浙江农林大学(浙江林学院):《食品微生物学》课程教学课件(PPT讲稿)第七章 微生物的遗传变异和育种 7.2 第二节 基因突变和诱变育种

突变( mutation ):指生物体的表型突然发生的可遗 传变化。 第二节 基因突变和诱变育种 一、基因突变 突变 染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化 基因突变——细胞学上看不到遗传物质的变化 突变体(mutant):发生了突变的微生物细胞或菌株 野生型(wild type):从自然界分离到的任何微生物在其发 生突变前的原始菌株
突变( mutation ):指生物体的表型突然发生的可遗 传变化。 第二节 基因突变和诱变育种 一、基因突变 突变 染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化 基因突变——细胞学上看不到遗传物质的变化 突变体(mutant):发生了突变的微生物细胞或菌株 野生型(wild type):从自然界分离到的任何微生物在其发 生突变前的原始菌株

★依表型的改变分为: 形态突变型——由突变引起的个体或菌落形态的变异。 营养缺陷型——因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力, 并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变 类型。 发酵突变型——丧失产生某种生物合成酶能力的突变型 抗性突变型——因突变而产生了对某种化学药物或致死物理 因子的抗性 条件致死突变型——突变后在某种条件下可正常生长繁殖, 而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型 抗原突变型——因突变而引起的抗原结构发生改变 产量突变型——通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明 显有别于原始菌株的突变株。 (一)突变类型
★依表型的改变分为: 形态突变型——由突变引起的个体或菌落形态的变异。 营养缺陷型——因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力, 并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变 类型。 发酵突变型——丧失产生某种生物合成酶能力的突变型 抗性突变型——因突变而产生了对某种化学药物或致死物理 因子的抗性 条件致死突变型——突变后在某种条件下可正常生长繁殖, 而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型 抗原突变型——因突变而引起的抗原结构发生改变 产量突变型——通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明 显有别于原始菌株的突变株。 (一)突变类型

★按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分: 选择性突变株(selective mutant):具有选择标记(如营养缺 陷性、抗性突变型、条件致死突变型),只要选择适当的环 境条件,如培养基、温度、pH值等,就比较容易检出和分离 到。 非选择性突变株(non-selective mutant):无选择标记(如产 量突变型、抗原突变型、形态突变型),能鉴别这种突变体 的惟一方法是检查大量菌落并找出差异
★按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分: 选择性突变株(selective mutant):具有选择标记(如营养缺 陷性、抗性突变型、条件致死突变型),只要选择适当的环 境条件,如培养基、温度、pH值等,就比较容易检出和分离 到。 非选择性突变株(non-selective mutant):无选择标记(如产 量突变型、抗原突变型、形态突变型),能鉴别这种突变体 的惟一方法是检查大量菌落并找出差异

定义:某一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。 突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目 来表示。 突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数 突变是独立的。某一基因发生突变不会影响其它基因的突 变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的, 因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。 由于突变的几率一般都极低,因此,必须采用检出选择性 突变株的手段,尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突变株 (back mutant或reverse mutant)或抗性突变株特别是抗药性突 变株的方法来加以确定。 (二)突变率
定义:某一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。 突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目 来表示。 突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数 突变是独立的。某一基因发生突变不会影响其它基因的突 变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的, 因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。 由于突变的几率一般都极低,因此,必须采用检出选择性 突变株的手段,尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突变株 (back mutant或reverse mutant)或抗性突变株特别是抗药性突 变株的方法来加以确定。 (二)突变率

(三)突变的特点 适用于整个生物界,以细菌的抗药性为例。 ➢自发性:突变可在没有人为诱变因素处理下自发地产生。 ➢不对应性:突变性状与突变原因之间无直接的对应关系。 ➢稀有性:突变率低且稳定。 ➢独立性:各种突变独立发生,不会互相影响。 ➢可诱变性:诱变剂可提高突变率。 ➢稳定性:变异性状稳定可遗传。 ➢可逆性:从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突 变(forward mutation),从突变株回到野生型的 过程则称为回复突变或回变(back mutation或 reverse mutation)
(三)突变的特点 适用于整个生物界,以细菌的抗药性为例。 ➢自发性:突变可在没有人为诱变因素处理下自发地产生。 ➢不对应性:突变性状与突变原因之间无直接的对应关系。 ➢稀有性:突变率低且稳定。 ➢独立性:各种突变独立发生,不会互相影响。 ➢可诱变性:诱变剂可提高突变率。 ➢稳定性:变异性状稳定可遗传。 ➢可逆性:从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突 变(forward mutation),从突变株回到野生型的 过程则称为回复突变或回变(back mutation或 reverse mutation)

(四)基因突变的自发性和不对应性的证明 在各种基因突变中,抗性突变最为常见。但在过去相当长 时间内对这种抗性产生的原因争论十分激烈。 ➢ 一种观点认为,突变是通过适应而发生的,即各种抗性是由 其环境(指其中所含的抵抗对象)诱发出来的,突变的原因 和突变的性状间是相对应的,并认为这就是“定向变异” ➢ 另一种看法则认为,基因突变是自发的,且与环境是不相对 的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等 多种因素错综在一起,所以难以探究问题的实质。 从1943年起,经过几个严密而巧妙的实验设计,主要攻 克了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题,终 于解决了这场纷争
(四)基因突变的自发性和不对应性的证明 在各种基因突变中,抗性突变最为常见。但在过去相当长 时间内对这种抗性产生的原因争论十分激烈。 ➢ 一种观点认为,突变是通过适应而发生的,即各种抗性是由 其环境(指其中所含的抵抗对象)诱发出来的,突变的原因 和突变的性状间是相对应的,并认为这就是“定向变异” ➢ 另一种看法则认为,基因突变是自发的,且与环境是不相对 的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等 多种因素错综在一起,所以难以探究问题的实质。 从1943年起,经过几个严密而巧妙的实验设计,主要攻 克了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题,终 于解决了这场纷争

➢变量试验 又称波动试 验或彷徨试 验。➢1943年,S. E. Luria 和 M. Delbrück 根据统计学 原理,设计 了左方的实 验。 1. 变量试验fluctuation test
➢变量试验 又称波动试 验或彷徨试 验。➢1943年,S. E. Luria 和 M. Delbrück 根据统计学 原理,设计 了左方的实 验。 1. 变量试验fluctuation test

2.涂布试验 原理与变量试验相同,方法更为简便,且可 计算突变率
2.涂布试验 原理与变量试验相同,方法更为简便,且可 计算突变率

涂布试验中突变率的计算 初始接种量:5 × 104 个/皿 培养5小时,繁殖了12.3代,每个微菌落约含5100个细菌 这时,每个平皿上的细胞数为: 5100 × 5 × 104 ≈ 2.6 ×108个/皿 在6个平板上,比接种时增加的细胞数为: 6 ×(2.6 × 108 − 5 × 104)= 15.6 ×108 在未涂布的平板上共发现28个突变,故 突变率 = 28/15.6 ×108 = 1.8 ×10−8
涂布试验中突变率的计算 初始接种量:5 × 104 个/皿 培养5小时,繁殖了12.3代,每个微菌落约含5100个细菌 这时,每个平皿上的细胞数为: 5100 × 5 × 104 ≈ 2.6 ×108个/皿 在6个平板上,比接种时增加的细胞数为: 6 ×(2.6 × 108 − 5 × 104)= 15.6 ×108 在未涂布的平板上共发现28个突变,故 突变率 = 28/15.6 ×108 = 1.8 ×10−8

平板影印培养不仅 在微生物遗传理论 的研究中有重要应 用,而且在育种时 间和其它研究中均 有应用。 3. 平板影印培养试验 (replica plating)
平板影印培养不仅 在微生物遗传理论 的研究中有重要应 用,而且在育种时 间和其它研究中均 有应用。 3. 平板影印培养试验 (replica plating)
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