《食品微生物技術(shù)》課件-項(xiàng)目九 微生物資源開發(fā)和利用技術(shù)

食品微生物技術(shù)——食品學(xué)院適合專業(yè)（群）：食品加工技術(shù)專業(yè)群壹微生物在自然界的分布項(xiàng)目九微生物資源開發(fā)和利用技術(shù)知識(shí)領(lǐng)域任務(wù)一

微生物資源開發(fā)、利用貳微生物與生態(tài)環(huán)境之間的相互關(guān)系任務(wù)二菌種選育叁極端微生物的類型、特點(diǎn)及利用伍菌種選育技術(shù)肆菌種資源開發(fā)行動(dòng)領(lǐng)域任務(wù)三土壤中分離可產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉知識(shí)領(lǐng)域9.1

微生物在自然界的分布任務(wù)一

微生物資源開發(fā)、利用生態(tài)學(xué)：研究生命系統(tǒng)與其環(huán)境系統(tǒng)間的相互作用規(guī)律的科學(xué)。研究?jī)?nèi)容：微生物群體——微生物區(qū)系（microflora）或正常菌群（normalflora）對(duì)其周圍生物和非生物環(huán)境條件的相互作用關(guān)系。研究范圍：生物圈（biosphere）、生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）、群落（community）、種群（population）。（1）生物圈：地球表面有生命的地帶被稱為“生物圈”。它包括地球上一切生命有機(jī)體（植物、動(dòng)物和微生物）及其賴以生存和發(fā)展的環(huán)境（空氣、水、巖石、土壤等）。（2）生態(tài)系統(tǒng)：生物群落與環(huán)境之間以及生物群落內(nèi)部通過(guò)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)形成的一個(gè)統(tǒng)一整體。（3）群落：同一環(huán)境中兩個(gè)以上種群由于生活繁殖上的連鎖而構(gòu)成相互依賴、相互制約的生物集團(tuán)。（4）種群：生活在同一環(huán)境中的同種個(gè)體組成的能繁殖的集團(tuán)。與同種別地的種群有隔離、有界限。研究意義：理論：地球進(jìn)化和生物進(jìn)化原因?qū)嵺`：開發(fā)菌種資源、防治有害微生物、新的微生物農(nóng)藥、菌肥、醫(yī)藥、混菌發(fā)酵、生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)探礦、冶金、環(huán)保、提高土壤肥力以及開發(fā)生物能等一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物

（二）水中的微生物

（三）空氣中的微生物

（四）工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物（一）土壤中的微生物

土壤中微生物的數(shù)量：按種類遞減細(xì)菌—放線菌—霉菌—酵母菌—藻類—原生動(dòng)物~108~107 ~106~105~10~103個(gè)/g土壤微生物的代謝活動(dòng)，可改變土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。土壤中微生物的含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量有直接關(guān)系。表層耕作土中含量最高，耕作層厚度20~30cm，地表土受陽(yáng)光直接照射，其中微生物含量較低。采取土樣時(shí)一般要刮開表土2~3cm后采樣。我國(guó)各主要土壤的含菌量（萬(wàn)/g干土）土壤類型細(xì)菌放線菌真菌黑龍江暗棕壤黑龍江黑土黑龍江黑鈣土黑龍江草甸土遼寧棕壤寧夏棕鈣土吉林白漿土江蘇黃棕壤浙江紅壤廣東磚紅壤西沙磷質(zhì)石灰土江蘇濱海鹽土2,2372,1111,0747,8641,2841401,5981,4061,1035072,2294666121,20431929391155271123391,10541131922336436411150.4土壤微生物的作用（1）參與土壤中幾乎所有的生物化學(xué)變化，異養(yǎng)微生物分解有機(jī)質(zhì)，自養(yǎng)微生物轉(zhuǎn)化礦質(zhì)養(yǎng)分存在狀態(tài)。（2）微生物是合成土壤腐殖質(zhì)的主要成員，因此成為土壤肥力和土壤結(jié)構(gòu)的決定者之一。（3）光合微生物能增加某些環(huán)境中有機(jī)碳素的含量，尤其在無(wú)植被的環(huán)境中，藻類是土壤形成或恢復(fù)的先行者。（二）水中的微生物水淡水海水地下水：無(wú)色桿菌、黃桿菌、革蘭氏陽(yáng)性桿菌、微球菌、諾卡氏菌地表水溪水：營(yíng)養(yǎng)少、主要是革蘭氏陰性無(wú)芽孢桿菌、生絲微菌河水：出現(xiàn)假單孢菌、芽孢、腸桿菌、弧菌、螺菌、硫細(xì)菌、微球菌、八疊球菌、諾卡氏菌、鏈球菌、螺旋體等污水生活污水：熒光、綠膿、變形、枯草、陰溝、大腸、糞鏈球菌、病毒和噬菌體生產(chǎn)污水：與所含污物有關(guān)（1）淡水水體中微生物分布狀況地面水中微生物的種類和數(shù)量較多，一般與其所處的環(huán)境條件有關(guān)。清潔的湖泊、池塘和水庫(kù)中微生物較少，有機(jī)質(zhì)豐富的湖泊中，微生物也較多。停滯的塘水、污染的江河水以及下水道的溝水中，微生物較多地下水因經(jīng)過(guò)深厚的土層過(guò)濾，幾乎大部分微生物被阻留在土壤中1.不同水體中的微生物種類清水型水生微生物潔凈湖泊和水庫(kù)以化能自養(yǎng)型和光能自養(yǎng)型微生物為主，如硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌、衣細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌。根據(jù)微生物對(duì)水生環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)要求，將其分為三類：貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（1~15mgC/L）、兼性貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（指一些在富營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中經(jīng)反復(fù)培養(yǎng)后也能適應(yīng)并生長(zhǎng)的貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌）、富營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（10gC/L）貧營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（O.I）：某水樣中貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌占總菌數(shù)的百分比流經(jīng)城市的河水、港口附近的海水、滯留的池水、陰溝水流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工業(yè)廢水等，有機(jī)物含量大增。每毫升污水的微生物含量達(dá)到107~108個(gè)。微生物類群：革蘭氏陰性無(wú)芽孢桿菌，如Proteus、E.coli、Enterobacteraerogenes和Alcaligenes等，各種Bacillus、Vibrio和Spirillum等的一些種纖毛蟲類、鞭毛蟲類和根足蟲類等原生動(dòng)物；還有一些隨人畜排泄物和病體污物進(jìn)入水體的動(dòng)植物致病菌繁殖及后果：通常因水體環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)等條件不能滿足其生長(zhǎng)繁殖的要求，加上周圍其它微生物的競(jìng)爭(zhēng)和拮抗關(guān)系，一般難以長(zhǎng)期生存，但由于水體的流動(dòng)，也會(huì)造成病原菌的傳播甚至疾病的流行。腐敗型水生微生物（2）海水微生物的分布和種類海水中的微生物除來(lái)源于河水、雨水及污水等環(huán)境中臨時(shí)種類外，絕大多數(shù)是嗜鹽菌，并耐高滲透壓。水體中微生物的數(shù)量主要與有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。微生物在海水中的垂直分布一般規(guī)律為：表層主要是好氧性異養(yǎng)菌，低層水體中，主要是厭氧腐生及硫酸還原菌，兩層之間紫硫菌較多。在0~10米深的海水中，菌數(shù)較少，藻類和原生動(dòng)物占較大比例，10~50米的海水中，菌數(shù)逐漸增加，50米以下，菌數(shù)逐漸減少，200米以下，菌數(shù)更少，在海底沉積物上，存在大量的微生物。2.水體的自凈作用水源的飲用價(jià)值：良好的飲用水細(xì)菌含量應(yīng)在100個(gè)/ml以下，當(dāng)超過(guò)500個(gè)/ml時(shí)，即不適合作為飲用水。更重要的是水中的微生物種類，一般用大腸菌群數(shù)作為是否含有病原菌的指標(biāo)。3.飲用水的微生物標(biāo)準(zhǔn)在自然水體尤其是快速流動(dòng)的水中，存在著對(duì)有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物的自凈作用。其原因是多方面的，有稀釋、沉降、吸附等物理作用，更重要的是各種生物學(xué)和生物化學(xué)作用，如好氧菌對(duì)有機(jī)物的分解作用、原生動(dòng)物對(duì)細(xì)菌等的吞噬作用，噬菌體對(duì)宿主的裂解作用，以及微生物產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)對(duì)污染物的吸附、沉降作用等使水中有機(jī)物含量降低，這種作用稱為水的自凈作用。是流水不腐的原因。（三）空氣中的微生物空氣中的環(huán)境條件：無(wú)營(yíng)養(yǎng)和水分、紫外線直射。存在狀態(tài)：漂浮，短暫停留，以吸附于塵埃微粒上的形式存在?？諝庵械膲m埃顆粒數(shù)與微生物數(shù)量有直接關(guān)系。分布：越接近地面的空氣含菌量越高，目前人類檢測(cè)到微生物存在的最高處為85km的高空。種類：球菌、芽孢桿菌、產(chǎn)色素細(xì)菌、真菌孢子空氣中微生物數(shù)量的測(cè)定：培養(yǎng)皿沉降法、液體阻留法?？諝庵形⑸锏臍缗c去除：紫外線照射、甲醛熏蒸、藥物噴霧、過(guò)濾除菌等，常用的過(guò)濾介質(zhì)有棉花、紗布、石棉濾板、活性炭或超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾紙等。1.工業(yè)產(chǎn)品的霉腐微生物引起的劣化種類：霉變（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化腐朽（decay）泛指在好氧條件下微生物酶解有機(jī)質(zhì)使其劣化的現(xiàn)象，常見的如由擔(dān)子菌引起的木材或木制品的腐朽現(xiàn)象腐爛（或腐敗，Putrefection，rot）主要指由細(xì)菌或酵母菌引起的使物體變軟、發(fā)臭性的劣化腐蝕（corrosion）主要指由硫酸鹽還原細(xì)菌、鐵細(xì)菌或硫細(xì)菌引起的金屬材料的侵蝕、破壞性劣化變質(zhì)（deterioration）指由各種生物或非生物因素引起的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量下降的現(xiàn)象（四）工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物霉腐微生物的作用機(jī)理：通過(guò)微生物酶系分解工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的相應(yīng)組分產(chǎn)生危害。在礦物油中生長(zhǎng)，不僅因大量菌體阻塞機(jī)件，代謝產(chǎn)物會(huì)腐蝕金屬器件硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌會(huì)對(duì)金屬制品、管道和船體外殼等產(chǎn)生腐蝕菌體和代謝物屬于電解質(zhì)，對(duì)電訊、電機(jī)器材等會(huì)危及其電學(xué)性能有些霉菌分泌的有機(jī)酸能腐蝕玻璃以致嚴(yán)重降低光學(xué)儀器的性能霉腐微生物的控制控制其溫度、濕度、氧氣和養(yǎng)料采用有效的化學(xué)抑菌劑、殺菌劑或物理殺菌劑在工業(yè)產(chǎn)品加工、包裝過(guò)程中，盡量保持環(huán)境衛(wèi)生并嚴(yán)防雜菌污染2.食品上的微生物污染食品的微生物種類：Paecilomyces青霉、Trichoderma木霉、Escherichiacoli大腸桿菌、Staphylococcusaureus葡萄球菌、Bacillussubtilis枯草桿菌、Salmonella沙門氏菌、Proteusvulgaris變形桿菌、Pseudomonasaeroginosa綠膿假單孢菌、Lactobacillus乳酸桿菌、Streptococcuslactis乳鏈球菌、Sacchromycescerevisiae釀酒酵母等。微生物污染的危害：除引起食品變質(zhì)外，還可能含有各種致病菌和毒素等有害代謝產(chǎn)物，會(huì)引起人類的各種嚴(yán)重疾病防止霉腐的方法：（1）在加工、制造、包裝過(guò)程中必須特別注意清潔衛(wèi)生（2）控制保藏條件——采用低溫、干燥、密封等措施（3）添加少量無(wú)毒的化學(xué)防腐劑——如苯甲酸、山梨酸、脫氫醋酸、維生素K、丙酸、二甲基延胡索酸等3.農(nóng)產(chǎn)品上的微生物主要菌種：以青霉屬、曲霉屬、鐮孢霉屬（Fusarium）等的一些種為主。真菌毒素：目前已知的五萬(wàn)多種真菌中，至少有兩百多個(gè)種能產(chǎn)生一百多種真菌毒素，其中有14種致癌，兩種是劇毒致癌劑，其一為黃曲霉毒素（aflatoxin），另一種是由某些鐮孢菌產(chǎn)生的單端孢烯族毒素T2。凡是被霉菌嚴(yán)重污染的糧食一般都含有多種真菌毒素，因此，“防癌必先防霉”。主要真菌毒素：黃曲霉毒素、赭曲霉素、雜色曲霉素、島青霉素、黃天精、環(huán)氯素、展青霉素、桔青霉素、皺褶青霉素、黃綠青霉素、青霉酸、圓弧青霉素、偶氮酸、單端孢烯族毒素、二氫雪腐鐮刀菌烯酮和T2毒素等。9.3極端微生物的類型、特點(diǎn)及利用嗜熱菌耐熱菌：最高45~55℃,最低＜30℃兼性嗜熱菌:最高50～65℃，最低＜30℃專性嗜熱菌:最適65～70℃，最低42℃極端嗜熱菌:最高＞70℃，最適＞65℃，最低＞40℃超嗜熱菌:最高113℃，最適80～110℃,最低～55℃1.嗜熱微生物2.嗜冷微生物（psychcophiles）又稱嗜冷菌，指一類最適生長(zhǎng)溫度低于15℃、最高生長(zhǎng)溫度低于20℃和最低生長(zhǎng)溫度在0℃以下的細(xì)菌、真菌和藻類等微生物。耐冷微生物（psychrotolerant）:能在0℃下生長(zhǎng)，但其最適生長(zhǎng)溫度為20～40℃的微生物。3.嗜酸微生物（acidophiles）只能生活在低pH（﹤4）條件下，在中性pH下即死亡的微生物。耐酸微生物（acidtolerant）:生長(zhǎng)在低pH下，但在中性pH下也能生活的微生物。4.嗜堿微生物（alkalinophile）能專性生活在pH10～11的堿性條件下而不能生活在中性條件下的微生物。5.嗜鹽微生物（halophile）必須在高鹽濃度下才能生長(zhǎng)的微生物。低度嗜鹽菌：0.2～0.5mol/LNaCl中度嗜鹽菌：0.5～2.5mol/LNaCl極端嗜鹽菌：2.5～5.2mol/LNaCl耐鹽微生物（halotolerant）：既能在高鹽度環(huán)境下生活，又能在低鹽度下正常生活的微生物6.嗜壓微生物（barophiles）必須生長(zhǎng)在高靜水壓環(huán)境中的微生物，都是原核微生物，也稱嗜壓菌。因采樣、分離、研究等均需要在特制的高壓容器中進(jìn)行，研究進(jìn)展緩慢。7.抗輻射微生物對(duì)輻射有抗性或耐受性。微生物的抗輻射能量明顯高于高等動(dòng)、植物。9.4菌種資源的開發(fā)菌種篩選的一般原則和基本步驟：采集菌樣：了解目標(biāo)菌分布情況、首選樣品是土壤富集培養(yǎng)：利用選擇性培養(yǎng)基的原理，向所采土樣中加入某些特殊營(yíng)養(yǎng)物，并創(chuàng)造一些有利于待分離對(duì)象生長(zhǎng)的條件，使樣品中少量的能分解利用該營(yíng)養(yǎng)物的微生物大量繁殖，以提高其在群體中的比例，使之便于分離。純種分離性能測(cè)定采取土壤樣品要考慮的幾個(gè)問(wèn)題土質(zhì)肥，微生物含量高，特別肥沃的土壤中細(xì)菌多，放線菌少；在植物殘?bào)w枯枝落葉下的土壤中較多含有拮抗性真菌。離地面5~20cm處的土壤通氣良好、不受陽(yáng)光直射，含菌量最高。采土季節(jié)以春秋兩季最好。采土方法：選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)、鏟除表土、取土樣數(shù)十克，盛入事先準(zhǔn)備的無(wú)菌防水紙袋中，其上記錄采土?xí)r間、地點(diǎn)、植被情況等。多點(diǎn)采土、混合分離，可以代表每一地塊上的微生物分布平均情況土樣的富集培養(yǎng)含有目的菌較多的土樣不需要富集培養(yǎng)如果原有樣品中目的菌含量低，可以人為地添加相應(yīng)的基質(zhì)，培養(yǎng)使之以較其它微生物更快的速度生長(zhǎng)繁殖，從而提高它們?cè)跇悠分械谋壤?，便于分離。富集培養(yǎng)的一般方法：采用有利于目的菌種而不利于無(wú)關(guān)微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)條件，以達(dá)到使目的菌種在群體中比例上升的目的。一些有特定物質(zhì)產(chǎn)生能力的菌種，不容易富集，只有通過(guò)大量艱苦的工作篩選取得。遺傳與變異的概念遺傳：親代將自身一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為和功能。變異：生物體的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)和數(shù)量的改變，在群體中以極低的幾率（10-5~10-6）出現(xiàn)，性狀變化幅度大；新性狀穩(wěn)定、可遺傳。遺傳型：一個(gè)生物體所含有的基因的總和。表型：一個(gè)生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和。飾變：指生物體由于非遺傳因素引起的表型改變，變化發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平，特點(diǎn)是幾乎整個(gè)群體中的每一個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的變化，性狀變化的幅度小，不遺傳，引起飾變的因素消失后，表型即可恢復(fù)。9.5菌種選育表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為個(gè)體的行為橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳。遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為

（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）研究微生物遺傳的意義微生物的獨(dú)特生物學(xué)特性：（1） 個(gè)體的體制極其簡(jiǎn)單；（2） 營(yíng)養(yǎng)體一般都是單倍體；（3） 易于在成分簡(jiǎn)單的組合培養(yǎng)基上大量生長(zhǎng)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(yíng)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(guò)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(wèn)題中最熱衷的研究對(duì)象。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。研究微生物遺傳的意義一、微生物遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)證明核酸是遺傳變異物質(zhì)的經(jīng)典試驗(yàn)（一）肺炎雙球菌的遺傳實(shí)驗(yàn)經(jīng)典試驗(yàn)1.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)

圖8.1（a）S型和R型細(xì)胞侵染試驗(yàn)圖8.1（b）分離后的S型細(xì)胞物質(zhì)對(duì)R型細(xì)胞的轉(zhuǎn)化研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）S型菌株：有致病性，菌落表面光滑，有莢膜R型菌株：無(wú)致病性，菌落表面粗糙，無(wú)莢膜結(jié)論：只有S型細(xì)菌的DNA才能將S.Pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說(shuō)明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。A.D.Hershey和M.Chase，1952年（1）含32P-DNA的一組：放射性85%在沉淀中（2）含35S-蛋白質(zhì)的一組：放射性75%在上清液中所以，進(jìn)入細(xì)胞的是噬菌體的核酸而不是蛋白質(zhì)。為了證明核酸是遺傳物質(zhì)，H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的煙草花葉病毒（TMV）進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。將TMV在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能將其蛋白質(zhì)外殼與RNA核心相分離。分離后的RNA在沒(méi)有蛋白質(zhì)包裹的情況下，也能感染煙草并使其患典型癥狀，而且在病斑中還能分離出正常病毒粒子。選用TMV和霍氏車前花葉病毒（HRV），分別拆分取得各自的RNA和蛋白質(zhì)，將兩種RNA分別與對(duì)方的蛋白質(zhì)外殼重建形成兩種雜合病毒：（1）RNA（TMV）-

蛋白質(zhì)（HRV）（2）RNA（HRV）-

蛋白質(zhì)（TMV）用兩種雜合病毒感染寄主：（1）表現(xiàn)TMV的典型癥狀病分離到正常TMV粒子（2）表現(xiàn)HRV的典型癥狀病分離到正常HRV粒子。上述結(jié)果說(shuō)明，在RNA病毒中，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)也是核酸。二、微生物的基因突變

基因突變簡(jiǎn)稱突變，是變異的一種，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化。突變率常在10-8~10-9范圍內(nèi)。突變類型突變株的表型 成因 檢出方法營(yíng)養(yǎng)缺陷型因突變而喪失合成一 補(bǔ)充培養(yǎng)基（auxotroph）種或幾種生長(zhǎng)因子的 能力不能在基本培養(yǎng) 基上生長(zhǎng)突變株抗性突變型因突變而產(chǎn)生了對(duì)某 藥物培養(yǎng)基（resistantmutant）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培養(yǎng)條件改變（conditional可正常生長(zhǎng)、繁殖并lethalmutant）實(shí)現(xiàn)其表型，而在另 一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng) 繁殖的突變型突變株的表型 成因檢出方法形態(tài)突變型因突變而產(chǎn)生的個(gè)體 形態(tài)Morphologycal或菌落形態(tài)

mutant 變異 抗原突變型因突變而引起的抗原借助于抗原antigenic結(jié)構(gòu)發(fā)生改變抗體反應(yīng)mutant

產(chǎn)量突變型因突變而獲得的在有測(cè)定產(chǎn)量或highproducing用代謝物產(chǎn)量上高于其它mutant 原始菌株的突變株

其它突變型：毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物等 三、突變的特點(diǎn)

適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。

1.不對(duì)應(yīng)性：突變的性狀與突變?cè)蛑g無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（變量試驗(yàn)、涂布試驗(yàn)、平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)）

2.自發(fā)性：突變可以在沒(méi)有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。

3.稀有性：突變率低且穩(wěn)定。

4.獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會(huì)互相影響。

5.可誘發(fā)性：誘變劑可提高突變率。

6.穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳。

7.可逆性：原始的野生基因到變異株的突變稱為正向

突變，相反的過(guò)程則稱為回復(fù)突變或回變。四、突變的機(jī)制堿基置換（轉(zhuǎn)換顛換）點(diǎn)突變移碼突變（缺失添加）誘變畸變：缺失、添加、易位、倒位

自發(fā)突變突變誘變機(jī)制

誘變劑（mutagen）：凡能提高突變率的任何理化因子，誘變劑的種類很多，作用方式多樣。即使是同一種誘變劑，也常有不同的作用方式。突變率每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率=突變細(xì)胞數(shù)/分裂前群體細(xì)胞數(shù)出發(fā)菌株

長(zhǎng)出突變株含誘變劑的培養(yǎng)基1.堿基置換定義：對(duì)DNA來(lái)說(shuō)，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（microlesion），一般也稱點(diǎn)突變（pointmutation）。它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換；顛換（transversion），即一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘧啶或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘌呤所置換。對(duì)某一具體誘變劑來(lái)說(shuō)，可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機(jī)制分成以下兩類來(lái)討論。堿基的置換（1）直接引起置換的誘變劑HNO2CNH2腺嘌呤CO次黃嘌呤(Hk)A..THe..THk..

THk..

CA..THk..

CG..

CCOH次黃嘌呤(He)直接引起置換的誘變劑一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亞硝基胍，N-甲基-N-亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥等）。它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。在這些誘變劑中，除羥胺只引起G┇C→A：T外，其余都是可使G┇C→A：T發(fā)生互變的。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有。堿基轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制亞硝酸可使堿基發(fā)生氧化脫氨作用，故它能使腺嘌呤（A）變成次黃嘌呤（H），使胞嘧啶（C）變成尿嘧啶（U），從而發(fā)生轉(zhuǎn)換。它也可使鳥嘌呤（G）變成黃嘌呤（X），但這時(shí)不能引起轉(zhuǎn)換。其中A→H而引起的轉(zhuǎn)換過(guò)程分以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：①腺嘌呤經(jīng)氧化脫氨后變成烯醇式次黃嘌呤（He）；②He通過(guò)自發(fā)的互變異構(gòu)效應(yīng)而形成Hk（酮式次黃嘌呤）；③DNA雙鏈第一次復(fù)制，結(jié)果Hk因其在6位上含有酮基，故只能與6位上含有氨基的胞嘧啶（C）配對(duì)；④DNA雙鏈的第二次復(fù)制，這時(shí)其中的C按常規(guī)與G配對(duì)，因而最終實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換。（2）間接引起置換的誘變劑引起這類變異的誘變劑都是一些堿基類似物，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鳥嘌呤（8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP）等。它們的作用是通過(guò)細(xì)胞的代謝活動(dòng)摻入到DNA分子中后而引起堿基置換，故是間接的。現(xiàn)以5-BU為例來(lái)加以說(shuō)明。

5-BU是T的代謝類似物。當(dāng)把某一微生物培養(yǎng)在含5-BU的培養(yǎng)液中時(shí)，細(xì)胞中有一部分新合成的DNA的T就被5-BU所取代。5-BU一般以酮式狀態(tài)存在于DNA中，因而仍可正常地與A配對(duì)，這時(shí)并未發(fā)生堿基對(duì)的轉(zhuǎn)換。有時(shí)5-BU會(huì)以烯醇式狀態(tài)出現(xiàn)在DNA中，于是當(dāng)DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，在其相對(duì)位置上出現(xiàn)的就是G，而不是原來(lái)的A，因而引起了堿基對(duì)從原來(lái)的A︰T變至G┇C的轉(zhuǎn)換。

COHT：烯醇式CT：酮式OA..TT..

AA..T酮式T..

G烯醇式間接引起置換的誘變劑堿基的置換

G..

C從上圖中，還可看到5-BU的摻入引起的G┇C回復(fù)到A︰T的過(guò)程。通過(guò)這兩個(gè)圖示，就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變的原因了。另外，也可以看到，為什么像5-BU這類代謝類似物只有對(duì)正在進(jìn)行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對(duì)休止細(xì)胞、游離的噬菌體粒子或離體的DNA分子卻不起作用。COBr5-BU:酮式COHBr5-BU:烯醇式堿基的置換

間接引起置換的誘變劑2.移碼突變移碼突變指誘變劑使DNA分子中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸的增添（插入）或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。

丫啶類染料，如丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，都是移碼突變的有效誘變劑。移碼突變ＤＮＡ分子中缺失或增加少數(shù)幾個(gè)堿基對(duì)而引起造成突變點(diǎn)以后全部遺傳密碼轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)釋發(fā)生錯(cuò)誤ABCABCABCABCABCABCABCABCAB+ABCABCCBACBACBACBACBAABCBCABCABCABCABCABCABCA增添一個(gè)堿基缺少一個(gè)堿基丫啶類化合物的誘變機(jī)制至今還不很清楚。有人認(rèn)為，由于它們是一種平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤–嘧啶對(duì)十分相似，故能嵌入兩個(gè)相鄰DNA堿基對(duì)之間，造成雙螺旋的部分解開（兩個(gè)堿基對(duì)原來(lái)相距0.34nm，當(dāng)嵌入一個(gè)丫啶分子時(shí)，就變成0.68nm），從而在DNA復(fù)制過(guò)程中，會(huì)使鏈上增添或缺失一個(gè)堿基，結(jié)果就引起了移碼突變。3.染色體畸變某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷——染色體畸變，包括以下兩個(gè)方面：

染色體結(jié)構(gòu)上的缺失、重復(fù)、易位和倒位染色體數(shù)目的變化。染色體結(jié)構(gòu)上的變化染色體內(nèi)畸變只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；又如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位是指斷裂下來(lái)的DNA片段旋轉(zhuǎn)180°后，重新插入到原來(lái)染色體的位置上；易位則指斷裂下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變，則指非同源染色體間的易位。某些理化因子，如Ｘ射線，紫外線，亞硝酸等，除能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA分子大損傷，包括染色體易位，倒位，缺失，重復(fù)等，即為染色體畸變紫外線（U.V.）對(duì)DNA的損傷嘧啶對(duì)紫外線的敏感性要比嘌呤強(qiáng)得多。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是二聚體和水合物，其中了解較清楚的是胸腺嘧啶二聚體的形成和消除。紫外線誘變作用機(jī)理

可使ＤＮＡ鏈裂斷，破壞核糖和磷酸間的鍵聯(lián)引起胞嘧啶和尿嘧啶水合作用造成氫鍵斷裂

形成胸腺嘧啶二聚體，使ＤＮＡ結(jié)構(gòu)發(fā)生改變

自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒(méi)有人工參與的情況下生物體自然發(fā)生的突變幾種自發(fā)突變的可能機(jī)制背景輻射和環(huán)境因素的影響：由于一些原因不詳?shù)牡蛣┝空T變因素的長(zhǎng)期總和誘變效應(yīng)。如各種短波輻射或高溫誘變效應(yīng)，以及自然界中普遍存在的一些低濃度的誘變物質(zhì)（在微環(huán)境中有時(shí)也可能是高濃度）的作用等。微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)：過(guò)氧化氫有誘變作用，在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株，可能也是同樣的原因。氨基的互變異構(gòu)效應(yīng)：T和G會(huì)以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)，而C和A則會(huì)以氨基式或亞氨基式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)。環(huán)出效應(yīng)：在DNA的復(fù)制過(guò)程中，某一單鏈上偶然產(chǎn)生一個(gè)小環(huán)，則會(huì)因其上的基因越過(guò)復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失。光復(fù)活作用把經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。光復(fù)活機(jī)理：經(jīng)紫外線照射所形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗中與光激活酶（photoreactivatingenzyme）（又稱光裂合酶photolyase）結(jié)合，形成的復(fù)合物暴露在可見光（300~500nm）下時(shí)，此酶會(huì)因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。由于在一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以在進(jìn)行紫外線誘變育種時(shí)，只能在紅光下進(jìn)行照射及處理照射后的菌液。暗修復(fù)作用暗修復(fù)作用又稱切除修復(fù)（excisionrepair），是細(xì)胞內(nèi)的主要修復(fù)系統(tǒng)，用于修復(fù)被誘變劑（包括紫外線、烷化劑、X射線和γ射線等）損傷后的DNA的機(jī)制。全部修復(fù)過(guò)程由四種酶完成，即①內(nèi)切核酸酶在胸腺嘧啶二聚體的5’一側(cè)切開一個(gè)3’-OH和5’-P的單鏈缺口；②外切核酸酶從5’-P至3’-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口；③DNA聚合酶修補(bǔ)缺口④連接酶連接裂口接合：細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸(由F因子介導(dǎo))轉(zhuǎn)導(dǎo)：由噬菌體介導(dǎo)自然遺傳轉(zhuǎn)化：游離DNA分子+感受態(tài)細(xì)胞三、微生物的基因重組（一）細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化定義:同源或異源的游離DNA分子(質(zhì)粒和染色體DNA)被自然或人工感受態(tài)細(xì)胞攝取,并得到表達(dá)的水平方向的基因轉(zhuǎn)移過(guò)程。自然遺傳轉(zhuǎn)化

(naturalgenetictransformation)人工轉(zhuǎn)化(artificialtransformation)感受態(tài)細(xì)胞:具有攝取外源DNA能力的細(xì)胞。自然感受態(tài)與人工感受態(tài)的不同？自然感受態(tài)的出現(xiàn)是細(xì)胞一定生長(zhǎng)階段的生理特性，受細(xì)菌自身的基因控制；人工感受態(tài)則是通過(guò)人為誘導(dǎo)的方法,使細(xì)胞具有攝取DNA的能力或人為地將DNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)。

(該過(guò)程與細(xì)菌自身的遺傳控制無(wú)關(guān)！)1.自然遺傳轉(zhuǎn)化(簡(jiǎn)稱自然轉(zhuǎn)化)1928年,Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力.進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化,需要兩方面必要的條件:建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞外源游離DNA分子枯草芽孢桿菌的自然轉(zhuǎn)化過(guò)程

(革蘭氏陽(yáng)性菌的轉(zhuǎn)化模型)自然轉(zhuǎn)化過(guò)程的特點(diǎn)：a)對(duì)核酸酶敏感；c)轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化(DNA)給體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系；d)通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多。b)不需要活的DNA給體細(xì)胞；提高質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率的二種方法:1)使質(zhì)粒形成多聚體,這樣進(jìn)入細(xì)胞后重新組合成有活性的質(zhì)粒的幾率大大提高；2)在質(zhì)粒上插入受體菌染色體的部分片段,或?qū)①|(zhì)粒轉(zhuǎn)化進(jìn)含有與該質(zhì)粒具有同源區(qū)段的質(zhì)粒的受體菌-------重組獲救噬菌體DNA被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒。轉(zhuǎn)染：注：現(xiàn)在把DNA轉(zhuǎn)移至動(dòng)物細(xì)胞的過(guò)程也稱轉(zhuǎn)染。提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的(而非感染途徑進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。特點(diǎn)：“接合”“轉(zhuǎn)導(dǎo)”及“自然轉(zhuǎn)化”這三種在自然界中存在的細(xì)菌遺傳重組過(guò)程各自的特點(diǎn)：a)外源DNA的來(lái)源及進(jìn)入途徑有差異;b)決定因素也各有不同;2.人工轉(zhuǎn)化用CaCl2處理細(xì)胞,電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項(xiàng)細(xì)菌基因重組手段,是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。不是由細(xì)菌自身的基因所控制。用多種不同的技術(shù)處理受體細(xì)胞,使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態(tài)”。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化效率高。（二）細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式:一個(gè)細(xì)胞的DNA通過(guò)病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中。能將一個(gè)細(xì)菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個(gè)細(xì)菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類型:普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)1.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)給體染色體的任何部分到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程.(1)意外的發(fā)現(xiàn)

1951年，JoshuaLederberg和NortonZin-der為了證實(shí)大腸桿菌以外的其它菌種是否也存在接合作用,用二株具不同的多重營(yíng)養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌進(jìn)行的實(shí)驗(yàn):用“U”型管進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí),在給體和受體細(xì)胞不接觸的情況下,同樣出現(xiàn)原養(yǎng)型細(xì)菌！沙門氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細(xì)菌另一株是非溶源性細(xì)菌一個(gè)表面看起來(lái)的常規(guī)研究卻導(dǎo)致一個(gè)驚奇和十分重要發(fā)現(xiàn)的重要例證！基因的傳遞很可能是由可透過(guò)“U”型管濾板的P22噬菌體介導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)這一重要的基因轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)現(xiàn)(2)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體為什么“錯(cuò)”將宿主的DNA包裹進(jìn)去?噬菌體的DNA包裝酶酶也能識(shí)別染色體DNA上類似pac的位點(diǎn)并進(jìn)行切割,以“headful”的包裝機(jī)制包裝進(jìn)P22噬菌體外殼,形成只含宿主DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體顆粒(假噬菌體)因?yàn)槿旧w上的pac與P22DNA的pac序列不完全相同,利用效率較低,這種“錯(cuò)裝”機(jī)率一般僅約10-6-10-8形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒的噬菌體可以是溫和的也可以是烈性的，但必須具有能偶爾識(shí)別宿主DNA的包裝機(jī)制并在宿主基因組完全降解以前進(jìn)行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本要求：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果:進(jìn)入受體的外源DNA通過(guò)與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)(abortivetransduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行重組和復(fù)制,但其攜帶的基因可經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。特點(diǎn):在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落外源DNA被降解,轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。DNA不能復(fù)制,因此群體中僅一個(gè)細(xì)胞含有DNA,而其它細(xì)胞只能得到其基因產(chǎn)物,形成微小菌落。2.局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí),在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中溫和噬菌體λ裂解時(shí)的不正常切割:包含gal或bio基因(幾率一般僅有10-6)缺陷噬菌體在宿主細(xì)胞內(nèi)能夠象正常的λ－DNA分子一樣進(jìn)行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能,形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒.但沒(méi)有正常噬菌體的溶源性和增殖能力,感染受體細(xì)胞后，通過(guò)DNA整合進(jìn)宿主染色體而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別:a)被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價(jià)地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿主菌的基因。b)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)胧荏w,故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有隨機(jī)性。

溶源轉(zhuǎn)變一個(gè)與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似又不同的現(xiàn)象溫和噬菌體感染細(xì)胞后使之發(fā)生溶源化,因噬菌體的基因整合到宿主染色體上,而使后者獲得了新性狀的現(xiàn)象。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的不同？a)不攜帶任何供體菌的基因b)這種噬菌體是完整的,而不是缺陷的（三）細(xì)菌的接合作用通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過(guò)程.1.實(shí)驗(yàn)證據(jù)

1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm

細(xì)菌的多重營(yíng)養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)中間平板上長(zhǎng)出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致！證實(shí)接合過(guò)程需要細(xì)胞間的直接接觸的“U”型管實(shí)驗(yàn)(BernardDavis,1950)2.機(jī)制(大腸桿菌的接合機(jī)制)接合作用是由一種被稱為F因子的質(zhì)粒介導(dǎo).

F因子的分子量通常為5×107,上面有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛(sexpili)及控制接合過(guò)程進(jìn)行的20多個(gè)基因。

含有F因子的細(xì)胞:“雄性”菌株(F+),其細(xì)胞表面有性菌毛;

不含F(xiàn)因子的細(xì)胞:“雌性”菌株(F-),細(xì)胞表面沒(méi)有性菌毛

F因子為附加體質(zhì)粒,既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在,也可插入(整合)到染色體上。F因子的四種細(xì)胞形式a)F-菌株,不含F(xiàn)因子,沒(méi)有性菌毛,可通過(guò)接合作用接收F因子而變成雄性菌株(F+);b)F+菌株,F因子獨(dú)立存在,細(xì)胞表面有性菌毛;c)Hfr菌株,F因子插入到染色體DNA上,細(xì)胞表面有性菌毛。d)F＇菌株,Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時(shí),形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子,特稱為F′因子.細(xì)胞表面同樣有性菌毛。1）F+×F-雜交雜交的結(jié)果:給體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為

F+細(xì)胞.理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株.F+菌株的F因子向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移,但含F(xiàn)因子的宿主細(xì)胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移.Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上,因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移過(guò)程,就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給F-細(xì)胞并發(fā)生重組,由此而得名為高頻重組菌株。2）Hfr×F-雜交

Hfr菌株仍然保持著F+細(xì)胞的特征,具有F性菌毛,并象F+一樣與F-細(xì)胞進(jìn)行接合.所不同的是,當(dāng)OriT序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后,F因子的先導(dǎo)區(qū)(leadingregion)結(jié)合著染色體DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移,F因子除先導(dǎo)區(qū)以外,其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體的末端,由于轉(zhuǎn)移過(guò)程常被中斷,因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中,故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因,進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多,在F-中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中,故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞(或稱接合子)大多數(shù)仍然是F-。3）F′×F-雜交Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時(shí),形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子,特稱為F′因子。F′×F-與F+×F-的不同:給體的部分染色體基因隨F′一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞.a)與染色體發(fā)生重組；b)繼續(xù)存在于F′因子上,形成一種部分二倍體；細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過(guò)程又常稱為性導(dǎo)(se-xduction)、F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)(F-duction),或F因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)(F-mediatedtransduction).（四）原生質(zhì)體融合概念：通過(guò)人為的方法，使遺傳性狀不同的兩細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進(jìn)而發(fā)生遺傳重組以產(chǎn)生同時(shí)帶有雙親性狀的、遺傳性穩(wěn)定的融合子的過(guò)程，稱為原生質(zhì)體融合。原生質(zhì)體融合的優(yōu)點(diǎn)：可以提高重組率雙親可以少帶標(biāo)記或不帶標(biāo)記可進(jìn)行多親本融合有利于不同種間、屬間微生物的雜交通過(guò)原生質(zhì)體融合提高產(chǎn)量原生質(zhì)體融合操作示意圖（五）真核微生物的基因重組真核微生物的基因重組的方式有性雜交：一般指性細(xì)胞之間的結(jié)合和隨之發(fā)生的染色體重組，并產(chǎn)生新遺傳型后代的一種育種技術(shù)。準(zhǔn)性雜交：同種生物的兩個(gè)不同的體細(xì)胞發(fā)生融合，以有絲分裂的方式而導(dǎo)致低頻率的基因重組并產(chǎn)生重組子的雜交方式。例：霉菌的雜交育種過(guò)程：將甲親本與乙親本菌株（雙倍體）分別接種到含醋酸鈉等產(chǎn)孢子培養(yǎng)基斜面上，用蒸餾水洗下子囊，機(jī)械法破壞子囊獲得子囊孢子，將子囊孢子鋪平板獲得單倍體細(xì)胞組成的菌落，通過(guò)離心等方法使單倍體細(xì)胞密集接觸，即有機(jī)會(huì)產(chǎn)生雙倍體有性雜交后代。

霉菌的雙倍體和單倍體細(xì)胞的比較項(xiàng)目雙倍體單倍體細(xì)胞菌落液體培養(yǎng)產(chǎn)孢子培養(yǎng)基上大，橢圓形大，形態(tài)均一繁殖較快，細(xì)胞較分散形成子囊小，球形小，形態(tài)變化較多繁殖較慢，細(xì)胞常聚集成團(tuán)不形成子囊準(zhǔn)性生殖存在范圍：常見于某些真菌，尤其是半知菌基本過(guò)程：菌絲連接形成異核體核融合體細(xì)胞交換準(zhǔn)性生殖育種過(guò)程選擇親本：（用營(yíng)養(yǎng)缺陷型作為遺傳標(biāo)記）強(qiáng)制異合：（用基本培養(yǎng)基篩選形成異核體的細(xì)胞和雜合二倍體細(xì)胞）移單菌落：（將在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的單菌落移種到基本培養(yǎng)基斜面上）選擇重組體：（采用各種選擇培養(yǎng)基選擇不同的融合子）

四、菌種選育1.自然界中分離的方法步驟2.微生物的誘變育種3.微生物的雜交育種4.原生質(zhì)體融合育種（略）5.基因工程育種（一）自然界中菌種的方法步驟1.采樣2.增殖培養(yǎng)3.純種分離4.純培養(yǎng)5.誘變育種6.生產(chǎn)性能測(cè)定（二）誘變育種誘變育種：利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其突變率顯著提高，然后采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合育種目的的突變株，以供生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)研究之用。

誘變育種具有極其重要的實(shí)踐意義：當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)和其他微生物生產(chǎn)部門所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎毫無(wú)例外地都是通過(guò)誘變育種而明顯提高其生產(chǎn)性能的。誘變育種的基本環(huán)節(jié)以選育高產(chǎn)突變株為例，誘變育種的基本環(huán)節(jié)概括如下：挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株（originalstrain）選用出發(fā)菌株的一般原則：①最好是經(jīng)過(guò)生產(chǎn)中選育過(guò)的自發(fā)變異菌株；②采用具有優(yōu)良性狀的菌株，如生長(zhǎng)速度快、營(yíng)養(yǎng)要求低以及產(chǎn)孢子早而多的菌株③選擇已發(fā)生其他變異的菌株作為出發(fā)菌株；④細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)稱為增變菌株的變異菌株，更適宜作出發(fā)菌株；⑤在選擇產(chǎn)核苷酸或氨基酸的出發(fā)菌株時(shí)，最好考慮至少能累積少量所需產(chǎn)物或其前體的菌株，而在選擇產(chǎn)抗生素的出發(fā)菌株時(shí)，最好選擇已通過(guò)幾次誘變并發(fā)現(xiàn)每次的效價(jià)都有一定程度提高的菌株作為出發(fā)菌株。處理單孢子（或單細(xì)胞）懸液對(duì)單細(xì)胞微生物必須處理單細(xì)胞、均勻懸液的原因分散狀態(tài)的細(xì)胞可以均勻接觸誘變劑，避免長(zhǎng)出不純菌落。處理霉菌或放線菌孢子的原因：絲狀微生物的細(xì)胞內(nèi)同時(shí)含有幾個(gè)核，故某一突變無(wú)法反映在當(dāng)代的表型上。只有當(dāng)經(jīng)過(guò)DNA的復(fù)制發(fā)生細(xì)胞分裂后，這一變異才會(huì)在表型上表達(dá)出來(lái)，于是出現(xiàn)了不純菌落，這就叫表型延遲（phenotypiclag）（或由于誘變劑一般只作用于DNA雙鏈中的某一條單鏈，也會(huì)出現(xiàn)表型延遲）。這也是誘變育種工作中初分離的菌株經(jīng)傳代后很快出現(xiàn)生產(chǎn)性狀“衰退”的主要原因。獲得均勻分散的細(xì)胞懸液的方法：用無(wú)菌的玻璃珠打碎成團(tuán)的細(xì)胞，然后再用脫脂棉過(guò)濾。誘變后出現(xiàn)的不純菌落，則可用適當(dāng)?shù)姆蛛x純化方法加以純化。選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑物理誘變劑：紫外線、激光；X射線、γ射線和快中子等?；瘜W(xué)誘變劑：主要有烷化劑、堿基類似物和丫啶類化合物。擬輻射物質(zhì)：有些烷化劑例如氮芥、硫芥和環(huán)氧乙烷等除了能誘發(fā)各種點(diǎn)突變外，還能誘發(fā)一般只有輻射才能誘發(fā)的染色體畸變，所以它們也被稱為擬輻射物質(zhì)。選擇誘變劑的種類：在選用理化因子作誘變劑時(shí)，在同樣效果下，應(yīng)選用最方便的因素；而在同樣方便的情況下，則應(yīng)選擇最高效的因素。在物理誘變劑中，尤以紫外線為最方便，而在化學(xué)誘變劑中，一般可選用誘變效果最為顯著的“超誘變劑”，如NTG(N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍)。采用簡(jiǎn)便有效的誘變方法：紫外線的照射最為方便?；瘜W(xué)誘變劑的種類、濃度和處理方法尤其是中止反應(yīng)的方法很多，實(shí)際工作時(shí)可參看有關(guān)書籍。一種較有效的簡(jiǎn)易處理方法的大致操作步驟是：先在平板上涂上出發(fā)菌株細(xì)胞，然后在平板上均勻地放上幾顆很小的誘變劑顆粒（也可放吸有誘變劑溶液的濾紙片），經(jīng)培養(yǎng)后，在制菌圈的邊緣挑取若干突變菌落，分別制成懸浮液，然后將其涂在一般平板表面使長(zhǎng)出許多單菌落，最后可用影印培養(yǎng)法或逐個(gè)檢出法選出突變種。充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)

誘變劑的復(fù)合處理常常呈現(xiàn)一定的協(xié)同效應(yīng)，這對(duì)育種工作是很有參考價(jià)值的。復(fù)合處理有幾類：①兩種或多種誘變劑的先后使用；②同一種誘變劑的重復(fù)使用；③兩種或多種誘變劑的同時(shí)使用。利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)為了確切某一突變株產(chǎn)量性狀的提高程度，必須進(jìn)行大量的分析測(cè)定和統(tǒng)計(jì)工作，而一些形態(tài)變異雖能直接和迅速地加以觀察，但又不一定與產(chǎn)量變異相關(guān)。如果能找到這兩者間的相關(guān)性，則育種時(shí)初篩的效率就可大大提高。如在灰黃霉素產(chǎn)生菌蕁麻青霉的育種中，發(fā)現(xiàn)菌落的棕紅顏色變深者，產(chǎn)量往往有所提高形態(tài)、生理與代謝產(chǎn)物產(chǎn)量間的相關(guān)性常?？赏ㄟ^(guò)人們的努力而加以創(chuàng)造。利用鑒別性培養(yǎng)基的原理或其它方法就可有效地把原來(lái)肉眼所觀察不到的生理性狀或產(chǎn)量性狀轉(zhuǎn)化為可見的“形態(tài)”性狀。例如，在瓊脂平板上，通過(guò)蛋白酶水解圈的大小、淀粉酶變色圈的大小，抗生素抑制圈的大小，生長(zhǎng)因子周圍某菌生長(zhǎng)圈的大小，以及外毒素的沉淀反應(yīng)圈的大小等，都可用于初篩工作中估計(jì)某菌產(chǎn)生相應(yīng)代謝產(chǎn)物能力的“形態(tài)”指標(biāo)。選用最適劑量誘變劑劑量：一般指強(qiáng)度與作用時(shí)間的乘積。各種誘變劑有不同的劑量表示方式，如化學(xué)誘變劑以一定溫度下誘變劑的濃度和處理時(shí)間來(lái)表示。在育種實(shí)踐中，常以殺菌率來(lái)作誘變劑的相對(duì)劑量。誘變劑的合適劑量：凡在提高誘變率的基礎(chǔ)上，能擴(kuò)大變異幅度，促使變異移向正變范圍的劑量，就是合適的劑量。要確定一個(gè)合適的劑量，常常要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)。就一般微生物而言，在一定的劑量范圍內(nèi)，突變率往往隨劑量的增高而提高，但正變較多出現(xiàn)在偏低的劑量中，而負(fù)變則較多出現(xiàn)在偏高的劑量中；還發(fā)現(xiàn)經(jīng)多次誘變而提高產(chǎn)量的菌株中，更容易出現(xiàn)負(fù)變。因此，在誘變育種工作中，目前大家比較傾向于采用較低的劑量。篩選方案在實(shí)際工作中，一般認(rèn)為應(yīng)采用把篩選工程分為初篩與復(fù)篩兩個(gè)階段的篩選方案為好。前者以量（選留菌株的數(shù)量）為主，后者以質(zhì)（測(cè)定數(shù)據(jù)的精確度）為主。例如，在工作量限度為200只搖瓶的具體條件下，為了取得更大的工效，有人提出了一些優(yōu)選的篩選方案（可參考有關(guān)專著）篩選方法一般通過(guò)初篩與復(fù)篩對(duì)突變株進(jìn)行生產(chǎn)性能的測(cè)定。初篩既可在培養(yǎng)皿平板上進(jìn)行，也可在搖瓶中進(jìn)行，兩者各有利弊。復(fù)篩是對(duì)突變株的生產(chǎn)性能作比較精確的定量測(cè)定。一般是將微生物搖瓶培養(yǎng)，然后再對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行分析測(cè)定。不僅需要設(shè)計(jì)效率更高的篩選方法，還應(yīng)努力推廣篩選操作的自動(dòng)化。

例：營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選與篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基（MM，minimalmedium）：僅能滿足某微生物的野生型菌株生長(zhǎng)需要的最低成分組合培養(yǎng)基，稱基本培養(yǎng)基?？捎梅?hào)“[－]”來(lái)表示。完全培養(yǎng)基（CM，completemedium）：凡可滿足一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株?duì)I養(yǎng)需要的組合培養(yǎng)基，可稱為完全培養(yǎng)基?？捎梅?hào)“[＋]”。補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM，supplementalmedium）：凡只能滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷型生長(zhǎng)需要的組合培養(yǎng)基，稱為補(bǔ)充培養(yǎng)基。補(bǔ)充培養(yǎng)基的符號(hào)可根據(jù)加入的是A或B等代謝物而分別用[A]或[B]等來(lái)表示。與營(yíng)養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體野生型：從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株。營(yíng)養(yǎng)缺陷型：野生型菌株經(jīng)誘變處理后，喪失了某酶的合成能力，只能在加有該酶合成產(chǎn)物的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，這類突變稱為營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株（簡(jiǎn)稱營(yíng)養(yǎng)缺陷型）。原養(yǎng)型：營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變經(jīng)回變或重組后產(chǎn)生的菌株，營(yíng)養(yǎng)要求在表型上與野生型相同。營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選方法誘變劑處理淘汰野生型（抗生素法、菌絲過(guò)濾法）檢出缺陷型（夾層培養(yǎng)法、限量補(bǔ)充培養(yǎng)法、逐個(gè)檢出法、影印接種法）鑒定缺陷型（生長(zhǎng)譜法）（三）微生物的雜交育種1、酵母菌的雜交育種1）酵母子囊孢子的形成2）子囊孢子的分離3）雜交種的獲得2、霉菌的雜交育種1）選擇親本2）強(qiáng)制形成異核體3）轉(zhuǎn)移單菌落4）檢驗(yàn)其穩(wěn)定性5）誘變處理（四）原生質(zhì)體融合育種（略）（五）基因工程育種基因工程：1、提取目的基因2、處理目的基因3、體外重組4、載體傳遞5、復(fù)制、表達(dá)6、篩選、繁殖遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式1.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)體細(xì)胞核水平： 單核或多核結(jié)構(gòu)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：一切具有自主復(fù)制能力的遺傳功能單位均可稱為基因。1000bp大小，分子量約6.7×105Dalton密碼子水平：第三位模糊,起始和終止,信息單位核苷酸水平：突變或交換單位基因工程基因工程：用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)----DNA大分子提取出來(lái)，在離體的條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來(lái)，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長(zhǎng)、繁殖的受體細(xì)胞中使供體DNA進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術(shù)?；蚬こ淘谑称饭I(yè)中的應(yīng)用：

工程菌的構(gòu)建（外源基因的表達(dá)、工業(yè)發(fā)酵用菌種的改造）工業(yè)用酶蛋白的該性（第二代基因工程）基因工程的基本操作基因工程操作一般分為以下四個(gè)步驟：目的基因的取得載體的選擇目的基因與載體DNA的體外重組重組載體引入受體細(xì)胞獲得目的基因