山东农业大学：《微生物学 MICROBIOLOGY》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 微生物的遗传变异与育种 第一节 遗传变异的物质基础

第七章微生物的遗传变异与育种 ●遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异 是一对既相互对立,又同时并存的矛盾。一般来讲,遗 传只是相对的,而变异总是绝对的,正是由于这对矛盾 双方的不断斗争,才推动生物不断地向前发展 ●研究微生物的遗传和变异的有利条件: (1)微生物结构简单,有利于分子水平上进行研究; 2)微生物繁殖快,个体易于变异,易得到突变体; (3)微生物的变异易于识别,便于建立纯系

第七章 微生物的遗传变异与育种 ⚫ 遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异 是一对既相互对立，又同时并存的矛盾。一般来讲，遗 传只是相对的，而变异总是绝对的，正是由于这对矛盾 双方的不断斗争，才推动生物不断地向前发展。 ⚫ 研究微生物的遗传和变异的有利条件： （1）微生物结构简单，有利于分子水平上进行研究； （2）微生物繁殖快，个体易于变异，易得到突变体； （3）微生物的变异易于识别，便于建立纯系

●几个概念: 遗传( heredity):是指亲子关系,上代生物如何将自身 的遗传基因稳定地传给子代的行为和功能,具有保守性。 遗传型( genotype):又称基因型,指某一生物个体所含 有的全部遗传因子的总和。它是一种内在的可能性或潜力 其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。 表型( phenotype):指某一生物体所具有的一切外表特 征及內在特征的总和,是遗传型在合适环境下的具体体现 是一种现实性 ●变异( variation):指生物体在某种外因或内因的作用下 所引起的遗传物质结构或数量的改变,即遗传型的改变。 其特点是出现频率低、可稳定遗传。 ●饰变( modification):指不涉及遗传物质的改变而只发 生在转录、转译水平上的表型变化。其特点是在整个群体 中普遍出现,不能稳定遗传

⚫ 几个概念： ⚫ 遗传（heredity）：是指亲子关系，上代生物如何将自身 的遗传基因稳定地传给子代的行为和功能，具有保守性。 ⚫ 遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含 有的全部遗传因子的总和。它是一种内在的可能性或潜力， 其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。 ⚫ 表型（phenotype）：指某一生物体所具有的一切外表特 征及内在特征的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现， 是一种现实性。 ⚫ 变异（variation）：指生物体在某种外因或内因的作用下 所引起的遗传物质结构或数量的改变，即遗传型的改变。 其特点是出现频率低、可稳定遗传。 ⚫ 饰变（modification）：指不涉及遗传物质的改变而只发 生在转录、转译水平上的表型变化。其特点是在整个群体 中普遍出现，不能稳定遗传

本章内容 第一节遗传变异的物质基础 第二节基因突变和诱导育种 第三节基因重组和基因工程 第四节菌种的衰退、复壮和保藏

本章内容： 第一节 遗传变异的物质基础 第二节 基因突变和诱导育种 第三节 基因重组和基因工程 第四节 菌种的衰退、复壮和保藏

第一节遗传变异的物质基础 关于遗传变异的物质基础的研究历程: ●1883-~1889年间, Weissmann提出“种质连续学说″, 并指出:遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。 ●20世纪初, Morgan并提出基因学说,把遗传物质的范 围锁定在染色体上 进一步的分析表明:染色体核酸+蛋白质 核酸:四种不同的核苷酸,A、G、C、T(U) 蛋白质:20种氨基酸结论:蛋白质是遗传物质。 ●1944年以后,三个经典实验得出结论:核酸是遗传物 质

第一节 遗传变异的物质基础 关于遗传变异的物质基础的研究历程： ⚫ 1883~1889年间，Weissmann提出“种质连续学说”， 并指出：遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。 ⚫ 20世纪初，Morgan并提出基因学说，把遗传物质的范 围锁定在染色体上。 ⚫ 进一步的分析表明：染色体=核酸+蛋白质 核酸：四种不同的核苷酸，A、G、C、T（U）； 蛋白质：20种 氨基酸 结论：蛋白质是遗传物质。 ⚫ 1944年以后，三个经典实验得出结论：核酸是遗传物 质

个经典实验 1、转化实验:1928年,英国医生 Griffith用肺炎双球菌作为研究 对象做了几组实验 2)用活的无荚 肺炎双 收血症 膜的菌株注射入小 白鼠中,结果小白 s型有毒 鼠未死; (3)将S型菌高温杀死 后再注入小白鼠中,结 (1)用活的有荚膜的肺炎双球菌S型菌株注射入小白 果小白鼠也健康地活着 鼠中,结果小白鼠得败血病死亡 boB (4)在高温杀死的S|高杀死的5型 健康 型菌中加入活的R菌 这说明加热杀死的S型菌内,在其 后,再注入小白鼠中,8 细胞内可能存在一种转化物质,它 不仅小鼠死亡,而且话的R十能通过某种方式进入R型细胞,并 还能从尸体内分离出 使R型细胞获得稳定的遗传性状。 活的有荚膜的S型菌 种 S型活的

一、三个经典实验 1、转化实验：1928年，英国医生Griffith用肺炎双球菌作为研究 对象做了几组实验 肺炎双球菌 （1）用活的有荚膜的肺炎双球菌S型菌株注射入小白 鼠中，结果小白鼠得败血病死亡； （2）用活的无荚 膜的菌株注射入小 白鼠中，结果小白 鼠未死； （3）将S型菌高温杀死 后再注入小白鼠中，结 果小白鼠也健康地活着； （4）在高温杀死的S 型菌中加入活的R菌 后，再注入小白鼠中， 不仅小鼠死亡，而且 还能从尸体内分离出 活的有荚膜的S型菌 种。 这说明加热杀死的S型菌内，在其 细胞内可能存在一种转化物质，它 能通过某种方式进入R型细胞，并 使R型细胞获得稳定的遗传性状

1944年,美国科学家 Avery等人又对实验进行了修改 加热杀死的S型菌体外培养没有生长现象 活的R型菌体外培养只能分离出R型菌 二者混合培养—能同时分离出S型菌和R型菌(S型菌 能分离给后代) 从加热杀死的S型菌分离种种物质,如蛋白质、荚膜多 糖、DNA、RNA等,分别与R型菌体外培养 DNA能使R型转化为S型。所以DNA是肺炎双球菌的遗 传物质。 (1)从活的S菌中抽提各种细胞成分(DNA,蛋白质,荚膜多糖等) (2)对各种生化组分进行转化试验 ①加s菌的DNA ②加s菌的DNA和DNA酶以外的酶 长出S菌 ③加s菌的DNA和DNA酶 活R菌 ④加S菌的RNA ⑤加S菌的蛋白质 只长R菌 ⑥加S菌的英膜多糖

1944年，美国科学家Avery等人又对实验进行了修改： • 加热杀死的S型菌——体外培养——没有生长现象 • 活的R型菌——体外培养——只能分离出R型菌 • 二者混合培养——能同时分离出S型菌和R型菌（S型菌 能分离给后代）； • 从加热杀死的S型菌分离种种物质，如蛋白质、荚膜多 糖、DNA、RNA等，分别与R型菌体外培养 DNA能使R型转化为S型。所以DNA是肺炎双球菌的遗 传物质

噬菌体感染实验 1952年,AD. Hershey和 M. Chase发表了证明DNA是噬菌体的遗传物 质基础的著名实验。首先,他们将E.co培养在以放射性3PO3或 3S02作为磷源或硫源的组合培养基中。绩果可以获得含3PDNA 的噬菌体或含3S蛋白质的两种实验用噬菌体。接着他们做了以下两 组实验: 上清液中含 15%放射性 吸附 10分钟后 离心 用捣 仁沉淀中含 使空壳脱离 85%放射性 沉淀细胞进 培养后 量完整的子代噬菌体 吸附 0分钟后 高心 淀中含 使空壳脱离 25放射性 沉淀细胞进一步培 养后,可产生大量 完整的子代噬菌体

2、噬菌体感染实验 • 1952年，A.D.Hershey和M.Chase发表了证明DNA是噬菌体的遗传物 质基础的著名实验。首先，他们将E. coli 培养在以放射性32PO4 3-或 35SO4 2-作为磷源或硫源的组合培养基中。结果，可以获得含32P-DNA 的噬菌体或含35S -蛋白质的两种实验用噬菌体。接着他们做了以下两 组实验：

从以上实验中可看到,在噬菌体的感染过程中,其蛋 白质外壳未进入宿主细胞。进入宿主细胞的只有DNA 但经增殖、装配后,却能产生一大群既有DNA核心又 有蛋白质外壳的完整噬菌体颗粒。这就证明,在其 DNA中,含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信

• 从以上实验中可看到，在噬菌体的感染过程中，其蛋 白质外壳未进入宿主细胞。进入宿主细胞的只有DNA， 但经增殖、装配后，却能产生一大群既有DNA核心又 有蛋白质外壳的完整噬菌体颗粒。这就证明，在其 DNA中，含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信 息

3、植物病毒的重建实验 1956年, H. Fraenkel- Conran用含RNA的烟草花叶病毒 (TMV)进行了著名的植物病毒重建实验。 ·将TMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡,就能将它的蛋 白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白 质外壳包裹的情况下,也能感染烟草并使其患典型症状 而且在病斑中分离出正常病毒离子。当然,由于RNA是 裸露的,所以感染频率低。在实验中,还选用了另一株 与TMⅴ近缘的霍氏车前花叶病毒(HRv)

3、植物病毒的重建实验 • 1956年，H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒 （TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。 • 将TMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将它的蛋 白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白 质外壳包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状， 而且在病斑中分离出正常病毒离子。当然，由于RNA是 裸露的，所以感染频率低。在实验中，还选用了另一株 与TMV近缘的霍氏车前花叶病毒（HRV）

当用TMV的RNA与 HRⅤ的蛋白质外壳重 建后的杂合病毒去感 TMV 感染 分离纯化 HRV 染烟草时,烟叶上出 现的是典型的TMv病 斑。再从中分离出来 的新病毒也是未带有 任何HRV痕迹的典型 TMV病毒。反之,用 HR的RNA与TMV HRV 的蛋白质外壳进行重 建时,也可获得同样 的结论。这充分说明 原始病 杂合的罹病的重新分离的 毒辣拆开的病鼇病每烟叶 在RNA病毒中,遗传 毒 的物质基础也是核酸。 :83TN重建实验示意图相线箭头小信甜间

• 当用TMV的RNA与 HRV的蛋白质外壳重 建后的杂合病毒去感 染烟草时，烟叶上出 现的是典型的TMV病 斑。再从中分离出来 的新病毒也是未带有 任何HRV痕迹的典型 TMV病毒。反之，用 HRV的RNA与TMV 的蛋白质外壳进行重 建时，也可获得同样 的结论。这充分说明， 在RNA病毒中，遗传 的物质基础也是核酸