【正文】 變異： 指生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，亦即遺傳型的改變。 飾變： 是指外表的修飾性改變，意即一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化。 一母生九子，九子各不同” 一 . 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 核酸 是一切生物遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ) 。 DNA的結(jié)構(gòu) DNA是由四種核苷酸組成 。 即：腺嘌呤（ A） 、 鳥嘌呤 （ G） 、 胸腺嘧啶 （ T） 、胞嘧啶 （ C） 四種核苷酸的差異僅僅在于堿基的不同 。 每個核苷酸均含有環(huán)狀堿基 、 脫氧核酸和磷酸根三種組分 。 DNA分子是由許多核苷酸連接在一起形成的多核苷酸長鏈 。 這條長鏈是雙螺旋結(jié)構(gòu) 。 即兩條成對的 ， 方向相反的 ， 細長的多核苷酸鏈 ， 彼此以一定的空間距離 ， 在同一軸上互相盤旋而形成的一個雙螺旋式扶梯 ， 每條鏈均有脫氧核糖 磷酸 脫氧核糖 磷酸交替排列構(gòu)成的 。 RNA的結(jié)構(gòu) RNA的結(jié)構(gòu)與 DNA的結(jié)構(gòu)相似，只是尿嘧啶（ U）代替了胸腺嘧啶（ T）。 核酸的復(fù)制 半保留復(fù)制：復(fù)制后的 DNA分子，各由一條新鏈和一條舊鏈構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 三個經(jīng)典實驗：證明核酸是微生物遺傳物質(zhì) （ 1）轉(zhuǎn)化實驗： （ 2）噬菌體感染實驗 （ 3）病毒的拆開和重組實驗 轉(zhuǎn)化實驗 1928年， Griffith 發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌間的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。1944年 Avery證明轉(zhuǎn)化本質(zhì)是 DNA。 實驗材料：肺炎鏈球菌 肺炎鏈球菌 RII（ Rough) : 粗糙型菌落，不致病 SIII(Smooth)： 光滑型菌落，致病 1928年， Griffith的轉(zhuǎn)化實驗 R型菌 (無毒） S型菌（有毒） 加熱殺死 S型菌 R型菌 （無毒） +加熱殺死 S型 + 怎么來的呢？ ？ 活的無毒（ R）型細菌受到了死的有毒（ S）型細菌的影響，轉(zhuǎn)化為有毒（ S）型 合理的解釋： 1944年， Avery的轉(zhuǎn)化實驗 從上述結(jié)果中可知 ,只有 S型細菌的 DNA才能將 肺炎鏈球菌 的 R型轉(zhuǎn)化為 S型 。 而且 ,DNA純度越高 ,轉(zhuǎn)化效率也越高 。 只取微量純DNA(6 108g),仍有轉(zhuǎn)化能力 。 這就說明 ,S型菌株轉(zhuǎn)移給 R型菌株的 ,決不是某一遺傳性狀 (如莢膜多糖 )本身 ,而是以 DNA為物質(zhì)基礎(chǔ)的遺傳因子 。 二 . 基因突變和誘變育種 變異 基因突變 基因重組 誘變 自發(fā)突變 點突變 染色體畸變 堿基置換 移碼突變 轉(zhuǎn)換 顛換 缺失 添加 易位 倒位 缺失 添加 野生菌株(紅色 ) 缺陷型菌株 (灰白色 ) 每一細胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率 。 如突變?yōu)?108， 即表示在 1億次分裂過程中 ， 會發(fā)生 1次突變 。 突變率 : : 生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)突然發(fā)生 可遺傳 的變化 。 1 不對應(yīng)性 ：引起突變的因素和突變出的性狀沒有對應(yīng)關(guān)系。 2 自發(fā)性 ：自然狀況下也可發(fā)生。 3 稀有性 ： 106109間。 4 獨立性 ：突變的發(fā)生一般是獨立的。 5 誘變性 ：采用某種方法、藥品可使突變率增加。 6 穩(wěn)定性 ：新產(chǎn)生的性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。 7 可逆性 ：既可發(fā)生正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變。 突變的特點 : 自發(fā)突變與育種 在自然界發(fā)生的稱為自發(fā)突變。 生產(chǎn)中選育 定向培育 誘變育種 人為地在實驗室采用某種物理或化學(xué)因素 誘發(fā)微生物的突變稱為誘變。 誘變育種是指利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細胞群 ,在促進其突變頻率顯著提高的基礎(chǔ)上 ， 從中挑選少數(shù)符合目的的突變株 ， 以供科學(xué)實驗或生產(chǎn)實踐使用 。 在日常生產(chǎn)中微生物會以一定頻率發(fā)生自發(fā)突變。此時可以抓住良機選育優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。 用某一特定環(huán)境長期處理某一微生物培養(yǎng)物 ， 同時不斷對它們進行移種傳代 ， 是達到積累和選擇合適的自發(fā)突變體的一種古老的育種方法 。 培育新種的過程十分緩慢 。 誘變劑 ? 目前在實踐上常用的誘變劑主要有： – 紫外線 – 氮芥 – 硫酸二乙酯 – N甲基 N’ 硝基 N亞硝基胍（ NTG或 MNNG） – 亞硝基甲基脲（ NMU） ? 后兩種因為有突出的誘變效果，所以被譽為“超誘變劑”。 誘變 育種的步驟 ： 原始菌種 純化 斜面 /肉湯培養(yǎng) 單孢子 /單細胞懸液 誘變劑處理 平板分離 移至斜面 小試 中試 初篩 復(fù)篩 計算存活率 觀察形態(tài)變異，挑單菌落 良種保藏 原菌種特性鑒定 特點及效果 提高菌株的生產(chǎn)能力； 改進產(chǎn)品質(zhì)量； 擴大品種、簡化生產(chǎn)工藝； 速度快、方法簡便、收效顯著。 1945 時間 1943 1943 1943 1947 1955 1971 1977 目前 發(fā)酵單位 (U) 100 250 500 ～ 850 ～ 850 ～ 8000 ～ 2萬 ～ 5萬 6～ 12萬 效價：指有效成分的濃度；1667ug/ml稱為 1 單位 (U)。 青霉素產(chǎn)量與誘變育種 三 .幾種 育種技術(shù)的介紹 原生質(zhì)體融合技術(shù) 有兩株微生物菌株，各在某一方面有明顯優(yōu)勢，如何把這兩株的優(yōu)勢集中在一株上？ 利用原生質(zhì)體融合技術(shù) 需要解決的難點： 去除微生物細胞膜外的細胞壁，得到原生質(zhì)體。 原生質(zhì)體脆弱，需要解決培養(yǎng)問題。 原生質(zhì)體融合技術(shù)應(yīng)用 自絮凝顆粒酵母酒精連續(xù)發(fā)酵技術(shù) 具有自絮凝能力的粟酒裂殖酵母 ( Schizosaccharomyces pombe) 變異株和酒精發(fā)酵性能優(yōu)良的釀酒酵母 ( S accharomyces cerevisiae) 變異株的原生質(zhì)體融合株。 改菌株放大技術(shù)已經(jīng)在安徽豐原生化新建 20萬噸燃料酒精裝置中采用，于 2022年 12月開始試運行，懸浮床生物反應(yīng)器的容積規(guī)模已經(jīng)放大到 1000m3。 ?反應(yīng)器的設(shè)備生產(chǎn)強度指標高 ,與傳統(tǒng)的酒精發(fā)酵工藝相比 ,可提高 5~8 倍 ,實現(xiàn)了小設(shè)備、大生產(chǎn)。 ?生產(chǎn)過程實現(xiàn)了酵母細胞的固定化 ,省去了傳統(tǒng)工藝的酒母制備過程 ,既簡化了工藝操作 ,又在一定程度上降低了原料消耗。 ?清糖液發(fā)酵 ,不僅酒精精餾過程排出的污水污染物含量大大降低 ,僅為傳統(tǒng)工藝的一半。 新菌種的優(yōu)勢 重組 DNA技術(shù) 當今，重組 DNA技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到許多領(lǐng)域，“克隆羊”、“抗蟲棉”、“基因治療”等等。但微生物作為現(xiàn)代生物技術(shù)的主角地位并沒有改變。 重組 DNA技術(shù)的兩個策略： ?基因工程（借雞下蛋）－把動植物或微生物的某些基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌、酵母等比較簡單的微生物細胞中，用這些生長快、生長能力強的微生物來生產(chǎn)原來只能由動植物細胞或其它微生物細胞中才能生產(chǎn)的蛋白質(zhì)或多肽，特別是人或哺乳動物來源的一些藥物。 ?代謝工程（脫胎換骨）－通過改變某些代謝途徑或引入新的代謝途徑，以達到提高特定的發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本、生產(chǎn)新代謝產(chǎn)物的目的。 代謝工程對柔紅霉素產(chǎn)生菌 SIPI1482進行 遺傳操作，不但成功地使產(chǎn)物柔紅霉素的發(fā)酵單位 提高了 3倍，而且通過基因阻斷與基因替換得到的 阻斷突變株獲得了新的代謝產(chǎn)物，經(jīng) HPLC和 MS檢 測表明為原來無法生產(chǎn)的表柔紅霉素和多柔比星。 代謝工程的應(yīng)用實例