1952, Hershey and Chase, demonstrated conclusively that DNA is the genetic material by using radioactively labeled phage virus T2 as experimental model Phage infection ? Attachment to cell surface ? Injection of genetic materials into host cell ? Direct the host cell to make new virus particles 3．植物病毒的重建实验 1956，H. Fraenkel-Conrat 二、核酸在胞内存在的七个水平

细胞水平：单细胞与多细胞、性细胞与体细胞和单核与多核细胞 细胞核水平：真核与原核、核内与核外和单核与多核等

染色体水平：一份染色体与多份染色体及染色体基因组的大小等 核酸水平：是DNA还是RNA、是复合还是露裸及是长还是短等 基因水平：依基因功能可分为结构基因及调控基因等 密码子水平：由结构密码子及起始与终业密码等 碱基水平：突变的最低交换单位有A、T、G、C等 三、遗传物质类型

第二节 基因突变和诱变育种

一、基因突变或突变（ gene mutation ） 1．突变类型

形态突变型 ( morphological mutant ) 抗原突变型 ( antigenic mutant ) 产量突变型 ( producing mutant )

条件致死突变型 ( conditional lethal mutant ) 抗性突变型 ( resistant mutant ) 营养缺陷型 ( auxotroph ) ? 野生型 ( wild type )：从自然界分离到的在发生人为营养缺陷突变前的原始菌株。 ? 原养型 ( prototroph )：营养缺陷型突变株经回变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同。

2．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。

3．基因突变的特点

不对称性 ：突变性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。 自发性：突变可以在没有人为的诱变因素处理下自发产生。 稀有性：突变率极低。

独立性：突变的发生一般是独立的。

诱变性：通过诱变剂的作用提高自发突变几率。 稳定性：新的诱变性状是稳定的、可遗传的。 可逆性：任何性状都可发生正向突变和回复突变。 4．基因突变的自发性与不对称性的证明 变量试验（ fluctuation test ）

涂布试验（ newcombe experiment ） 平板影印培养试验（ replica plating ） 二、UV对DNA的损伤及其修复 UV的作用机制 ? 使同链DNA的相邻嘧啶形成共价结合的嘧啶二聚体，减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡。 光复活作用

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? 把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象。所以在进行紫外线诱变育种时，只能在红光下进行照射和后续操作，并在黑暗条件下培养。 暗修复作用（切除修复） ? 活细胞内一种用于修复被UV等诱变剂（包括烷化剂、X射线和γ射线等）损伤后的DNA的机制。 三、菌种选育 1．选种

从自然界中选种 ? 样品采集 ? 增殖培养（富集培养） ? 分离纯化：平板划线分离法、平板表面涂布法、琼脂培养基浇注法。 从生产中选种

2． 定向培育优良菌株

一种利用微生物的自发突变，并采用特定的选择条件，通过对微生物群体不断移植以选育出较优良菌株的方法。 ? 例：卡介苗就是通过对结核分枝杆菌进行长期定向培育获得成功的例子。 3．诱变育种

诱变育种的基本环节 诱变育种的基本步骤 ? 选择简便有效的诱变剂 ? 物理诱变剂：UV、激光；X射线、γ射线和快中子 ? 化学诱变剂：烷化剂、碱基类似物和丫啶类化合物 ? 挑选优良的出发菌株（用于育种的原始菌株） ? 处理单孢子（或单细胞）悬液 ? 选用最适的诱变剂量 ? UV剂量指强度与作用时间的乘积。在育种实践中，常以杀菌率作为诱变剂的相对剂量，多采用杀菌率为70~75%甚至更低（30~70%）的相对剂量。 ? 充分利用复合处理的协同效应 ? 设计或采用高效筛选方案或方法 ? 初筛：以量（选留菌株的数量）为主，利用和创造形态、生理与产量间的相关指标，可在培养皿或摇瓶中进行。 ? 复筛：以质（测定数据的精确度）为主，一般采用摇瓶培养或台式发酵罐进行发酵，然后对培养液进行分析测定，选出较理想的菌种。 四、营养缺陷型（ auxotroph ）的筛选 1．诱变剂处理

2．淘汰野生型，“浓缩”营养缺陷型 细菌：青霉素法 真菌：制霉菌素法

丝状菌（真菌或放线菌）：菌丝过滤法 3．检出缺陷型 夹层培养法 限量补充培养法 影印平板法 逐个检出法

4． 鉴定缺陷型：生长谱法

第三节 基因重组（gene recombination）

原核微生物的基因重组：转化、转导、接合、原生质体融合等。

真核微生物的基因重组：有性杂交、准性杂交、转化、原生质体融合等。

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1． 转化（ transformation ） 2． 转导（ transduction ）

普遍转导（ generalized transduction ） ? 媒介：温和噬菌体 ? 方式 ? 完全普遍转导 ? 流产普遍转导

局限转导（ specialized transduction ） ? 缺陷噬菌体的形成方式：脱离宿主核染色体时，发生低频率的误切。 3. 接合（ conjugation ） 四种不同接合型菌株 ? F+菌株（雄性菌株） ? F-菌株（雌性菌株） ? Hfr菌株（高频重组菌株） ? F’菌株

4．原生质体融合（ protoplast fusion ） 5．有性杂交（ sexual hybridization ） 6．准性杂交（ parasexual hybridization ） 7．基因工程（ gene engineering ） 基因工程的基本操作 ? 目的基因的获得 ? 载体的选择 ? 目的基因与载体DNA的体外重组 ? 重组载体引入受体细胞 基因工程的应用和发展前景 ? 基因工程在工业上的应用 ? 基因工程在农业上的应用 ? 基因工程在医疗上的应用 ? 基因工程在环境保护中的应用 ? 基因工程与基本理论研究

第四节 菌种的衰退、复壮和保藏

1．菌种的衰退

菌种衰退的表现 ? 菌落和细胞形态的改变 ? 生长速度缓慢，产孢子越来越少 ? 代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力的下降 ? 抗不良环境条件能力的减弱 菌种衰退的防止 ? 控制传代次数，采用有效的菌种保藏方法 ? 创造良好的培养条件 ? 利用不同类型的细胞进行接种传代 2．菌种复壮

狭义：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。

广义：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的测定工作，以期菌种

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的生产性能逐步有所提高。 菌种复壮的方法 ? 纯种分离：平板表面涂布法、平板划线分离法、琼脂培养基浇注法 ? 通过宿主体内生长进行复壮 ? 淘汰已衰退的个体 3．菌种保藏

几种常用保藏方法的比较

第十章 微生物的生态

一、微生物在自然界中的分布

土壤中微生物：土壤是微生物的“大本营” 水中微生物：数量仅次于土壤 ? 清水型水生微生物 ? 腐败型水生微生物 ? 海洋微生物

空气中微生物：空气不是微生物生长繁殖的良好场所 生物体内外正常菌群 二、微生物之间的相互关系 互生( metabiosis )：“可分可合，合比分好” ? 微生物间的互生：好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌生活在一起时，后者分解纤维素的产物有机酸为前者提供固氮时的营养，而前者则向后者提供氮素营养物。 ? 人体肠道中正常菌群与人的互生 ? 互生现象与发酵工业中的混菌培养 共生( symbiosis )：“难分难解，合二为一” ? 微生物间的共生 ? 地衣是真菌中子囊菌纲或担子菌纲的某些种类与藻类中的单细胞绿藻或蓝细菌共生在一起形成的植物体。其中的绿藻或蓝细菌进行光合作用，为真菌提供有机养料，而真菌则以其产生的有机酸分解岩石，从而为藻类或蓝细菌提供矿质元素。 ? 微生物与植物间的共生 ? 根瘤菌 ---- 豆科植物 ? 菌根菌 ---- 植物 ? 微生物与动物间的共生 ? 白蚁与细菌、原生动物的共生 ? 瘤胃微生物与反刍动物的共生 寄生( parasitism ) ? 微生物间的寄生：细菌与噬菌体 ? 微生物与植物间的寄生 ? 病原微生物与动物间的寄生 捕食或猎食( predatism, predation ) ? 原生动物吞食细菌和藻类 拮抗或抗生( antagonism ) ? 非特异性拮抗 ? 例：乳酸菌和醋酸菌在发酵过程中，不断降低pH，结果绝大多数不耐酸的微生物就不能生存而趣向死亡。 ? 特异性拮抗 ? 例：一种微生物（抗生菌）在其生命活动过程中，能够产生某种或某类特殊的代谢产物（抗生素），具有选择性地抑制或杀死一定种类的微生物（敏感菌）。 竞争（competition） ? 例：两种硅藻混合培养时，它们的混合培养生长率与分别单独培养的相同，但每种硅藻所达到的

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