课程名称：微生物学 班级：生物工程1101 (第二十讲) 章节标趣：第七章微生物的遗传变异和育种 第一节遗传变异的物质基础 目的要求：1.掌握微生物遗传变异的概念 2.了解遗传变异的物质基础 3.掌握证实遗传变异物质基础的三个经典实验 教学重点：1，遗传、变异、遗传型、表型的概念 2.证实遗传变异物质基础的三个经典实验 教学难点：证实遗传变异物质基础的三个经典实验 教学方法：多媒体讲授及讨论法 内容提要及课时分配 1.遗传变异的概念 20分钟 2.遗传变异的物质基础 25分钟 3.三个经典实验 50分钟 4.小结 5分钟 主讲教师：赵萌萌 授课日期：2013年5月2日 兰州交通大学化学与生物工程学院
第七章微生物的遗传变异和育种 遗传和变异是生物体最基本的属性之一，生物子代与亲代之间既相似又不完 全相同。子代与亲代性状相似的现象叫遗传：子代与亲代或子代之间性状不同的 现象叫变异。遗传保证了物种的存在和延续，而变异推动了物种的进化和发展。 生物体的遗传和变异都是通过生物体内在的遗传物质，在适当的环境条件 下，通过代谢和发育表现出来的。这种内在的遗传物质就是生物体的遗传型，它 是指生物的全部遗传因子所携带的遗传信息。这种遗传型在特定环境条件下通过 生长发育所表现出来的外表特征和内在特征的总和就是该生物体的表型。但是有 的时候，某种微生物的遗传物质没有发生变化，而表型却发生了变化，这种现象 叫做饰变，它是只发生在转录、转译水平上的表型变化，因此是不可遗传的。与 我们想象中不同的是，一般不涉及遗传物质变化仅仅是表型的变化的现象是发生 在各别个体身上，而且变化幅度不会比遗传物质发生变化更大。但是，上面说的 这种饰变往往不是个别现象，而是会发生在群体中的每一个个体上幅度较小的变 化。例如：某些细菌在不同的温度下培养，菌落的颜色不一样。或者在不同H 条件下生长，菌落的形态不同等等。 微生物由于其结构简单，营养体一般都是单倍体，其遗传物质的变化都能在 性状上表现出来：而且繁殖速度快，能在短时间内获得较多的代数和众多的子代： 易得到突变体：易于培养，变异现象普遍且易于识别。因此它是研究遗传与变异 的好材料，尤其在分子遗传学方面，已成为微生物学家最热衷的研究对象。举 个最简单的例子：一个大肠杆菌细胞经过一夜的生长就可形成含有几亿细胞的可 见菌落。即使在相当差的条件下也是如此。所以有关于大肠杆菌遗传学试验通常 只需要一天，而玉米的实验通常要花上几个月。 第一节遗传变异的物质基础 遗传变异的物质基础是什么？1865年，孟德尔认为一种叫做遗传因子的物 质。1903年，苏顿认为是染色体，到1909年。约翰森认为是基因。因此，关于遗 传物质到底是蛋白质还是核酸，曾是生物学中激烈争论的重大问题，直到20世纪 四十年代以后一系列以微生物为对象进行的实验证实：性状是基因决定的即遗传 因子，基因存在与染色体上，染色体是核酸或它与蛋白质的结合物。到1944年以 后，才证实核酸是遗传物质，染色体是它的存在形式
下面我们就来看一下，证实生物学中这一重大问题的三个经典实验： 一、三个经典实验 (一)经典转化实验 首先知道什么是转化？转化就是A品系的生物吸收了来自B品系生物的遗传 物质从而获得B品系的遗传性状的现象。转化现象是格里菲斯于1928年研究肺炎 链球菌感染小白鼠的实验中发现，后经艾弗里等于1944年证实的。 肺炎链球菌有几种不同的类型，有具有荚膜的，茵落表面光滑，带有致病性 的S型：还有一种没有英膜的，外观粗糙，不具有致病性的R型。格里菲斯就利用 这两种类型的菌株进行了三组实验。书上讲190页 (二)噬菌体感染实验 1952年，科学家蔡斯和侯喜为了证实噬菌体的遗传物质是D八M,用放射性同 位素标记大肠杆菌T2噬菌体进行实验。 T2噬菌体由蛋白质和核酸组成，在噬菌体中硫元素只存在于蛋白质中，而磷 元素只存在于核酸中。因此在含有32P和35S的培养基上培养大肠杆菌，再用该大 肠杆菌培养其噬菌体，则噬菌体的DNA被32P标记，而蛋白质被35S标记。在用被 标记的噬菌体感染正常的大肠杆菌，短时间保温后搅动、离心。这一段时间可以 恰好完成噬菌体对大肠杆菌的感染。离心结果发现，35S存在于上清液，而32P 则存在于底部，底部是大肠杆菌菌体。说明只有DA进入了菌体，而蛋白质外壳 没有进入。又因为沉于底部的细胞经过培养可以产生大量完整的子代噬菌体，说 明进入细菌细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完整噬菌体的全部信息。 (三)植物病毒重建实验 有些生物只有NA和蛋白质组成，例如某些动物和植物病毒以及某些噬菌体。 植物病毒重建试验的原理：植物病毒蛋白质和RNA可以人为地分开，同时又可把它 们重新组合成具感染性的病毒。两种只含RA的植物病毒分别为甲和乙 甲RNA十乙Pr一感染植物叶片，症状同甲病毒：分离得到甲病毒 乙RNA十甲Pr→感染症状同乙病毒：分离得到乙病毒 这个实验表明，重建病毒的性状取决于相应的M,而与蛋白质外壳无关。 说明RNA是该病毒的遗传物质 第三章中的朊病毒，这一类病毒的发现对蛋白质不是遗传物质的定论带来 些疑云，因为朊病毒是具有传染性的蛋白质致病因子，迄今未发现蛋白质内有核
酸。但已知的传染性疾病的传搔因子必须含有核酸(RNA或DNA)组成的遗传物质， 才能感染宿主并在宿主体内自然繁殖。那么，这是生命界的又一特例呢？还是因 为目前人们的认识和技术所限而尚未解释的生命之谜呢？这些还有待生命科学 家去认识和探索。目前，有人认为朊病毒的致病性是由于它的蛋白质改变折叠状 态所导致的，由此引发了对于蛋白质的折叠与其生物功能之间的关系的研究，这 已成为当前分子生物学的研究热点