第七章 微生物的遗传变异和育种

第七章 微生物的遗传变异和育种

重点：

四个概念：遗传型、表型、变异和饰变。 三个经典实验：

经典转化实验、噬菌体感染实验和植物病毒重建实验。 基因突变、 诱变育种:相关概念 营养缺陷型的筛选环节。 基因重组方式

基因工程：概念及步骤。

第一节 微生物的遗传变异的概述

遗传：指生物的上一代将自己的一整套遗传因子稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的特性。

变异：指子代与亲代之间的不相似性。 应掌握的几个概念：

（一）遗传型（又称基因型）

指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。 （二）表型

指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是其遗传型在合适环境下通过代谢和发育而得到的具体体现。 （三）变异

指在某种外因或内因的作用下生物体遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。

变异的特点是在群体中以极低的概率(一般为10-5～10-10)出现，性状变化的幅度大，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。 （四）饰变

指一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻译水平上的表型变化。

特点是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；因其遗传物质不变，故饰变是不遗传的。 为什么微生物是研究现代遗传学和其他许多重要的生物学基本理论问题的最佳材料和研究对象？

答案：从遗传学研究的角度来看，微生物有着许多重要的生物学特性：

1.微生物结构简单，个体易于变异； 2.营养体一般都是单倍体；

3.易于在成分简单的合成培养基上大量生长繁殖； 4.繁殖速度快；

5.易于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物； 6.菌落形态特征的可见性与多样性；

7.环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型；

8.各种微生物一般都有相应的病毒；

9.存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式。

★第二节 遗传变异的物质基础

一、证明核酸是遗传变异的物质基础的经典实验★★ （一）经典转化实验

英国医生F.Griffith（1928年）以肺炎链球菌（旧称肺炎双球菌）作为研究对象。有荚膜肺炎链球菌是致病性的，它的菌落表面光滑，所以称S型；无荚膜肺炎链球菌无致病性，菌落外观粗糙，故称R型。

F.Griffith做了以下3组实验： 1．动物试验

加入活R菌或死S菌 加入活S 菌 小白鼠 （活） 小白鼠（活） 小白鼠（死） 加入活R菌和热死S菌 小白鼠（死） 抽心血分离 活的S菌 2．细菌培养试验 肺炎链球菌 培养皿培养 不生长 长出R菌 热死S菌 培养皿培养 活S菌 热死S菌＋活R菌 培养皿培养 长出大量R菌＋10-6S菌

3．S型菌的无细胞抽提液试验

活R菌＋S菌的无细胞抽提液

培养皿培养

以上实验说明，加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，能通过某种方式进入R型细胞，并使R型细胞获得表达S型荚膜性状的遗传特性。

1944年，Avery等人从热死的S型肺炎链球菌中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并深入到离体条件下进行了转化实验。

(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菌的荚膜多糖

长出大量R菌和少量S菌

结果只有S型菌株的DNA才能将肺炎链球菌的R型转化为S型，而且DNA的纯度越高，其转化效率也越高，只取用6×10-8g的纯DNA时，仍保持转化活力。

说明S型转移给R型的绝不是遗传性状（在这里是荚膜多糖）的本身，而是以DNA为物质基础的遗传信息。

（二）噬菌体感染实验

1952年，A.D.Hershey和M.Chase发表了证实DNA是噬菌体的遗传物质的著名实验——噬菌体感染实验。

先将大肠杆菌培养在以放射性32PO43-或35SO42-作为磷源或硫源的合成培养基中，获得含32P-DNA核心或含35S-蛋白质外壳的两种实验用噬菌体。

接着做以下两组实验（略P.191）。

在噬菌体的感染过程中，蛋白质外壳未进入宿主细胞。 进入宿主细胞的虽只有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的子代噬菌体粒。

证明，在DNA中存在着包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。

（三）植物病毒的重建实验

H.Fraenkel-Conrat(1956年)进一步用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。

把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。

结果发现裸露的RNA也能感染烟草，并使其患典型症状，且在病斑中还能分离到完整的TMV粒子。

由于提纯的RNA缺乏蛋白质衣壳的保护，所以感染频率要比正常TMV粒子低些。

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)。整个实验的过程和结果如下：