微生物的遺傳變異與育種(I)

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1、第八章微生物的遺傳變異與育種第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)第三節(jié)質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子第四節(jié)基因突變及修復(fù)第五節(jié)基因重組第六節(jié)微生物育種第七節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯與保藏遺傳與變異的概念遺傳和變異是生物體的最本質(zhì)的屬性之一。遺傳：親代將自身一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為和功能，變異：生物體的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)和數(shù)量的改變，在群體中以極低的幾率（10-5~10-6）出現(xiàn)，性狀變化幅度大；新性狀穩(wěn)定、可遺傳。遺傳型（genotype）：一個(gè)生物體所含有的基因的總和。表型（phenotype）：一個(gè)生物體所具有的一切外表特

2、征和內(nèi)在特性的總和。飾變（modification）：指生物體由于非遺傳因素引起的表型改變，變化發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平，特點(diǎn)是幾乎整個(gè)群體中的每一個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的變化，性狀變化的幅度小，不遺傳，引起飾變的因素消失后，表型即可恢復(fù)。舉例：Serratiamarcescens的紅色素在25℃和37℃的變化。研究微生物遺傳的意義微生物的獨(dú)特生物學(xué)特性：（1）個(gè)體的體制極其簡(jiǎn)單；（2）營(yíng)養(yǎng)體一般都是單倍體；（3）易于在成分簡(jiǎn)單的組合培養(yǎng)基上大量生長(zhǎng)繁殖；（4）繁殖速度快；（5）易于積累不同的中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物；（6）菌落形

3、態(tài)特征的可見性和多樣性；（7）環(huán)境條件對(duì)微生物群體中各個(gè)個(gè)體作用的直接性和均一性；（8）易于形成營(yíng)養(yǎng)缺陷型；（9）各種微生物一般都有相應(yīng)的病毒；（10）存在多種處于進(jìn)化過程中的原始有性生殖方式；微生物是研究現(xiàn)代遺傳學(xué)和其它許多主要的生物學(xué)基本理論問題中最熱衷的研究對(duì)象。對(duì)微生物遺傳規(guī)律的深入研究，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，而且為育種工作提供了豐富的理論基礎(chǔ)，促使育種工作從不自覺到自覺、從低效到高效、從隨機(jī)到定向、從近緣雜交到遠(yuǎn)緣雜交的方向發(fā)展。研究微生物遺傳學(xué)的意義第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)種質(zhì)連續(xù)理

4、論：1883~1889年間Weissmann提出。認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的化合物?；?qū)W說：二十世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)了染色體并提出基因?qū)W說，使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的范圍縮小到染色體上。染色體由核酸和蛋白質(zhì)兩種長(zhǎng)鏈高分子組成。20多種氨基酸經(jīng)過不同排列組合，可以演變出的蛋白質(zhì)數(shù)目幾乎可以達(dá)到一個(gè)天文數(shù)字，而核酸的組成卻簡(jiǎn)單得多，一般僅由4種不同的核苷酸組成，它們通過排列組合只能產(chǎn)生較少種類的核酸，因此當(dāng)時(shí)認(rèn)為決定生物遺傳型的染色體和基因，起活性成分是蛋白質(zhì)。DNA是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)的證明：1944年以后，利用微生物為實(shí)驗(yàn)

5、對(duì)象進(jìn)行的三個(gè)著名實(shí)驗(yàn)（肺炎球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、噬菌體感染試驗(yàn)、病毒的拆開與重建試驗(yàn)）1928年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)小鼠注射活R菌或死S菌————小鼠存活對(duì)小鼠注射活S菌————————小鼠死亡對(duì)小鼠注射活R菌和熱死S菌———小鼠死亡抽取心血分離活的S菌一、三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）：F.Griffith，研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）S型菌株：有致病性，菌落表面光滑，有莢膜R型菌株：無致病性，菌落表面粗糙，

6、無莢膜（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)熱死S菌—————不生長(zhǎng)活R菌—————長(zhǎng)出R菌熱死S菌+活R菌—————長(zhǎng)出大量R菌和10-6S菌（3）S型菌的無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)活R菌+S菌無細(xì)胞抽提液————長(zhǎng)出大量R菌和少量S菌以上實(shí)驗(yàn)說明：加熱殺死的S型細(xì)菌細(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型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長(zhǎng)出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacL

7、eod和M。McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：只有S型細(xì)菌的DNA才能將S.Pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)A.D.Hershey和M.Chase，1952年（1）含32P-DNA的一組：放射性85%在沉淀中（2）含35S-蛋白質(zhì)的一組：放射性75%在上清液中所以，進(jìn)入細(xì)胞的是噬菌體的核酸而不是蛋白質(zhì)。（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)為了證明核酸是

8、遺傳物質(zhì)，H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的煙草花葉病毒（TMV）進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。將TMV在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能將其蛋白質(zhì)外殼與RNA核心相分離。分離后的RNA在沒有蛋白質(zhì)包裹的情況下，也能感染煙草并使其患典型癥狀，而且在病斑中還能分離出正常病毒粒子。選用TMV和霍氏車前花葉病毒（HRV），分別拆