《食品微生物学》教案 (第14次课1学时) 一、授课题日 微生物的遗传与育种 一第1节微生物遗传变异的物质基础 二、教学日的和要求 掌握微生物遗传变异的物质基础及其结构、特点，了解在细胞中的存在方式。 三、教学重点和难点 遗传物质在细胞中的存在形式 四、教学过程 教学内容：遗传物质化学本质的确证、存在形式 教学办法：结合生物化学理论采用对比法进行讨论总结 辅导手段：采用PPT辅助教学，充分利用图示。 板书： 第5章微生物的遗传与育种 第1节微生物遗传的物质基础 二、遗传物质的存在形式 三大经典实验 1、染色体 1、肺炎链球菌的转化实验 2、质粒 2、噬菌体感染实验 3、烟草花叶病毒的拆开与重建 学时分配： 导入(2min) 三大经典实验(15min 遗传物质的存在形式(30min) 小结(3min) 五、作业 课后3 六、主要参考资料 微生物学教程，周德庆，1993，高等教有出版社 食品微生物学，何国庆、英民，2002，中国农业大学出版社 武汉大学微生物学教学网站 七、课后记
导入：以遗传变异物质基础一三大经典试验回顾入手导入。 第6章微生物的遗传与菌种选育 6.1微生物遗传变异的物质基础 6.1.1DNA(或RNA)是遗传信息的携带者 回顾三大经典实验，重点强调实验设计思路。如细菌转化实验中，经过动物实验、细 菌培养、大分子物质检测等过程，步步深入，最终得出结论。 6.1.2遗传物质的存在形式 结合学生已学知识，采用列表对比原核生物与真核生物遗传物质的区别 一，染色体(chromosome) 原核生物：核区，无核膜包裹，DNA裸露，不与蛋白形成复合体：染色体组成(DNA、 RNA、蛋白质)：往往贝有一条染色体，大多数以双链、共价闭合的环状形式存在。原核 生物的基因调控系统是由一个操纵子(operon)和它的调节基因regulator g ene)组成的 真核生物的染色体：核膜包裹，线性DNA与组蛋白结合形成染色体：染色体不止 个，每个染色体中含有1个线性DNA分子：细胞分裂中期呈棍棒状，静止期为颗粒状 染色体基本组成单位为核小体。真核生物基因结构一般无操纵子结构：存在大量不编码疗 列和重复序列：转录和转移在细胞中有空问问隔：基因被许多无编码功能的内含子阻隔， 使编码序列变成不连续的外显子。 两种生物染色体DNA复制区别： 复制子大小、数量上养异：复制起点、复制速度、方向上养异 DNA病毒：复制部位：寄主细胞核或细胞质中。病毒DNA可转录两类RNA RNA病毒：大多为线性，包括正链RNA病毒、负链RNA病毒、反转录RNA病毒 双链RNA病毒 二、质粒(plasmid) 存在于各种微生物细胞中、独立于染色体外、能进行自主复制的遗传因子。 1、特点 2
可自戊复制、稳定遗传：非必需：可转移：可整合：可重组：可消除 2、质粒的分离和鉴定 分离的步骤：细胞培养一细胞裂解蛋白质和RNA的去除一质粒DNA与染色体DNA 的分离（关键步骤） 质粒的鉴定：电镜：琼脂糖凝胶电泳确定分子量：聚丙烯酰胺凝胶电冰：密度梯度离 心：质粒的限制性酶切图谱一质粒DNA经限制性内切酶水解后，从凝胶电泳谱上出现 的区带数日，测出不同区带的大小，这样既可画出该质粒的限制性酶切图谱 3、质粒的大小和复制 1-200kb,个别大质粒可以达到800-1000kb 复制方式：日型、滚环型、线型 4、质粒的分子结构 SC构型、OC构型、L构型 5、质粒的主要类型 据质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应分类： 致育因子(Fertility factor,F因子)：控制细菌致育性，大小相当于和染色体DNA2% 的环状双链DNA,足以编码94个中等大小的多肽，其中1/3基因与接合作用有关。 F质粒在细胞问结合转染时，并不是整个质粒移动，F复制为滚环复制，被取代的解 开的单链通过性纤毛推入F(脐状此行细菌)，再合成一条互补的新DNA链，并随之恢 身成一条环状双阵F因子。 抗性因子(Resistance factor,R因子)：如图RIO0质粒由两部分组成，抗性决定子和 转移区。抗性决定子部分两侧是由相同的插入序列组成，转移区基因具有调控质粒自身复 制、质粒在细胞中的拷贝数及转移等功能 补充基因的符号表示方法，解释课件质粒基因图谱。 产细菌素的质粒(Bacteriocin production plasmid) 毒性质粒(virulence plasmid) f代谢质粒(Metabolic plasmid) 隐秘质粒(cryptic plasmid) 3
《食品微生物学》教案 (第14次课1学时) 一、授课题日 微牛物的基因室变 二、教学日的和要求 掌握基因突变的实质、类型、特点和突变机制：了解微生物诱变育种的步骤和方法， 掌握营养缺陷型菌株的筛选原理、方法 三、教学重点和难点 (1)微生物的基因突变的实质、类型 (②)营养缺陷型菌株的筛选原理、方法 四、教学主程 教学内容：基因突变与遗传育科 教学办法：结合实验、学科研究前沿引导探究 辅导手段：PPT辅助教学，充分利用操作步骤图说明 板书： 第四节基因突变与遗传有种 、基因突变 二、突变与有种 1、概念 1、自发突变与自然育种 营养缺陷型菌 .2类型 2诱发突变与诱交有种 株筛选 .-.-.-...-.-..-.-.- 学时分配： 导入(2min) 基因突变(20min 宽变与有种(25in】 小结(3min) 五、作业 课后7、9、10 六、主要参考资料 微生物学教程，周德庆，1993，高等教有出版社 华中农业大学微生物学精品课程 七、课后记 4
6.2基因突变 6.2.1基因突变 一、概念 突变(mutation)变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可 遗传性变化。突变率常在l0-10’范围内。从突变涉及的范围分为基因突变(gene mutation) 和染色体畸变(chromosome aberration)。 基因突变只涉及一个或几个核甘酸碱基的改变，包括置换、缺失、重复等 转换→嘧啶之问或嘌岭之问的交换。颠换一嘧啶与嘌岭之间交换。 染色体畸变涉及一大段核苷酸或染色体的突变，变化范围较大，出现大量DNA的置 换、缺失、重复。缺失、重复导致基因的减少或增加：易位、倒位导致基因排序改变，倒 位是断裂后染色体片断旋转180°后重新插入原位置，易位是断裂下米的一段染色体顺向 或逆向插入同一染色体上其它部位。染色体何畸变是非同一染色体问易位。 二、基因突变的类型 【、从基因突变的效应来分： 同义突变、错义突变、无义突变（结合实例说明） 2、按突变所带米的表型改变来分： 形态突变型：醋酸杆菌最适生长温度30-37℃，G,短杆状，相互连接，若温度升高， 细胞伸长，温度降低，成柠檬状。猪丹毒杆菌纤细胞小杆菌G,短小，两头齐，松散存 在，适官环境：动物体内，离开动物体呈细长丝。 致死突变型、条件突变型 生化突变型：包括营养缺陷突变型：由原营养型转变而来。基因突变后，某种酶丧失， 而成为必须添加某种成分才能生长。 抗性突变型：如抗药性变异，药物低浓度长时问刺激，通过改变代谢途径或合成一种 具有抗药性酶的办法增强药性，有些可遗传。 3、按突变条件和原因分：自发突变（在没有人为参与条件下发生的突变，影响条件 如射线、温度、自身代谢产物等)、诱发突变 6.2.2突变与育种 一、自发突变与自然育种 1、自发突变的特点 自发性、稀有性、诱变性、突变的结果与原因之间的不对应性、独立性、稳定性、可 5
逆性 2、自发突变与自然选育 日的：纯化与复壮菌种，保持稳定的生产性能 步骤：通过表现形态来淘汰不良菌株（初筛）→通过日的代谢产物产量考絮（复筛） →进行遗传基因型纯度试验→传代稳定性试验 二、诱发突变与诱变育种 【、概念：诱发突变指人为地运用物理、化学或生物的方法处理微生物，使其遗传物 质发生变异，从而达到改变其表型的日的 诱变育种指人为地、有意识地将对象生物置于诱变因子中，使该生物发生突变，从这 些突变体中筛选具有优良性状突变株的过程。 常用的诱变剂：物理诱变剂、化学诱变剂、生物诱变剂 2、诱变处理的基本方法： 诱变剂的选择：充分利用复合处理的协同效应：一次复合因子处理后需经多次分离纯 化才能狄得性状稳定的变异菌株。 剂量的选择：一般诱变效应随剂量增高而增高，达到一定剂量后，再增大剂量诱变率 反而下降：诱变剂量确定与出发菌株特性、诱变剂性质、实际效果有关。 增效剂 3、影响诱变效果的因素 出发菌株一必须对出发菌株的产量、形态、生理等方向有相当的了解，挑选出对透 变剂敏感、变异幅度广、产量高的出发菌株。 出发菌株的生理状态（细菌一对数生长期、真菌、放线菌一幼年孢子）、外部环 境、诱变方法（物理诱变、化学诱变）、合适的诱变因素剂量 4、优良突变闲种的筛选 初筛以量为主，复筛以质为主 直接摇瓶筛选法 营养缺陷型菌株筛选 相关的培养基有：基本培养基、完全培养基、补充培养基 营养缺陷型南株筛选方法： 扶得野生型菌株→诱变剂处理→淘汰野生型→检出营养缺陷型→鉴定缺陷型 中何培养：完全培养基成补弃培养基 淘汰野生型菌株 抗生素法、菊丝过滤法、养别杀南法、饥饿法 营养缺陷型检出 夹层培养法、限量补充培养法、逐个检出法、影印接种法 强调原理 确定生长谱。 6
《食品微生物学》教案 （第15次课2学时) 一、授课题日 基因重组和微生物育利 二、教学日的和要求 了解不同类型微生物的基因重组。 三、教学重点和难点 微生物基因重组的主要概念 四、教学过程 教学内容：基因重组和微生物育种 教学办法：分析比较 辅导手段：采用PPT辅助教学，充分图示说明。 板书： 第3节基因重组和微生物育种 ·、类型 二、基于遗传重组的微生物有种 同源重细 1、微生物的杂交育种 位点特异性重组 -2:原生质体融合 学时分配： 导入(2min 基因重组类型(20nmin) 基于遗传重组的微生物育种(75min)(重点讲解) 小结(3min) 五、作业 课后8、11 六、主要参考资料 做生物学教程，周德庆，1993，高等教育出版社 食品微生物学，杨洁彬等，1989，北京农业大学出版社 武汉大学微生物学教学网站、中科院微生物研究所 七、课后记 7
6.3基因重组 基因重组(gene recombination):两个独立基因组内的遗传基因通过一定的途径转移 到一起，经过遗传分子何的重新组合，形成新遗传基因组的过程。 重组可使生物体在未发生突变的情况下，产生新遗传型的个体，属于核酸分子水平上 的杂交，不同于一般所说的杂交（细胞水平）。杂交中必然包含着重组，而重组则不限于 杂交着一种形式。 杂交育种 控制杂交育种 原生质体融合 基因工程 一、遗传重组的类型 根据重组过程中对DNA序列和所需蛋白质因子的要求不同分类： I、同源重组—发生在两个同源DNA分子之问 真核细胞减数分裂过程中，同源染色体彼此配对，DNA片段发生交叉与互换：细菌 的转化、转导、接合 2、位点特异性重组一不依赖于DNA顺序的同源性，由能识别特异DNA序列的蛋 白质介导，并不需要ReCA蛋白和单链DNA 3、异党重组 二、基于遗传重组的微生物育种 1、微生物的杂交育种 (1)日的状得重组体：提高立量和质量：利干秃变育种 (2)杂交程序 菌种、培养基准备一杂交处理 细菌杂交 不同营养缺陷型菌株一基本培养基 ■霉菌杂交直接亲本菌株→强制异合→二倍体检出→检出分离子 2、原生质体融合(protopast fusion) 通过脱壁酶酶解作用将两个亲株的细胞壁去除，成为原生质体后进行彼此融合，进而 发生遗传重组，以产生同时带有双亲性状、遗传性稳定融合子的过程。 育种程庄 标记菌株的箭选→原生质体的制备一原生质体的融合→原生质体的再生→融合子的 选择一优良菌种的筛选 培养环境（渗透压）为等渗溶液：促融合剂为PEG(聚乙二醇)等： 再生用培养基（基本培养基、等渗）： 融合子选择（选择培养基、高渗）。 8
《食品微生物学》教案 （第16次课2学时) 一、授课题日 微生物基因工程、微生物菌种保藏及复壮 二、教学日的和要求 了解微生物基因工程的基本操作原理、要求，掌握微生物菌种保藏的原理、方法及复 壮的措施 三、教学重点和难点 菌种保藏原理 四、教学过程 教学内容：微生物基因工程、微生物菌种保藏及复壮 教学办法：结合学科前沿研究进展，引导探讨 辅导手段：PPT辅助教学 板书： 第五节微生物基因工程 第六节“微生物茵种保藏及复壮 日的基因 受体细胞 、做生物菌种保藏 载体 克降子 二、菌种的衰退与复壮 学时分配： 导入(2min) 微生物基因工程(65min) 微生物菌种保藏及复壮(30min) 小结(3min) 五、作业 课后14、15 六、主要参考资料 微生物学教程，周德庆，1993，高等教育出版社 河北农业大学食品微生物学、华中农业大学微生物学精品课程 七、课后记
6.4微生物的菌种选育 6.4.3基因工程技术用于工业菌种改良 将某一生物体的遗传信息在细胞外与载体相连接，构建成一个新的重组DA分子， 然后将其转入另一些生物体细胞中，使引入的供体DNA片段成为受体遗传物质的一部分， 其所带的遗传信息得以表达或创建出一个新物种 特点：体外重组、远缘杂交、定向性 基因工程主要步骤（六步）：日的基因的狄得：载体的选择：含日的基因的DNA片 段克隆入载体中构成重组载体：将重组载体引入宿主细胞内进行复制、扩增：筛选出带有 重组日的基因的转化细胞：鉴定外源基因的表达产物。 一、目的基因分离的途径 1、从供体细胞的DNA中分离 (1)限制性内切酶切 (2)特异性DNA片段的PCR扩增：以DNA一条链为模板，在多聚酶催化下，通 过碱基配对使寡核甘酸引物向3'方向延长合成模板的互补链 整个程分一步：变性、退火、延伸 PCR引物是PCR过程中与模板DNA部分序列互补，并能引导模板DNA互补链合成 的 种脱氧核苷酸寡聚体，其3端必须具有游离的一O1基团。 聚合酶链式反应，英文Polymease Chain Reaction(PCR),是体外酶促合成特 异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火及适温延伸等几步反应组成一个 周期，循环进行，使日的DNA得以迅速扩增，具有特异性强、灵敏度高、操作简 便、省时等特点。它不仅可用于基因分离、克降和核酸序列分析等基础研究，还 可用于矢病的诊断或仁何有DNA、RNA的地方。PCR又称无细跑分子克降或特 异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。 2、构建cDNA文库(cDNA1 library)和基因组文库分离日的基因 DNA文库：某生物所转录的全部mRNA经反转录形成的cDNA片段，再复制成 双链cDNA,与合适的克隆载体连接，通过转导（转化）转入受体茵，这种包含某生物基 因组全部基因cDNA的受体菌群体称为cDNA文库。 基因文库(genomic DNA library):存在于转化细菌中、由克隆载体所携带的所有基 因组DNA的集合。涵盖基因组的全部基因信息，主要用于真核微生物、动植物中特定基 10
