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微生物遗传育种综述

03月08日 编辑 39baobao.com

[肠胃中遗传基因,生物酶、微生物的三角关系]至今为止,我一直都在谈“胃肠”的问题,而胃肠的功能根据胃、小肠,大肠等部位的不同,功能也不同。 胃最重要的功能就是消化。胃会分泌出胃液——一种强酸性的液体,可以...+阅读

遗传(heredity)生物的上一代将自己的一整套遗传因子传递给下一代的行为或功能,它具有及其稳定的特性。 遗传型(genotype)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的总和。 表型(phenotype)某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和,是遗传型在合适环境下的具体体现。 变异(variation)生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质的结构或数量的改变,亦即遗传型的改变。 饰变(modification)不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。 基因突变(gene mutation)简称突变,指生物体内遗传物质的分子结构突然发生的可遗传的变化。突变几率一般为10-6~10-9。 突变率(mutation rate)每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。

突变一般是独立发生的,双重突变的几率是各个突变几率的乘积。 营养缺陷型(auxotroph)某一野生型菌株由于发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子的能力,因而无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。 抗性突变型(resistant mutant)由于基因突变而使原始菌株发生了对某种化学药物或致死因子抗性的变异类型。 条件致死突变型(conditional lethal mutant)某菌株或病毒经基因突变后,在某种条件下可正常生长、繁殖并实现其表型,而在另一种条件下却无法生长、繁殖的突变类型。 形态突变型(morphological mutant)由于突变而产生的个体或菌落形态所发生的非选择型变异。 抗原突变型(antigenic mutant)由于基因突变而引起的抗原结构发生突变的变异类型。 产量突变型(producing mutant)通过基因突变而活得的在有用代谢产物产量上高于原始菌株的突变株。

基本培养基(MM, minimal medium)仅能满足某微生物的野生型菌株生长需要的最低成分组合培养基。 完全培养基(CM, complete medium)凡可满足一切营养缺陷型进驻营养需要的天然或半组合培养基。 补充培养基(SM, supplemental medium)凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基。 野生型(wild type)从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株。 原养型(prototroph)一般指营养缺陷型菌株经回变或重组后产生的菌株,其营养要求在表型上野生型相同。 基因重组(gene recombination)凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起,经过遗传分子间的重新组合,形成新遗传型个体的方式。 转化(transformation)直接吸收了来自供体菌的DNA片段,通过交换,把它整合到自己的基因组中,再经复制就使自己变成了一个转化子。

这种受体菌接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象称为转化。 转导(transduction)通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体的媒介,把供体细胞的DNA小片段携带导受体细胞中,通过交换与整合,从而使后者获得前者部分遗传性状的现象。 普遍转导(generalized transduction)通过完全缺陷噬菌体对供体菌任何DNA小片段的“误包”,而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象。 局限转导(restricted transduction)通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中,并获得表达的转导现象。 溶源转变(lysogenic conversion)当温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时,因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上,而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象。 接合(conjugation)供体菌(“雄”)通过其性菌毛与受体菌(“雌”)相接触,前者传递不同长度的单链DNA给后者,并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交换、整合,从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象。

原生质体融合(protoplast fusion)通过认为的方法,使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合,并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的、遗传性稳定的融合子的过程。 基因工程(genetic engineering)在基因水平上的遗传工程,用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来,在离体的条件下用适当的工具酶进行切割后,把它与作为载体的DNA分子连接,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源遗传物质在其中“安家落户”,进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新的育种技术。 有性杂交(sexual hybridization)不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组,进而产生新遗传型后代的一种育种技术。

准性杂交(parasexual hybridization)同种生物两个不同菌株的体细胞发生融合,且不以减数分裂的方式而导致低频率的基因重组并产生重组子。 复壮(rejuvenation)狭义的复壮仅是一种消极的措施,它指的是在菌种已发生衰退的情况下,通过纯种分离和测定生产性能等方法,从衰退的群体中找出少数尚未衰退的个体,以达到恢复该菌原有典型性状的一种措施;而广义的复壮则应是一种积极的措施,即在菌种的生产性能尚未衰退前就经常有意识地进行纯种分离和生产性能地测定工作,以期菌种地生产性能逐步有所提高。

工业微生物遗传育种的方法及实例

1、自然育种又叫选择育种,是利用纯培养技术从自然界混杂的微生物中分离、筛选、培育出适合工业利用的菌种。自然选择育种不改变微生物个体的基因,可改变群体的遗传结构,从而提高发酵产品的产量和质量。如酿酒业中的葡萄酒发酵、白酒发酵,以及酿造食醋、酱油等,最初都是从自然界中选择酵母菌优良菌株。

2、诱变育种。

是利用诱变剂人工诱导微生物基因发生变异,提高基因突变频率,从中选育优良菌种。如青霉素生产,最初为从自然界分离野生菌种,其后经40多年诱变育种,产量较原始菌株提高上千倍。发酵工业所用的生产菌种绝大部分是人工诱变选育而成。

3、杂交育种。原核生物杂交育种包括接合、转化、转导等,真核微生物的杂交包括有性生殖和准性生殖等。

应用较多的杂交育种方法是原生质体融合技术,可打破微生物间的亲缘关系。

4、代谢工程育种,即代谢控制育种,就是通过诱变或切断代谢途径中某些支路或目标产物后的代谢产物,人工控制其代谢过程,以使目标产物大量积累。代谢控制育种方法主要包括营养缺陷型突变株、渗漏缺陷型突变株、细胞膜透性突变株的选育等。代谢控制育种在氨基酸、核苷酸等初级代谢产物的生产及某些次级代谢产物的生产中得到广泛应用。

5、基因工程育种。即人工进行生物的基因重组、操纵,培育优良的转基因品种(菌株)。应用比较广泛,如医学、农业、酶生产、天然食品添加剂、乳制品发酵、酿造工业。具体应用如美国的人工胰岛素生产、重组固氮菌转基因菌株、微生物杀虫剂Bt工程株

微生物大概理论是什么

微生物学(microbiology)生物学的分支学科之一。它是在分子、细胞或群体水平上研究各类微小生物(细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体原生动物以及单细胞藻类)的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律,并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。

种类

微生物的含义:非分类学上名词,来自法语“Microbe”一词。是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细

胞、甚至无细胞结构的低等生物的通称。

种类:微生物类群十分庞杂,包括:

无细胞结构的病毒、类病毒、拟病毒等,

属于原核生物的细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体等,

属于真核生物的酵母菌和霉菌,单细胞藻类、原生动物等。

微生物特点 2、吸收多、转化快

1、体积小、比表面积大

大小以um计,但比表面积(表面积/体积)大,(插入表),必然有一个巨大的营养吸收,代谢废物排泄和环境信息接受面。这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。

举例:乳酸杆菌:120,000;鸡蛋:1.5;人(200磅):0.3

2、吸收多、转化快

这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。

举例:3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食;1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食;大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖;发酵乳糖的细菌在1小时内就可以分解相当于其自身重量1,000~10,000倍的乳糖,产生乳酸;1公斤酵母菌体,在一天内可发酵几千公斤的糖,生成酒精;

3、生长旺、繁殖快

极高生长繁殖速度,如E.coli20-30分钟分裂一次,若不停分裂,48小时2.2*1043菌数增加,营养消耗,代谢积累,限制生长速度。这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品,缩短科研周期。也有不利一面,如疾病、粮食霉变。 举例:Escherichiacoli(大肠杆菌)在最适的生长条件下,每12.5~20分钟细胞就能分裂一次;在液体培养基中,细菌细胞的浓度一般为108~109个/ml;谷氨酸短杆菌:摇瓶种子→50吨发酵罐:52小时内细胞数目可增加32亿倍。利用微生物的这一特性就可以实现发酵工业的短周期、高效率生产。例如生产鲜酵母时,几乎12小时就可以收获一次,每年可以收获数百次。

4、适应强、易变异

极其灵活适应性,对极端环境具有惊人的适应力,遗传物质易变异。更重要的是在于微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。 举例:万米深海、85公里高空、地层下128米和427米沉积岩中都发现有微生物存在。

5、分布广、种类多

分布区域广,分布环境广。生理代谢类型多,代谢产物种类多,种数多。更重要的是在于微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。任何有其它生物生存的环境中,都能找到微生物,而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在。

举例:青霉素生产菌Penicilliumchrysogenum(产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素,40多年来,经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力使该菌产量变异逐渐积累,加上发酵条件的改进,目前世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过5万单位,甚至接近10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大,是动植物育种工作中绝对不可能达到的。正因为如此,几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作。

帮忙找一下关于遗传和变异的综述啊

遗传与变异,是生物界不断地普遍发生的现象,也是物种形成和生物进化的基础。 微生物遗传学作为一门独立的学科诞生于40年代,病毒遗传学作为微生物遗传学的重 要组成部分,对于生物遗传和变异的研究起到了重要的促进作用,也为分子遗传学的 发展奠定了基础。病毒的许多生物学特性,包括结构简单、无性增殖方式、可经细胞 培养、增殖迅速、便于纯化等,使其具有作为遗传学研究材料的独特优势。? 众所周知,包括病毒在内的各种生物遗传的物质基础是核酸。事实上,这一结论 最初的直接证据正是来自于对病毒的研究。为了说明这一点,首先让我们回顾两个经 典的实验:①噬菌体感染试验:T2是感染大肠杆菌的一种噬菌体,它由蛋白质外壳( 约60%)和DNA核芯(约40%)构成,蛋白质中含有硫,DNA中含有磷。

把?3?2P和?3?5S 标记T2, 并用标记的噬菌体进行感染试验,就可以分别测定DNA和蛋白质的功用。Hershey和 Chase(1952)在含有?3?2P或?3?5S的培养液中将T2感染大肠杆菌,得到标记的噬菌体, 然 后用标记的噬菌体感染常规培养的大肠杆菌,再测定宿主细胞的同位素标记,结果用 ?3?5S标记的噬菌体感染时,宿主细胞中很少有同位素标记,大多数的?3?5S标记噬菌 体蛋 白附着在宿主细胞的外面,用?3?2P标记的噬菌体感染时,大多数的放射性标记在宿主细 胞内。显然感染过程中进入细胞的主要是DNA。②病毒重建实验:烟草花叶病病毒 (tobacco mosaic virus,TMV)由蛋白质外壳和RNA核芯组成。可以从TMV分别抽提得 到它的蛋白质部分和RNA部分。Fraenkel?Courat(1956)实验证明,用这两种成分分 别接种烟草,只有病毒RNA可引起感染。

虽然感染效率较低,但足以说明遗传物质为 RNA。Fraenkel?Courat利用分离后再聚合的方法,先取得TMV的蛋白质外壳和车前病 毒(Holmes Rib Grass Virus,HRV)的RNA,然后把它们结合起来形成杂合病毒,这种 杂合病毒有着普通TMV的外壳,可被抗TMV抗体所灭活,但不受抗HRV抗体的影响。当 用杂合病毒感染烟草时,却产生HRV感染的特有病斑,从中分离的病毒可被抗HRV抗体 灭活。反过来将HRV的蛋白质和TMV的RNA结合起来也得到类似的结果。目前已经能够由 许多小型RNA病毒和某些DNA病毒提取感染性核酸。如第四章所述,这些感染性核酸在 感染细胞以后,可以产生具有蛋白质衣壳和脂质囊膜的完整子代病毒。由脊髓灰质炎 病毒的RNA与柯萨奇病毒的衣壳构成的杂合病毒,在感染细胞后产生的子代病毒将是完 全的脊髓灰质炎病毒。

以上事实说明,核酸是病毒遗传的决定机构,而蛋白质衣壳和 脂质囊膜不过是在病毒核酸遗传信息控制下合成或由细胞“抢来”的成分。这些成分 虽然决定着病毒的抗原特性,而且与病毒对细胞的吸附有关,在一定程度上影响着病 毒与宿主细胞或机体的相互关系,例如感染与免疫,但从病毒生物学的本质来看,它 们只是病毒粒子中附属的或辅助的结构。核酸传递遗传信息的基础在于其碱基的排列 顺序,病毒核酸复制时能够产生完全同于原核酸的新的核酸分子,从而保持遗传的稳 定性。但是,病毒没有细胞结构,缺乏独立的酶系统,故其遗传机构所受周围环境的 影响,尤其是宿主细胞内环境的影响特别深刻;加之病毒增殖迅速,突变的机率相应 增高,这又决定了病毒遗传的较大的动摇性——变异性。

采用适当的选育手段,常可 较快获得许多变异株。应用各种理化学和生物学因子进行诱变,也能较快看到结果。 而病毒粒子之间以及病毒核酸之间的杂交或重组,又为病毒遗传变异的研究,开辟了 广阔前景。这些便利条件使病毒遗传变异的研究远远超出了病毒学本身的范围,成为 人类认识生命本质和规律的一个重要的模型和侧面。? 遗传和变异是对立的统一体,遗传使物种得以延续,变异则使物种不断进化。本 章主要论述病毒的变异现象、变异机理以及研究变异的方法和诱变因素等,关于病毒 的遗传学理论请参阅有关的专业书籍。? 病毒的遗传变异常常是“群体”,也就是无数病毒粒子的共同表现。而病毒成分, 特别是病毒编码的酶和蛋白质,又常与细胞的正常酶类和蛋白质混杂在一起。

这显然 增加了病毒遗传变异特性鉴定上的复杂性。? 变异是生物的一般特性。甚至在人类尚未发现病毒以前,就已开始运用变异现象 制造疫苗。例如1884年,巴斯德利用兔脑内连续传代的方法,将狂犬病的街毒(强毒) 转变为固定毒。这种固定毒保留了原有的免疫原性,但毒力发生了变异——非脑内接 种时,对人和犬等的毒力明显降低,因而成功地用作狂犬病的预防制剂。此后,在许 多动物病毒方面,应用相同或类似的方法获得了弱毒株,创制了许多优质的疫苗。选 育自然弱毒变异株的工作,也取得了巨大成就。但是有关病毒遗传变异机理的认识, 则只在最近几十年来才有显著的进展。这不仅是病毒学本身的跃进,也是其它学科, 特别是生物化学、分子生物学、免疫学以及电子显微镜、同位素标记等新技术飞速发 展的结果。

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