第八章 微生物遺傳

1、第八章第八章 微生物遺傳微生物遺傳 教學(xué)內(nèi)容 1.掌握遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ) 2.掌握基因突變和誘變育種 3.了解原核生物和真菌的基因重組 4.了解基因工程原理 5.了解菌種的保藏與復(fù)壯 遺傳（Heredity or Inheritance）與變 異（Variation）是生物界最本質(zhì)的屬性 之一。 遺傳是指親代生物將自身的一整套 遺傳因子（基因，Gene）傳遞給子代的 行為或功能，它具有極其穩(wěn)定的特性。 變異是指生物體在外因或內(nèi)因的作 用下，由于遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變 （即基因型的改變），而引起某些相應(yīng) 的表型性狀發(fā)生變化。變異所形成的新 性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。 （1 1）基因型（）基因型（

2、Genotype）或遺傳型：或遺傳型： 是指生物體所含有的全部基因的總 合。 基因型只是一種內(nèi)在的可能性或潛 力，只有在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，通過自 身的代謝和發(fā)育，才能使其具體化，轉(zhuǎn) 變?yōu)楸硇汀?（2）表型（ Phenotype）： 是指生物體所具有的一切外表特征 和內(nèi)在特性的總和，是基因型在適當(dāng)環(huán) 境條件下的具體體現(xiàn)。 表型與遺傳型不同，是一種現(xiàn)實(shí)性 。 修飾是非遺傳的。如粘質(zhì)沙雷氏菌: 25培養(yǎng),產(chǎn)深紅色的靈桿菌素，菌落染 成鮮血狀（宗教神顯靈）； 37培養(yǎng)，此菌群體中的一切個(gè)體都不 產(chǎn)色素； 重新降溫到25，所有個(gè)體恢復(fù)產(chǎn)色素 能力。 由于微生物所具有的獨(dú)特的生物學(xué) 特性，使之成為了現(xiàn)代遺

3、傳學(xué)和其他許 多生物學(xué)基本理論研究的最理想材料， 不僅促進(jìn)了現(xiàn)代分子生物學(xué)和生物工程 學(xué)的發(fā)展，而且也為育種工作提供了豐 富理論基礎(chǔ)。 （3）修飾（ Modification）或飾變： 指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，而 只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化 。 第一節(jié)第一節(jié) 遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ) 一.證明遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn) 二.遺傳物質(zhì)在胞內(nèi)的存在部位及方式 一一.證明證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn) 1.細(xì)菌的轉(zhuǎn)化（Transformation）實(shí)驗(yàn) 1928年，F(xiàn).Griffith首先發(fā)現(xiàn)細(xì)菌 的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。肺炎鏈球菌是一種成雙或 成鏈

4、排列的球菌，可使人患肺炎，也可 使小鼠患敗血癥而死亡。肺炎鏈球菌有 兩種菌株，1種稱為S型(Smooth)，菌落 光滑、可形成莢膜、具有致病性；另1種 R型(Rough)，菌落粗糙、不形成莢膜、 無致病性。Griffith做了幾組實(shí)驗(yàn)： （1）動(dòng)物試驗(yàn) （2）細(xì)菌培養(yǎng)試驗(yàn) （3）S型菌的無細(xì)胞提取液試驗(yàn) （1）動(dòng)物試驗(yàn)）動(dòng)物試驗(yàn) 小鼠(活) 加活S菌 加活R菌或死S菌 加活R菌和熱死S菌 小鼠(活) 小鼠(死) 小鼠(死) 活的S菌 抽心血 分離 （2）細(xì)菌培養(yǎng)試驗(yàn)）細(xì)菌培養(yǎng)試驗(yàn) 熱死S菌 培養(yǎng)皿培養(yǎng) 不生長(zhǎng) 活R菌 培養(yǎng)皿培養(yǎng) 長(zhǎng)出R菌 熱死S菌+活R菌 培養(yǎng)皿培養(yǎng) 長(zhǎng)出大量R菌和10-6S

5、菌 （3）S S型菌的無細(xì)胞提取液試驗(yàn)型菌的無細(xì)胞提取液試驗(yàn) 活R菌S菌無細(xì)胞抽提液+ 培養(yǎng)皿培養(yǎng) 長(zhǎng)出大量R菌和少量S菌 實(shí)驗(yàn)說明：加熱殺死的S型細(xì)菌，在 其細(xì)胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能 通過某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞，并使R形細(xì) 胞獲得表達(dá)S型莢膜性狀的遺傳特性。 O.T.Avery 1944年，O.T.Avery等利用單細(xì)胞成分進(jìn)一步證明了轉(zhuǎn)化因子是DNA。 活R菌 加S菌的DNA 加S菌的DNA及DNA酶以外的酶 加S菌的DNA及DNA酶 加S菌的RNA 加S菌的蛋白質(zhì) 加S菌的莢膜多糖 活S菌 活R菌 由這些結(jié)果可知，只有S型細(xì)菌DNA才能將肺炎鏈球菌由R型轉(zhuǎn)化成S型；并 且DNA的純

6、度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高，當(dāng)所用的DNA量低于610-8g時(shí)，仍具有 感染力，這說明，由S型菌株轉(zhuǎn)移給R型的只有DNA。 2.噬菌體感染試驗(yàn)噬菌體感染試驗(yàn) 1952年，Hershey和Chase利用同位素標(biāo)記試驗(yàn)證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì) 基礎(chǔ)，在其DNA中，含有包括合成蛋白質(zhì)外殼在內(nèi)的整套遺傳信息。 3.植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)植物病毒的重建實(shí)驗(yàn) 1956年，F(xiàn)raenkel-Conrat利用煙草花 葉病毒（TMV）和霍氏車前花葉病毒（ HRV）進(jìn)行了植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)。 TMV與HRV親緣關(guān)系相近。 結(jié)果證實(shí) ：RNA病毒中，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是RNA。 二二.遺傳物質(zhì)在胞內(nèi)的存在部位及方式遺傳物質(zhì)

7、在胞內(nèi)的存在部位及方式 1.七個(gè)水平 細(xì)胞水 平細(xì)胞核 水平染色體 水平核酸水 平基因水 平密碼子 水平核苷酸 水平 (1)(1)細(xì)胞水平細(xì)胞水平 在微生物細(xì)胞中，其大部或幾乎全 部的DNA都集中于細(xì)胞核。 (2)細(xì)胞核水平 真核生物與原核生物的細(xì)胞核存在 明顯的差別。 除細(xì)胞核外，有的微生物細(xì)胞質(zhì)內(nèi) 還存在一些能自主復(fù)制的核外染色體 質(zhì)粒(Plasmid)。 不同細(xì)胞或同種微生物的不同細(xì)胞中， 核的數(shù)目不同： 釀酒酵母、黑曲霉、產(chǎn)黃青霉是單 核； 粗糙脈孢菌、米曲霉是多核； 放線菌的菌絲細(xì)胞是多核，而孢子 則是單核； 細(xì)菌中，桿菌細(xì)胞大多存在兩個(gè)核 區(qū)，而球菌一般僅一個(gè)。 (3)(3)染色體

8、水平染色體水平 染色體數(shù)：真核生物的染色體數(shù)目較多 ，如酵母菌屬為17，脈孢菌屬為7；而原 核生物只有一個(gè)裸露的、在光學(xué)顯微鏡 下無法看到的環(huán)狀染色體。 染色體倍數(shù)：即同一細(xì)胞中相同染色體 的套數(shù)。多數(shù)微生物是單倍體，少數(shù)真 核微生物（釀酒酵母）的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞及合 子是雙倍體，高等動(dòng)植物的體細(xì)胞是雙 倍體。 核酸種類： 絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是 DNA，只有部分病毒為RNA。 (4)(4)核酸水平核酸水平 核酸結(jié)構(gòu)：絕大多數(shù)微生物的DNA是雙 鏈的，少數(shù)病毒，如E.coli的X174和fd 噬菌體的核酸為單鏈結(jié)構(gòu)。 DNA長(zhǎng)度：即基因組大小。真核生物的 DNA要比原核生物長(zhǎng)得多，基因數(shù)量也 較多。

9、 如啤酒酵母DNA的長(zhǎng)度約6.5mm， 大腸桿菌為1.11.4mm；大腸桿菌含有 7500個(gè)基因，T2-噬菌體約有360個(gè)基因 ，而最小的RNA噬菌體MS2只有3個(gè)。 DNA狀態(tài)：在原核生物中DNA都是環(huán)狀 ；在病毒粒子中有的呈環(huán)狀，有的呈線 狀；細(xì)菌質(zhì)粒的DNA是超螺旋結(jié)構(gòu)的。 (5)(5)基因水平基因水平 在生物體內(nèi)，一切具有自主復(fù)制能 力的遺傳功能單位，都可稱為基因?；?因的物質(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)具有特定核苷酸順 序的核酸片段，由眾多基因構(gòu)成了染色 體。每個(gè)基因大體在1000-1500bp，分子 量約為6.7105Dal。 (6)密碼子水平 遺傳密碼是指DNA鏈上決定各具體 氨基酸的特定核苷酸排

10、列順序。遺傳密 碼的信息單位是密碼子。 每個(gè)密碼子（coden）由三個(gè)核苷酸 序列即1個(gè)三聯(lián)體所組成，它是負(fù)載遺傳 信息的基本單位。密碼子一般都用 mRNA上3個(gè)連續(xù)核苷酸序列來表示。因 為4個(gè)核苷酸按三聯(lián)體的方式排列可有64 種組合，有同一氨基酸由幾個(gè)密碼子編 碼的情況。 基因水平是遺傳的功能單位，密碼 子水平是信息單位，而核苷酸水平（即 堿基水平）則可認(rèn)為是一個(gè)最低突變單 位或交換單位。 在絕大多數(shù)生物的DNA中，都只含 腺苷酸(AMP)、胸苷酸(TMP)、鳥苷酸 (GMP)和胞苷酸(CMP) 4種脫氧核苷酸， 但也有少數(shù)例外，如E.coli的T偶數(shù)噬菌 體的DNA上就含有少量的稀有堿基

11、5-羥甲基胞嘧啶。 (7)(7)核苷酸水平核苷酸水平 2.2.原核生物的質(zhì)粒原核生物的質(zhì)粒（Plasmid） 一種獨(dú)立于微生物染色體外，能進(jìn) 行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，只控制 微生物的次要性狀。 （1）質(zhì)粒的構(gòu)型 質(zhì)粒一般以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙鏈 DNA分子存在于細(xì)胞中。 近年來在疏螺旋體、鏈霉菌和酵母 菌中發(fā)現(xiàn)了線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì) 粒。 （2）質(zhì)粒的大小 質(zhì)粒 DNA 染色體 DNA 質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到 1000kb，細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)。每個(gè) 質(zhì)粒含有幾個(gè)到數(shù)百個(gè)基因。每一個(gè)細(xì) 胞可含有1幾百個(gè)

12、質(zhì)粒。 （3）質(zhì)粒的特性）質(zhì)粒的特性 a.是細(xì)菌非必須的遺傳物質(zhì)。 b.具有不相容性。 c.具有可轉(zhuǎn)移性。某些質(zhì)粒能以較高的頻率（10-6）通過細(xì)胞間的接合作 用或其他機(jī)制從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中。 d.可整合性。 e.可重組性。 f.可消除性。在高溫或某些化學(xué)藥物（絲裂霉素C、紫外線、利福平、重金 屬離子）的處理下，質(zhì)?？梢员幌?，同時(shí)宿主細(xì)胞也將失去質(zhì)粒控制的 表型性狀。 g.耐堿性。與染色體的DNA比較，質(zhì)粒DNA具有較強(qiáng)的耐堿性。 （4）質(zhì)粒的類型）質(zhì)粒的類型 質(zhì)粒按 功能和 賦予宿 主的表 型效應(yīng) 接合質(zhì)粒(Fertility factor，F(xiàn)因子) 抗性質(zhì)粒(Resistance

13、 factor，R因子) 細(xì)菌素質(zhì)粒(Bacteriocin plasmid) 毒性質(zhì)粒(Virulence plasmid) 代謝質(zhì)粒(Metabolic plasmid) 典型質(zhì)粒 ： F質(zhì)粒：F因子、致育因子或性因子，是 大腸桿菌等細(xì)菌決定性別并有轉(zhuǎn)移能力 的質(zhì)粒。 R質(zhì)粒：R因子。1957年，日本出現(xiàn)經(jīng)抗 生素治愈的痢疾病人中，可分離到同時(shí) 對(duì)許多抗生素或化學(xué)治療劑如鏈霉素、 氯霉素、四環(huán)素或磺胺等呈抗藥性的痢 疾志賀氏菌。且這種抗藥基因可傳遞。 Col質(zhì)粒：大腸桿菌素質(zhì)粒或產(chǎn)大腸桿 菌素因子。 細(xì)菌素：許多細(xì)菌都能產(chǎn)生抑制或殺死 其它近緣細(xì)菌或同種不同菌株的代謝產(chǎn) 物，因?yàn)樗怯少|(zhì)粒

14、編碼的蛋白質(zhì)，且 不像抗生素具有很廣的殺菌譜，所以稱 細(xì)菌素。 大腸桿菌素是一類由大腸桿菌某些菌株 所產(chǎn)生的細(xì)菌素，具有專一地殺死其它 種腸道菌或同種其它菌株的能力。大腸 桿菌素由Col質(zhì)粒編碼。 Ti質(zhì)粒：即誘癌質(zhì)粒或冠癭質(zhì)粒。 降解性質(zhì)粒：只在假單胞菌中發(fā)現(xiàn)?？?為降解一系列復(fù)雜有機(jī)物的酶編碼，用 于污水處理、環(huán)境保護(hù)等方面。并可通 過遺傳工程手段構(gòu)建具有數(shù)種降解質(zhì)粒 的菌株稱“超級(jí)菌”。 根癌土壤桿菌或根癌農(nóng)桿菌從一些 雙子葉植物的受傷根部侵入根部細(xì)胞后 ，在其中溶解并釋放出Ti質(zhì)粒，其上的 TDNA片段會(huì)與植物細(xì)胞的核基因組 整合，合成正常植株所沒有的冠癭堿類 ，破壞控制細(xì)胞分裂的激素

15、調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 從而使它轉(zhuǎn)為癌細(xì)胞。 因TDNA片段可攜帶任何外源基 因整合到植物基因組中，所以是當(dāng)前植 物基因工程中使用最廣、效果最佳的克 隆載體。 第二節(jié)第二節(jié) 基因突變和誘變育種基因突變和誘變育種 一.基因突變 二.突變與育種 一一.基因突變基因突變 基因突變(Gene mutation) 是指生物 體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)突然發(fā)生可遺 傳的變化。 根據(jù)突變的原因又可將其分為自發(fā) 突變(Spontaneous mutation)和誘發(fā)突變 (Induced mutation)兩種類型。 1.突變的類型突變的類型 突變株 的表型 選擇性 突變株 非選擇性 突變株 營(yíng)養(yǎng)缺陷 型抗性突變 型條件致死

16、 突變型 形態(tài)突變 型抗原突變 型產(chǎn)量突變 型 按突變后突變株能否在選擇性培養(yǎng) 基上被迅速篩選出劃分為選擇性突變株 （Selective mutant）和非選擇性突變株 （Non-selective mutant）。 (1)(1)營(yíng)養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型( (Auxotroph)Auxotroph) 是指某一野生型菌株因發(fā)生基因突 變而喪失合成一種或幾種生長(zhǎng)因子的能 力，因而無法在基本培養(yǎng)基上正常生長(zhǎng) 繁殖的變異類型。 (2)抗性突變型(Resisant mutant) 是指野生型菌株因發(fā)生基因突變， 而產(chǎn)生的對(duì)某種化學(xué)藥物或致死物理因 子的抗性變異類型。 可在加有相應(yīng)藥物或用相應(yīng)物理因 子處理的

17、培養(yǎng)基平板上選出，如抗藥性 菌株等。 可在加有相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基本培養(yǎng) 基平板上選出。 (3)(3)條件致死突變型條件致死突變型( (Conditional lethal mutant) Conditional lethal mutant) 是指菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在 某種條件下可正常生長(zhǎng)繁殖并呈現(xiàn)其固 有的表型，而在另一條件下卻無法生長(zhǎng) 繁殖的突變類型。 Ts突變株即溫度敏感突變株，如大 腸桿菌的某些菌株在37可正常生長(zhǎng)， 不能在42下生長(zhǎng)。原因是突變使某些 重要蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能改變，以致出現(xiàn) 37可生長(zhǎng)而42下不能生長(zhǎng)的特點(diǎn)。 (4)形態(tài)突變型(Morphological mutant)

18、 是指由于基因突變而使個(gè)體或菌落 形態(tài)發(fā)生的變異類型。 如細(xì)菌莢膜鞭毛的有無、霉菌或放 線菌孢子著色的變化，菌落表面的粗糙 或光滑等。 (6)產(chǎn)量突變型 是指由于基因突變而引起細(xì)胞抗原 結(jié)構(gòu)發(fā)生變異的類型。 是指通過基因突變而產(chǎn)生的在代謝 產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變 類型。若產(chǎn)量高于原始菌株者稱正變株 ，反之為負(fù)變株。 如細(xì)胞壁缺陷變異（L型細(xì)菌等）， 莢膜或鞭毛成分的變異等。 (5)(5)抗原突變型抗原突變型( (Antigenic mutant) Antigenic mutant) 在生產(chǎn)實(shí)踐上篩選高產(chǎn)正變株十分 重要。 2.2.突變率突變率( (Mutation rate) Mu

19、tation rate) 每一個(gè)細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一 性狀突變的幾率，稱為突變率。 一般突變是獨(dú)立發(fā)生的，某一基因 的突變不會(huì)影響其他基因的突變率。同 一細(xì)胞中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)基因突變的幾率 是極低的。 3.基因突變的特點(diǎn) 由于遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)相同，微生物 在遺傳變異的特點(diǎn)上與其他生物一樣遵 循同樣的規(guī)律。比如細(xì)菌的耐藥性可借 三種方式產(chǎn)生：即基因突變、質(zhì)粒轉(zhuǎn)移 和生理適應(yīng)。 如每次分裂中，青霉素抗性的突變率為 10-8，鏈霉素抗性的突變率為10-6，則在 同一細(xì)胞中兩種突變同時(shí)發(fā)生的幾率為 10-14。臨床上據(jù)此可聯(lián)合用藥提高療效 。 （1）不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與引起突變的 原因間無直接的對(duì)應(yīng)關(guān)

20、系。（2）自發(fā)性：各種性狀的突變，可在沒 有人為的誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。 （3）稀有性：自發(fā)突變的頻率極低，一 般10-610-9。（4）獨(dú)立性：在某一群體中，突變是隨 機(jī)的，獨(dú)立發(fā)生的，任何性狀都可發(fā)生 基因突變，并且該基因的突變不會(huì)影響 其他基因的突變率。 （5）可誘變性：利用誘變劑處理，可以 提高突變率10105倍。（6）穩(wěn)定性：由于突變?cè)斐蛇z傳物質(zhì)在 結(jié)構(gòu)上發(fā)生穩(wěn)定的變化，所產(chǎn)生的新的 變異性狀也是穩(wěn)定的、可遺傳的。 （7）可逆性：任何性狀既可發(fā)生正向突 變，也可發(fā)生回復(fù)突變。 4.基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證據(jù)基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證據(jù) 又稱波動(dòng)試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)，是

21、1943 年Luria和Delbruck根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理設(shè)計(jì) 的實(shí)驗(yàn)(獲1969年諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)): (1)變量實(shí)驗(yàn)（Fluctuation test ） Salvador Luria Max Delbruck 結(jié)果說明：E.coli抗噬菌體性狀的 突變，不是由噬菌體誘導(dǎo)出來的，而是 在它接觸噬菌體前，在細(xì)胞分裂過程中 隨機(jī)地自發(fā)產(chǎn)生的。而且自發(fā)突變發(fā)生 得越早，抗性菌落數(shù)就越多，反之則越 少。噬菌體在這里僅起著淘汰原始的未 突變的敏感菌和甄別抗噬菌體突變型的 作用。利用這一方法還可計(jì)算出突變率 。 (2)(2)涂布試驗(yàn)（涂布試驗(yàn)（Newcombe experimentNewcombe expe

22、riment） 1949年，Newcombe設(shè)計(jì)了一種與變 量試驗(yàn)相似，但方法更為簡(jiǎn)便的涂布試 驗(yàn)。采用固體平板培養(yǎng)法。 結(jié)果：在涂布過的一組中，共長(zhǎng)出抗性 菌落353個(gè)，比未經(jīng)涂布過的（僅28個(gè)菌 落）高得多。證實(shí)抗性突變發(fā)生在未接 觸噬菌體之前。 (3)(3)平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)（平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)（Replica platingReplica plating） 1952年，J. Lederberg夫婦設(shè)計(jì)了一 種平板影印培養(yǎng)法，可更好地證明微生 物的抗藥性是在未接觸藥物前自發(fā)產(chǎn)生 的，這一突變與相應(yīng)的藥物環(huán)境毫不相 干。平板影印培養(yǎng)法實(shí)質(zhì)上是一種通過 蓋印章的方式，達(dá)到在一系列平板的相 同位置

23、上重現(xiàn)相同遺傳型菌落的接種培 養(yǎng)法。 Joshua Lederberg 結(jié)果證實(shí)：原始的鏈霉素敏感菌株在 根本未接觸鏈霉素的情況下，也可產(chǎn)生 大量抗鏈霉素的突變株。 5.基因突變的機(jī)制基因突變的機(jī)制 基因突變的原因多種多樣，包括自 發(fā)突變和誘發(fā)突變，誘變又可分為點(diǎn)突 變和畸變。突變的類型概括如下： （1）誘變的機(jī)制）誘變的機(jī)制 凡能提高突變率的任何理化因子， 都稱為誘變劑。誘變的類型多樣，常見 ： 堿基置 換 移碼突變 染色體畸變 堿基置換（堿基置換（Substituttion） 堿基置換是指一對(duì)堿基被另一對(duì)堿 基所取代。 置換又可分為兩類： a.轉(zhuǎn)換（transition）：AG，TC b.

24、顛換（transversion）： AT，AC； GC，GT 亞硝基胍、硫酸二乙酯等可與堿基 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而直接引起轉(zhuǎn)換（少數(shù)是 顛換）。5BU（5-溴尿嘧啶）等是一些堿 基的類似物，可通過活細(xì)胞的代謝活動(dòng) 摻入到DNA分子中而間接引起置換。 移碼突變（移碼突變（frame-shift or Phase-shift mutation） 是指誘變劑使DNA分子增添或缺失一 個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，從而使該部位后 面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤 的一類突變。 包括缺失（ABCABABC）和添加（ ABCABCABC）。 由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為 移碼突變株（frame shift mutan

25、t）。 移碼突變與堿基置換都屬點(diǎn)突變。 吖啶類染料，包括原黃素、吖啶黃、吖 啶橙和-氨基吖啶等都是移碼突變的有 效誘變劑。 染色體畸變（染色體畸變（chromosomal aberration） 某些強(qiáng)烈理化因子如X射線、烷化劑 、亞硝酸等除能引起點(diǎn)突變外，還能引 起DNA大損傷染色體畸變。 染色體 畸變 缺失（deletion）:abc ghijkl 重復(fù)（duplication） :abcabc def 插 入 （ i n s e r t i o n ） :abcpqr def 易位（轉(zhuǎn)座， translocation）:abcpqr ghi 倒位（inversion） :abcfed g

26、hi （2）自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變機(jī)制 自發(fā)突變是指在沒有人工參與下， 生物體自然發(fā)生的突變。 自發(fā)突變是由于一些原因不詳?shù)牡?劑量誘變因素的長(zhǎng)期作用而造成的綜合 誘變效應(yīng)。其可能機(jī)制如下： 自 發(fā) 突 變機(jī)制 背景輻射和環(huán)境因素 的誘變 微生物自身有害代謝 產(chǎn)物的誘變效應(yīng) 互變異構(gòu)效應(yīng) 環(huán)出效應(yīng) 背景輻射和環(huán)境因素的誘變背景輻射和環(huán)境因素的誘變 宇宙空間的各種短波輻射或高溫， 以及自然界普遍存在的一些低濃度誘變 物質(zhì)（在微環(huán)境中有時(shí)也可能是高濃度 ），可引起自發(fā)突變。 微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng) 過氧化氫是許多微生物的代謝產(chǎn)物 ，這種物質(zhì)具有強(qiáng)氧化性，對(duì)脈胞菌（ Neurospora）等

27、微生物有誘變作用，這 種作用可因同時(shí)加入過氧化氫酶而降低 ；但如果加入酶的同時(shí)又加入酶抑制劑 KCN，則又可提高突變率。這說明過 氧化氫可能是“自發(fā)突變”中的一種內(nèi) 源性誘變劑。 互變異構(gòu)效應(yīng) 有的誘變劑（如5-BU等）可引起堿 基分子發(fā)生酮式至烯醇式的互變異構(gòu)， 由于識(shí)別錯(cuò)誤，可導(dǎo)致突變。 在DNA的復(fù)制過程中，如果其中一條 單鏈偶然形成一個(gè)小環(huán)，環(huán)上的基因就 可能越過復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失，從而造 成自發(fā)突變。下圖即為環(huán)出效應(yīng)的設(shè)想 機(jī)制。 環(huán)出效應(yīng)環(huán)出效應(yīng) 在上鏈中 ， 因 標(biāo)記B處發(fā)生“ 環(huán)出”， 故 只 有A及C能進(jìn)行 復(fù)制，從 而 發(fā) 生自發(fā)突 變 。 而在下鏈 中 ， 復(fù)制仍正 常

28、進(jìn) 行。 6.紫外線對(duì)紫外線對(duì)DNADNA的損傷及其修復(fù)的損傷及其修復(fù) 紫外線作用于微生物核酸后，嘧啶 對(duì)UV的敏感性比嘌呤強(qiáng)，形成嘧啶二聚 體及其水合物，造成局部DNA分子無法配 對(duì)，從而引起微生物死亡或突變。 但微生物可以多種方式修復(fù)損傷的 DNA，現(xiàn)主要介紹以下兩種。 光復(fù)活作用 暗修復(fù)作用 （1）光復(fù)活作用光復(fù)活作用 經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露 于可見光下時(shí)，可明顯降低死亡率，這 種現(xiàn)象稱為光復(fù)活作用。 1949年，A.Kelner在灰色鏈霉菌中 首先發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，以后，在 E.coli等許多微生物中都被證實(shí)。 對(duì)照 ： 試驗(yàn) ： 8106個(gè)ml E.coli 8106個(gè)ml

29、 E.coli 100個(gè)ml E.coli 2106個(gè)ml E.coli UV UV 360490nm 可見光，30分 形成胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在 黑暗下會(huì)被光激活酶結(jié)合，這種復(fù)合物 暴露在可見光（300500nm）下時(shí)，此酶 因獲得光能而發(fā)生解離，并使二聚體重 新分解成單體。 鑒于在微生物中普遍存在光復(fù)活作 用，因此，在進(jìn)行紫外線誘變育種時(shí)， 只能在紅光下進(jìn)行照射和處理照射后的 菌液，且在黑暗條件下培養(yǎng)。 (2)暗修復(fù)作用：切除修復(fù) 與光復(fù)活作用不同，這種修復(fù)作用 與光無關(guān)。 是一種不依賴可見光，只通過酶切 作用去除嘧啶二聚體，隨后重新合成一 段正常DNA鏈的核酸修復(fù)方式。 二二.突

30、變與育種突變與育種 1.自發(fā)突變與育種 在日常生產(chǎn)中，微生物會(huì)以一定頻 率（10-6）發(fā)生自發(fā)突變。利用自發(fā)突 變可以選育優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。 (1)從生產(chǎn)中選育 (2)定向培育優(yōu)良品種 定向培育是指用某一特定因素長(zhǎng)期 處理某一微生物的群體，同時(shí)不斷地移 種傳代，以達(dá)到累積并選擇相應(yīng)的自發(fā) 突變株的目的。 它是一種古老的育種方法。如卡介 苗是法國(guó)A.Calmette和C.Guerin把牛結(jié) 核分枝桿菌接種在含牛膽汁和甘油的馬 鈴薯培養(yǎng)基上，連續(xù)移種230多代（13年 ），直至1923年才獲成功。 2.誘變育種誘變育種 誘變育種是指利用物理或化學(xué)誘變 劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，促 使其突變率顯

31、著提高，然后采用簡(jiǎn)便、 快速和高效的篩選方法，從中挑選少數(shù) 符合育種目的的突變株，以供科學(xué)實(shí)驗(yàn) 或生產(chǎn)實(shí)踐使用。 誘變育種具有極其重要的實(shí)踐意義 ，是目前廣泛使用的一種育種手段。當(dāng) 前發(fā)酵工業(yè)和其他微生物生產(chǎn)部門所使 用的高產(chǎn)菌株，幾乎都是通過誘變育種 來提高生產(chǎn)性能的。 優(yōu)點(diǎn)：可提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量，還可改進(jìn) 產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大品種和簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。 方法簡(jiǎn)便易行、工作進(jìn)度快和收效顯著 。 最突出的例子是青霉素生產(chǎn)菌株的選育 成功： 1943年，NRRL1951菌株發(fā)酵量為 100U/mL。 目前，NRRL-Q1765進(jìn)一步變異株發(fā)酵量 為50000-100000U/mL。 (1)(1)誘變育種的基本

32、環(huán)節(jié)誘變育種的基本環(huán)節(jié) 出發(fā) 菌株 多數(shù)個(gè)體死亡 少數(shù)存活 誘變 多數(shù)未變 少數(shù)突變 多數(shù)負(fù)變 少數(shù)正變 多數(shù) 幅度小 少數(shù) 幅度大 多數(shù)不 宜投產(chǎn) 少數(shù)適 宜投產(chǎn) 存活率突變率正變率高產(chǎn)率投產(chǎn)率計(jì)算 ： (2)(2)誘變育種的幾個(gè)原則誘變育種的幾個(gè)原則 選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑 挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株 處理單孢子(或單細(xì)胞)懸 液 選用適宜的誘變劑量 充分利用復(fù)合處理的協(xié)同 效應(yīng) 利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與 產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo) 設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案 或方法 3.3.營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選 （1）篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株常用的三種培養(yǎng)基 基本培養(yǎng)基（MM，minimal medium ）

33、：是指只能滿足某微生物野生型菌株 生長(zhǎng)需要的最低成分的組合培養(yǎng)基。 不同微生物由于營(yíng)養(yǎng)要求不同，其 基本培養(yǎng)基不相同的，有的極其復(fù)雜， 如乳酸菌、酵母菌或梭菌等的基本培養(yǎng) 基，有的極其簡(jiǎn)單，如E.coli的基本培 養(yǎng)基。基本培養(yǎng)基可用“-”來表示。 完全培養(yǎng)基（CM，complete medium ）：指凡可滿足一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株?duì)I 養(yǎng)需要的天然或半組合培養(yǎng)基。 完全培養(yǎng)基可用 “+”來表示。 一般可在基本培養(yǎng)基中加入一些富含氨 基酸、維生素和堿基之類的天然物質(zhì)（ 如蛋白胨或酵母膏等）配制而成。 補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM，supplemental medium）：是指只能滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺 陷型菌株生長(zhǎng)

34、需要的組合培養(yǎng)基。 補(bǔ)充培養(yǎng)基是由基本培養(yǎng)基再添加 營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株所不能合成的代謝物所 構(gòu)成，可根據(jù)加入的營(yíng)養(yǎng)物是A或B而分 別用A或B來表示。 （2 2）與營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體）與營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體 野生型（Wild type）：是指從自然界 分離到的任何微生物在其發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷 突變前的原始菌株。 可在其相應(yīng)的基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。 如果以A和B兩個(gè)基因來表示其對(duì)這兩種 營(yíng)養(yǎng)物的合成能力，則野生型菌株的遺 傳型應(yīng)是A+B+。 營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）：野生型菌 株經(jīng)誘變處理后，由于發(fā)生了喪失合成 某種營(yíng)養(yǎng)物能力的突變，因而只能在加 有該營(yíng)養(yǎng)物的培養(yǎng)基中才能生

35、長(zhǎng)。 不能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，只能在 完全培養(yǎng)基或相應(yīng)的補(bǔ)充培養(yǎng)基上生長(zhǎng) 。A、B營(yíng)養(yǎng)缺陷型的遺傳型分別用A - B+或A+B-表示。 原養(yǎng)型（Prototroph）：一般指營(yíng)養(yǎng) 缺陷型突變株經(jīng)回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生 的菌株。 其營(yíng)養(yǎng)要求在表型上與野生型相同 ，原養(yǎng)型的遺傳型為A+B+。 （3 3）營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法）營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法 誘變劑 處理 淘汰野 生型 檢出缺 陷型 鑒定缺 陷型 抗生 素法 菌絲過 濾法 青霉 素法 制霉菌 素法 細(xì) 菌 真 菌 真 菌 放 線 菌 夾層培養(yǎng) 法 限量補(bǔ)充 培養(yǎng)法 逐個(gè)檢出 法 影印平板 法 生長(zhǎng) 譜法 第三節(jié)第三節(jié) 基因重組基因重組 兩個(gè)不同性

36、狀個(gè)體內(nèi)的遺傳物質(zhì)進(jìn) 行交換，經(jīng)過基因的重新組合，形成新 遺傳型個(gè)體的過程，稱為基因重組（ Gene recombination）或遺傳重組。 重組可使生物體在未發(fā)生突變的情 況下，也能產(chǎn)生新遺傳型的個(gè)體。 一.原核生物的基因重組 二.真核生物的基因重組 一一.原核生物的基因重組原核生物的基因重組 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)導(dǎo) 接合 原生質(zhì)體融合 在原核微生物中，基因重組由以下 幾種方式： 1.1.轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化（TransformationTransformation） 受體菌（Receptor）吸收來自供體 菌(Donor cell)的DNA片段后，通過交換 將其整合到自身的基因組中，再經(jīng)復(fù)制 就獲得了來自供體

37、的遺傳信息。 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(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化或 轉(zhuǎn)化作用。通過轉(zhuǎn)化方式形成的雜種后 代稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。 轉(zhuǎn)化非常普遍，原核生物如肺炎鏈 球菌、嗜血桿菌屬、芽孢桿菌屬、葡萄 球菌屬、根瘤菌屬、假單胞菌屬、黃單 胞菌屬等。真菌如釀酒酵母、黑曲霉等 。 轉(zhuǎn)化過程大致 可分為： 感受態(tài)階 段DNA的結(jié)合 與吸收 轉(zhuǎn)化DNA的 整合 （1 1）感受態(tài)階段感受態(tài)階段 感受態(tài)（Competence）是指受體細(xì) 胞最易接受外源DNA片段，并實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化 的一種生理狀態(tài)。 兩個(gè)菌株間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，主要與 微生物的親緣關(guān)系有關(guān)，但是，即使在 轉(zhuǎn)化率極高的

38、那些種中，不同的菌株間 也不一定都發(fā)生轉(zhuǎn)化。研究發(fā)現(xiàn)，能進(jìn) 行轉(zhuǎn)化的受體細(xì)胞必須處于感受態(tài)。 感受態(tài)出現(xiàn)除與菌種有關(guān)外，還受 環(huán)境因子的影響，如cAMP（環(huán)腺苷酸） 和Ca2+可提高細(xì)胞的感受態(tài)水平。 一般原核生物的核基因組是一條環(huán) 狀DNA長(zhǎng)鏈，在自然或人為條件下均易斷 裂成碎片，故轉(zhuǎn)化因子通常只是15kb左 右長(zhǎng)的片段，其上平均含有15個(gè)基因。 最易與細(xì)胞表面結(jié)合的是dsDNA形式。供 體菌的dsDNA片段與感受態(tài)細(xì)胞表面的膜 連DNA結(jié)合蛋白相結(jié)合，其中一條鏈被水 解，另一條進(jìn)入細(xì)胞。 轉(zhuǎn)化因子的本質(zhì)是離體的DNA片段。 來自供體菌的ssDNA片段被細(xì)胞內(nèi) 的特異蛋白結(jié)合，并使其與感受態(tài)

39、細(xì)胞 染色體上的同源區(qū)段配對(duì)重組，形成一 小段雜合DNA區(qū)段，隨著染色體復(fù)制而 復(fù)制，形成轉(zhuǎn)化子（即含有雜合DNA的 受體菌）。 （2 2）DNADNA的結(jié)合與吸收的結(jié)合與吸收 （3）轉(zhuǎn)化DNA的整合 轉(zhuǎn)染轉(zhuǎn)染 將噬菌體或其他病毒的DNA(RNA) 抽提出來，使其感染感受態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生 正常的噬菌體或病毒的后代，稱為轉(zhuǎn)染 (Transfection)。 轉(zhuǎn)染與轉(zhuǎn)化不同之處是病毒或噬菌 體并非遺傳基因的供體菌，中間也不發(fā) 生任何遺傳因子的交換或整合，最后也 不產(chǎn)生具有雜種性質(zhì)的轉(zhuǎn)化子。 2.2.轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)（TransductionTransduction） 以完全缺陷或部分缺陷的噬菌體為 媒介，將供

40、體細(xì)胞的DNA小片段攜帶到受 體細(xì)胞中，通過交換與整合，從而使后 者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為 轉(zhuǎn)導(dǎo)。獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞，稱 為轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）。 轉(zhuǎn)導(dǎo)是由J.Lederberg等(1952)在鼠 傷寒沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，許多原 核生物都發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，如大腸桿菌 、枯草桿菌、假單胞菌屬、志賀氏菌屬 、葡萄球菌屬、弧菌屬和根瘤菌屬等。 轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象在自然界中比較普遍，它在低 等生物的進(jìn)化過程中，很可能是一種產(chǎn) 生新基因組合的重要方式。 目前已知的轉(zhuǎn)導(dǎo)方式主要有以下幾種 ： 普遍 轉(zhuǎn)導(dǎo)局限 轉(zhuǎn)導(dǎo) 溶源 轉(zhuǎn)變 （1 1）普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（Generalized tr

41、ansductionGeneralized transduction） 通過完全缺陷噬菌體對(duì)供體菌任何 DNA小片段的“誤包”，而實(shí)現(xiàn)其遺傳性 狀傳遞至受體菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，稱為普遍 轉(zhuǎn)導(dǎo)。 普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)又可分為兩種類型： 完全普 遍轉(zhuǎn)導(dǎo) 流產(chǎn)普 遍轉(zhuǎn)導(dǎo) 噬菌體將供體菌的染色體DNA片段誤 包形成缺陷噬菌體，這種噬菌體再將其 中的DNA導(dǎo)入受體菌，經(jīng)過與受體菌染色 體組上的同源區(qū)段配對(duì)、雙交換，而將 供體菌DNA整合到受體菌的染色體組上， 從而使后者成為一個(gè)遺傳性狀穩(wěn)定的轉(zhuǎn) 導(dǎo)子的現(xiàn)象，稱為完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或普遍轉(zhuǎn)導(dǎo) 。 完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo) 流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo) 經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)獲得供體菌DNA片段的受體菌

42、，如果外源DNA在其內(nèi)既不進(jìn)行交換、整 合和復(fù)制，也不迅速消失，而僅進(jìn)行轉(zhuǎn) 錄、轉(zhuǎn)譯和性狀表達(dá)，這種現(xiàn)象稱為流 產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)。 發(fā)生流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)的細(xì)胞在分裂后，只能 將外源DNA分配給一個(gè)子細(xì)胞，而另一子 細(xì)胞可獲得供體基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯形成 的少量產(chǎn)物酶，因此在表型上仍可 出現(xiàn)輕微的供體菌特征，每經(jīng)過一次分 裂，就受到一次“稀釋”。所以，能在 選擇性培養(yǎng)基平板上形成一個(gè)微小菌落 （即其中只有一個(gè)細(xì)胞是轉(zhuǎn)導(dǎo)子）就成 了流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)子的特點(diǎn)。 （2 2）局限）局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（轉(zhuǎn)導(dǎo)（Restricted transductionRestricted transduction） 1954年在E.coli K12菌株中發(fā)現(xiàn)

43、此 現(xiàn)象。 是指通過部分缺陷的溫和噬菌體把 供體菌的少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中 ，并獲得表達(dá)的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。 根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)子出現(xiàn)頻率的高低可將其 分成兩類：低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)和高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。 以低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)為例說明： 溫和噬菌體感染供體菌后，可使供 體細(xì)胞溶源化，當(dāng)該供體菌發(fā)生誘導(dǎo)裂 解時(shí)，由于極少數(shù)（10-5）的前噬菌體 發(fā)生不正常切離，其結(jié)果會(huì)將插入位點(diǎn) 兩側(cè)之一的少數(shù)宿主基因（如E.coli 前噬菌體的兩側(cè)分別為gal基因和bio基 因）連接到噬菌體DNA上，通過衣殼的“ 誤包”，就形成了缺陷噬菌體（ Defective phage）。當(dāng)這種缺陷噬菌體 再次感染宿主細(xì)胞時(shí)，可整合到宿主的 核基因組上，使宿主細(xì)胞成

44、為一個(gè)局限 轉(zhuǎn)導(dǎo)子（即獲得了供體菌的gal或bio基 因），而不是一個(gè)溶源菌，因而對(duì)噬 菌體不具有免疫性。 （3 3）溶源轉(zhuǎn)變（溶源轉(zhuǎn)變（Iysogenic conversionIysogenic conversion） 如白喉棒狀桿菌（Corynebacterium d i p h t h e r i a e） 和 肉 毒 梭 菌 （ Clostridium botulinum） 當(dāng)溫和噬菌體感染宿主而使其發(fā)生 溶源化時(shí)，因噬菌體的基因整合到宿主 的核基因組上，而使后者獲得了除免疫 性以外的新性狀的現(xiàn)象，稱為溶源轉(zhuǎn)變 。 溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)有著本質(zhì)的區(qū)別： 溫和噬菌體并不攜帶任何來自供體菌 的外

45、源基因，使宿主帶來新性狀的正是 噬菌體本身的基因； 溫和噬菌體是完整的，而不是缺陷的 ；獲得新性狀的是溶源化的宿主細(xì)胞， 而不是轉(zhuǎn)導(dǎo)子；獲得的性狀可隨噬菌體的消失而同時(shí) 消失。 在細(xì)菌和放線菌中普遍存在接合現(xiàn) 象，尤以生活于動(dòng)物腸道內(nèi)的一些G細(xì) 菌最為常見。在放線菌中，研究得最多 的是鏈霉菌屬（Streptomyces）和諾卡氏 菌屬（Nocardia）。此外，接合還可發(fā) 生在不同屬的一些種間，如E.coli和鼠傷 寒沙門氏菌間或鼠傷寒沙門氏菌與痢疾 志賀氏菌（Shigella dysenteriae）間。 3.3.接合接合（ConjugationConjugation） 供體菌通過其性菌毛與

46、受體菌相接 觸，把F質(zhì)?；蚱鋽y帶的不同長(zhǎng)度的核基 因組片段傳遞給后者，使后者獲得供體 菌的遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為接合。通過 接合而獲得新性狀的受體細(xì)胞，稱為接 合子（conjugant）。 在細(xì)菌中，接合現(xiàn)象研究得最清楚 的是E.coli。對(duì)接合行為的研究表明： E.coli是有性別分化的。決定其性別的 是F質(zhì)粒，凡有F因子的細(xì)胞，在其表面 就有相應(yīng)的性菌毛存在。 根據(jù)細(xì)胞中是否存在F因子及其存在 方式的不同，可把E.coli分成四種相互 聯(lián)系的接合型菌株： F+(雄性) 菌株 F - ( “ 雌 性 ” ) 菌 株 Hfr菌株 F菌株 （1 1）F F+ +（雄性）菌株雄性）菌株 細(xì)胞中存在游

47、離的F因子，細(xì)胞表面 還有與F因子數(shù)目相當(dāng)?shù)男跃?。?dāng)F+菌 株與F菌株接觸時(shí)，前者可通過性菌毛 將F因子轉(zhuǎn)移到后者的細(xì)胞內(nèi)，使F 菌 株也轉(zhuǎn)變成F+菌株。 （2）F-（“雌性”）菌 株 在F-菌株中不含F(xiàn)因子，細(xì)胞表面也 沒有性菌毛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從自然界分離到 的2000個(gè)E.coli菌株中，約有30的菌 株是F-。 但它可通過與F+菌株或F菌株的接 合而接受供體菌的F因子或F因子，從 而使自己轉(zhuǎn)變成“雄性”菌株。 （3 3）HfrHfr菌株菌株（高頻重組菌株，高頻重組菌株，high frequency recombinationhigh frequency recombination） 因Hf

48、r菌株與F-菌株接合后發(fā)生重組 的頻率要比F+與F-接合后的重組頻率高 出數(shù)百倍故名。 在Hfr細(xì)胞中，其F因子已從游離狀 態(tài)轉(zhuǎn)變成在核染色體組特定位點(diǎn)上的整 合狀態(tài)(頻率約10-5)。 在實(shí)際轉(zhuǎn)移過程中，由于線狀單鏈 DNA太長(zhǎng)常會(huì)發(fā)生斷裂。所以，越是處于 Hfr染色體前端的基因，進(jìn)入F-的幾率就 越高。由于F因子位于線狀DNA末端，進(jìn) 入F-細(xì)胞的機(jī)會(huì)最少，故引起F-變成F+( 性別轉(zhuǎn)變)的可能性也最小。因此，Hfr 與F-接合的結(jié)果其重組頻率雖最高，但 仍然為F-。 當(dāng)Hfr與F-菌株發(fā)生接合時(shí)，Hfr的 染色體雙鏈中的一條單鏈在F因子處發(fā)生 斷裂，由環(huán)狀變?yōu)榫€狀，F(xiàn)因子則位于線 狀單鏈

49、DNA的末端。 （4 4）FF菌株菌株 當(dāng)Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切離 而脫離核染色體組時(shí)，可重新形成游離 的但攜帶一小段染色體基因的特殊F因子 ，稱為F因子或F 質(zhì)粒。 4.4.原生質(zhì)體融合（原生質(zhì)體融合（Protoplast fusionProtoplast fusion） 通過人為方法，使遺傳性狀不同的 兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進(jìn)而 發(fā)生遺傳重組,以產(chǎn)生同時(shí)帶有雙親性狀 的、遺傳性穩(wěn)定的融合子（Fusant）的 過程，稱為原生質(zhì)體融合。 能進(jìn)行原生質(zhì)體融合的細(xì)胞是極其 廣泛的，不僅包括原核生物中的細(xì)菌和 放線菌，而且還包括各種真核生物的細(xì) 胞。原核生物的原生質(zhì)體融合研究是在 7

50、0年代后期才發(fā)展起來的一種育種新技 術(shù)，這是繼轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合之后一種 更有效的轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)的手段。 原生質(zhì)體融合的主要步驟：原生質(zhì)體融合的主要步驟： 選擇親本：先選擇兩個(gè)有特殊價(jià)值的 并帶有選擇性遺傳標(biāo)記的細(xì)胞作為親本 ； 脫壁：在高滲溶液中，用適當(dāng)?shù)拿摫?酶（細(xì)菌或放線菌可用溶菌酶或青霉素 處理，真菌可用蝸牛酶或其他相應(yīng)的脫 壁酶等）去除細(xì)胞壁； 融合：將形成的原生質(zhì)體進(jìn)行離心聚 集，加入促融合劑PEG(Polyethylene glycol,聚乙二醇)或通過電脈沖等促進(jìn) 融合; 細(xì)胞壁再生：在高滲溶液中稀釋，再 涂在能使其再生細(xì)胞壁和進(jìn)行分裂的培 養(yǎng)基上。 鑒定：當(dāng)形成菌落后，通過影印接種 法，將其接種到各種選擇性培養(yǎng)基上， 鑒定它們是否為融合子，最后再測(cè)定其 他生物學(xué)性狀或生產(chǎn)性能。 第四節(jié)第四節(jié) 菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退、復(fù)壯和保藏 一.菌種的衰退與復(fù)壯 二.菌種的保藏 一一.菌種的衰退與復(fù)壯菌種的衰退與復(fù)壯 在生物進(jìn)化過程中，變異是絕對(duì)的 ，穩(wěn)定性是相對(duì)的；退化性變異是大量 的，而進(jìn)化性變異卻是個(gè)別的。 具體表現(xiàn)為： 原有形態(tài)性狀變得不典型：蘇云金