第八章 微生物遗传变异与育种

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第七章 微生物遗传变异与育种生物亲代与子代之间,在形 态、结构和生理功能上常常相 似，这就是遗传现象。 正是生物的遗传特性,使生 物界的物种能够保持相对稳定. 生物的各项生命活动都有它 的物质基础。生物遗传的物质 基础是什么呢？ 根据现代细胞学和遗传学的 研究得知,控制生物性状的主要 遗传物质是脱氧核糖核酸。

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1. 遗传与变异的基本概念

遗传(heredity):亲代生物的性状在子代得到表现;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. 遗传型(genotype):又称基因型,指某一生物个体所 含有的全部基因的总和;是一种内在可能性或潜力. 表型(phenotype):生物体所具有的一切外表特征和内 在特性的总和;是一种现实存在,是具一定遗传型的生 物在一定条件下所表现出的具体性状.

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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10-6~10-10); 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. 饰变(modification):指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. 特点:①几乎整个群体中的每一个个体都发生同样 的变化; ② 性状变化的幅度小; ③ 因遗传物质不 变，故饰变是不遗传的.引起饰变的因素消失后,表 型即可恢复.

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2. 遗传变异的物质基础DNA作为主要的遗传物质具备以下几个特点: ① 分子结构具有相对的稳定性 ②能够自我复制, 使前后代保持一定的连续性 ③能够指导蛋白质的合成,从而控制新陈代过 程和性状 ④能够产生可遗传的变异

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2.1 DNA作为遗传物质的实验证据之一 —— 肺炎链球菌的转化现象

1928年，格里菲斯(Griffith)以肺炎链球菌为研究对 象，发现了S型菌株和R型菌株发生转化的现象。 1944年，艾维里(Avery)通过进一步的转化实验弄清 楚了Griffith实验中的转化因子的实质。

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①加S菌的DNA ②加S菌的DNA和DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶

长出S菌

活R菌株

④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白质 ⑥加S菌的荚膜多糖

只长R菌

肺炎链球菌体外转化实验

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2.2 DNA作为遗传物质的实验证据之一 —— E.coli噬菌体T2的感染实验 1952年,侯喜(A.D.Hershey)和蔡斯(M .Chase)用同 位素示踪法研究了大肠杆菌噬菌体T2的感染过程。 10min

T2噬菌体感染实验(引自Russell, 2000)

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2.3 RNA作为遗传物质的实验证据 ——烟草花叶病毒(TMV)的重建实验 1956年,H .Fraenkel-Conrat用含RNA的TMV所作的著 名的植物病毒重建实验证明TMV的主要感染成分是其 核糖核酸-RNA。 ( Klug and Cummings 2000) 图病 引毒 自重 建 ， 实 验 示 意

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3 微生物的染色体分子结构● 真核微

生物染色体(1) 染色质与染色体 由DNA和蛋白质及少量RNA组成的一种复合物，其中 DNA的含量约占染色质重量的30%。由于在细胞分 裂间期所表现的形态呈纤细的丝状结构，故称为染 色质；而在有丝分裂中期，这种复合物呈棒状体， 故称为染色体。实质上，这两个概念是同一种物质 在不同时期表现出不同状态而也。

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(2) 异染色质与常染色质 异染色质：染色质线中染色很深的区段。 常染色质：染色很浅的区段。 异染色质和常染色质只是染色质在细胞分裂间期螺旋 化程度的不同。常染色质表现为呈松散状态，而异染 色质高度螺旋化，呈紧密卷缩状态。染色质的这种结 构与功能密切相关，常染色质可经转录表现为活跃的 遗传功能，而异染色质一般不编码蛋白质，只对维持 染色体结构的完整性起作用，如着丝粒区域就属于一 种异染色质。

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(3) 染色质的基本结构单位—— 核小体

核小体的组成

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核小体结构模型

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(4) 染色体的基本结构—— 染色单体 染色体的结构是由两条染色单体(chromatid)组成的。 每条染色单体实际上就是一个DNA分子与蛋白质结合 所形成的染色质线。 细胞分裂过程中染色质线是怎样卷缩成为一定形态 结构的染色体 ？ ①是DNA分子超螺旋化形成核小体，组蛋白H2A、H2B、 H3和H4参与作用。 ②是核小体的长链进一步螺旋化形成直径约为30nm 的超微螺旋，称为螺线管，组蛋白H1参与作用。

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③是染色体螺旋管进一步卷缩, 并附着于由非组蛋 白所形成的骨架上。

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着丝粒和端粒着丝粒，又叫着丝点，是染色体的缩缢部位，是细 胞分裂过程中纺锤丝(spindle fiber)结合的区域。