复旦普通微生物学课件39

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 微生物的遗传变异与育种,1,理想的工业发酵菌种应符合以下要求：,遗传性状稳定；,生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；,目标产物的产量尽可能接近理论转化率；,目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利于分离；,尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并利于分离；,培养基成分简单、来源广、价格低廉；,对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感；,对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。,2,微生物的独特生物学特性：,（1）个体的体制极其简单；,（2）营养体一般都是单倍体；,（3）易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；,（4）繁殖速度快；,（5）易于积累不同的中间代谢产物或终产物；,（6）菌落形态特征的可见性和多样性；,（7）环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性；,（8）易于形成营养缺陷型；,（9）各种微生物一般都有相应的病毒；,（10）存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；,3,微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的,研究对象,。,对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了,现代分子生物学,和,生物工程学,的发展，而且为,育种工作,提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。,研究微生物遗传学的意义,4,遗传与变异的概念,遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。,遗传(heredity)：,亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。,遗传型（genotype,）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；-是一种内在可能性或潜力。,遗传型 + 环境条件 表型,表型（phenotype）：,指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和;-,是一种现实存在，是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。,代谢,发育,5,变异(variation):,生物体在外因,或内因的作用下，,遗传物质的结构或数量发生改变。,变异的特点：a.在群体中以极低的几率出现，（一般为10,-6,10,-10,）；b.形状变化的幅度大； c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。,饰变（modification）,：,指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。特点是：a.几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化；b.性状变化的幅度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。,例如：粘质沙雷氏菌：在25下培养，产生深红色的灵杆菌素；在37下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25，又恢复产色素的能力。,遗传与变异的概念,6,第一节 遗传变异的物质基础,种质连续理论,：,18831889年间Weissmann提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。,基因学说,：,1933年摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。,但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由4种不同的核苷酸组成，它们通过排列核组合只能产生较少种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基因，起活性成分是蛋白质。,DNA是遗传变异的物质基础的证明,：,1944年以后，先后有利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。,7,1928年，Griffith进行了以下几组实验：,（1）动物实验,对小鼠注射活R,II,菌或死S,III,菌 小鼠存活对小鼠注射活S,III,菌小鼠死亡对小鼠注射活R,II,菌和热死S,III,菌 小鼠死亡,抽取心血,分离,活的S,III,菌,一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验,（一）经典转化实验（transformation）：,F.Griffith，,研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）,S,III,型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性,R,II,型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性,8,Griffith转化试验示意,混合培养,R,II,型活菌,S,III,型活菌,S,III,型热死菌,R,II,型活菌,S,III,型活菌,健康,健康,健康,健康,健康,健康,健康,病死,病死,病死,9,（2）细菌培养实验,（3）S型菌的无细胞抽提液试验,以上实验说明：加热杀死的S,III,型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R,II,型细胞并使R,II,型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S,III,型细胞。,热死S,III,菌不生长活 R,II,菌长出R,II,菌热死S,III,菌长出大量R,II,菌和10,-6,S,III,菌,活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌,+,活R,II,菌,平皿培养,10,加S菌DNA,加S菌DNA及DNA酶以外的酶,加S菌的DNA和DNA酶,加S菌的RNA,加S菌的蛋白质,加S菌的荚膜多糖,活R菌,长出S菌,只有R菌,1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod,和M。McCarty从热死S型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：,只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子。,11,（二）噬菌体感染实验,A. D. Hershey和M. Chase， 1952年,（1）含,32,P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中,10分钟后,用捣碎器,使空壳脱离,吸附,离心,沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体,上清液中含,15%放射性,沉淀中含,85%放射性,12,沉淀中含,25%放射性,以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验,（2）含,35,S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中,10分钟后,用捣碎器,使空壳脱离,吸附,离心,沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体,上清液中含,75%放射性,13,（三）植物病毒的重建实验,为了证明核酸是遗传物质，H. Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。,将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。,14,选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：,（1）RNA（TMV）,蛋白质（HRV）,（2）RNA（HRV）,蛋白质（TMV）,用两种杂合病毒感染寄主：,（1）表现TMV的典型症状病分离到正常TMV粒子,（2）表现HRV的典型症状病分离到正常HRV粒子。,上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸。,MTV HRV,HRV MTV,15,（一）核酸存在的七个水平及质粒,细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核,细胞核水平: 原与真核生物的细胞核结构不同，核外,DNA,染色体水平: 倍性(真核)和染色体数,核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体,DNA,或,RNA，,复合或裸露，双链或单链,基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息量，转录翻译,密码子水平：信息单位,起始和终止,核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基,二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式,16,