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普通生物學課件第八章微生物的遺傳變異與育種-免費閱讀

2025-02-08 19:16 上一頁面

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【正文】 感染復數(shù)( , multiplicity of infection) : 感染復數(shù) ——由于每一宿主細胞表面的特異性受體有限 ,因此所能吸附的噬菌體數(shù)目也有一個限量 。 A B [] [] Try+his+ Tryhis+ Try+his 定義: 以溫和 噬菌體為媒介,將供體細胞的 DNA片段攜帶到受體細胞中,通過交換與整合,從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象,稱為轉(zhuǎn)導。如果用 CaCl2處理 E. coli的球狀體,就可以使之發(fā)生低頻率的轉(zhuǎn)化。在吸附過程的前階段,如外界加入 DNA酶,就會減少轉(zhuǎn)化子的產(chǎn)生。 S. Pneumonia的感受態(tài)細胞中提取的感受態(tài)因子可使同菌株的非感受態(tài)細胞變成感受態(tài)的 , 而 Bacillus subtilis的感受態(tài)因子則無此功能 。 甲 生長快、產(chǎn)量低 乙 生長慢、產(chǎn)量高 基因重組 如: 生長快、產(chǎn)量高 一 、 原核微生物的基因重組 ? 基因重組的方式 – 轉(zhuǎn)化 – 轉(zhuǎn)導 – 接合 – 原生質(zhì)體融合 R型活菌 +S型死菌 → →S型活菌 ?定義: 受體菌自然或在人工技術(shù)作用下直接攝取來自供體菌的游離 DNA片段,并把它整合到自己的基因組中,而獲得部分新的遺傳性狀的基因轉(zhuǎn)移過程,稱為轉(zhuǎn)化。 ? 重組與雜交的關(guān)系: – 重組是分子水平上的一個概念,可以理解成是遺傳物質(zhì)分子水平上的雜交 – 而一般所說的雜交( hybridization)則是細胞水平上的一個概念。 補充培養(yǎng)基 ( SM) [x]:在 MM中有針對性地加入一或幾種營養(yǎng)成分以滿足相應 營養(yǎng)缺陷 型菌株 生長的 合成 培養(yǎng)基。 ?在富含生物素的培養(yǎng)基中進行發(fā)酵時: ?先在 30℃ (允許條件)中進行培養(yǎng)以得到大量菌細胞,適當時間后提高溫度( 40℃ ,非允許條件),即能獲得谷氨酸的過量生產(chǎn)。 化學誘變劑的種類 、 濃度和處理方法尤其是中止反映的方法很多 , 實際工作時可參看有關(guān)書籍 。 方法: ①玻璃珠打散 1015min。 由于微生物接受的照射劑量與燈的功率、照射距離、照射時間、菌液濃度、菌液厚度、細胞本身特性等因素有關(guān),所以單純用時間表示照射劑量并不完全可靠。是活細胞內(nèi)一種用于修復被紫外線等誘變劑(包括烷化劑、 X射線和 γ射線等)損傷后的 DNA的機制。 光復活作用 ( photoreactivation) ? 定義:經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時,可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象,稱為光復活作用。發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線( ., ultraviolet ray)的作用。 ? 要預言在某一時間、某一基因發(fā)生自發(fā)突變是不可能的。 Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變,其中約有2%是營養(yǎng)缺陷型突變。 因 IS在染色體組上插入的位置和方向的不同 , 其引起的突變效應也不同 。 ? 新發(fā)現(xiàn) : 有些 DNA片段不但可在染色體上移動,還可從一個染色體跳到另一個染色體,從一個質(zhì)粒跳到另一個質(zhì)?;蛉旧w,甚至還從一個細胞轉(zhuǎn)移到另一個細胞。 丫啶類化合物的誘變機制: ? 至今還不很清楚。通過這兩個圖示,就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變,又可使它產(chǎn)生回復突變的原因了。 – 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。它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。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菌群體中,分離出各種類型的突變株。 ?1943年,S. E. Luria 和 M. Delbr252。 ?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 過程則稱為回復突變或回變( back mutation或 reverse mutation)。 ? 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。 非選擇性突變株( nonselective mutant) :無選擇標記(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。一些具有重要性狀的外源基因可借 DNA重組技術(shù)設法插入到 Ti質(zhì)粒中,并進一步使之整合到植物染色體上,以改變該植物的遺傳性,達到培育植物優(yōu)良品種的目的。它們的降解性質(zhì)??蔀橐幌盗心芙到鈴碗s物質(zhì)的酶編碼,從而能利用一般細菌所難以分解的物質(zhì)做碳源。 ? 大腸桿菌素是由 ,能通過抑制復制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一地殺死其它腸道細菌。 存在范圍 :很多細菌如 、 Shigella、 、Streptococcus lactis、根癌土壤桿菌等 制備: 包括增殖、裂解細胞、分離質(zhì)粒與染色體和蛋白質(zhì)等成分、去除 RNA和蛋白質(zhì)等步驟。 選用 TMV和霍氏車前花葉病毒( HRV) , 分別拆分取得各自的 RNA和蛋白質(zhì) , 將兩種RNA分別與對方的蛋白質(zhì)外殼重建形成兩種雜合病毒: ( 1) RNA( TMV) 蛋白質(zhì) ( HRV) ( 2) RNA( HRV) 蛋白質(zhì) ( TMV) 用兩種雜合病毒感染寄主: ( 1) 表現(xiàn) TMV的典型癥狀病分離到正常 TMV粒子 ( 2) 表現(xiàn) HRV的典型癥狀病分離到正常 HRV粒子 。 1928年, Griffith進行了以下幾組實驗: ( 1)動物實驗 對小鼠注射活 RII菌或死 SIII菌 ————小鼠存活 對小鼠注射活 SIII菌 ————————小鼠死亡 對小鼠注射活 RII菌和熱死 SIII菌 ———小鼠死亡 抽取心血 分離 活的 SIII菌 一 、 證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎的三個經(jīng)典實驗 ( 一 ) 經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗 ( transformation) : , 研究對象: Streptococcus pneumoniae( 肺炎雙球菌 ) SIII型菌株:有莢膜 , 菌落表面光滑 , 有致病性 RII型菌株:無莢膜 , 菌落表面粗糙 , 無致病性 Griffith 轉(zhuǎn)化試驗示意 混合培養(yǎng) RII型活菌 SIII型活菌 SIII型熱死菌 RII型活菌 SIII型活菌 健康 健康 健康 健康 健康 健康 健康 病死 病死 病死 ( 2) 細菌培養(yǎng)實驗 ( 3) S型菌的無細胞抽提液試驗 以上實驗說明:加熱殺死的 SIII型細菌細胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì),它能通過某種方式進入 RII型細胞并使 RII型細胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀,轉(zhuǎn)變?yōu)?SIII型細胞。引起飾變的因素消失后 , 表型即可恢復 。 特點:具穩(wěn)定性 。 對微生物遺傳規(guī)律的深入研究 , 不僅促進了 現(xiàn)代分子生物學 和 生物工程學 的發(fā)展 , 而且為 育種工作 提供了豐富的理論基礎 , 促使育種工作從不自覺到自覺 、 從低效到高效 、 從隨機到定向 、從近緣雜交到遠緣雜交的方向發(fā)展 。 變異的特點: 極低的幾率出現(xiàn) , ( 一般為 106~ 1010) ; 的幅度大; c. 變化后形成的新性狀是穩(wěn)定的 , 可遺傳的 。 但染色體是由核酸和蛋白質(zhì)兩種長鏈高分子組成 。 ( 二 ) 噬菌體感染實驗 A. D. Hershey和 M. Chase, 1952年 ( 1) 含 32PDNA的一組:放射性 85%在沉淀中 10分鐘后 用搗碎器 使空殼脫離 吸附 離心 沉淀細胞進一步培養(yǎng)后,可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體 上清液中含 15%放射性 沉淀中含 85%放射性 沉淀中含 25%放射性 以 32S標記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實驗 ( 2) 含 35S蛋白質(zhì)的一組:放射性 75%在上清液中 10分鐘后 用搗碎器 使空殼脫離 吸附 離心 沉淀細胞進一步培養(yǎng)后,可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體 上清液中含 75%放射性 ( 三 ) 植物病毒的重建實驗 為了證明核酸是遺傳物質(zhì) , H. FraenkelConrat( 1956) 用含 RNA的煙草花葉病毒 ( TMV)進行了著名的植物病毒重建實驗 。 ③ 可以通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導或接合作用而由一個細菌細胞轉(zhuǎn)移到另一個菌細胞中,使兩個細胞都成為帶有質(zhì)粒的細胞;質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時,它可以單獨轉(zhuǎn)移,也可以攜帶著染色體(片段)一起進行轉(zhuǎn)移,所以它可成為基因工程的載體。其上帶有其它抗生素的抗性基因。 – 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,屬于嚴緊型控制,只有1~2個 copy。這時,含有復制基因的 Ti質(zhì)粒的小片段與植物細胞中的核染色體發(fā)生整合,破壞控制細胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng),從而使它轉(zhuǎn)變成癌細胞。 ? 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。 ? 突變率 =突變細胞數(shù) /分裂前群體細胞數(shù) ? 突變是 獨立 的 。 ?獨立性 :各種突變獨立發(fā)生 , 不會互相影響 。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綜在一起,所以難以探究問題的實質(zhì)。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。即使是同一種誘變劑,也常有幾種作用方式。 ? 種類:很多。 亞硝酸引起的 ATGC轉(zhuǎn)換細節(jié) 這類誘變劑主要是一些 堿基類似物 ,如: 5溴尿嘧啶 (5BU)和 5氨基尿嘧啶( 5—AU)、 疊氮胸腺嘧啶(AIT)等 等 ; 作用方式 : 通過活細胞的代謝活動參入到 DNA分子中,主要是在 DNA復制時堿基類似物插入 DNA中, 引起堿基對配對錯誤,造成堿基置換。 ? 丫啶類染料,包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和 α氨基丫啶等,以及一系列稱為 ICR類的化合物,都是移碼突變的有效誘變劑。 ? 染色體間畸變 :指非同源染色體間的 易位 。 可以在染色體 、 F因子等質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)它們 。 轉(zhuǎn)座因子的種類 ( 3) ? Mu噬菌體(即 mutator phage,誘變噬菌體) :它是 E . coli的一種溫和噬菌體。在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株,可能也是同樣的原因。下圖就是環(huán)出效應的設想機制。 二聚體的出現(xiàn)會減弱雙鏈間氫鍵的作用,并引起雙鏈結(jié)構(gòu)扭曲變形,阻礙堿基間的正常配對,從而有可能引起突變或死亡。每一 有 25個光激活酶分子。 連接酶 將新合成的 3’OH與原有的 5’ P相連接。 ? 誘變育種具有極其重要的實踐意義 。 最適劑量的選擇 :產(chǎn)量性狀的育種中多傾向于低劑量(致死率在 70~80%) ? 選擇誘變劑的種類 :在選用理化因子作誘變劑時 , 在同樣效果下 , 應選用 最方便 的因素;而在同樣方便的情況下 ,則應選擇 最高效 的因素 。 篩選是 最為艱難的也是最為重要 的步驟 . 可見,設計和采用效率高的篩選方案和方法極其重要。 原養(yǎng)型 : 指營養(yǎng)缺陷型突變菌株回復突變或重組后產(chǎn)生的菌株,與野生型的表型相同。 Ames test:對化學誘變劑做檢測 菌種:鼠傷寒沙門氏菌 his ; 原理: his 在基本培養(yǎng)基上不長;而發(fā)生回復突變則長。 ? ②利用雜交育種往往還可以消除某一菌株在經(jīng)過長期誘變處理后所出現(xiàn)的產(chǎn)量上升緩慢的現(xiàn)象,因此,它是一種重要的育種手段。 ? 感受態(tài)細胞的比例: 當處于感受態(tài)高峰時,群體中呈感受態(tài)的細胞因菌種而不同 . – Bacillus subtilis不超過 10~15% – Streptococcus pneumonia和 Haemophilus influenzae(流感嗜血桿菌)達到 100% ? 轉(zhuǎn)化 DNA的最低濃度: 在群體中含有 15%感受態(tài)細胞時, ?gDNA/ml細胞懸液即可有效發(fā)生轉(zhuǎn)化 感 受 態(tài) 因 子 : 細 胞 外 蛋 白 , Streptococcus pneumonia 和 Bacillus 中 分 離 的 分 子 量 為5,000~10,000Dalton, 可能存在于細胞膜上 , 可催化外來 DNA分子的吸收或降解細胞
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