教學重點遺傳變異的物質基礎(三個經典實驗)基因突變的特點（基因突變隨機性的三個實驗）基因突變的機制細菌的基因重組（轉化、轉導和接合實驗）誘變育種菌種保藏本文檔共64頁；當前第1頁；編輯于星期三\12點59分遺傳－－子代與親代性狀相似的現象叫遺傳。變異－－子代與親代或子代之間性狀不同的現象叫變異。本文檔共64頁；當前第2頁；編輯于星期三\12點59分

生物親代與子代之間，在形態、結構和生理功能上常常相似，這就是遺傳現象。金絲猴的后代仍然是金絲猴牛的后代仍然是牛本文檔共64頁；當前第3頁；編輯于星期三\12點59分DNA作為遺傳物質具備的條件

什么結構或物質具備這些條件呢？1、穩定性2、連續性3、與蛋白質合成有關4、變異性本文檔共64頁；當前第4頁；編輯于星期三\12點59分第一節遺傳變異的物質基礎

一、證明核酸是遺傳變異的物質基礎的經典實驗

（一）轉化實驗1928英國Griffith首次發現肺炎球菌的轉化現象。光滑型（S型）有莢膜、菌落光滑、毒性強。（分SⅠ、SⅡ、SⅢ三個血清型）

粗糙型（R型）無莢膜、菌落粗糙、無毒。（分RⅠ、RⅡ、RⅢ三個血清型）

肺炎球菌本文檔共64頁；當前第5頁；編輯于星期三\12點59分(1)動物試驗小白鼠(活)加入活S菌加入活R菌和熱死S菌加入活R菌或死S菌小白鼠(活)小白鼠(死)小白鼠(死)活的S菌抽心血分離(2)細菌培養試驗肺炎鏈球菌熱死S菌活R菌熱死S菌+活R菌培養皿培養培養皿培養培養皿培養不生長長出R菌長出大量R菌+10-6S菌本文檔共64頁；當前第6頁；編輯于星期三\12點59分本文檔共64頁；當前第7頁；編輯于星期三\12點59分(3)S型菌的無細胞抽提液試驗活R菌+S菌的無細胞抽提液培養皿培養長出大量的R菌和少量的S菌活R菌②加S菌的DNA和DNA酶以外的酶長出S菌只長R菌①加S菌的DNA③加S菌的DNA和DNA酶⑤加S菌的蛋白質④加S菌的RNA⑥加S菌的莢膜多糖本文檔共64頁；當前第8頁；編輯于星期三\12點59分（二）噬菌體細菌的實驗本文檔共64頁；當前第9頁；編輯于星期三\12點59分

噬

菌

體

細

菌

的

實

驗

同

位

素

標

記

法

本文檔共64頁；當前第10頁；編輯于星期三\12點59分（二）噬菌體感染實驗上清液中含15%放射性吸附10min后

用摔碎器使空殼脫離離心沉淀細胞進一步培養后，可產生大量完整的子代噬菌體

沉淀中含85%放射性吸附10min后

用摔碎器使空殼脫離離心上清液中含75%放射性沉淀細胞進一步培養后，可產生大量完整的子代噬菌體

沉淀中含25%放射性圖7-1E.coli噬菌體的感染實驗上：用含32P-DNA核心的噬菌體作感染；下：用含35S-蛋白質外殼的噬菌體作感染本文檔共64頁；當前第11頁；編輯于星期三\12點59分（三）病毒的拆開與重建實驗拆開重建感染分離純化TMVHRVHRVTMV本文檔共64頁；當前第12頁；編輯于星期三\12點59分二、遺傳物質在細胞中的存在方式（一）細胞水平（二）細胞核水平（三）染色體水平（四）核酸水平（五）基因水平（六）密碼水平（七）核苷酸水平本文檔共64頁；當前第13頁；編輯于星期三\12點59分微生物的染色體外遺傳因子

質粒是存在于微生物染色體外的主要遺傳物質，多數為閉合環狀雙鏈的DNA，具有麻花狀的超螺旋結構，少數為線狀、開環狀，能自主復制。大小：1.0—1000kb分子量：106—108，相當核基因組的1%。本文檔共64頁；當前第14頁；編輯于星期三\12點59分

1.F–因子（fertilityfactor）：又稱致育因子或性因子，分子質量63MDa，大小約100kb，相當于核染色體DNA2%的環狀雙鏈DNA，足以編碼94個中等大小多肽，其中1/3基因（tra區）與接合作用有關。存在于腸細菌屬、假單胞菌屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細菌中，決定性別。可分為復制控制區、插入與缺失區和轉移操縱子三部分。（一）質粒的主要類型一、質粒本文檔共64頁；當前第15頁；編輯于星期三\12點59分

最早在大腸桿菌中發現，后在志賀氏菌屬（Shigella）、沙門氏菌屬（Salmonella）和鏈球菌屬（Streptococcus）等其他細菌中也發現了與大腸桿菌類似的致育因子。在放線菌中，天藍色鏈霉菌含有SCP1和SCP2兩種致育質粒，這兩種質粒在天藍色鏈霉菌的接合過程中起重要作用，帶動染色體從供體細胞向受體細胞轉移。攜帶F質粒的菌株稱為F+菌株（相當于雄性），無F質粒的菌株稱為F-菌株（相當于雌性）。本文檔共64頁；當前第16頁；編輯于星期三\12點59分2.R因子（resistancefactor）最初發現于痢疾志賀氏菌（Shigelladysenteriae），后來發現還存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、和Staphylococcus中。又稱抗性質粒，是分布最廣的質量之一，主要包括抗藥性和抗金屬性兩大類，簡稱R質粒。帶有抗藥性因子的細菌對幾種抗生素或其他藥物呈現抗性。如RI質粒可使寄主對氯霉素、鏈霉素、磺胺、氨芐青霉素和卡那霉素有抗性。

本文檔共64頁；當前第17頁；編輯于星期三\12點59分

R因子由相連的兩個DNA片段組成，即抗性轉移因子（resistencetransforfactor，RTF）和抗性決定R因子（r-determinant），含1-2個抗性基因,如抗生素的抗性基因。R因子能自行重組，來自不同耐藥株的R因子基因整合在一起，構成多重耐藥菌株。R-因子在細胞內的copy數可從1-2個到幾十個，分為嚴緊型和松弛型兩種，經氯霉素處理后，松弛型質粒可達2000-3000個/細胞。

本文檔共64頁；當前第18頁；編輯于星期三\12點59分3.Col因子（colicinogenicfactor）

Col因子又稱產大腸桿菌素因子。許多細菌都能產生某些代謝產物，抑制或殺死其他近緣細菌或同種不同菌株，因為這些代謝產物是由質粒編碼的蛋白質，不象抗生素那樣具有很廣的殺菌譜，所以稱為細菌素（bacteriiocin）細菌素種類很多,一般根據產生菌的種類進行命名：E.coli產生的細菌素為colicins（大腸桿菌素），此外還有枯草桿菌素、乳酸菌素、根瘤菌素等。本文檔共64頁；當前第19頁；編輯于星期三\12點59分大腸桿菌素是產自大腸桿菌的一種蛋白質，具有專一性地殺死其親緣關系很近的、不具Col質粒的其它腸道細菌的功能。由G+細菌產生的細菌素或與細菌素類似的因子與colicins有所不同，但通常也是由質粒基因編碼，有些甚至有商業價值，例如一種乳酸細菌產生的細菌素NisinA能強烈抑制某些G+細菌的生長，而被用于食品工業的保藏。本文檔共64頁；當前第20頁；編輯于星期三\12點59分4.毒性質粒（virulenceplasmid）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質粒引起的，這些質粒具有編碼毒素的基因，其產物對宿主（動物、植物）造成傷害。產毒素大腸桿菌是引起人類和動物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質粒。蘇云金桿菌含有編碼δ內毒素(伴孢晶體中)的質粒。根癌土壤桿菌所含Ti質粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子。本文檔共64頁；當前第21頁；編輯于星期三\12點59分

Ti質粒上的一段特殊DNA片段轉移至植物細胞內并整合在其染色體上，導致細胞無控制地瘤狀增生，合成正常植物所沒有的冠癭堿化合物，破控制細胞分裂的激素調節系統，使它轉為癌細胞。

Ti質粒已成為植物遺傳工程研究的重要載體，一些具重要性狀的外源基因可借DNA重組技術插入Ti質粒并使之整合到植物染色體上，以改變植物的遺傳性，培育植物優良品種。本文檔共64頁；當前第22頁；編輯于星期三\12點59分5.代謝質粒（Metabolicplasmid）

代謝質粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質的酶，進行共生固氮，或產生抗生素（某些放線菌）等。

降解質粒---假單胞菌能將復雜的有機化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環境保護方面具有重要的意義。近年來在根瘤菌屬中發現一種比一般質粒大幾倍到幾百倍稱巨大質粒，質粒有一系列固氮基因。本文檔共64頁；當前第23頁；編輯于星期三\12點59分本文檔共64頁；當前第24頁；編輯于星期三\12點59分6.隱秘質粒不顯示任何表型效應，只有通過物理方法，如用凝膠電泳檢測細胞抽提液等方法才能發現它的存在。它們存在的生物學意義不清楚。本文檔共64頁；當前第25頁；編輯于星期三\12點59分（二）質粒的特性與應用

質粒所含的基因對宿主細胞一般是非必需的；有時能賦予宿主細胞以特殊的機能，從而使宿主得到生長優勢。1.質粒的特性(1)位于核基因組外；(3)自主復制(4)有的質粒可整合到核染色體上；(5)可重組（質粒與質粒間，質粒與染色體間）；(7)有的質粒可在細胞間轉移（F因子，R因子）(6)人為消除（丫叮類，UV，電離輻射，利福平等）(2)cccDNA本文檔共64頁；當前第26頁；編輯于星期三\12點59分

嚴謹型質粒(stringentplasmid)

：復制行為與核染色體的復制同步----低拷貝數

松弛型質粒(relaxedplasmid)

：復制行為與核染色體的復制不同步----高拷貝數

質粒的復制：依賴寄主細胞的復制酶體系。窄宿主范圍質粒(narrowhostrangeplasmid)

（只能在一種特定的宿主細胞中復制）

廣宿主范圍質粒(broadhostrangeplasmid)

（可以在許多種細菌中復制）本文檔共64頁；當前第27頁；編輯于星期三\12點59分2.質粒的應用3.質粒的命名

廣泛應用于基因工程，作為目的基因轉移的載體。本文檔共64頁；當前第28頁；編輯于星期三\12點59分二、可移動遺傳因子

（一）轉座因子的類型可移動遺傳因子稱轉座因子，是細胞中可改變自身位置的一段DNA序列。由轉座因子的易位引起基因失活和重組作用稱為轉座。分：插入序列轉座子轉座噬菌體本文檔共64頁；當前第29頁；編輯于星期三\12點59分插入序列（IS，insertionsequence，IS）

特點是分子量最小（僅0.7-1.4kb），只含有編碼轉座所必需的轉座酶基因，它們能在細菌染色體、噬菌體DNA和質粒上的許多點移出或移進。一般不予細菌以任何表型特征，但可干擾基因的正常表達，導致基因復活或突變。本文檔共64頁；當前第30頁；編輯于星期三\12點59分轉座子（transposon，Tn)

又稱轉位子，易位子IS和Mu噬菌體相比，Tn的分子量是居中的（一般為2-25kb）。它含有幾個至十幾個基因，其中除了與轉座作用有關的基因外，還含有抗藥基因或乳糖發酵基因等其它基因。它能在同一細胞內從一個質粒轉移到另一個質粒，也能從質粒轉移到細胞染色體或原噬菌體上。Tn雖能插到受體DNA分子的許多位點上，但這些位點似乎也不完全是隨機的，其中某些區域更易插入。本文檔共64頁；當前第31頁；編輯于星期三\12點59分根據轉座子兩端結構組成，細菌轉座子分：

復合型---兩端為順向或反向重復的IS，藥物抗性基因位于中間，IS提供轉座功能，連同抗藥基因一起轉移Tn5。復雜型---兩端為短的反向重復序列（IR），長度30-50kb，在這兩個IR之間是編碼轉座功能和藥物抗性功能的基因。本文檔共64頁；當前第32頁；編輯于星期三\12點59分轉座噬菌體（mutatorphage，Mu）

轉座噬菌體它是E.coli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同，Mu噬菌體并沒有一定的整合位置，而且任何時候都可整合于寄主染色體上。與以上的IS和Tn兩種轉座因子相比，Mu噬菌體的分子量最大（37kb），它含有20多個基因。Mu噬菌體引起的轉座可以引起插入突變，其中約有2%是營養缺陷型突變。本文檔共64頁；當前第33頁；編輯于星期三\12點59分（二）轉座的遺傳學效應1.插入突變2.產生染色體畸變3.基因的移動和重排本文檔共64頁；當前第34頁；編輯于星期三\12點59分第二節微生物的突變突變（mutation）指遺傳物質發生數量或結構變化的現象。一、微生物突變體的主要類型（一）形態突變型（二）生化突變型（三）條件致死突變型（四）致死突變型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.產量突變型本文檔共64頁；當前第35頁；編輯于星期三\12點59分二、基因突變的特點(一)隨機性：

各種性狀的突變可以在沒有任何人為的誘變因素處理的情況下，發生在生物的任何個體的任何發育時期及任何基因上.本文檔共64頁；當前第36頁；編輯于星期三\12點59分1.變量實驗(fluctuationtest)AB10mL10mL1234550298372915691922172620171234550圖7－2變量試驗結論：這說明抗性突變體的產生是在接觸相應的噬菌體之前，在細胞某一次分裂過程中隨機地自發地產生的。這一自發突變發生得越早，則抗性菌落出現得越多；反之則越少。本文檔共64頁；當前第37頁；編輯于星期三\12點59分2.涂布試驗。在12個瓊脂平板上每個平板涂布5×104個大腸桿菌的噬菌體敏感性細胞保溫5h保溫5h每個平板有5×104小菌落，每個菌落約含5000個細菌小菌落生長時產生抗噬菌體突變在未噴噬菌體T1前沒有突變細胞6個平板重新涂布噴入T1保溫噴入T1保溫6個平板重新涂布噴入T1保溫噴入T1保溫1個抗噬菌體菌落（28個）

小菌落中每個抗噬菌體細胞產生1個抗噬菌體菌落（353個）

兩組平板有相同數目的細菌，所以將產生相同數目的抗噬菌體菌落本文檔共64頁；當前第38頁；編輯于星期三\12點59分結論：說明大腸桿菌對噬菌體的抗性突變是在接觸相應的噬菌體前，在細胞分裂過程中隨機地自發地產生的，同時也說明某一性狀的突變與環境因素是不相對應的。本文檔共64頁；當前第39頁；編輯于星期三\12點59分3.影印培養試驗結論：說明抗藥性突變與接觸藥物無關，突變完全是自發地、隨機發生的。影印培養不含藥物的培養皿含藥物的培養皿影印接種原始敏感菌種圖7-3影印培養試驗123456789101112本文檔共64頁；當前第40頁；編輯于星期三\12點59分(二)稀有性：突變率在10-6~10-9之間。

(三)獨立性：各突變體的發生不影響其他基因的突變率。(四)可逆性：基因突變的過程是可逆的。(五)穩定性：變異性狀是穩定的、可遺傳的。本文檔共64頁；當前第41頁；編輯于星期三\12點59分三、基因突變的機制突變

自發突變

誘發突變

誘變機制：堿基置換移碼突變轉換:顛換AG，TCT，AACGC，GTABCABABCA……ABCABCAB……缺失:添加:畸變缺失:abcghijkl①……添加重復:插入:abcabcdef……abcpqrdef……易位(轉座):abcpqrghi……倒位:abcfedghi……基因突變誘變自發突變只涉及1對堿基被另1對堿基所置換遺傳物質在染色體水平發生較大范圍的變化1個或少數幾個堿基對的添加或缺失，使該部位后面遺傳密碼發生轉錄和翻譯錯誤的基因突變。本文檔共64頁；當前第42頁；編輯于星期三\12點59分四、誘變劑與致癌物質

基因突變是致癌的原因之一。五、DNA損傷的修復(一)無差錯修復：可使損傷DNA完全修復1.光復活作用2.暗修復作用

(二)差錯傾向修復1.重組修復

2.SOS修復

本文檔共64頁；當前第43頁；編輯于星期三\12點59分第三節細菌的基因重組概念：所謂基因重組是兩個不同性狀的個體細胞，其中一個細胞內的基因轉移到另一個細胞內并通過基因重新組合使之發生遺傳變異的過程。一、轉化：轉化是受體菌直接吸收來自供體菌的DNA片段，通過交換將其整合到自己的基因組中，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的現象。

提純DNA供體DNA受體轉導子染色體交換整合、復制本文檔共64頁；當前第44頁；編輯于星期三\12點59分供體菌抽提出雙鏈DNA受體菌感受態受體菌吸收轉化DNA單鏈DNA整合轉化子非轉化子圖7–9轉化全過程示意圖本文檔共64頁；當前第45頁；編輯于星期三\12點59分

通過缺陷型噬菌體將供體菌的DNA片段攜帶到受體菌中，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現象稱為轉導。(一)轉導的發現選用材料

組氨酸營養缺陷型LA-2(his-)色氨酸營養缺陷型LA-22(try-)缺陷噬菌體“誤切”“誤包”供體DNA受體轉導子染色體交換整合、復制二、轉導本文檔共64頁；當前第46頁；編輯于星期三\12點59分（組氨酸營養缺陷型）Try+his+LA-2(his-)LA-22(Try-)（色氨酸營養缺陷型）原養型本文檔共64頁；當前第47頁；編輯于星期三\12點59分（二）轉導的種類1.普遍性轉導

完全轉導“誤包”流產轉導2.局限性轉導

“誤切”本文檔共64頁；當前第48頁；編輯于星期三\12點59分供體A-B+完全普遍性轉導(compietetransduction)

A-B+A+B-少數受體A+B+經重組形成轉導子鼠傷寒沙門氏菌A+B-多數受體形成溶源菌A-B+色氨酸缺陷型A+B-組氨酸缺陷型本文檔共64頁；當前第49頁；編輯于星期三\12點59分

圖7-24流產轉導示意圖

受體菌經轉導獲得的供體DNA片段在受體菌中不發生配對、交換和整合，也不迅速消失，而只是進行轉錄和轉譯（性狀表達），這種現象就稱為流產轉導本文檔共64頁；當前第50頁；編輯于星期三\12點59分局限性轉導

通過某些部分缺陷的溫和噬菌體將供體的少數特定基因攜帶至受體菌的轉導。本文檔共64頁；當前第51頁；編輯于星期三\12點59分前噬菌體本文檔共64頁；當前第52頁；編輯于星期三\12點59分(三)普遍性轉導與局限性轉導的區別為缺陷溶原菌，轉導特性不穩定不具溶源性，轉導特性穩定轉導子原噬菌體兩側的基因供體菌的任何基因轉導基因噬菌體DNA和寄DNA只有寄主DNA內含DNA原噬菌體錯誤切割錯誤裝配噬菌體的形成人工誘導自然發生轉導的發生局限性轉導普遍性轉導比較項目表7-2普遍性轉導與局限性轉導的區別本文檔共64頁；當前第53頁；編輯于星期三\12點59分細菌的接合又稱“細菌雜交”，是遺傳物質通過胞間的直接接觸而進行的轉移和重組。性纖毛直接接觸供體DNA受體重組子交換、整合單鏈復制三、接合

本文檔共64頁；當前第54頁；編輯于星期三\12點59分(一)接合的發現圖7-14研究細菌接合方法的基本原理[+]細胞洗滌，離心無菌落生長無菌落生長[+][－][－]2×1081×1081×1082×108A+B+C－D－A－B－C＋D＋A+B+C＋D＋本文檔共64頁；當前第55頁；編輯于星期三\12點59分F因子的存在狀態本文檔共64頁；當前第56頁；編輯于星期三\12點59分(二)大腸桿菌的接合F+F-F+F+細胞核質粒圖7–16F+菌株和F-菌株接合本文檔共64頁；當前第57頁；編輯于星期三\12點59分F-FiHfr+FiiF圖7–17Hfr菌株和F-菌株接合1細胞配對2接合開始3接合中斷4基因重組本文檔共64頁；當前第58頁；編輯于星期三\12點59分圖7-18F因子的各種轉移方式在F+接合分離或消除脫離