第二节基因突变和诱变育种 基因突变 基因突变( gene mutation):简称突变,是变异的一种 指生物体内遗传物质的分子结构突然发生的可稳定遗传 的变化。 狭义的突变、广义的突变 ●野生型菌株( wild type strain)、突变株( mutant) 营养缺陷型(株) 选择性突变株{抗性突变型(株) 条件致死突变型(株) 突变株的表型 形态突变型(株) 非选择性突变株{抗原突变型(株) 产量突变型(株
第二节 基因突变和诱变育种 一、基因突变 ⚫ 基因突变（gene mutation）：简称突变，是变异的一种， 指生物体内遗传物质的分子结构突然发生的可稳定遗传 的变化。 ⚫ 狭义的突变、广义的突变 ⚫ 野生型菌株（wild type strain）、突变株（mutant）
(-)突变类型 (1)营养缺陷型( auxotroph)某一野生型菌株由于基因突变 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。它们可在加有特定生 长因子的培养基上选出。 (2)抗性突变型( resistant mutant)由于基因突变而使原始 菌株产生了对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异类 型。它们可在加有相应因子的培养基上选出。 (3)条件致死突变型( conditional lethal mutant)某菌株或病 毒经基因突变后,在某种条件下可以正常的生长繁殖并实 现其表型,而在另一种条件下却无法生长繁殖的突变类型 例如:E:coi的T突变株〔 temperature- sensitive mutant,温 度敏感突变型),可在37℃下正常生长,而不能在42℃下 生长
（一）突变类型 （1）营养缺陷型（auxotroph）某一野生型菌株由于基因突变 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。它们可在加有特定生 长因子的培养基上选出。 （2）抗性突变型（resistant mutant）由于基因突变而使原始 菌株产生了对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异类 型。它们可在加有相应因子的培养基上选出。 （3）条件致死突变型（conditional lethal mutant）某菌株或病 毒经基因突变后，在某种条件下可以正常的生长繁殖并实 现其表型，而在另一种条件下却无法生长繁殖的突变类型。 例如：E.coil的Ts突变株（temperature-sensitive mutant，温 度敏感突变型），可在37℃下正常生长，而不能在42℃下 生长
(4)形态突变型( morphological mutant)指由于突变 而产生的个体或菌落形态所发生的非选择性变异。 如:孢子的颜色、有无;鞭毛、荚膜的有无;菌落 的表面情况等。 (5)抗原突变型( antigenIc mutant)指由于基因突变 而引起的抗原结构发生突变的变异类型。如:细胞 壁缺陷型变昇、鞭毛或荚膜成分变异等。 (6)产量突变型( producing mutant)通过基因突变获 得的在有用产物的产量上同原始菌株有差别的突变 株,分为“正变株”( plus-mutant)和“负变株 ( minus-mutant)两种
（4）形态突变型（morphological mutant）指由于突变 而产生的个体或菌落形态所发生的非选择性变异。 如：孢子的颜色、有无；鞭毛、荚膜的有无；菌落 的表面情况等。 （5）抗原突变型（antigenic mutant）指由于基因突变 而引起的抗原结构发生突变的变异类型。如：细胞 壁缺陷型变异、鞭毛或荚膜成分变异等。 （6）产量突变型（producing mutant）通过基因突变获 得的在有用产物的产量上同原始菌株有差别的突变 株，分为“正变株”（plus-mutant）和“负变株” （minus-mutant）两种
二)突变率( mutation rate) 突变率:每一细胞在每世代中发生某一性状突变的几率,也可以用 每一单位群体在每一世代中产生的突变株的数目来 106~10 若干细菌某一性状的突变率 菌名 突变性状 突变率 Escherichia coill(大肠杆菌) 抗T1噬菌体 3×108 e. coil 抗T3噬菌体 1×10-7 e. coill 不发酵乳糖 1×10-10 e. coil 抗紫外线 1×105 Staphylococcus aureus(金黄色葡 萄球菌) 抗青莓素 1×10-7 aureus 抗链赛素 1×10-9 Salmonellatyphi(伤寒沙门氏菌) 抗25μg/链霉素 5×10-6 Bacillus megaterium(巨大芽孢杆 菌) 抗异烟肼 5×10-5
（二）突变率（mutation rate） ⚫ 突变率：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，也可以用 每一单位群体在每一世代中产生的突变株的数目来表示。 ⚫ 10-6~10-9 菌 名 突 变 性 状 突 变 率 Escherichia coil （大肠杆菌） 抗T1噬菌体 3×10-8 E．coil 抗T3噬菌体 1×10-7 E．coil 不发酵乳糖 1×10-10 E．coil 抗紫外线 1×10-5 Staphylococcus aureus（金黄色葡 萄球菌） 抗青霉素 1×10-7 S．aureus 抗链霉素 1×10-9 Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌） 抗25μg/L链霉素 5×10-6 Bacillus megaterium（巨大芽孢杆 菌） 抗异烟肼 5×10-5 若干细菌某一性状的突变率
三)突变的特点 1、自发性:各种突变可以在没有人为因素的处理下自发发生; 2、不对应性:指突变性状(如抗青霉素)与引起突变的原因之 间无直接对应关系; 3、稀有性:自发突变的频率是极低和稳定的,一般在106~109 之间; 独立性:某一基因的突变,不会对其他基因的突变频率产生 影响 5、可诱变性:通过诱变剂的作用,可以提高自发突变的几率 10~105倍 6、稳定性:突变性状是稳定的、可遗传的 7、可逆性:任何性状都会发生正向突变,也会发生回复突变
（三）突变的特点 1、自发性：各种突变可以在没有人为因素的处理下自发发生； 2、不对应性：指突变性状（如抗青霉素）与引起突变的原因之 间无直接对应关系； 3、稀有性：自发突变的频率是极低和稳定的，一般在10-6 ~ 10-9 之间； 4、独立性：某一基因的突变，不会对其他基因的突变频率产生 影响； 5、可诱变性：通过诱变剂的作用，可以提高自发突变的几率 10~105倍； 6、稳定性：突变性状是稳定的、可遗传的； 7、可逆性：任何性状都会发生正向突变，也会发生回复突变
四)基因突变的自发性和不对应性的证明 种观点:突变是“定向变异”,是“驯化"”,是由环 境因子诱发出来的; 另一种观点;基因突变是自发的,且与环境因素是不对 应的,后者只不过是选择因素; 、变量试验( fluctuation test)又称波动试验或彷徨试 验。 2、涂布试验( Newcombe experiment) 3、平板影印培养试验( replica plating) ●1952年,J. Lederberg夫妇 平板影印培养法:是一种能达到在一系列培养皿的相 同位置上,出现相同遗传型菌落的接种培养方法
（四） 基因突变的自发性和不对应性的证明 一种观点：突变是“定向变异” ，是“驯化” ，是由环 境因子诱发出来的； 另一种观点；基因突变是自发的，且与环境因素是不对 应的，后者只不过是选择因素； 1、 变量试验（fluctuation test） 又称波动试验或彷徨试 验。 2、涂布试验（Newcombe experiment） 3、平板影印培养试验（replica plating） ⚫ 1952年，J．Lederberg夫妇 平板影印培养法：是一种能达到在一系列培养皿的相 同位置上，出现相同遗传型菌落的接种培养方法
变量试验:1943年,SE.uria和 M. Delburck根据统计学原理,设 计了如下实验 大肠忏鹵 稀释培养物 (培养前先分成50小管) (在同…大管中作整体培养) 目月目日日亦 ○○O○的O③①○①Q○③P (3)(2)64)(1)(0)(03(1)(2(7)(1)(7)(4)(5)(4)(7)(5)(3)(6)(4)(5) (抗璐菌休菌落数) 抗噬菌体菌落数) 来自分别的50个小管 米白同一大管的50个平板 的S0个平板 Luria等的变量试验
变量试验：1943年，S.E.Luria和M.Delbürck根据统计学原理，设 计了如下实验：
涂布试验:1949年 Newcombe设计的,与变量试验相似,更为简便。 自发突变假说 获得免疫性假说 在12个琼脂平板上每 平板涂布5×10个 大肠杆菌的噬菌体敏 感性细胞 保温5h 保温5h 小菌落生长时产 每个平板有5×10 生抗噻菌体突变了李。小菌落,每个菌落约/83当在未喷噬菌体T1 含5000个细菌 )前没有突变细胞 个平板重新涂布 6个平板重新涂布 喷入T1保温喷入T1保温 喷入T1保温喷入T1保温 :…… 1个抗噬小菌落中每个抗噬两组平板有相同数目的细菌, 菌体菌落菌体细胞产生1个所以将产生相同数目的抗噬 抗噬菌体菌落 菌体菌落 Newcombe的涂布试验
涂布试验：1949年Newcombe 设计的，与变量试验相似，更为简便
平板影印培养试验:1952年 J Lederberg夫妇。平板影印培养法是 一种能达到在一系列培养皿的相同位置上,出现相同遗传型菌落 的接种培养方法。 原始敏 感菌种 囫8 2 不含药物影印 的培养皿接种 10 影印培养 7 含药物的 培养皿 Lederberg的影印平板培养法
平板影印培养试验：1952年J.Lederberg夫妇。平板影印培养法是 一种能达到在一系列培养皿的相同位置上，出现相同遗传型菌落 的接种培养方法
(五)基因突变及其机制 基因突变的原因是多种多样的,可以是自发的或诱发的。 ●诱发突变:简称诱变〔 induced mutation),是指通过人 为的方法,利用物理、化学或生物因素来显著提高基因 自发突变频率的手段。凡是具有诱变效应的的因素,成 为诱变剂( mutagen)。 ●自发突变( spontaneous mutation)是指生物体在无人工 干预下自然发生的低频率突变。 ●突变意味着遗传物质DNA突然发生改变,并使表型产生 可遗传的变化。通常包括点突变和染色体畸变
（五）基因突变及其机制 ⚫ 基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的。 ⚫ 诱发突变：简称诱变（induced mutation），是指通过人 为的方法，利用物理、化学或生物因素来显著提高基因 自发突变频率的手段。凡是具有诱变效应的的因素，成 为诱变剂（mutagen）。 ⚫ 自发突变（spontaneous mutation）是指生物体在无人工 干预下自然发生的低频率突变。 ⚫ 突变意味着遗传物质DNA突然发生改变，并使表型产生 可遗传的变化。通常包括点突变和染色体畸变