基礎是核酸，通過以下三個經典實驗加以證明 7.1.1經典轉化實驗 7

2、.1.2噬菌體感染實驗 7.1.3植物病毒的重建實驗 黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程7.1.1經典轉化實驗 1.1928年，F.Griffith 最早進行的轉化實驗，以“肺炎鏈球菌”作為研究對象，做如下三組實驗： 動物實驗； 細菌培養實驗； S型的無細胞抽提液實驗 分析：加熱殺死的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。2.1944年，O.T.Avery 、C.M.Macleod和 M.McCady轉化實驗分析：S型細菌的DNA能將肺炎鏈球菌的R型轉化為S型。而DNA純度越高，轉化效

3、率也越高，只取純DNA的610-8的量時，仍有轉化能力。這說明，S型菌株轉移給R型菌株的是以DNA為基礎的遺傳因子。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程7.1.2噬菌體感染實驗1952年，A.D.Hershey和M.Chase 噬菌體感染實驗。實驗過程：首先，他們將E.coli培養在以放射性32PO43-或35SO42-作為磷源或硫源的組合培養基中。結果獲得含32P-DNA（噬菌體核心）的噬菌體或含35S-Pr體外殼的兩種實驗用噬菌體。實驗說明：在其DNA中，含有包括合成蛋白質外殼在內的整套遺傳信息。 黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程真核生物核原核生物染色體

4、的主要區別有：（1）真核生物的染色體主要由DNA、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。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程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、耐藥性及抗生素等有密切的關系。例如：F質粒（F因子）。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程二、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。（一）D

5、NA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的雙螺旋結構黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程（二）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。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程7.2.1基因和基因學說 1.基因：基

6、因是一段具有特定功能和結構的DNA片段，是編碼蛋白質或RNA分子遺傳信息的基本遺傳單位。概念的理解：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。2.基因學說：即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。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程第二節 微生物的變異一、微生物突變體的主要種類 微生物突變的類型很多，按突變體的表型，可分為以下幾種主要類型。（一）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。（二）生化突變型1.營養缺陷型2.抗性突變型3.發酵突變型4.毒力突變型5.

7、產量突變型黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程（三）條件致死突變型 條件致死突變型是指在某一條件下具有致死效應，而在另一條件下卻不表現致死效應的突變型。如某些突變體的大腸桿菌在40或在43 時不能生長，而在37 則可以生長。（四）致死突變型 致死突變型是指由于突變而喪失生活力造成個體死亡的突變型。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程三、基因突變與誘變育種1.基因突變 2.突變的類型 3.突變率 4.基因突變的特點 5.基因突變的機制黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程1.基因突變 基因突變簡稱突變，是變異的一類，泛指細胞內（或病毒顆粒內）遺傳物質

8、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。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程1.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。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。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程2.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

9、理、化學或生物因素顯著提高基因自發突變頻率的手段。 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的損傷及其修復光復活作用；切除修復；重組修復作用；緊急呼救（SOS）修復。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程（二）誘變育種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。基因重組和雜交育種黑龍江生物

10、科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程7.3 基因重組 概念：又稱為遺傳傳遞，是指遺傳物質從一個微生物細胞向另一個微生物細胞傳遞而達到基因的改變，形成新遺傳型個體的過程。將外源重組體（DNA）分子導入受體細胞的途徑主要有：轉化和轉導兩種。雜交 轉化 轉導 噬菌體轉變原生質體融合黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程7.3.2轉化 概念：受體菌直接吸收了來自供體菌的DNA片段，通過交換，把它整合到自己的基因組中，再經過復制使自己變成一個轉化子。這種受體菌接受供體菌的DNA片段而獲得部分新的遺傳性狀的現象，就稱為轉化。條件：能進行轉化的受體細胞必須處于感受態。轉化過程的幾個階段：

11、雙鏈DNA片段與感受態細胞表面的特定位點的結合；在吸附位點上的DNA片段被核酸內切酶水解，形成質量平均的DNA片段；DNA雙鏈中的一條鏈被膜上的另一種核酸酶切除，另一條單鏈進入細胞；供體的單鏈DNA片段與受體細胞核染色體組上的同源區段配對；受體染色體組進行復制，雜合區段分離成兩個，一個獲得了供體菌的轉化基因形成轉化子，另一個未獲轉化基因。黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程7.3.3轉導 概念：通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體作為媒介，把供體細胞的DNA小片段攜帶到受體細胞中，交換整合，從而使受體細胞獲得供體細胞的部分遺傳性狀的現象。1952年，J.Lederberg 等在鼠傷寒沙

12、門氏菌中發現的轉導現象。轉導現象在自然界中普遍存在，目前所知道的轉導現象有多種。1.普遍轉導，通過完全缺陷噬菌體對任何DNA小片段的“誤包”，而實現其遺傳性狀傳遞至受體菌的轉導現象，稱為普遍轉導。包括完全普遍轉導和流產普遍轉導兩種2.局限轉導：指通過部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數特定基因攜帶到受體菌中，并獲得表達的轉導現象，稱為局限轉導。包括低頻轉導（LFT）和高頻轉導（HFT）兩種黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程第三節 菌種保藏與復壯一、菌種保存（一）保存目的：保持菌種原有的性狀和生活能力，不發生變異，不被其他雜菌污染，不死亡，以便能夠很好地研究和利用微生物。（二）保存原理：根據微生物的生理、生化特性、創造條件（低溫、干燥、缺氧等）使其代謝處于不活潑的休眠體（分生孢子或芽孢）狀態，生長繁殖受到抑制，從而減低菌種的變異率。（三）保存方法：1.低溫保存法：4，196150 （超低溫）2.隔絕空氣保存法：液體石蠟保存法，橡皮塞密封保存法。3.干燥保存法：砂土管保存法，真空冷凍干燥法，麩皮保存法，寄主保存法（活體保存法，病原菌，病毒）黑龍江生物科技職業學院生物制藥技術專業微生物精品課程二、菌種的衰退與復壯（一