第八章微生物的遗传和变异名师编辑PPT课件.ppt
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1、第七章微生物的遗传与变异 v理想的工业用微生物菌种须具备: v遗传性状稳定; v生长速度快,不易被噬菌体等异种微生物污染; v目标产物的产量尽可能接近理论转化率; v目标产物最好能分泌到细胞外,以降低产物抑制并利 于分离; v尽可能减少产物类似物的产量,以提高目标产物的产 量并利于分离; v培养基成分简单、来源广、价格低廉; v对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感 ; v对溶氧的要求低,便于培养及降低能耗。 活 蛮 枫 拐 联 足 螺 雪 巴 个 呼 衔 断 枷 庙 慷 翠 咏 乎 闸 写 舶 将 姓 屹 押 蓉 牌 饼 厢 挎 曹 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第
2、 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 微生物的独特生物学特性: (1)个体的体制极其简单; (2)营养体一般都是单倍体; (3)易于在成分简单的组合培养基上大量生长 繁殖; (4)繁殖速度快; (5)易于积累不同的中间代谢产物或终产物; (6)菌落形态特征的可见性和多样性; (7)易于形成营养缺陷型; 惕 涉 我 熏 牟 偿 眼 鼎 髓 甚 撰 妊 段 汉 春 颧 等 轮 搂 锌 毋 蜕 眯 迫 彦 踪 窗 首 董 乒 赫 案 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 v微生物是研究现代遗传学和其它许多主 要的生物学基本理论问题中最
3、热衷的研研 究对象究对象。 v对微生物遗传规律的深入研究,不仅促 进了现代分子生物学现代分子生物学和生物工程学生物工程学的发 展,而且为育种工作育种工作提供了丰富的理论 基础,促使育种工作从不自觉到自觉、 从低效到高效、从随机到定向、从近缘 杂交到远缘杂交的方向发展。 研究微生物遗传学的意义 脾 尤 蹲 勤 志 春 颈 班 责 僚 糊 贮 误 览 挠 驳 滔 彝 犬 焊 蹬 遂 蹦 庚 歹 角 蹿 自 谗 驶 陡 慈 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第一节遗传变异的物质基础 遗传(heredity): 亲代生物的性状在 子代得到表
4、现;亲代生 物传递给子代一套实现 与其相同形状的遗传信 息。 特点:具稳定性。 变异(variation): 生物体在外因或内因的作 用下,遗传物质的结构 或数量发生改变。 变异的特点:a.在群体中 以极低的几率出现,( 一般为10-610-10) ;b.形状变化的幅度大 ; c. 变化后形成的新 性状是稳定的,可遗传 的。 遗传遗传和变异是生物体的 最本质的属性之一 滚 企 辉 碴 浅 贵 及 张 噬 官 忿 畅 慕 泪 命 掺 汗 骗 欣 苏 颜 绪 惊 呼 赘 如 靶 肛 型 峻 蹬 悔 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 19
5、28年,Griffith进行了以下几组实验: (1)动物实验 对小鼠注射活RII菌或死SIII菌 小鼠存活 对小鼠注射活SIII菌小鼠死亡 对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌 小鼠死亡 抽取心血 分离 活的SIII菌 一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验 v(一)经典转化实验(transformation): v研究对象:Streptococcus pneumoniae(肺炎双球菌) vSIII型菌株:有荚膜,菌落表面光滑,有致病性 vRII型菌株:无荚膜,菌落表面粗糙,无致病性 绰 圈 入 抢 袜 陷 驯 颓 庇 硕 究 予 丙 祭 轴 潦 捍 孝 么 撼 嘶 傲 妥 屋 望 重 甩
6、弘 灭 稗 路 睛 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 Griffith 转化试验 示意 混合培养 RII型活菌 SIII型活菌 SIII型热死菌 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 估 拒 句 燥 盒 浓 接 彼 膏 渠 甜 蔚 症 呸 汾 趟 赠 称 腑 护 箔 疾 谋 蛮 兄 码 擅 狡 飘 肆 犯 赊 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 (2)细菌培养 实验 (3)S型菌的无细胞抽提液试验 以上实验说明:加热杀死的
7、SIII型细菌细胞内可 能存在一种转化物质,它能通过某种方式进入RII型 细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状,转变为SIII 型细胞。 热死SIII菌不生长 活 RII 菌长出RII菌 热死SIII菌长出大量RII菌和10-6SIII菌 活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和 少量S菌 +活RII菌 平皿培养 熄 杜 淋 恭 勒 肇 淖 碎 曝 掩 而 杏 肉 学 馒 异 眠 郎 哀 谋 侥 咯 羚 隐 刘 县 坤 灭 慧 湘 邪 韧 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 (二)噬菌体感染实验 vA. D. Hershey和M. C
8、hase, 1952 年 (1)含32P-DNA的一组:放射性85%在沉淀中 10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离 吸附离心 沉淀细胞进一步培 养后,可产生大量 完整的子代噬菌体 上清液中含 15%放射性 沉淀中含 85%放射性 汰 瘩 饭 挝 赤 魂 配 瘩 扬 仍 岛 朗 墩 镀 婚 勘 西 考 散 胁 到 腻 毋 辉 镍 喳 脓 缴 瓦 僳 绰 妇 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 沉淀中含 25%放射性 以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实 验 v(2)含35S-蛋白质的一组:放射性75% 在上清液中 10分钟后 用捣碎器 使空
9、壳脱离 吸附离心 沉淀细胞进一步培 养后,可产生大量 完整的子代噬菌体 上清液中含 75%放射性 华 避 筋 疙 笆 鲤 梧 颂 黑 恿 仪 舍 曲 泣 匠 酬 巢 吝 诉 羔 泰 诈 饰 师 状 拘 买 麦 铝 迸 焊 妙 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 (三)植物病毒的重建实验 v为了证明核酸是遗传物质,H. Fraenkel- Conrat(1956)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。 v将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡,就 能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分 离后的RNA在没有蛋白质
10、包裹的情况下, 也能感染烟草并使其患典型症状,而且在 病斑中还能分离出正常病毒粒子。 沮 沃 梗 腺 看 设 略 矮 盒 转 炎 级 驼 咐 深 捞 痊 庭 酮 喧 凌 春 贯 丽 鉴 磋 耗 诅 家 燕 兴 种 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第二节 基因突变和诱变育种 vv一、基因突变一、基因突变 vv突变(突变( mutationmutation ):):指生物体的表型突 然发生的可遗传的变化。 v突变体(mutant):发生了突变的微生 物细胞或菌株 v野生型(wild type):从自然界分离到 的任何微生物在其发生突变
11、前的原始菌株 习 读 宣 勘 摔 拴 楼 抓 到 般 踢 阜 爹 统 寒 谍 嫌 猫 纽 陈 霹 扯 唆 脊 烹 叛 凉 椰 主 隔 副 栽 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 诱变育种:是用物理或化学的诱变剂使诱变对 象内的遗传物质(DNA)的分子结构发生改变 ,引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异 菌株的一种育种方法。 l诱变育种具有极其重要的实践意义。当前发酵工 业和其他微生物生产部门所使用的高产菌株,几 乎毫无例外地都是通过诱变育种而明显提高其生 产性能的。 二、诱变诱变 育种 逾 圾 砌 末 皋 惰 屈 鸥 认 释 溶
12、乓 拭 蹿 页 得 庇 健 桥 塑 皇 魂 椽 琵 窥 轰 纳 展 佃 撼 硝 耿 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 诱变诱变 育种的步骤: 原始菌种 纯纯化 斜面/肉汤汤培养 单孢单孢 子/单细单细 胞悬悬液 诱变剂处诱变剂处 理 平板分离 移至斜面 小试试 中试试 初筛筛 复筛筛 计计算存活率 观观察形态变态变 异 ,挑单单菌落 良种保藏 原菌种特性鉴鉴定 碾 挺 捎 识 息 钒 介 琳 循 辊 杖 奄 迁 绎 聪 夷 负 壕 课 金 互 障 归 阅 姐 巨 士 畅 宅 抡 祟 唇 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异
13、 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 诱变育种的基本过程: 选择选择合适的出发菌株 制备待处理的菌悬液 诱变处理 筛选 保藏和扩大试验 俄 乍 矛 妨 夏 若 昧 绢 锻 萌 党 腆 凡 竟 半 短 折 饺 叙 拥 蘑 一 檀 秦 诬 看 解 饵 揣 泳 硒 浸 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 1.出发发菌株的选择选择 : 出发发菌株用来育种处理的起始菌株 出发发菌株应应具备备: 对诱变剂对诱变剂 的敏感性高; 具有特定生产产性状的能力或潜力; 出发发菌株的来源; 自然界直接分离到的野生型菌株: 历经历经 生产产考验验
14、的菌株: 已经历经历 多次育种处处理的菌株: 府 镇 谤 熬 腔 营 缴 尔 情 门 利 捣 侣 艰 种 仑 梭 沧 轰 祈 扫 去 惜 舌 曾 厅 柳 歉 般 肋 筛 荆 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 2.制备细胞悬液 要求: 菌体处于对数生长期,并使细胞处于同步生长; 细胞分散且为单细胞,以避免表型迟延现象( phenotypic lag); 方法: 玻璃珠打散10-15min; 加.3%吐温80(表面活性剂) 用无菌脱脂棉过滤。 制备: 物理诱变剂生理盐水(0.85%NaCl) 化学诱变剂缓冲液 浓度: 细菌、放线菌 10
15、8个/ml 霉菌、酵母菌 106个/ml 薪 浪 矩 腆 羔 慰 惊 僚 誊 遥 盐 惰 活 钦 荐 纺 讨 赶 食 季 革 湘 逗 吁 氦 筑 靠 防 缔 队 爱 萍 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 3.诱变处理: 诱变剂的作用: 提高突变的频率 扩大产量变异的幅度 使产量变异朝着正突变或负突变移动 剂量的表示法:不同种类和不同生长阶段的微生物对诱变 剂的敏感程度不同,所以在诱变处理前,一般应预先 作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲线,选择合适 的处理剂量。致死率是最好的诱变剂相对剂量的表 示方法。 最适剂量的选择:产量性状的育
16、种中多倾向于低剂量(致 死率在7080%) 哪 请 寅 脱 加 小 倘 牵 锗 己 植 啄 眶 尽 标 绩 何 闺 湿 苯 忌 黍 谋 蠕 箔 抢 呀 骄 砍 魁 卿 靡 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 诱变处诱变处 理方式: 单单一因子处处理: 复合因子处处理: 两种以上因素 先后使用 同时时使用 单单一因子重复使 用 稿 投 冯 撅 伞 盅 默 拥 很 挣 伏 果 调 客 衰 特 债 申 僚 殴 翔 孙 筋 虾 疾 帖 呜 礁 藐 彻 矿 蒂 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传
17、和 变 异 4. 菌种筛选筛选 4.1 筛选筛选 方案: 实际实际 工作中,为为了提高筛选筛选 效率,往往将筛选筛选 工作分 为为初筛筛和复筛筛两步进进行。 初筛筛的目的:删删去明确不符合要求的大部分菌株,把生 产产性状类类似的菌株尽量保留下来,使优优良性状的菌株不 至于漏网;因此,初筛筛工作以量为为主,测测定的精确 性还还在其次;初筛筛手段应应尽可能快速、简单简单 。 复筛筛的目的:确认认符合要求的菌株;复筛筛以质为质为 主 ,应应精确测测定每个菌株的生产产指标标。 筛选是最为艰难的也是最为重要的步骤. 荒 颇 茅 萧 瘁 瓷 黄 染 喘 堆 界 崖 吓 惠 缓 姻 泉 披 喝 隙 款 舀
18、明 知 蛾 岛 哇 涸 诺 仟 席 秋 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 可见见,设计设计 和采用效率高的筛选筛选 方案和方 法极其重要。 以选育高产突变株为例,诱变育种的基本环节概括如下: 谐 斜 肄 测 谨 敌 渔 殷 莱 醚 蒂 俘 瑶 坤 厌 练 梗 杭 措 剐 褪 造 溺 熟 锯 速 狮 硕 邦 今 耿 疫 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第一轮: 一个出发菌株选出200个菌株选出50株 选出5株 诱变处理 初筛 (每瓶一株) 复筛 (每瓶四株) 第二轮: 5
19、个出发菌株 选出50株 选出5株 40株 40株 40株 40株 40株 诱变处理 初筛复筛 (每瓶一株)(每瓶四株) 敏 候 米 馅 贮 镶 逝 猫 桔 睡 钻 瓢 饯 换 履 恒 歉 稼 渺 奸 渊 殊 弧 跑 礁 袍 解 蔬 极 潘 枷 吨 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 与营养缺陷突变有关的三类遗传型个体: 营营养缺陷型:经诱变产经诱变产 生的一些合成能力出现现缺陷,而必 须须在培养基内加入相应应有机养分才能正常生长长的变变异 菌株。如:lys -, bio- 野生型:自然界分离到的任何微生物,在其发发生营营养缺陷 突变变
20、前的原始菌株,为该为该 微生物的野生型。 如:lys + ; bio + ; 原养型 :指营营养缺陷型突变变菌株回复突变变或重组组后产产生的 菌株,与野生型的表型相同。 4.2营养缺陷型(auxotroph)的筛选 台 慈 丑 扔 祸 棍 敷 铱 幂 沾 肄 眶 擒 荒 候 律 渊 状 迎 铺 漱 既 妈 檬 勾 洲 批 胎 潭 咽 嵌 荷 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 与筛选营养缺陷型突变株有关的三类培养基 基本培养基(MM):凡是能满满足野生型菌株营营 养要求的最低成分的合成培养基。 完全培养基(CM):满满足一切营养缺陷型
21、菌株 生长长的天然或半合成培养基。 补补充培养基(SM):在MM中有针对针对 性地加入 一或几种营营养成分以满满足相应应营养缺陷型菌 株生长长的合成培养基。 领 蔼 愚 谅 澄 篷 禁 李 雕 郸 皂 欲 均 倪 猾 由 汪 总 纹 曝 钨 痞 礼 替 孝 间 炒 嫩 预 往 甸 颤 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 缺陷型的浓缩: 抗生素法 原理:青霉素、制霉菌 素等抗生素作用于生长长 着的微生物细细胞,对对休 止态细态细 胞无作用。 方法:将菌培养在含抗 生素的MM基中 痊 凳 足 叉 加 痪 侯 葡 归 液 邪 揭 柯 弯 授
22、 隆 咆 禄 凸 围 终 涝 源 惊 梅 堂 造 妒 馅 槽 卓 斥 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 菌丝过滤丝过滤 法 u适用于:丝丝状(放线线菌、 霉菌) u原理:基本培养基上只有 发发育成菌丝丝;auxo孢孢子可 通过滤过滤 膜,野生型菌丝丝不 能通过过。 郴 线 竞 嘻 瓣 脊 侮 缺 宗 谷 冤 冲 愧 默 樊 糙 落 萝 楞 檀 骆 经 闽 恕 磅 闪 催 晓 伐 孤 屋 悟 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 逐个检出法: 缺陷型的检出: 蹄 悉 键 位 栅
23、 瞻 望 寡 较 唇 腻 撵 蕴 撩 旅 令 窒 篱 缔 耍 盗 困 誊 憾 绣 焙 磐 烬 更 瘩 拍 兄 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 影印平板培养法 乾 贩 磐 苦 些 侗 忌 臣 反 奇 桨 幌 凳 漂 蓬 描 鸟 觅 粒 丝 铰 律 及 赎 禹 士 些 股 锈 唱 苑 叠 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 夹层夹层 培养法 瞧 仕 瘴 野 姆 葵 舔 俘 伍 轰 侗 丈 去 湘 兆 阔 固 仰 牡 哑 窒 现 撕 铁 墨 疆 智 腥 恋 氧 太 郭 第 八
24、章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 生长谱长谱 法 方法简简便; 回变变和污污染不影响 结结果 测测定物质质可为为粉末 或纸纸片 缺陷型的鉴定: 测定一般应分两阶段: 第一阶段:测定是哪类物质的缺陷 型; 第二节节段:根据第一阶阶段确定的范 围围,进进一步确定是哪种具体化合物 的缺陷型; 鸦 透 焙 抡 振 梧 磕 土 筋 癸 购 淀 汕 录 绝 损 厚 腿 磐 斩 申 帆 僧 报 孟 启 悠 苏 跌 融 斜 贰 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 第 八 章 微 生 物 的 遗 传 和 变 异 缺陷型的应用 作为为菌株的遗传标记
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