微生物学-专业知识讲解培训课件

微生物学 专业知识讲解 遗传和变异是生命的最本质特性之一。遗传和变异是生命的最本质特性之一。所谓所谓遗传（遗传（heredity），就是发生在亲子之就是发生在亲子之间即上下代间的关系，指上代生物如何将自间即上下代间的关系，指上代生物如何将自身的一整套遗传物质稳定地传递给下一代的身的一整套遗传物质稳定地传递给下一代的行为或功能，具有及其稳定的特性。行为或功能，具有及其稳定的特性。2微生物学 专业知识讲解遗传型（遗传型（genotype）：）：又称基因型，指某一又称基因型，指某一生物个体所含的全部遗传因子即基因组所携生物个体所含的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。带的遗传信息。表型（表型（phenotype）：）：指某一生物体所具有指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特征的总和，是遗传的一切外表特征和内在特征的总和，是遗传型在特定环境条件下通过代谢和发育所表现型在特定环境条件下通过代谢和发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。出来的形态等生物学特征的总和。3微生物学 专业知识讲解变异（变异（variation）：）：指生物体在某种外因或内指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变。特点是在群体中以极低的几率出现，性状变。特点是在群体中以极低的几率出现，性状变化幅度大，新性状稳定、可遗传。变化幅度大，新性状稳定、可遗传。饰变（饰变（modification）：）：是指外表的修饰性改是指外表的修饰性改变，是一种不涉及遗传物质的结构而只发生变，是一种不涉及遗传物质的结构而只发生在转录、翻译水平的表型变化。特点是群体在转录、翻译水平的表型变化。特点是群体中几乎每个个体都发生同样变化，性状变化中几乎每个个体都发生同样变化，性状变化幅度小，新性状不可遗传。幅度小，新性状不可遗传。4微生物学 专业知识讲解Chapter8-1-遗传的物质基础遗传的物质基础 生物的遗传变异的物质基础是什么？生物的遗传变异的物质基础是什么？这是生命科学中的一个重大的基础理论问这是生命科学中的一个重大的基础理论问题，在研究这个问题的过程中有一系列的题，在研究这个问题的过程中有一系列的实验和假说，最后，利用微生物所做的实验和假说，最后，利用微生物所做的3个著名实验真正证明核酸是遗传物质。个著名实验真正证明核酸是遗传物质。5微生物学 专业知识讲解一、一、3个经典实验个经典实验 （Three traditional tests）人物：人物：F.Griffith，O.T.Avery；时间：时间：1928，1944；材料：肺炎链球菌（材料：肺炎链球菌（S型菌株、型菌株、R型菌株）；型菌株）；1、转化（、转化（transformation）6微生物学 专业知识讲解2、噬菌体感染实验噬菌体感染实验人物：人物：A.D.Hershey、M.Chase；时间：时间：1952；材料：材料：大肠杆菌，大肠杆菌噬菌体大肠杆菌，大肠杆菌噬菌体；7微生物学 专业知识讲解3、植物病毒的重建实验、植物病毒的重建实验人物：人物：H.Fraenkel-Conrat；时间：时间：1956；材料：材料：烟草花叶病毒，霍氏车前花叶病毒烟草花叶病毒，霍氏车前花叶病毒；8微生物学 专业知识讲解二、遗传物质的存在方式二、遗传物质的存在方式 大部分遗传物质集中在大部分遗传物质集中在细胞核细胞核或核区中，或核区中，还可能具有在细胞器、共生生物和质粒上的遗还可能具有在细胞器、共生生物和质粒上的遗传物质。传物质。核核DNA往往和一定的蛋白质结合形成一定往往和一定的蛋白质结合形成一定形态，形成形态，形成染色体染色体。不同生物染色体的数目不。不同生物染色体的数目不同，营养体染色体的套数也有不同。同，营养体染色体的套数也有不同。9微生物学 专业知识讲解 核酸核酸（DNA或或RNA）存在的形式有单链、双链、）存在的形式有单链、双链、环状、线状等；不同生物的基因组的大小差别很大。环状、线状等；不同生物的基因组的大小差别很大。基因基因是有遗传功能的核酸片断，大约是有遗传功能的核酸片断，大约11.5kb。密码子密码子是一个信息单位，由是一个信息单位，由3个核苷酸组成，表个核苷酸组成，表示一个氨基酸或其他翻译信息。示一个氨基酸或其他翻译信息。核苷酸核苷酸是组成核酸的基础单元，是最小的突变是组成核酸的基础单元，是最小的突变单位。单位。10微生物学 专业知识讲解质粒质粒：一种独立于染色体外，能进行自主一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。微生物细胞中。三、质粒（三、质粒（plasmid）质粒通常以共价闭合环状（质粒通常以共价闭合环状（covalently closed circle，简称简称CCC）的超螺旋双链的超螺旋双链DNA分子存在于分子存在于细胞中；也发现有线型双链细胞中；也发现有线型双链DNA质粒和质粒和RNA质粒；质粒；质粒分子的大小范围从质粒分子的大小范围从1kb左右到左右到1000kb；（细菌（细菌质粒多在质粒多在10kb以内）。以内）。11微生物学 专业知识讲解 又称又称F质粒、性因子，大小约质粒、性因子，大小约100kb，为为cccDNA，含有与质粒复制和转移有关的许多基含有与质粒复制和转移有关的许多基因，与大肠杆菌的接合作用有关。能以游离状态因，与大肠杆菌的接合作用有关。能以游离状态和以与染色体相结合的状态存在于细胞中。和以与染色体相结合的状态存在于细胞中。A、致育因子（致育因子（fertility factor，F因子）因子）12微生物学 专业知识讲解B、抗性因子（抗性因子（resistance factor，R因子）因子）也称也称R质粒，包括抗药性和抗重金属质粒，包括抗药性和抗重金属两大类。两大类。抗性质粒可以用做遗传标记，但其在抗性质粒可以用做遗传标记，但其在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。因之一。R100质粒（质粒（89kb）可使可使宿主具有的抗性：宿主具有的抗性：汞（汞（mercuric ion，mer）四环素（四环素（tetracycline，tet）链霉素链霉素(Streptomycin,Str)、磺胺磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（夫西地酸（fusidic acid，fus）13微生物学 专业知识讲解 许多细菌能产生抑制或杀死其他近缘细菌许多细菌能产生抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的代谢物，称为细菌素。或同种不同菌株的代谢物，称为细菌素。细菌素一般根据产生菌的种类进行命名，细菌素一般根据产生菌的种类进行命名，如大肠杆菌（如大肠杆菌（E.coli）产生的细菌素为大肠杆产生的细菌素为大肠杆菌素菌素（colicins），而质粒被称为），而质粒被称为Col质粒。质粒。C、产细菌素的质粒产细菌素的质粒 （bacteriocin production plasmid）14微生物学 专业知识讲解D、毒性质粒（毒性质粒（virulence plasmid）许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。物对宿主（动物、植物）造成伤害。含编码肠毒素质粒的产毒素大肠杆菌引起人类和动物腹泻；含编码肠毒素质粒的产毒素大肠杆菌引起人类和动物腹泻；苏云金杆菌含有编码苏云金杆菌含有编码内毒素的质粒，能杀死昆虫；内毒素的质粒，能杀死昆虫；根癌土壤杆菌所含根癌土壤杆菌所含Ti质粒引起双子叶植物冠瘿瘤。质粒引起双子叶植物冠瘿瘤。15微生物学 专业知识讲解E、代谢质粒（代谢质粒（metabolic plasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。生抗生素（某些放线菌）等。降解质粒能将复杂的有机化合物降解成能被其降解质粒能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，在环境保护方面作为碳源和能源利用的简单形式，在环境保护方面具有重要的意义。具有重要的意义。比如假单胞菌具有降解一些有毒化合物，如芳比如假单胞菌具有降解一些有毒化合物，如芳香族化合物、辛烷和樟脑等的能力。香族化合物、辛烷和樟脑等的能力。16微生物学 专业知识讲解F、隐秘质粒（隐秘质粒（cryptic plasmid）隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现，它们存在的生物细胞抽提液等方法才能发现，它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。学意义，目前几乎不了解。在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体17微生物学 专业知识讲解Chapter8-2-基因突变（基因突变（Gene Mutation）基因突变是变异的一种，泛指细胞内部基因突变是变异的一种，泛指细胞内部遗传物质的分子结构或数量发生的的任何可遗传物质的分子结构或数量发生的的任何可遗传性的改变。遗传性的改变。自发突变的几率很低，可以通过诱变提自发突变的几率很低，可以通过诱变提高突变率，并采用一定的筛选方法，挑出符高突变率，并采用一定的筛选方法，挑出符合目的的突变株用于研究和生产。合目的的突变株用于研究和生产。18微生物学 专业知识讲解自发突变（自发突变（spontaneous mutation）：）：生物体在无人工干预的条件下，由于环境因生物体在无人工干预的条件下，由于环境因素或自身代谢物的影响、素或自身代谢物的影响、DNA复制过程的偶然错复制过程的偶然错误等而导致低频率突变。误等而导致低频率突变。诱发突变（诱发突变（induced mutation）：）：通过人为的方法，利用某些物理、化学或生通过人为的方法，利用某些物理、化学或生物因素处理均匀而分散的微生物群体，突变以较物因素处理均匀而分散的微生物群体，突变以较高的频率产生。高的频率产生。一、突变类型一、突变类型（Types of mutation）1、按突变发生的原因（、按突变发生的原因（based on reason）19微生物学 专业知识讲解2、按碱基成分改变的情况、按碱基成分改变的情况（based on bases changing）point mutationaberrationsubstitutiontransitiontransversionframe-shift mutationduplicationdeletioninversiontranslocationinsertion20微生物学 专业知识讲解（1）营养缺陷型（）营养缺陷型（auxotroph）某一野生型菌株因发生基因突变而丧失合成某一野生型菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子的的能力，无法在基本培养一种或几种生长因子的的能力，无法在基本培养基上正常生长繁殖的突变型。它们可在加有相应基上正常生长繁殖的突变型。它们可在加有相应营养物的基本培养基上选出。营养物的基本培养基上选出。3、按突变体表型特征的不同按突变体表型特征的不同 （based on characteristic of phenotype）营养缺陷型基因的表示方法：用所需营养物的前营养缺陷型基因的表示方法：用所需营养物的前3个个英文小写斜体字母表示；如：英文小写斜体字母表示；如：his-表示组氨酸缺陷型；表示组氨酸缺陷型；21微生物学 专业知识讲解（2）抗药性突变型（）抗药性突变型（resistant mutant）指野生型菌株因发生基因突变而产生对某指野生型菌株因发生基因突变而产生对某种或某几种药物或致死物理因子的抗性的突变种或某几种药物或致死物理因子的抗性的突变类型。它们可在加有相应药物或用相应物理因类型。它们可在加有相应药物或用相应物理因子处理的培养基上选出。子处理的培养基上选出。抗性突变基因型的表示方法：用所抗药的前抗性突变基因型的表示方法：用所抗药的前3个英文小个英文小写斜体字母加上写斜体字母加上“R”表示；表示；如：如：str R 表示对链霉素的抗性；表示对链霉素的抗性；str S 表示对链霉素的敏感性。表示对链霉素的敏感性。22微生物学 专业知识讲解（3）条件致死突变型（）条件致死突变型（conditional lethal mutant）某菌株经基因突变后，某菌株经基因突变后，在某条件下可正常在某条件下可正常生长繁殖并呈现固有的表型，在另一种条件下却生长繁殖并呈现固有的表型，在另一种条件下却无法生长繁殖的突变类型。如温度敏感突变株。无法生长繁殖的突变类型。如温度敏感突变株。（4）形态突变型（）形态突变型（morphological mutant）指突变引起个体或菌落的变异的类型，指突变引起个体或菌落的变异的类型，如细如细胞鞭毛的有无；菌落颜色变化、表面形态变化等。胞鞭毛的有无；菌落颜色变化、表面形态变化等。23微生物学 专业知识讲解 自发性：自发性：突变可自发产生；突变可自发产生；非对应性：非对应性：突变性状与引起突变的原因无直接突变性状与引起突变的原因无直接 对应关系；对应关系；稀有性：稀有性：自发突变的几率在自发突变的几率在10-610-9；独立性：独立性：某基因的突变率不受它种基因突变率某基因的突变率不受它种基因突变率 的影响；的影响；可诱变性：可诱变性：可用诱变剂提高突变率（可用诱变剂提高突变率（104105）；稳定性：稳定性：基因突变后的遗传性状稳定；基因突变后的遗传性状稳定；可逆性：可逆性：某性状可发生回复突变。某性状可发生回复突变。二、基因突变的特点二、基因突变的特点24微生物学 专业知识讲解证明基因突变的自发性和非对应性的实验举例证明基因突变的自发性和非对应性的实验举例 变量实验（变量实验（fluctuation test）（1943）25微生物学 专业知识讲解 即碱基能以互变异构体的不同形式存在，即碱基能以互变异构体的不同形式存在，形成不同的碱基配对。形成不同的碱基配对。A TA CA TA TG CGCA T三、突变的机制三、突变的机制 （Mechanism of gene mutation）1、互变异构效应、互变异构效应26微生物学 专业知识讲解 自发突变的频率很低，一般为自发突变的频率很低，一般为10-610-9，许多化学、物理和生物因子能够显著提高突变许多化学、物理和生物因子能够显著提高突变频率，称为频率，称为诱变剂诱变剂。根据引起的不同突变结果，分为：碱基类根据引起的不同突变结果，分为：碱基类似物、插入染料、直接与碱基起反应的化学物似物、插入染料、直接与碱基起反应的化学物质和辐射与热质和辐射与热4种类型。种类型。2、诱变剂（、诱变剂（mutagen）的影响的影响27微生物学 专业知识讲解（1）碱基类似物（）碱基类似物（base analog）T的类似物的类似物5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）5-BU有两种形式：有两种形式：酮式，和酮式，和A配对配对 烯醇式，和烯醇式，和G配对配对A TA 5-BUA TA TG 5-BUG C 通过细胞的代谢活动渗入通过细胞的代谢活动渗入DNA分子中，引起间接分子中，引起间接的碱基置换。的碱基置换。如如5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）、）、5-氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（5-AU）、）、8-氮鸟嘌呤（氮鸟嘌呤（8-NG）、）、2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（2-AP）和和6-氯嘌氯嘌呤（呤（6-CP）。）。28微生物学 专业知识讲解（2）直接与碱基起反应的化学物质）直接与碱基起反应的化学物质亚硝酸使碱基发生氧化脱氨作用，把亚硝酸使碱基发生氧化脱氨作用，把A变成变成HA THe THk TA THk CHk CG CH有两种形式：有两种形式：烯醇式烯醇式He和酮式和酮式Hk，可与可与C配对。配对。直接与一个或多个碱基发生化学反应，引起碱直接与一个或多个碱基发生化学反应，引起碱基的直接置换。基的直接置换。如亚硝酸、羟胺、烷化剂等。如亚硝酸、羟胺、烷化剂等。29微生物学 专业知识讲解（3）插入染料（）插入染料（intercalating dye）结构和一个碱基对相似，能插入两个碱基对结构和一个碱基对相似，能插入两个碱基对之间在之间在DNA复制时导致碱基对的缺失或增添。如复制时导致碱基对的缺失或增添。如溴化乙锭和吖啶橙。溴化乙锭和吖啶橙。（4）辐射和热（）辐射和热（radiation and heat）如紫外线形成胸腺嘧啶二聚体，在如紫外线形成胸腺嘧啶二聚体，在DNA修修复中导致突变；复中导致突变；热引起碱基的化学反应导致错配；热引起碱基的化学反应导致错配；此外，强烈的理化因子、转座因子还会导致染色此外，强烈的理化因子、转座因子还会导致染色体大段损伤，如倒位、重复、插入等。体大段损伤，如倒位、重复、插入等。30微生物学 专业知识讲解 很多种化学物质，能以各种机制导致很多种化学物质，能以各种机制导致DNA的突变，因此可以被利用来获得各的突变，因此可以被利用来获得各类遗传突变，进行诱变育种，还能对有害类遗传突变，进行诱变育种，还能对有害微生物进行控制，但同时，这些物质也危微生物进行控制，但同时，这些物质也危害人类自身的健康。害人类自身的健康。3、诱变剂与致癌物质、诱变剂与致癌物质 Ames试验试验31微生物学 专业知识讲解人物：美国加利福尼亚大学，人物：美国加利福尼亚大学，Bruce Ames材料：鼠伤寒沙门氏菌（材料：鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhmurium）组氨酸营养缺陷型菌株（组氨酸营养缺陷型菌株（his-）艾姆氏试验（艾姆氏试验（Ames test）：）：是一种利用细菌是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的简便有效的方法。否存在化学致癌剂的简便有效的方法。32微生物学 专业知识讲解艾姆氏试验艾姆氏试验33微生物学 专业知识讲解四、四、DNA损伤的修复损伤的修复 （Reparation of DNA）DNA损伤的类型很多，机体对其修复损伤的类型很多，机体对其修复的方法也各异，比如有些的方法也各异，比如有些DNA聚合酶本身聚合酶本身就有就有35的外切酶活性。机体主要的修复的外切酶活性。机体主要的修复方式有：光复活作用、暗修复作用、重组方式有：光复活作用、暗修复作用、重组修复和修复和SOS修复。修复。34微生物学 专业知识讲解光复活作用光复活作用：把经过紫外线照射后的微生物暴露在把经过紫外线照射后的微生物暴露在可见光下时，就可出现明显降低其死亡率的现象。可见光下时，就可出现明显降低其死亡率的现象。可见光可见光紫外光紫外光T T光解酶光解酶1、光复活作用（、光复活作用（photoreactivation）条件：可见光，光解酶条件：可见光，光解酶35微生物学 专业知识讲解切除修复：切除修复：又称暗修复（又称暗修复（dark repair），），是一种是一种不依赖可见光，只通过酶切作用除去损伤部位，不依赖可见光，只通过酶切作用除去损伤部位，随后又重新合成一段正常随后又重新合成一段正常DNA链的修复方式。链的修复方式。2、切除修复（、切除修复（excision repair）条件：内切核酸酶、外切核酸酶、条件：内切核酸酶、外切核酸酶、DNA聚合酶、连接酶聚合酶、连接酶36微生物学 专业知识讲解自发突变自发突变生产中选择生产中选择定向培育定向培育诱发突变诱发突变出发菌出发菌诱变条件诱变条件筛选方案筛选方案诱变剂种类诱变剂种类诱变剂量诱变剂量样品处理：表型延迟样品处理：表型延迟琼脂块培养法琼脂块培养法梯度平板法梯度平板法夹层平板法、影印平板法夹层平板法、影印平板法限量补充培养法限量补充培养法五、突变与育种五、突变与育种 （Mutation and Breeding）37微生物学 专业知识讲解春日霉素产生春日霉素产生菌的孢子悬液菌的孢子悬液诱变诱变含供试菌种含供试菌种（拮抗对象）（拮抗对象）的琼脂平板的琼脂平板 琼脂块培养法琼脂块培养法抑菌圈抑菌圈检查检查38微生物学 专业知识讲解Chapter8-3-基因重组基因重组（Gene Recombination）两个独立基因组内的遗传基因，通两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳过一定的途径转移到一起，形成新的稳定的基因组的过程，称为基因重组定的基因组的过程，称为基因重组，是是遗传物质在分子水平的杂交。遗传物质在分子水平的杂交。39微生物学 专业知识讲解n 接合：细胞与细胞的直接接触（接合：细胞与细胞的直接接触（F因子介导）因子介导）n 转导：由缺陷噬菌体介导转导：由缺陷噬菌体介导n 转化：游离转化：游离DNA分子分子+感受态细胞感受态细胞n 原生质体融合：双亲细胞原生质体融合：双亲细胞n 准性生殖准性生殖n 有性生殖有性生殖基因重组的方式基因重组的方式40微生物学 专业知识讲解1、转化（、转化（transformation）转化（转化（transformation）：受体菌（受体菌（receptor）直直接吸收供体菌（接吸收供体菌（donor cell）的的DNA片段而获得后片段而获得后者部分遗传性状的现象。通过转化方式形成的杂者部分遗传性状的现象。通过转化方式形成的杂种后代称为种后代称为转化子（转化子（transformant）。感受态（感受态（competent）：是指受体细胞最易接受是指受体细胞最易接受外源外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态。片段并能实现转化的一种生理状态。感感受态细胞（受态细胞（competent cell）就是就是 处于感受态的处于感受态的微生物细胞。微生物细胞。41微生物学 专业知识讲解接合（接合（conjugation）：）：供体菌通过性菌毛与受供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触，把体菌直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象。通过接合而获得新遗传性状遗传性状的现象。通过接合而获得新遗传性状的受体细胞称为的受体细胞称为接合子（接合子（conjugant）。2、接合（、接合（conjugation）42微生物学 专业知识讲解A、F+F-杂交结果：供体细胞和受体细胞均成为杂交结果：供体细胞和受体细胞均成为F+细胞细胞 接合过程中，接合过程中，F质粒的一条单链在特定质粒的一条单链在特定位点上断裂，以滚环方式位点上断裂，以滚环方式F质粒复制，以线质粒复制，以线性方式转移到性方式转移到F 中。中。44微生物学 专业知识讲解B、Hfr F-Hfr菌株菌株高频重组菌株：高频重组菌株：F因子整合在染色体因子整合在染色体DNA上，在发生接合转移过程，可以把部分甚至上，在发生接合转移过程，可以把部分甚至全部细菌染色体传递给全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组细胞并发生重组。在在Hfr 和和F 接合时，接合时，Hfr的染色体双链中的的染色体双链中的一条单链在一条单链在F质粒处断裂，由线状变成环状，质质粒处断裂，由线状变成环状，质粒中与性别有关的基因位于染色体末端，供体细粒中与性别有关的基因位于染色体末端，供体细胞的染色体胞的染色体DNA以线性方式向受体细胞转移。以线性方式向受体细胞转移。杂交结果：受体细胞大多数仍然是杂交结果：受体细胞大多数仍然是F-45微生物学 专业知识讲解C、FF-这种基因转移过程又称为这种基因转移过程又称为性导性导（sexduction）、F因子转导（因子转导（F-duction），），或或F因子媒介的转导（因子媒介的转导（F-mediated transduction）。）。携带携带F质粒的菌株称为质粒的菌株称为初生初生F菌株（菌株（primary F-strain），通过通过F菌株与菌株与F-菌株接合，后者也可成为菌株接合，后者也可成为F菌株，是菌株，是次生次生F菌株（菌株（secondary F-strain），是是一个部分双倍体。一个部分双倍体。杂交结果：受体细胞是杂交结果：受体细胞是F46微生物学 专业知识讲解3、转导（转导（transduction）转导（转导（transduction）：）：通过缺陷噬菌体（通过缺陷噬菌体（defective phage）的媒介，把供体细胞的小片段的媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。由转导作用而获得部分新性状的重组传性状的现象。由转导作用而获得部分新性状的重组细胞称为细胞称为转导子（转导子（transductant）。）。47微生物学 专业知识讲解 将遗传性状不同的两种菌（种间、种将遗传性状不同的两种菌（种间、种内、属间）融合为一个新细胞的技术。内、属间）融合为一个新细胞的技术。n 原生质体的制备：去壁（溶菌酶，蜗牛酶）原生质体的制备：去壁（溶菌酶，蜗牛酶）n 原生质体融合和再生：诱导融合（原生质体融合和再生：诱导融合（PEG，电电击），再生培养基击），再生培养基n 融合子的选择：选择标记（营养缺陷型、荧融合子的选择：选择标记（营养缺陷型、荧光染色）光染色）4、原生质体融合、原生质体融合48微生物学 专业知识讲解Chapter8-4-基因工程基因工程（Genetic Engineering）也称重组也称重组DNA技术技术(recombinant DNA technology)，是指对遗传信息的分子操作和是指对遗传信息的分子操作和施工，即把分离到的或合成的基因经过改造，施工，即把分离到的或合成的基因经过改造，插入载体中，导入宿主细胞内，使其扩增和插入载体中，导入宿主细胞内，使其扩增和表达，从而获得大量基因产物，或者令生物表达，从而获得大量基因产物，或者令生物表现出新的性状。表现出新的性状。49微生物学 专业知识讲解基因工程操作的基本过程：基因工程操作的基本过程：n 基因分离基因分离n 体外重组体外重组n 重组载体的传递与筛选重组载体的传递与筛选n 在特定的宿主中表达，得到基因工程产品在特定的宿主中表达，得到基因工程产品50微生物学 专业知识讲解Chapter8-5-菌种保藏菌种保藏（Culture Preservation）由于微生物的变异，某些特征会在由于微生物的变异，某些特征会在生长繁殖中衰退或消失，这与在科学研生长繁殖中衰退或消失，这与在科学研究和生产实践中希望保持微生物的一些究和生产实践中希望保持微生物的一些有利特征是矛盾的，因此，需要一定的有利特征是矛盾的，因此，需要一定的方法来控制不利变异，这就涉及到菌种方法来控制不利变异，这就涉及到菌种保藏和复壮。保藏和复壮。51微生物学 专业知识讲解一、菌种的衰退和复壮一、菌种的衰退和复壮衰退：衰退：是指由于自发突变而使某物种原有的一是指由于自发突变而使某物种原有的一系列生物学特征发生量变或质变的现象。系列生物学特征发生量变或质变的现象。复壮：复壮：是指在菌种已经发生衰退的情况下，通过是指在菌种已经发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标，从纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标，从群体中筛选出未退化的个体，以达到恢复原菌株群体中筛选出未退化的个体，以达到恢复原菌株固有性状的措施。固有性状的措施。52微生物学 专业知识讲解防止衰退的方法：控制传代次数；防止衰退的方法：控制传代次数；使用良好的培养条件；使用良好的培养条件；利用不易衰退的细胞传代；利用不易衰退的细胞传代；采用有效的菌种保藏法。采用有效的菌种保藏法。菌种复壮的方法：纯种分离；菌种复壮的方法：纯种分离；通过宿主体复壮；通过宿主体复壮；淘汰已衰退的个体；淘汰已衰退的个体；53微生物学 专业知识讲解二、菌种保藏二、菌种保藏 菌种保藏的目的是保持原始菌种的典型生菌种保藏的目的是保持原始菌种的典型生物学特征，具体方法很多，但原理相似：首先物学特征，具体方法很多，但原理相似：首先选取典型菌种的优良纯种，最好是保藏其休眠选取典型菌种的优良纯种，最好是保藏其休眠体；其次是创造一个有利长期休眠的环境。体；其次是创造一个有利长期休眠的环境。干燥，低温，缺氧，避光，营养缺乏干燥，低温，缺氧，避光，营养缺乏54微生物学 专业知识讲解常用菌种保藏的方法：常用菌种保藏的方法：n 斜面保藏：低温（斜面保藏：低温（4），），1-6个月个月n 半固体保藏：低温（半固体保藏：低温（4）、避氧，）、避氧，6-12个月个月n 石蜡油封藏：低温（石蜡油封藏：低温（4）、阻氧，）、阻氧，1-2年；年；n 甘油悬液保藏：低温（甘油悬液保藏：低温（-70）、保护剂，）、保护剂，10年；年；n 砂土保藏：干燥、无营养，砂土保藏：干燥、无营养，1-10年；年；n 冷冻干燥保藏：干燥、低温、无氧、保护剂，冷冻干燥保藏：干燥、低温、无氧、保护剂，5-15年；年；n 液氮保藏：超低温（液氮保藏：超低温（-196）、保护剂，）、保护剂，15年；年；55微生物学 专业知识讲解本章小结本章小结 肺炎链球菌的转化、噬菌体感染、病毒重建实验证实了肺炎链球菌的转化、噬菌体感染、病毒重建实验证实了遗传物质是核酸。遗传物质是核酸。遗传物质在生物体内以染色体、质粒、转座因子等多种遗传物质在生物体内以染色体、质粒、转座因子等多种形式存在；质粒是原核生物重要的核外遗传物质，往往赋形式存在；质粒是原核生物重要的核外遗传物质，往往赋予宿主特殊遗传特性。予宿主特殊遗传特性。多种因素可引起基因突变，变量实验、涂布实验和影印多种因素可引起基因突变，变量实验、涂布实验和影印平板实验证明了基因突变是自发的、不对应的；自发突变平板实验证明了基因突变是自发的、不对应的；自发突变的几率很小，可以通过诱变提高突变率，用于育种；营养的几率很小，可以通过诱变提高突变率，用于育种；营养缺陷型和抗性突变型是重要的遗传标记。体内有多种方式缺陷型和抗性突变型是重要的遗传标记。体内有多种方式修复损伤的修复损伤的DNA，如光复活和切除修复作用。如光复活和切除修复作用。56微生物学 专业知识讲解 原核生物基因重组的方式有转化、转导、接合和原生质原核生物基因重组的方式有转化、转导、接合和原生质体融合；真核生物有有性杂交、准性杂交、原生质体融合体融合；真核生物有有性杂交、准性杂交、原生质体融合和转化等。和转化等。基因工程是人工操作基因工程是人工操作DNA而实现的定向育种的手段，主而实现的定向育种的手段，主要包括基因分离、体外重组、重组子筛选和表达要包括基因分离、体外重组、重组子筛选和表达4步。步。在微生物学工作中，要通过菌种保藏和复壮保证菌种优在微生物学工作中，要通过菌种保藏和复壮保证菌种优良性状，方式有斜面保藏、砂土保藏、冷冻干燥保藏和液良性状，方式有斜面保藏、砂土保藏、冷冻干燥保藏和液氮保藏等，共同原理是通过降低代谢水平减少传代次数，氮保藏等，共同原理是通过降低代谢水平减少传代次数，从而降低变异的可能。从而降低变异的可能。57微生物学 专业知识讲解