分享：我个人整理出来的厦大微生物笔记

　　Chap.7 微生物遗传变异和育种
　　概念：遗传、变异是生物体的最本质属性之一。
　　●遗传（heredity）:●遗传型（genotype）：
　　●表型（phenotype）：●变异（variation）：● 饰变（modification）：
　　§.1 遗传变异的物质基础
　　一、证明核酸是遗传物质基础的三个典型实验
　　1、细菌转化实验
　　●动物实验、细菌培养试验、S型菌的无细胞提取液试验。
　　● S菌提纯各种成分 (DNA、pro.、荚膜多糖、RNA等）作为转化因子，在离体条件下进行
　　转化实验。
　　2．噬菌体感染实验
　　3．植物病毒的重建实验
　　二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式
　　（1） 七个水平
　　（2） 1、细胞水平：DNA集中在细胞核/核质体中
　　●细胞核的数目：单核、多核
　　●核质体的数目：杆菌2个，球菌1个；放线菌菌丝细胞多核，孢子单核。
　　●核质体的数目：杆菌2个，球菌1个；放线菌菌丝细胞多核，孢子单核。
　　2．细胞核水平3．染色体水平
　　●代表性生物染色体数目
　　●单倍体：一个细胞中只有一套染色体，多 数M都是单倍 体。
　　●双倍体：含有两套相同功能染色体的细胞，少数M（酿酒酵母）营养体。
　　4．核酸水平
　　● 种类：DNA（绝大部分生物）/RNA（部分病毒）● 结构：
　　DNA双链（多数M）；单链（少数病毒）
　　RNA 双链（多数真菌病毒）；单链（多数RNA噬菌体）
　　●长度：真核生物DNA比原核生物长得多
　　●基因数量：枯草杆菌约含104个，E.coli 7500，T2360个，最小 的RNA噬菌体MS2只有3个基因。
　　● 状态：原核生物都呈环状，病毒粒子中呈环状/线 状，细菌质粒中DNA则呈超螺旋 状。
　　5．基因水平：原核生物的基因是通过基因调 控制系统发挥其功能的。
　　●基因调控系统—— 操纵子——启动基因、操纵基因；结构基因
　　——调节基因
　　6. 密码子水平：●遗传密码：●密码子：
　　7. 核苷酸水平：
　　●DNA组分中，核苷酸种类（A.T.G.C/5-羟甲基胞嘧啶）
　　●基因调控：乳糖操纵子(operon)模型
　　（二）、原核生物的质粒
　　●质粒：游离原核生物染色体外，独立复制，小型共价、环状、闭合DNA分子， 即cccDNA。
　　●质粒特点：
　　（1）超螺旋状结构（2）是一种复制子
　　（3）特殊基因→特殊功能（4）质粒消除
　　（5）质粒转移（6）质粒DNA重组
　　（7）不相容性
　　代表性质粒：
　　● F因子(fertility factor)：致育因子/性因子。----Tra区：编码转移相关蛋白、性纤毛合成
　　● R因子（resistance factor）：抗药因子----抗性转移因子（RTF）----抗性决定子（r-决定子）
　　● Col因子（colicinogenic factor）：产大肠杆菌素因子----ColEl：小，无接合作用，松弛型控制，多拷贝；----ColIb：较大，有接合作用，严谨型控制，1～2拷贝
　　● Ti质粒：诱癌（tumor induction）质粒----大型质粒， 植物遗传工程重要载体。
　　●Ri质粒：根毛诱导质粒----诱导产生根毛， 植物遗传工程重要载体。
　　●巨大质粒：根瘤菌中，含与固N有关的基因。MW达108
　　●降解质粒：假单胞菌属·编码降解物质的酶基因，以分解底 物命名：CAM（樟脑）质粒，OCT（辛烷）质粒等。
　　● 人工质粒
　　§.2 基因突变和诱变育种
　　一、基因突变
　　●基因突变：简称突变，泛 指胞内遗传物质发生可遗传的变化，可自发或诱导产生。
　　●突变率：
　　（一）突变类型
　　（二）基因突变的自发性和不对称性
　　1.变量试验——涂布试验——平板影印培养试验
　　1.变量试验(fluctuation test)：波动/彷徨试验
　　2.涂布试验 3.平板影印培养试验（replica plating）
　　未接触链霉素可筛选到大量抗链霉素突变株。
　　（三）基因突变的机制
　　1．诱变
　　2.自发突变： 没有人工参与下生物体自然发生的突变。
　　不是没有原因，只是没有很好/很具体认识原因。
　　可能原因：
　　①背景辐射和环境因素诱变。宇宙短波辐射·低浓度诱变物质·长期综合·
　　② 微生物自身有害代谢物质（过氧化氢）
　　③互变异构效应：碱基对发生自发突·变频率10-8～10-9
　　④环出效应：环状突出效应上链：B突出，只有A、C复制；下链：正常ABC复制。
　　（四）紫外线对DNA的损伤及其修复
　　1．损伤的机理：
　　● 同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体·减弱双链间氢键的作用·双链结构扭曲变形，阻碍碱基间正常配对，引起突变或死亡。
　　2.修复作用
　　●光复活作用：
　　U-V照射·立即暴露可见光·死亡率显著下降·现象。
　　机理：
　　U.V照射形成带有胸腺嘧啶二聚体的DNA分子，可与光激活
　　酶结合，形成的复合物暴露在可见光下，光激活酶获得光能将复
　　合物裂解，二聚体重新分解成单体·诱变育种时只能在红光下操作。
　　●.暗修复作用（dark repair）： ●重组修复和SOS修复
　　二、 突变与育种
　　（一）自发突变与育种
　　1、从生产中选育自发突变优良菌株。例：谷a.a抗噬菌株的筛选。
　　2、定向培育优良品种
　　●定向培育：某一特定因素长期处理M群体·传代接 种·累积并选择相应自发突变 株。例：卡介苗培育
　　●抗代谢拮抗物突变株的筛选：（吡哆醇高产菌株选育）
　　梯度平板法（gradient plate)异烟肼是吡哆醇结构类似物（代谢拮抗物）抗异烟肼突变株能高产吡哆醇，克服竞争性抑制。
　　●定向培育不等于定向变异：
　　（二）诱变育种
　　●定义：
　　1.诱变育种的基本环节：诱变、筛选；重要性
　　2. 诱变育种工作中应考虑的原则
　　（1）选择简便有效的诱变剂
　　●一种化学药品用作提高产量的诱变剂之前，应先测定它是否有效地引起营养缺陷型的回变·抗药性突变或形态突变等定性功能。
　　●一切生物遗传物质基础为核酸，改变核酸结构因素都可引起核酸生物学功能的改变，例：引起生物学致突变、致畸变、致癌变（三致）（生化统一性法则）；
　　凡能引起回复突变因素，一般也会引起正变（产量提高）。
　　●艾姆斯试验：利用诱变剂作用共性原理，利用营缺的回变检出化学致癌剂。
　　拟辐射物质：有些烷化剂（氮芥、硫芥、环氧乙烷），点突变和染色体畸变（一般只有辐射才能诱发）
　　超诱变剂：NTG（N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍），产氨短杆菌/大肠杆菌。未经淘汰野生型，直接得到12～80%营缺菌株（一般诱变剂仅为几%），因此NTG被称为超诱变剂。
　　2）挑选优良出发菌株（original strain）：育种效率·实际经验
　　（3）处理单细胞/单孢子：均匀接触诱变剂，避免不纯菌落。
　　4）选用最适剂量：多次试验·突变率随剂量升高而升高，到一定程度突变率下降。
　　● U.V、X-射线、乙烯亚胺：正变―偏低剂量（U.V杀菌 率70～75%）。
　　（5）充分利用复合处理的协同效应。
　　（6）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标·提高育种初筛效率。
　　●利用：高产菌株形态（菌落大小、色泽、表面光滑粗糙等）
　　● 创造：鉴别性培养基/其它方法。
　　（7）设计/采用高效筛选方法、方案。
　　● 筛造方案：
　　初筛以是（选留菌株数量）为主，复筛（以质为主）
　　●筛选方法：
　　初筛培养皿平板（变色圈，透明圈、抑菌圈）·摇瓶
　　复筛（比较精确定量）在△瓶作振荡培养（摇瓶）
　　●琼脂块培养法的原理 （每个小块所含养料、接触空气的面积基本相同，且产生代谢产物不扩散，测得数据与摇瓶条件相似，工作效率提高。）
　　3. 营养缺陷型突变株的筛选
　　（1）三类遗传型个体
　　野生型：自然界分离的任何原始菌株。
　　营养缺陷型：野生型菌株经诱变发生丧失某酶合成能力的突变；只能在加该酶合成产物培养基才生长的突变株。
　　原养型：营缺突变株经回变突变或重组后产生的菌株，其营养要求与野生型相同。
　　(2)有关培养基：
　　[-]基本培养基（MM）：满足野生型菌株生长所需要的最低成分的 组合培养基。
　　[+]完全培养基（CM）：满足一切营缺型营养需要的天 然或半组合培养。
　　补充培养基（SM）：满足相应营缺型生长需要的组合 培养基。
　　（3）营缺筛选方法：诱变→淘汰野生型→检出→鉴定
　　●诱变●淘汰野生型：抗生素法/菌丝过滤法。
　　●检出： ——夹层培养法（layer pllating method）——影印平板法
　　●营缺型的鉴定-------生长谱法
　　§.3 基因重组
　　●基因重组：
　　基因重组
　　原核生物：转化、转导、接合、原生质体融合
　　真核生物：有性杂交、准性杂交、原生质体融合
　　一、原核微生物的基因重组
　　（一）转化（transformation）
　　受体菌直接吸收供体菌游离的DNA片段而获得部分遗传性状的现象。
　　1.转化的基本条件
　　（1）感受态：
　　●遗传因素●外界环境条件：Ca2+，cAMP
　　（2）转化因子：●大小：每一转化DNA片段分子量＜1×107。
　　●结构：一般转化因子都是线状双链DNA，少数为线状单链DNA。
　　●DNA浓度
　　2．转化过程：
　　5．转染：
　　提纯的病毒DNA（或RNA）进入宿主细胞并增殖出正常病毒后代的现象。
　　●与转化区别：噬菌体或病毒并非遗传基因的供体菌，不发生遗传因子交换、整合，不产生转化子。
　　（二）转导(transduction)
　　1．定义：
　　完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介,使受体细胞获得供体细胞部分遗传性状的现象。
　　2．种类：普遍转导、局限转导、溶源转变。
　　（1）普遍转导（generalized transduction）： 完全缺陷噬菌体对供体任何DNA小片段进行“误包”,而将其遗传性状传递给受体菌的现象。
　　●完全普遍转导 (过程和结果略有别于流产普遍转导)
　　●流产普遍转导：
　　●经转导进入受体菌的供体菌DNA片段，在受体菌不交换、整合、复制，也不迅速消失，仅进行转录、转译、性状表达转导现象。
　　● 流产转导子特点：在选择性培养基上形成微小菌落。
　　（2）局限转导（restricted transduction）：
　　部分缺陷温和噬菌体把供体菌少数、特定基因携带到受体菌中并获得表达的转导现象。
　　●特点： ①只能转导供体菌的个别特定基因，
　　②特定基因由部分缺陷噬菌体携带，
　　③缺陷噬菌体的形成过程发生低 频率“误切”或双重溶源菌裂解。
　　● 类型：
　　依转导频率高低，局限转导又分两种类型。
　　低频转导（LFT）：
　　LTF ( 低m.o.I感染E.coli) 转导子(gal+;bio+)
　　高频转导（HFT）：
　　双重溶源菌裂解物中，含等量λ和λdgal粒子，称为高频转导裂解物（HFT裂解物）用低m.o.I的HFT裂解物感染E.coli gal―，得到高的转化E.coli gal+频率，这种方式的转导现象称之。
　　●双重溶源菌：正常温和噬菌（例λ）和部分 缺陷温和噬菌体（例：λdgal） ·同时整合在一个受体菌的 核染色体组。
　　（3）溶源转变（lysogenic conversion）：
　　表面上与转导相似但本质不同的现象，温和噬菌体 、感染宿主、溶源化、噬菌体DNA整合到宿主核基因组上 ，宿主通过溶源化，获得免疫性以外新性状的现象。
　　例：白喉棒杆菌不产毒素，β-温和噬菌体感染，溶源化，产毒。
　　（三）接合（conjugation）
　　1．定义： 通过细胞间直接接触，由质粒介导的遗传物质转移的现象。
　　2．接合子：通过接合而获得新的遗传性状的受体细胞。
　　3．存在： G-­菌：
　　4．F因子：（凡有F因子均有性菌毛存在）决定性别一种质粒，属于附加体质粒（脱离/整合核染色体组上；接合获得/吖啶消除）它决定细菌性别。
　　5．F因子的存在方式及其相互关系：
　　•F+菌株：F因子（1～4个）游离
　　•F-菌株：不含F因子
　　•Hfr菌株：F因子整合（核染～特定位点）
　　•F'菌株：
　　特殊F因子（携带小段核染～基因）游离
　　•接合中断法（杂交中断法）：
　　1.细胞配对 2.形成接合管，单链DNA进入受体细胞
　　3.接合中断，合成互补DNA 4.形成接合子
　　（四）原生质体融合（protoplast fusion）：
　　• 定义：
　　通过人为方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体融合,继而遗传重组,借以获得兼有双亲性状,遗传性稳定的融合子(fusant)的过程。
　　• 主要步骤：
　　二、真核微生物的基因重组
　　有性杂交；准性杂交；原生质体融合；遗传转化
　　§.4 菌种衰退、复壮和保藏
　　一、菌种的衰退与复壮
　　1．菌种衰退及其防止
　　●菌种衰退（degeneration）：●衰退的防止：
　　2．菌种复壮
　　●复壮方法介绍
　　二、菌种的保藏（实验课教学涉及各种方法操作）
　　1．菌种保藏原则：
　　2．实验室常用的七种菌种保藏方法比较：