【正文】 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(zhǎng) 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?cè)撝参锏倪z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(lái)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(dòng)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 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(duì)數(shù) 基因數(shù) 人 23 35 1012 57 109 ~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(duì)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(duì)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(dòng) 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： 營(yíng)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(zhǎng)的突變類型 。 抗性突變型 ——因突變而產(chǎn)生了對(duì)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(zhǎng)繁殖 ， 而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)繁殖的突變型 形態(tài)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 —— 發(fā)酵突變型 ——喪失產(chǎn)生某種生物合成酶能力的突變型 （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(lái)分： 選擇性突變株 （ selective mutant）：具有選擇標(biāo)記（如營(yíng)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(wú)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 。 例如 ， 突變率為 10–8是指該細(xì)胞在一億次細(xì)胞分裂中 ， 會(huì)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(lái)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(huì)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 。 （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）基因突變的特點(diǎn) 適用于整個(gè)生物界 ， 以細(xì)菌的抗藥性為例 。 ?不對(duì)應(yīng)性 ：突變的性狀與突變?cè)蛑g無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系 。 ?自發(fā)性 ：突變可以在沒(méi)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(huì)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(guò)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(duì)應(yīng)性的證明 在各種基因突變中 ， 抗性突變 最為常見(jiàn) 。 但在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)這種抗性產(chǎn)生的原因爭(zhēng)論十分激烈 。 一種觀點(diǎn) 認(rèn)為 ， 突變是通過(guò)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(duì)象 ） 誘發(fā)出來(lái)的 ， 突變的原因和突變的性狀間是相對(duì)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(duì)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(wèn)題的實(shí)質(zhì) 。 從 1943年起 ， 經(jīng)過(guò)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(chǎng)紛爭(zhēng) 。 變量試驗(yàn)又稱 波動(dòng) 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(jiǎn)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)皿的相同位臵上出現(xiàn)相同遺傳型菌落的接種培養(yǎng)方法：把長(zhǎng)有許多菌落的母種培養(yǎng)皿倒臵于包有滅菌絲絨布的木質(zhì)圓柱印章上 ， 使其沾上來(lái)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(duì)各平板相同位臵上的菌落作對(duì)比后 ， 就可選出適當(dāng)?shù)耐蛔冃途?。 平板影印培養(yǎng)法 在根本未接觸過(guò)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(shuō)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(huì)。 （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 ， 誘發(fā)又 可分為點(diǎn)突變和畸變 。 具體類型 可歸納如下： 1. 誘發(fā)突變 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）堿基臵換（ substitution） 定義 ：對(duì) DNA 來(lái)說(shuō) ， 堿 基 的 臵 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(duì)堿基被另一對(duì)堿基所臵換 。 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)嘧啶所臵換； 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)嘌呤所臵換 。 對(duì)某一具體誘變劑來(lái)說(shuō)，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 地引起臵換，可把臵換的機(jī)制分成以下兩類來(lái)討論。 ★ 直接引起臵換的誘變劑 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(duì)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(jiàn)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(jí)效應(yīng) 遺傳效應(yīng) 堿基類似物 摻入作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 羥 胺 與胞嘧啶起反應(yīng) GC→AT的轉(zhuǎn)換 亞硝酸 A、 G、 C的氧化脫氨作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 交 聯(lián) 缺失 烷化劑 烷化堿基 （ 主要是 G） AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 烷化磷酸基團(tuán) AT→TA的顛換 喪失烷化的嘌呤 GC→CG的顛換 糖 磷酸骨架的斷裂 巨大損傷 （ 缺失 、 重復(fù) 、 倒位 、 易位 ） 丫啶類 堿基之間的相互作用 （ 雙鏈變形 ） 碼