【正文】 基因突變及修復(fù)基因突變：一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變。突變：自發(fā)突變：環(huán)境因素的影響，DNA復(fù)制過程的偶然錯(cuò)誤等而導(dǎo)致的突變。一般頻率較低，通常為106109 。誘變：某些物理、化學(xué)因素對(duì)生物體的DNA進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。誘變劑：能使突變率提高到自發(fā)突變水平以上的物理、化學(xué)和生物因子?；蛲蛔兊奶攸c(diǎn)：1）非對(duì)應(yīng)性；2）稀有性；3）規(guī)律性；4）獨(dú)立性；5）遺傳和回復(fù)性；6）可誘變性。三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：變量實(shí)驗(yàn)；涂布實(shí)驗(yàn)；影印實(shí)驗(yàn)?；蛲蛔兪侵匾纳飳W(xué)現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉(zhuǎn)移、重組一起提供了推動(dòng)生物進(jìn)化的遺傳多變性。一、常見的微生物突變類型微生物的突變類型突變株的表型選擇性突變株非選擇性突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型 抗藥性突變型）條件致死突變型形態(tài)突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）定義：一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生0素、堿基等）的微生物突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。另一定義：某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對(duì)該菌株生長必不可少的物質(zhì)(通常是生長因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)。營養(yǎng)缺陷型的表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段特點(diǎn)：營養(yǎng)缺陷型在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長，突變株不能通過選擇平板直接獲得屬于負(fù)選擇標(biāo)記。營養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母C同一表型中不同基因的突變）表型：同上，但第一個(gè)字母大寫，且不用斜體：HisC在具體使用時(shí)多用hisC和hisC+，分別表示缺陷型和野生型?？顾幮酝蛔冃停╮esistant mutant）基因突變使菌株對(duì)某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點(diǎn)：突變株可直接從抗性平板上獲得在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長，屬于正選擇標(biāo)記 表示方法：用所抗藥物的前三個(gè)小寫斜體英文字母加上“r”表示。strr 和 strs 分別表示對(duì)鏈霉素的抗性和敏感性。 條件致死突變型（conditional lethal mutant）在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類突變?cè)诟邷叵拢ㄈ?2℃）是致死的，但可以在低溫（如2530℃）下得到這種突變。特點(diǎn)：這類突變型常被用來分離生長繁殖必需的突變基因，屬于負(fù)選擇標(biāo)記。 形態(tài)突變型（morphological mutant）造成形態(tài)改變的突變型。特點(diǎn)：是非選擇性突變。突變株和野生型菌株均可生長，但可從形態(tài)特征上進(jìn)行區(qū)分。二、基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變誘發(fā)突變：染色體畸變 點(diǎn)突變：堿基置換（直接引起置換，間接引起置換）；移碼突變；參考生物化學(xué)、遺傳學(xué)第四節(jié) 微生物育種一、誘變育種：定義（一）誘變育種的基本環(huán)節(jié)出發(fā)菌株 誘變 少數(shù)存活 少數(shù)突變 少數(shù)正變 少數(shù)幅度大 少數(shù)宜投產(chǎn)（二）誘變育種的幾個(gè)原則 1 . 選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑； 2 . 挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株； 3 . 處理單孢子(或單細(xì)胞)懸液； 4 . 選用最適劑量； 5 . 利用符合處理的協(xié)同效應(yīng)； 6 . 利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)； 7 . 設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案和方法；（三）常用誘變劑的使用方法1. 物理誘變：采用紫外線進(jìn)行誘變育種時(shí)的操作步驟。2. 化學(xué)誘變：采用5溴尿嘧啶(5Bu) 進(jìn)行誘變育種時(shí)的操作步驟。 (四)篩選策略 營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選 1 . 幾個(gè)概念營養(yǎng)缺陷型、野生型、原養(yǎng)型、基本培養(yǎng)基、完全培養(yǎng)基、補(bǔ)充培養(yǎng)基 2 . 營養(yǎng)缺陷型的篩選方法1）誘變處理；2）淘汰野生型：抗生素法；菌絲過濾法；3）檢出缺陷型夾層培養(yǎng)法；限量補(bǔ)充培養(yǎng)法；逐個(gè)撿出法；影印接種法；4） 鑒別缺陷型:生長譜法；二、誘變劑與致癌物質(zhì)——Ames試驗(yàn)很多化學(xué)物質(zhì)，能以各種機(jī)制導(dǎo)致DNA的突變，在利用各種它們獲得各類遺傳突變，進(jìn)行誘變育種，或?qū)τ泻ξ⑸镞M(jìn)行控制的同時(shí)，它們也會(huì)危害人類自身的健康?！吧锘瘜W(xué)統(tǒng)一性”法則：人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比；超過95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用；90%以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒有誘變作用。1966年，美國加利福尼亞大學(xué)的Bruce Ames教授于發(fā)明了檢測(cè)這些化學(xué)物質(zhì)的方法，稱為Ames試驗(yàn)。具體操作：檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌 (Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his)的回復(fù)突變率?；貜?fù)突變(reverse mutation或back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變證明Ames試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例：國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)停”，由于其藥效顯著，在6070年代十分流行，但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用“反應(yīng)?！?，后來采用Ames試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用。但如果能在這種藥物上市之前就進(jìn)行Ames試驗(yàn)檢測(cè)，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免。第五節(jié) 菌種保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否則生產(chǎn)或科研都無法正常進(jìn)行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：變異；污染；死亡。一、 菌種的衰退與復(fù)壯 菌種衰退的原因：大量群體中的自發(fā)突變菌種的復(fù)壯：1）從衰退的菌種群體中把少數(shù)個(gè)體再找出來，重新獲得具有原有典型性狀的菌種。a） 純種分離；b） 通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯；2) 有意識(shí)地利用微生物會(huì)發(fā)生自發(fā)突變的特性，在日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選“正變”個(gè)體。二、防止衰退的措施1） 減少傳代次數(shù)；2） 創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；3） 經(jīng)常進(jìn)行純種分離，并對(duì)相應(yīng)的性狀指標(biāo)進(jìn)行檢查；4） 采用有效的菌種保藏方法；三、菌種保藏基本要求：在一定時(shí)間內(nèi)使菌種不死、不變、不亂基本方法：生活態(tài)：培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)（斜面、平板）；寄主傳代培養(yǎng)；休眠態(tài)：冷凍（液氮、低溫冰箱）；干燥（沙土管、冷凍真空干燥）；由于微生物的多樣性，不同的微生物往往對(duì)不同的保藏方法有不同的適應(yīng)性，迄今為止尚沒有一種方法能被證明對(duì)所有的微生物均適宜。因此，在具體選擇保藏方法時(shí)必須對(duì)被保藏菌株的特性、保藏物的使用特點(diǎn)及現(xiàn)有條件等進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于一些比較重要的微生物菌株，則要盡可能多的采用各種不同的手段進(jìn)行保藏，以免因某種方法的失敗而導(dǎo)致菌種的喪失。思考題：微生物的質(zhì)粒有什么作用，包括哪些類型？誘變劑（物理、化學(xué)）如何作用于微生物？簡(jiǎn)述Ames實(shí)驗(yàn)的原理和意義？第九章 微生物生態(tài)幾個(gè)概念:生態(tài)系統(tǒng)：在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。生態(tài)學(xué)：研究生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系的一門科學(xué)。微生物生態(tài)學(xué)：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系。包括各種環(huán)境中的微生物的種類、分布；微生物和其它生物的關(guān)系；微生物與地球物質(zhì)循環(huán)。生物圈（biosphere）：地球上所有生物及其所生活的非生命環(huán)境的總稱。個(gè)體 群體 群落+非生物環(huán)境 生態(tài)系統(tǒng) 生物圈第一節(jié) 微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用一、在生態(tài)系統(tǒng)中的角色 有機(jī)物的分解者 物質(zhì)循環(huán)的重要成員 生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者 物質(zhì)和能量的貯存者 微生物是地球生物演化中的先鋒種類主要作為分解者在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用二、微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)（自學(xué)?。?生物地球化學(xué)循環(huán)（biogeochemical cycles）：指生物圈中的各種化學(xué)元素，經(jīng)生物化學(xué)作用在生物圈中的轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)。1 . 碳循環(huán) 2 . 氮循環(huán) 第二節(jié) 生態(tài)環(huán)境中的微生物自然環(huán)境中的微生物一般都不是單獨(dú)存在的，常以個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)從低到高的組織層次分布。種群（population）：具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，是組成群落的基本組分。群落（munity）：在一定區(qū)域或一定生態(tài)環(huán)境內(nèi)，各種生物群體構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)單位，群落中各生物群體之間存在各種相互作用。一、 生態(tài)系統(tǒng)中生物之間的相互關(guān)系1）有利： 互生：偏利作用；協(xié)同作用；共生：互惠共生； 2）有害：寄生；捕食；競(jìng)爭(zhēng)；偏害作用（拮抗）；3）無利無害—中立生活（一）、互生： 二種可以單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們生活在一起時(shí)，通過各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的一種生活方式。1）微生物間的互生關(guān)系：纖維素分解細(xì)菌與固氮菌。2）人體腸道正常菌群（二）共生：二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體。1）微生物間的共生關(guān)系：地衣（藻類和真菌共生）2）微生物和植物間的共生關(guān)系：根瘤菌與豆科植物間的共生形成根瘤共生體。菌根（土壤真菌與植物根形成的共生結(jié)構(gòu)。）3）微生物與動(dòng)物的共生關(guān)系（1）與昆蟲的共生關(guān)系外共生：例如白蟻與其腸道內(nèi)的微生物之間的共生，食木質(zhì)的白蟻?zhàn)陨聿⒉荒芊纸馄谕侠w維素，必須依賴腸道中共生的原生動(dòng)物和細(xì)菌通過厭氧發(fā)酵過程來分解纖維素。內(nèi)共生：昆蟲與其細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌，這些細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌能為宿主提供B族維生素，使昆蟲能以缺乏維生素的植物為生。（2）與反芻動(dòng)物的共生關(guān)系反芻動(dòng)物，如牛、羊、駱駝、長頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們?cè)诹鑫钢薪?jīng)微生物發(fā)酵變成有機(jī)酸和菌體蛋白再供動(dòng)物吸收利用。瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營養(yǎng)和生長條件。（3）深?；鹕娇诩?xì)菌與蠕蟲的共生關(guān)系（三）、寄生：一種小型生物生活在另一種相對(duì)較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營養(yǎng)和進(jìn)行生長繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。1）微生物間的寄生噬菌體—細(xì)菌；蛭弧菌—細(xì)菌；真菌—真菌；真菌、細(xì)菌—原生動(dòng)物。2）微生物與動(dòng)植物間的寄生關(guān)系各種各樣的致病菌多是行寄生生活。擇生生物，或稱為悉生生物或定菌生物（Gnotobiote）：整個(gè)個(gè)體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物?？捎糜诳茖W(xué)研究，原因在于干擾因素少，操作易控制，既可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，對(duì)于了解微生物與宿主之間復(fù)雜的關(guān)系及其機(jī)理具有十分重要的作用。二、微生物在自然界的分布（一） 空氣中的微生物1）無原生的微生物區(qū)系；2）來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)；3）種類主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)；4）數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；5）停留時(shí)間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)；6）與人類的關(guān)系：傳播疾病、造成食品等的污染、制備微生物氣溶膠實(shí)現(xiàn)群體免疫；微生物學(xué)的基本技術(shù)：無菌操作技術(shù)（二）、水體中的微生物1. 江河水1）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底；3）多能運(yùn)動(dòng)，有些具有很異常的形態(tài)（例如柄細(xì)菌）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對(duì)健康不利的細(xì)菌，因此不宜作為飲用水源；5）水體自身存在自我凈化作用：a）致病菌一般對(duì)營養(yǎng)要求苛刻，因此在一般的水中只能存活23天；b）水表微生物會(huì)受輻射等作用而被殺滅；c）原生動(dòng)物等的吞噬作用；d）由固形物吸附再沉積到水底；2. 海水1）嗜鹽，真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的。2）低溫生長，除了在熱