【正文】 裂中 ， 會(huì)發(fā)生一次突變 。 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。 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 ——個(gè)體和菌落形態(tài)的變異 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 。 ?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 。 當(dāng)前 ， Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體 。 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 。 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 。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。 ?3. Col因子 （ colicinogenic factor） ?降解性質(zhì)粒 – 只在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。 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。 Col因子可分為兩類 ， 分別以 ColE1和 ColIb為代表 。 其分子量約4 104~8 104Dalton。 2. R因子（ resistence factor） 細(xì)菌素 產(chǎn)大腸桿菌素因子 ?？剐詻Q定因子大小不固定，從幾百萬到 100 106Dalton以上，其上帶有其它抗生素的抗性基因。 最初發(fā)現(xiàn)于痢疾志賀氏菌（ Shigella dysenteriae），后來發(fā)現(xiàn)還存在于 Salmonella、 Vibrio、 Bacillus、 Pseudomonas和Staphylococcus中。 鑒定： 電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶切圖譜等方法 二、原核生物的質(zhì)粒 幾種代表性質(zhì)粒： 1. F–因子 （ fertility factor） ：又稱致育因子或性因子 ， 62 106Dalton， ， 相當(dāng)于核染色體 DNA2%的環(huán)狀雙鏈 DNA， 足以編碼 94個(gè)中等大小多肽 ， 其中 1/3基因 （ tra區(qū) ） 與接合作用有關(guān) 。 重組： 在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間均可發(fā)生。 ③ 可以通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)菌細(xì)胞中，使兩個(gè)細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時(shí)，它可以單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可以攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，所以它可成為基因工程的載體。 大?。?約為 2~100 106Dalton， 上面攜帶有數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)基因 。 DNA是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)的證明 ： 1944年以后 ， 先后有利用微生物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行的三個(gè)著名實(shí)驗(yàn)的論證 （ 肺炎球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn) 、 噬菌體感染試驗(yàn) 、 病毒的拆開與重建試驗(yàn) ） ， 才使人們普遍接受核酸才是真正的遺傳物質(zhì) 。 但染色體是由核酸和蛋白質(zhì)兩種長鏈高分子組成 。 認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的化合物 。 例如：粘質(zhì)沙雷氏菌： 在 25℃ 下培養(yǎng)，產(chǎn)生深紅色的靈桿菌素；在 37℃ 下培養(yǎng)，不產(chǎn)生色素；如果重新將溫度降到 25℃ ，又恢復(fù)產(chǎn)色素的能力。 特點(diǎn)是： 整個(gè)群體中的每一個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的變化； 化的幅度小； ， 故飾變是不遺傳的 。 變異的特點(diǎn)： 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 。是一種 現(xiàn)實(shí)存在 ， 是具一定遺傳型的生物在一定條件下所表現(xiàn)出的具體性狀 。 遺傳型 （ genotype） ：又稱基因型 ， 指某一生物個(gè)體所含有的全部基因的總和； 是一種內(nèi)在可能性或潛力 。 遺傳 (heredity)： 親代生物的性狀在子代得到表現(xiàn)；親代生物傳遞給子代一套實(shí)現(xiàn)與其相同形狀的遺傳信息 。 對(duì)微生物遺傳規(guī)律的深入研究 ， 不僅促進(jìn)了 現(xiàn)代分子生物學(xué) 和 生物工程學(xué) 的發(fā)展 ， 而且為 育種工作 提供了豐富的理論基礎(chǔ) ， 促使育種工作從不自覺到自覺 、 從低效到高效 、 從隨機(jī)到定向 、從近緣雜交到遠(yuǎn)緣雜交的方向發(fā)展 。微生物的遺傳育種技術(shù) 理想的工業(yè)發(fā)酵菌種應(yīng)符合以下要求： ① 遺傳性狀穩(wěn)定； ②生長速度快，不易被噬菌體等異種微生物污染； ③目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量盡可能接近理論轉(zhuǎn)化率； ④目標(biāo)產(chǎn)物最好能分泌到細(xì)胞外，以降低產(chǎn)物抑制并利于分離； ⑤盡可能減少產(chǎn)物類似物的產(chǎn)量，以提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量并利于分離； ⑥培養(yǎng)基成分簡單、來源廣、價(jià)格低廉； ⑦對(duì)溫度、 pH、離子強(qiáng)度、剪切力等環(huán)境因素不敏感； ⑧對(duì)溶氧的要求低，便于培養(yǎng)及降低能耗。 微生物的獨(dú)特生物學(xué)特性： （ 1） 個(gè)體的體制極其簡單； （ 2） 營養(yǎng)體一般都是單倍體； （ 3） 易于在成分簡單的組合培養(yǎng)基上大量生長繁殖； （ 4） 繁殖速度快； （ 5） 易于積累不同的中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物； （ 6） 菌落形態(tài)特征的可見性和多樣性； （ 7） 環(huán)境條件對(duì)微生物群體中各個(gè)個(gè)體作用的直接性和均一性； （ 8） 易于形成營養(yǎng)缺陷型； （ 9） 各種微生物一般都有相應(yīng)的病毒； （ 10） 存在多種處于進(jìn)化過程中的原始有性生殖方式； 微生物是研究現(xiàn)代遺傳學(xué)和其它許多主要的生物學(xué)基本理論問題中最熱衷的 研究對(duì)象 。 研究微生物遺傳學(xué)的意義 遺傳與變異的概念 遺傳和變異是生物體的最本質(zhì)的屬性之一 。 特點(diǎn)：具穩(wěn)定性 。 遺傳型 + 環(huán)境條件 表型 表型 （ phenotype） ： 指生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和 。 代謝 發(fā)育 變異 (variation):生物體在外因 或內(nèi)因的作用下 ， 遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生改變 。 飾變 （ modification） ： 指不涉及遺傳物質(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 。引起飾變的因素消失后 ， 表型即可恢復(fù) 。 遺傳與變異的概念 第一章 遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ) 種質(zhì)連續(xù)理論 ： 1883~1889年間 Weissmann提出 。 基因?qū)W說 ： 1933年摩爾根 （ Thomas Hunt Man） 發(fā)現(xiàn)了染色體 ， 并證明基因在染色體上呈直線排列 ， 提出了基因?qū)W說 ， 使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的范圍縮小到染色體上 。 20多種氨基酸經(jīng)過不同排列組合 ， 可以演變出的蛋白質(zhì)數(shù)目幾乎可以達(dá)到一個(gè)天文數(shù)字 ， 而核酸的組成卻簡單得多 ， 一般僅由 4種不同的核苷酸組成 ， 它們通過排列核組合只能產(chǎn)生較少種類的核酸 ， 因此當(dāng)時(shí)認(rèn)為決定生物遺傳型的染色體和基因 ， 其活性成分是蛋白質(zhì) 。 ?（一）核酸存在的七個(gè)水平及質(zhì)粒 ?細(xì)胞水平：存在于細(xì)胞核或核質(zhì)體，單核或多核 ?細(xì)胞核水平 : 原與真核生物的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不同，核外 DNA ?染色體水平 : 倍性 (真核 )和染色體數(shù) ?核酸水平：在原核中同染色體水平、存在部分二倍體 DNA或 RNA，復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈 ?基因水平：具自主復(fù)制能力的遺傳功能單位，長度與信息量，轉(zhuǎn)錄 ——翻譯 ?密碼子水平： 信息單位 ,起始和終止 , ?核苷酸水平： 突變或交換單位，四種堿基 一、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式 二 、 原核生物的質(zhì)粒 定義： 是一類小型閉合環(huán)狀核外雙螺旋 DNA分子 ， 能獨(dú)立于細(xì)胞核進(jìn)行自主復(fù)制 。 性質(zhì)： ① 可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在 （ 游離態(tài) ） ， 也可以通過交換摻入染色體上 ， 以 附加體 （ episome） 的形式存在； ② 質(zhì)粒是一種 復(fù)制子 （ replicon） ， 根據(jù)自我復(fù)制能力的不同 ， 可把質(zhì)粒復(fù)制的控制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種 ， 嚴(yán)緊型質(zhì)粒 的復(fù)制受細(xì)胞核控制 ，與染色體 DNA復(fù)制相伴隨 ,一般一個(gè)寄主細(xì)胞內(nèi)只有少數(shù)幾個(gè) （ 1~5） 個(gè)拷貝； 松弛型質(zhì)粒 的復(fù)制不受細(xì)胞核控制 ， 在染色體 DNA復(fù)制停止的情況下仍可以進(jìn)行復(fù)制 ， 在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到 10~200個(gè)或更多 。 ④對(duì)于細(xì)菌的生存并不是必要的 ⑤功能多樣化 二、原核生物的質(zhì)粒 功能： 進(jìn)行細(xì)胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類、降解功能等。 存在范圍 ：很多細(xì)菌如 、 Shigella、 、Streptococcus lactis、根癌土壤桿菌等 制備： 包括增殖、裂解細(xì)胞、去除 RNA和蛋白質(zhì)等成分、分離質(zhì)粒與染色體 DNA等步驟。 存在于腸細(xì)菌屬 、 假單胞菌屬 、 嗜血桿菌 、 奈瑟氏球菌 、 鏈球菌等細(xì)菌中 ， 決定性別 。 –R因子由相連的兩個(gè) DNA片段組成，即抗性轉(zhuǎn)移因子（ resistence transfor factor， RTF ）和抗性決定 R因子（ rdeterminant）， RTF為分子量約為 11 106Dalton，控制質(zhì)粒 copy數(shù)及復(fù)制，轉(zhuǎn)移。 –R因子在細(xì)胞內(nèi)的 copy數(shù)可從 1~2個(gè)到幾十個(gè)，分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，經(jīng)氯霉素處理后，松弛型質(zhì)粒可達(dá)2022~3000個(gè) /細(xì)胞。 大腸桿菌素是由 ， 能通過抑制復(fù)制 、轉(zhuǎn)錄 、 轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一地殺死其它腸道細(xì)菌 。 大腸桿菌素都是由 Col因子編碼的 。 ColE1分子量約為 5 106Dalton， 無接合作用 ， 是多 copy的； ColE1研究得很多 ， 并被廣泛地用于重組 DNA 的研究和用于體外復(fù)制系統(tǒng)上 。 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(duì)大腸桿菌素有免疫作用 ， 不受其傷害 。它們的降解性質(zhì)?？蔀橐幌盗心芙到鈴?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。 4. 降解性質(zhì)粒 即誘癌質(zhì)粒 。 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 。 Ti質(zhì)粒長 200kb， 是一個(gè)大型質(zhì)粒 。 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 。 ?6. 巨大質(zhì)粒 （ mega質(zhì)粒 ） 第二章 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 。 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(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。 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 。 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 。 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）突