【正文】 ColIb分子量約為 80 106Dalton， 它與 F因子相似， 具有通過接合作用轉(zhuǎn)移的功能，屬于嚴(yán)緊型控制，只有1~2個(gè) copy。 ? 凡帶 Col因子的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。 ?3. Col因子 （ colicinogenic factor） ?降解性質(zhì)粒 – 只在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)粒可為一系列能降解復(fù)雜物質(zhì)的酶編碼，從而能利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)做碳源。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，例如有分解 CAM（樟腦）質(zhì)粒， XYL（二甲苯）質(zhì)粒，SAL（水楊酸）質(zhì)粒， MDL（扁桃酸）質(zhì)粒，NAP（奈）質(zhì)粒和 TOL（甲苯）質(zhì)粒等。 4. 降解性質(zhì)粒 ? 即誘癌質(zhì)粒。 ? 存在于根癌土壤桿菌（ Agrobacterium tumefaciens）中 ,可引起許多雙子葉植物的根癌 ? 。當(dāng)細(xì)菌侵入植物細(xì)胞中后，在其細(xì)胞中溶解，把細(xì)菌的 DNA釋放到植物細(xì)胞中。這時(shí)，含有復(fù)制基因的 Ti質(zhì)粒的小片段與植物細(xì)胞中的核染色體發(fā)生整合，破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。 ? Ti質(zhì)粒長 200kb，是一個(gè)大型質(zhì)粒。當(dāng)前， Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。一些具有重要性狀的外源基因可借 DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到 Ti質(zhì)粒中，并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上，以改變該植物的遺傳性，達(dá)到培育植物優(yōu)良品種的目的。 ?5. Ti質(zhì)粒 （ tumor inducing plasmid） ? 是近年來在 Rhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為 200~300 106Dalton，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。 ?6. 巨大質(zhì)粒 （ mega質(zhì)粒 ） 基因 ：能夠表達(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物 （ 蛋白質(zhì)或 RNA） 的 DNA序列 。 原核生物基因系統(tǒng)： 啟動子（基因） 操縱子 操縱子（基因） 基因調(diào)控系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)基因 調(diào)節(jié)基因 細(xì)胞水平：大部分或全部 DNA都集中于細(xì)胞核或核質(zhì)體中 ，不同種類微生物或同種不同細(xì)胞中細(xì)胞核的數(shù)目不同 ? 染色體水平：真核微生物的每個(gè)細(xì)胞核內(nèi)含有一定數(shù)量的染色體；而原核微生物中一個(gè)核質(zhì)體就是一個(gè)裸露的、光學(xué)顯微鏡下不能看到的環(huán)狀染色體。 一些真核生物和原核生物基因組的比較 生 物 單倍體的分子量 核苷酸 已知染色體數(shù) 約數(shù)（ Da） 對數(shù) 基因數(shù) 人 32 3~5 1012 5~7 109 ~4000 黑腹果蠅 4 1010 107 5000~6000 粗糙脈孢菌 7 1010 107 500 大腸桿菌 1 109 106 ~1027 噬菌體 T4 1 108 105 ~135 噬菌體 ? 1 107 104 ~35 噬菌體 MS2 1 106 103 3 遺傳密碼 ：指 DNA鏈上各個(gè)核苷酸的特定排列順序 ? 密碼子（ coden） ：由 3個(gè)核苷酸順序決定，負(fù)載遺傳信息的基本單位 ? 不對稱轉(zhuǎn)錄 ：只有 DNA雙鏈的一股才作為有意義鏈被轉(zhuǎn)錄，這種現(xiàn)象又稱不對稱轉(zhuǎn)錄。 ? 起始密碼子 ： AUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸 ? 終止密碼子 ： UAA、 UGA、 UAG 核外 DNA的種類 ? 核外染色體 真核生物的 “ 質(zhì)粒 ” 原核生物的質(zhì)粒 線粒體 細(xì)胞質(zhì)基因 葉綠體 （ 質(zhì)體 ） 中心體 動 體 共生生物： 卡巴顆粒 酵母菌的 2?m質(zhì)粒 F因子 R因子 Col質(zhì)粒 Ti質(zhì)粒 巨大質(zhì)粒 降解性質(zhì)粒 第二節(jié) 基因突變和誘變育種 ? 突變（ mutation ）： 指生物體的表型突然發(fā)生的可遺傳的變化。 – 染色體畸變 ——細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化 ? 突變 ? 基因突變 ——細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化 ? 突變體（ mutant） ：發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株 ? 野生型（ wild type）： 從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生突變前的原始菌株 ? ★ 依表型的改變分為： ? 形態(tài)突變型 —— ? 營養(yǎng)缺陷型 ——因突變而喪失產(chǎn)生某種生物合成酶的能力，并因而成為必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長的突變類型。 ? 發(fā)酵突變型 ——喪失產(chǎn)生某種生物合成酶能力的突變型 ? 抗性突變型 ——因突變而產(chǎn)生了對某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性 ? 條件致死突變型 ——突變后在某種條件下可正常生長繁殖，而在另一條件下卻無法生長繁殖的突變型 ? 抗原突變型 ——因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 ? 產(chǎn)量突變型 —— ? ? （一）基因突變的類型 ★ 按是否比較容易、迅速地分離到發(fā)生突變的細(xì)胞來分： 選擇性突變株（ selective mutant）： 具有選擇標(biāo)記（如營養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變型），只要選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、 pH值等，就比較容易檢出和分離到。 非選擇性突變株（ nonselective mutant） ：無選擇標(biāo)記（如產(chǎn)量突變型、抗原突變型、形態(tài)突變型），能鑒別這種突變體的惟一方法是檢查大量菌落并找出差異。 ? 定義： 每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。 ? 突變率為 10–8是指該細(xì)胞在一億次細(xì)胞分裂中，會發(fā)生一次突變。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株（ mutant，即突變型）的數(shù)目來表示。如一個(gè)含 108個(gè)細(xì)胞的群體，當(dāng)其分裂為 2 108個(gè)細(xì)胞時(shí)，即可平均發(fā)生一次突變的突變率也是 10–8 。 ? 突變率 =突變細(xì)胞數(shù) /分裂前群體細(xì)胞數(shù) ? 突變是 獨(dú)立 的 。某一基因發(fā)生突變 不會影響 其它基因 的突變率。在同一個(gè)細(xì)胞中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)基因突變的幾率是極低的，因?yàn)殡p重突變型的幾率只是各個(gè)突變幾率的乘積。 ? 由于突變的幾率一般都極低，因此，必須采用檢出選擇性突變株的手段，尤其是采用檢出營養(yǎng)缺陷型的恢復(fù)突變株（ back mutant或 reverse mutant）或抗性突變株特別是抗藥性突變株的方法來加以確定。 （二）突變率 若干細(xì)菌某一性狀的自發(fā)突變率 ? 菌 名 突變性狀 突變率 ? E. coli 抗 T1噬菌體 3 10–8 ? E. coli 抗 T3噬菌體 1 10–7 ? E. coli 不發(fā)酵乳糖 1 10–10 ? E. coli 抗紫外線 1 10–5 ? Staphylococcus aureus 抗青霉素 1 10–7 ? S. aureus 抗鏈霉素 1 10–9 ? Salmonella typhi 抗 25?g/L鏈霉素 1 10–6 ? Bacillus megaterium 抗異煙肼 5 10–5 （三）突變的特點(diǎn) 適用于整個(gè)生物界 ， 以細(xì)菌的抗藥性為例 。 ?不對應(yīng)性 ：突變的性狀與突變原因之間無直接的對應(yīng)關(guān)系 。 ?自發(fā)性 ：突變可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生 。 ?稀有性 ：突變率低且穩(wěn)定 。 ?獨(dú)立性 ：各種突變獨(dú)立發(fā)生 ， 不會互相影響 。 ?可誘發(fā)性 ：誘變劑可提高突變率 。 ?穩(wěn)定性 ：變異性狀穩(wěn)定可遺傳 。 ?可逆性 ：從原始的野生型基因到變異株的突變稱為正向突 變（ forward mutation），從突變株回到野生型的 過程則稱為回復(fù)突變或回變（ back mutation或 reverse mutation）。 （四）基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明 ? 在各種基因突變中，抗性突變最為常見。但在過去相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)對這種抗性產(chǎn)生的原因爭論十分激烈。 – 一種觀點(diǎn)認(rèn)為，突變是通過適應(yīng)而發(fā)生的，即各種抗性是由其環(huán)境（指其中所含的抵抗對象）誘發(fā)出來的，突變的原因和突變的性狀間是相對應(yīng)的，并認(rèn)為這就是 “ 定向變異 ” ，也有人稱它為 “ 馴化 ”或 “ 馴養(yǎng) ” 。 – 另一種看法則認(rèn)為，基因突變是自發(fā)的，且與環(huán)境是不相對的。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等多種因素錯(cuò)綜在一起，所以難以探究問題的實(shí)質(zhì)。 – 從 1943年起，經(jīng)過幾個(gè)嚴(yán)密而巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要攻克了檢出在接觸抗性因子前已產(chǎn)生的自發(fā)突變株的難題，終于解決了這場紛爭。 ?變量試驗(yàn)又稱波動試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。 ?1943年，S. E. Luria 和 M. Delbr252。ck 根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，設(shè)計(jì)了左方的實(shí)驗(yàn)。 1. 變量試驗(yàn)fluctuation test 2.涂布試驗(yàn) 原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡便，且可計(jì)算突變率。 涂布試驗(yàn)中突變率的計(jì)算 初始接種量： 5 104 個(gè) /皿 培養(yǎng) 5小時(shí)，繁殖了 ，每個(gè)微菌落約含 5100個(gè)細(xì)菌 這時(shí)，每個(gè)平皿上的細(xì)胞數(shù)為： 5100 5 104 ≈ 108個(gè) /皿 在 6個(gè)平板上，比接種時(shí)增加的細(xì)胞數(shù)為： 6 （ 108 ? 5 104） = 108 在未涂布的平板上共發(fā)現(xiàn) 28個(gè)突變，故 突變率 = 28/ 108 = 10?8 3. 平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)（ replica plating） ? 1952年， J. Lederberg夫婦的論文 《 平板影印培養(yǎng)法和細(xì)菌突變株的間接選擇 》 ，更好地證明了微生物的抗藥性是在未接觸藥物前自發(fā)地產(chǎn)生的，這一突變與相應(yīng)藥物環(huán)境毫不相干。 ? 平板影印培養(yǎng)法 ，是一種能達(dá)到在 一系列培養(yǎng)皿 的 相同位置上 出現(xiàn) 相同遺傳型菌落 的接種培養(yǎng)方法：把長有許多菌落的母種培養(yǎng)皿倒置于包有滅菌絲絨布的木質(zhì)圓柱印章上，使其沾上來自平板上的菌落。然后可把這一 “ 印章 ” 上的菌落一一接種到不同的選擇性培養(yǎng)基平板上。待這些平板培養(yǎng)后，對各平板相同位置上的菌落作對比后，就可選出適當(dāng)?shù)耐蛔冃途辍?jù)報(bào)道，用此法可把母平板上 10~20%量的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到絲絨布上，并可利用這一 “ 印章 ” 接種 8個(gè)子培養(yǎng)皿。因此，通過影印培養(yǎng)法，就可以 從 在非選擇性條件下生長的細(xì)菌群體中，分離出各種類型的突變株。 平板影印培養(yǎng)法 在根本未接觸過任何一點(diǎn)鏈霉素的情況下，就可以篩選到大量抗鏈霉素的突變株，充分說明了突變是自發(fā)產(chǎn)生的，鏈霉素只是起到了一種檢出作用。 平板影印培養(yǎng)不僅在微生物遺傳理論的研究中有重要應(yīng)用，而且在育種時(shí)間和其它研究中均有應(yīng)用，值得很好地領(lǐng)會。 （五）基因突變的機(jī)制 ? 基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或誘發(fā)的，誘變又 可分為點(diǎn)突變和畸變。具體類型 可歸納如下： 1. 誘變機(jī)制 ? 誘變劑（ mutagen）：凡能提高突變率的任何理化因子，就稱為誘變劑 ? 種類：誘變劑的種類很多，作用方式多樣。即使是同一種誘變劑，也常有幾種作用方式。 ? 按照遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)討論幾種有代表性的誘變劑的作用機(jī)制。 （ 1）堿基置換（ substitution） ? 定義 ：對 DNA來說，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（ microlesion），一般也稱點(diǎn)突變（ point mutation）。它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。 ? 分類： 轉(zhuǎn)換（ transition），即 DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換； 顛換（ transversion） ，即一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶 ,或是一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換。 對某一具體誘變劑來說，即可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是 直接還是 間接 地引起置換，可把置換的機(jī)制分成以下兩類來討論。 ★ 直接引起置換的誘變劑 ? 定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。 ? 種類：很多。例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯， N甲基 N’硝基 N亞硝基胍， N甲基 N亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥等）。 ? 作用：它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起 DNA復(fù)制時(shí)堿基配對的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。 – 羥胺只引起 G┇ C→A : T， – 其余都是可使 G┇ C=A : T發(fā)生互變的。 – 能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有（參見下表）。 若干誘變劑的作用機(jī)制及誘變功能 誘變因素 在 DNA上的初級效應(yīng) 遺傳效應(yīng) 堿