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）
（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 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
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
同位臵上, 出现相同遗传型菌落的接种培养方法 。
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。
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臵上，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。
1、诱发突变（ induced mutation）
点突变（ point mutation）,碱基的臵换、移码突变
染色体畸变（ chromosomal aberration）
（ 1）碱基的臵换 （ substitution）
① 类型
转换 （ transition）, 即 DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧
啶被另一个嘧啶所臵换；
颠换 (transversion),即 DNA链中一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶
被另一个嘌呤所臵换 。
②臵换的机制
对某一具体诱变剂来说，既可同时引起转换与颠换，也可
只具其中一种功能。
根据化学诱变剂是直接还是间接地引起臵换，可把臵换的
机制分为两类：
? 直接引起臵换的诱变剂, 可直接与核酸反应, 不论在机体
内还是在离体条件下均有作用 。 如：亚硝酸, 羟胺和各种烷
化剂 （ 硫酸二乙酯, 甲基磺酸乙酯, N-甲基 -N’-硝基 -亚硝基
胍, N-甲基 -N-亚硝基胍, 乙烯亚胺, 环氧乙酸, 氮芥等 ） 等 。
它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应, 从而引起 DNA复
制时碱基配对的转换, 并进一步使微生物发生变异 。 在这些
诱变剂中, 除羟胺只引起 G,C—A,T外, 其余都是可使 G：
C— A,T发生互变的 。 以亚硝酸为例, 亚硝酸可使碱基发生
氧化脱氨作用, 故能使腺嘌呤 （ A） 变成黄嘌呤 （ H）, 以及
使胞嘧啶 （ C） 变成尿嘧啶 （ U）, 从而发生转换 。
? 间接引起置换的诱变剂：
引起这类变异的诱变剂都是一些碱基类似物，如 5-溴尿嘧
啶（ 5-BU）,5-氨基尿嘧啶（ 5-AU）,8-氮鸟嘌呤
（ 8-NG）,2-氨基嘌呤（ 2-AP） 和 6-氯嘌呤（ 6-CP）
等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到 DNA
分子中后而引起的，故是间接的。
（ 2） 移码突变 （ frame-shift mutation 或 phase-shift mutation）
移码突变,指诱变剂使 DNA分子中的一个或少数几个核苷酸
的添加或缺失, 从而是该部位后面的全部遗传密码发生转
录和转译错误的异类突变 。
移码突变的类型,p209图示
移码突变诱变剂有,吖啶类染料 （ 吖啶橙, 吖啶黄, 原黄素 α
–氨基吖啶等 ） 和一系列 ICR类的化合物 。
ICR,由美国的肿瘤研究所（ Institute for Cancer Research） 合
成，是一些由烷化剂与吖啶类化合物相结合的化合物。
吖啶类染料（吖啶橙等）和 ICR的物质都是有效的移码突变诱
变剂。吖啶橙和 α–氨基吖啶对噬菌体有效，而溴化乙啶是
酵母菌小菌落突变型有效诱变剂。
（ 3）染色体畸变（ chromosomal aberration）
染色体分子的大的损伤
① 种类：染色体内畸变；染色体间畸变
② 转座因子,
插入序列（ IS,insertion sequence）,分子量最小（ 0.7～
1.4kb）,只能引起转座效应而不含其它任何基因；
转座子（ Tn,transposon） 分子量居中（ 2～ 25kb）,除了
与转座有关的基因外，常含有抗药性基因或乳糖发酵基
因等其他基因；
Mu噬菌体（ mutator phage即诱变噬菌体）是 E,coil的一种温
和噬菌体，无特定整合位点，分子量最大（ 37kb）,含
有 20多个基因。
２、自发突变
（ 1）自发突变,没有人工参与下的生物体自然发
生的突变。（认识不足）
（ 2）可能的机制：
1）背景辐射和环境因素的诱变；
2）微生物本身有害代谢物的诱变效应；
3）互变异构效应,T,G,酮式 稀醇式；
A,C,氨基式 亚氨基式
（六）紫外线 DNA的损伤及其修复
1、损伤机制, 主要作用是使同链 DNA的相邻嘧啶间形成共
价结合的胸腺嘧啶二聚体。二聚体的出现会减弱双链氢键
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。
2、修复机制：
⑴ 光复活作用 （ photoreactivation）, 经紫外线照射过的微生
物立即曝露于可见光下时, 可明显降低其死亡率的现象 。
又称为 SOS修复, 是一种倾向差错型修复作用 。
对照,8× 106个 /ml E,coil 紫外线 100个 /ml E,coil
试验,8× 106个 /ml E,Coil 紫外线 360～ 490nm可见光 30分钟 2× 10个 /ml E,Coil
原理：光解酶 （ 光裂合酶, photolyase）
⑵ 暗修复（ dark repair）,又称
切除修复（ excision repair）：
这种修复与光无关，必须有
四种酶的参与：
ａ．核酸内切酶
ｂ．核酸外切酶
ｃ,DNA聚合酶
ｄ．连接酶。
二、突变与育种
（ 一 ） 自发突变与育种
1,从生产中选育,在日常生产过程中, 微生物也会以一定
频率发生自发突变 。 富于实际经验和善于细致观察的人
们就可及时抓住这类良机来选育优良的生产菌株 。 例如,
从污染噬菌体的发酵液中有可能分离到抗噬菌体的新菌
株 。 依据, 自发突变率 10-6
2,定向培育优良品种：指用某一特定因素长期处理某微生
物的群体, 同时不断的对它们进行移种传代, 以达到积
累并选择相应的自发突变株的目的 。 由于自发突变 的 频
率较低, 变异程度较轻微, 所以培育新种的过程十分缓
慢 。 与诱变育种, 杂交育种和基因 工程技术相比, 定向
培育法带有, 守株待兔, 的性质, 除某些抗性突变外,
一般要相当长的时间
（二）诱变育种
1、诱变育种,是指利用物理或化学诱变诱变剂处理均匀分
散的微生物细胞群，促进其突变率显著提高，然后采用
简便、快速、和高效的筛选方法，从中挑选出少数符合
育种目的的突变株，以供生产或科研之用。
2、诱变育种的基本环节 （以产量突变为例）
3、诱变育种的几个工作原则
⑴ 选择简便有效的诱变剂
诱变剂的类型：
? 物理因素：紫外线, X射线等
? 化学诱变剂：烷化剂, 碱基类似物和吖啶化合物
艾姆氏实验 （ Ames test）, 测定化学致癌剂
其原理：某化学物质导致的, 三致, （ 致突变, 致畸变, 致癌变 ）
注：
选择简便高效的诱变剂
物理诱变剂－紫外线
化学诱变剂－“超诱变剂” NTG（ N-甲基 -N-硝基 -N’-亚硝基
胍）
诱变方法简便
紫外线照射
涂布平板法
⑵ 挑选优良的出发菌株
出发菌株 （ original strain）,
选用出发菌株的目的：提高育种效率
挑选的一些实践经验：
① 最好是经过生产中选育过的自发变异菌株；
② 采用具有有利性状的菌株；
③ 选择已经发生其它变异的菌株作为出发菌株；
④ 在细菌中曾发现一类称为增变菌株的变异菌株, 它们
对诱变剂的敏感性比原始菌株大为提高, 故更适宜作
出发菌株 。
⑶ 处理单细胞或单孢子悬液：
要求,① 处理均匀； ② 避免长出不纯的菌落
菌落不纯产生的原因：
? 多细胞或但细胞多核现象
? 表型延迟现象：表型的改变落后于遗传型改变的现象 。
所以：诱变育种时要尽量选用单核细胞, 如霉菌或放线
菌的分生孢子或细菌的芽孢等
⑷ 选用最适的诱变剂量
诱变剂的作用,① 提高突变的频率； ② 扩大产量变异的
幅度； ③ 使产量变异向正变 (即提高产量的变异 )或负
变 (即降低产量的变异 )的方向移动 。
诱变剂剂量的表示法
UV：强度 × 作用时间
化学诱变剂：浓度与处理时间
实践规律,合适的剂量
正变与负变的剂量
? 例如 UV诱变时, 采用杀菌率为 70～ 75%的相对剂量,
甚至 30～ 70%的剂量 。
⑸ 充分利用符合处理的协同效应：
? 诱变剂的复合处理常呈现一定的协同效应。复合处理
有几类：一类是两种或多种诱变剂的先后使用；第二
类是同一种诱变剂的重复使用；第三类是两种或多种
诱变剂的同时使用。
⑹ 利用和创造形态, 生理与产量间的相关指标
? 利用鉴别性培养基的原理或其他途径, 就可以有效地
把原先肉眼无法观察的生理性状或产量性状转化为可
见的, 形态, 性状, 有利于提高育种效率 。
⑺ 设计采用高效筛选方案
实际工作中, 筛选工作分为初筛和复筛两步 。
（ 8） 创造新型筛选方法
初筛可以在培养皿平板上进行
复筛可以在摇瓶中进行
4、营养缺陷型菌株的筛选
营养缺陷型菌株的应用 。
⑴ 与筛选营养缺陷型有关的三类培养基
① 基本培养基,（ MM,minimal medium） 仅能满足某微生
物的野生型菌株生长需要的最低成分组合培养基, 可用 [-]
表示 。
② 完全培养基,（ CM,complete medium） 可满足一切营养
缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基, 可用 [+]表示 。
③ 补充培养基,（ SM,supplemental medium） 只能满足相
应的营养缺陷型菌株的生长需要的组合培养基, 可用 [A]表
示 。
⑵ 与营养缺陷型突变有关的三类遗传型个体
① 野生型 （ wild type） 从自然界分离到的任何微生物在其发生营养
缺陷突变之前的原始菌 。 其遗传型可用 [A+B+]表示 。
② 营养缺陷型 （ auxotroph） 野生型菌株经诱变处理后, 丧失了代谢
途径中某种酶的合成能力, 只能在加有该酶合成产物的培养基上
才能生长, 此类突变菌株, 称为营养缺陷型菌株 。 B营养缺陷型
的遗传型可用 [A+B-]表示, A营养缺陷型则可以用 [A-B+]表示 。
③ 原养型 （ prototroph） 营养缺陷型菌株经回复突变或重组后产生
的菌株, 其营养要求上与野生型相同, 均为 [A+B+]。
⑶ 营养缺陷型的筛选方法 （ 4个环节 ）
① 诱变处理：与前面所述诱变方法相同,
② 淘汰野生型,
? 抗生素法,
青霉素法, 适用于细菌
制霉菌素法, 适用于真菌
? 菌丝过滤法,适用于进行丝状生长的真菌和放线菌
③ 捡出缺陷型,
方法很多有,夹层培养法, 限量补充法, 逐个捡
出法, 影印接种法 。
? 夹层培养法,4层 （, 三明治, ＋ CM）
? 限量补充法：加入微量 （ 0.01%以下 ） 的蛋白胨或相应
物质, 野生型细胞迅速生长, 而营养缺陷型因营养受
到限制生长缓慢, 形成小的菌落 。 只要在基本培养基
上加入微量的相应物质, 就可获得相应的营养缺陷型
突变株 。
? 逐个捡出法：诱变处理后的细胞群涂布在完全培养基
（ CM） 平板上, 逐一分别接种单个菌落于基本培养基
（ MM） 和另一完全培养基 （ CM） 平板上和 MM平板上,
对应点种 。 经过培养后, 在 （ CM） 的某一部位长出菌
落而在 （ MM） 的相应位臵上不生长, 说明此菌落为营
养缺陷型菌 。
? 影印接种法：
④ 鉴定缺陷型：
? 生长谱法 （ auxanography）, 菌液＋ MM＋ 微量营养物
? 鉴定
⑷ 营养缺陷型突变株的应用
营养缺陷型突变株无论在生物学基础理论和应用研究上,
还是在生产实践上都有极其重要的意义 。
科学实验中
生产实践中
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）
（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 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
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
同位臵上, 出现相同遗传型菌落的接种培养方法 。
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。
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臵上，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。
1、诱发突变（ induced mutation）
点突变（ point mutation）,碱基的臵换、移码突变
染色体畸变（ chromosomal aberration）
（ 1）碱基的臵换 （ substitution）
① 类型
转换 （ transition）, 即 DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧
啶被另一个嘧啶所臵换；
颠换 (transversion),即 DNA链中一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶
被另一个嘌呤所臵换 。
②臵换的机制
对某一具体诱变剂来说，既可同时引起转换与颠换，也可
只具其中一种功能。
根据化学诱变剂是直接还是间接地引起臵换，可把臵换的
机制分为两类：
? 直接引起臵换的诱变剂, 可直接与核酸反应, 不论在机体
内还是在离体条件下均有作用 。 如：亚硝酸, 羟胺和各种烷
化剂 （ 硫酸二乙酯, 甲基磺酸乙酯, N-甲基 -N’-硝基 -亚硝基
胍, N-甲基 -N-亚硝基胍, 乙烯亚胺, 环氧乙酸, 氮芥等 ） 等 。
它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应, 从而引起 DNA复
制时碱基配对的转换, 并进一步使微生物发生变异 。 在这些
诱变剂中, 除羟胺只引起 G,C—A,T外, 其余都是可使 G：
C— A,T发生互变的 。 以亚硝酸为例, 亚硝酸可使碱基发生
氧化脱氨作用, 故能使腺嘌呤 （ A） 变成黄嘌呤 （ H）, 以及
使胞嘧啶 （ C） 变成尿嘧啶 （ U）, 从而发生转换 。
? 间接引起置换的诱变剂：
引起这类变异的诱变剂都是一些碱基类似物，如 5-溴尿嘧
啶（ 5-BU）,5-氨基尿嘧啶（ 5-AU）,8-氮鸟嘌呤
（ 8-NG）,2-氨基嘌呤（ 2-AP） 和 6-氯嘌呤（ 6-CP）
等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到 DNA
分子中后而引起的，故是间接的。
（ 2） 移码突变 （ frame-shift mutation 或 phase-shift mutation）
移码突变,指诱变剂使 DNA分子中的一个或少数几个核苷酸
的添加或缺失, 从而是该部位后面的全部遗传密码发生转
录和转译错误的异类突变 。
移码突变的类型,p209图示
移码突变诱变剂有,吖啶类染料 （ 吖啶橙, 吖啶黄, 原黄素 α
–氨基吖啶等 ） 和一系列 ICR类的化合物 。
ICR,由美国的肿瘤研究所（ Institute for Cancer Research） 合
成，是一些由烷化剂与吖啶类化合物相结合的化合物。
吖啶类染料（吖啶橙等）和 ICR的物质都是有效的移码突变诱
变剂。吖啶橙和 α–氨基吖啶对噬菌体有效，而溴化乙啶是
酵母菌小菌落突变型有效诱变剂。
（ 3）染色体畸变（ chromosomal aberration）
染色体分子的大的损伤
① 种类：染色体内畸变；染色体间畸变
② 转座因子,
插入序列（ IS,insertion sequence）,分子量最小（ 0.7～
1.4kb）,只能引起转座效应而不含其它任何基因；
转座子（ Tn,transposon） 分子量居中（ 2～ 25kb）,除了
与转座有关的基因外，常含有抗药性基因或乳糖发酵基
因等其他基因；
Mu噬菌体（ mutator phage即诱变噬菌体）是 E,coil的一种温
和噬菌体，无特定整合位点，分子量最大（ 37kb）,含
有 20多个基因。
２、自发突变
（ 1）自发突变,没有人工参与下的生物体自然发
生的突变。（认识不足）
（ 2）可能的机制：
1）背景辐射和环境因素的诱变；
2）微生物本身有害代谢物的诱变效应；
3）互变异构效应,T,G,酮式 稀醇式；
A,C,氨基式 亚氨基式
（六）紫外线 DNA的损伤及其修复
1、损伤机制, 主要作用是使同链 DNA的相邻嘧啶间形成共
价结合的胸腺嘧啶二聚体。二聚体的出现会减弱双链氢键
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。
2、修复机制：
⑴ 光复活作用 （ photoreactivation）, 经紫外线照射过的微生
物立即曝露于可见光下时, 可明显降低其死亡率的现象 。
又称为 SOS修复, 是一种倾向差错型修复作用 。
对照,8× 106个 /ml E,coil 紫外线 100个 /ml E,coil
试验,8× 106个 /ml E,Coil 紫外线 360～ 490nm可见光 30分钟 2× 10个 /ml E,Coil
原理：光解酶 （ 光裂合酶, photolyase）
⑵ 暗修复（ dark repair）,又称
切除修复（ excision repair）：
这种修复与光无关，必须有
四种酶的参与：
ａ．核酸内切酶
ｂ．核酸外切酶
ｃ,DNA聚合酶
ｄ．连接酶。
二、突变与育种
（ 一 ） 自发突变与育种
1,从生产中选育,在日常生产过程中, 微生物也会以一定
频率发生自发突变 。 富于实际经验和善于细致观察的人
们就可及时抓住这类良机来选育优良的生产菌株 。 例如,
从污染噬菌体的发酵液中有可能分离到抗噬菌体的新菌
株 。 依据, 自发突变率 10-6
2,定向培育优良品种：指用某一特定因素长期处理某微生
物的群体, 同时不断的对它们进行移种传代, 以达到积
累并选择相应的自发突变株的目的 。 由于自发突变 的 频
率较低, 变异程度较轻微, 所以培育新种的过程十分缓
慢 。 与诱变育种, 杂交育种和基因 工程技术相比, 定向
培育法带有, 守株待兔, 的性质, 除某些抗性突变外,
一般要相当长的时间
（二）诱变育种
1、诱变育种,是指利用物理或化学诱变诱变剂处理均匀分
散的微生物细胞群，促进其突变率显著提高，然后采用
简便、快速、和高效的筛选方法，从中挑选出少数符合
育种目的的突变株，以供生产或科研之用。
2、诱变育种的基本环节 （以产量突变为例）
3、诱变育种的几个工作原则
⑴ 选择简便有效的诱变剂
诱变剂的类型：
? 物理因素：紫外线, X射线等
? 化学诱变剂：烷化剂, 碱基类似物和吖啶化合物
艾姆氏实验 （ Ames test）, 测定化学致癌剂
其原理：某化学物质导致的, 三致, （ 致突变, 致畸变, 致癌变 ）
注：
选择简便高效的诱变剂
物理诱变剂－紫外线
化学诱变剂－“超诱变剂” NTG（ N-甲基 -N-硝基 -N’-亚硝基
胍）
诱变方法简便
紫外线照射
涂布平板法
⑵ 挑选优良的出发菌株
出发菌株 （ original strain）,
选用出发菌株的目的：提高育种效率
挑选的一些实践经验：
① 最好是经过生产中选育过的自发变异菌株；
② 采用具有有利性状的菌株；
③ 选择已经发生其它变异的菌株作为出发菌株；
④ 在细菌中曾发现一类称为增变菌株的变异菌株, 它们
对诱变剂的敏感性比原始菌株大为提高, 故更适宜作
出发菌株 。
⑶ 处理单细胞或单孢子悬液：
要求,① 处理均匀； ② 避免长出不纯的菌落
菌落不纯产生的原因：
? 多细胞或但细胞多核现象
? 表型延迟现象：表型的改变落后于遗传型改变的现象 。
所以：诱变育种时要尽量选用单核细胞, 如霉菌或放线
菌的分生孢子或细菌的芽孢等
⑷ 选用最适的诱变剂量
诱变剂的作用,① 提高突变的频率； ② 扩大产量变异的
幅度； ③ 使产量变异向正变 (即提高产量的变异 )或负
变 (即降低产量的变异 )的方向移动 。
诱变剂剂量的表示法
UV：强度 × 作用时间
化学诱变剂：浓度与处理时间
实践规律,合适的剂量
正变与负变的剂量
? 例如 UV诱变时, 采用杀菌率为 70～ 75%的相对剂量,
甚至 30～ 70%的剂量 。
⑸ 充分利用符合处理的协同效应：
? 诱变剂的复合处理常呈现一定的协同效应。复合处理
有几类：一类是两种或多种诱变剂的先后使用；第二
类是同一种诱变剂的重复使用；第三类是两种或多种
诱变剂的同时使用。
⑹ 利用和创造形态, 生理与产量间的相关指标
? 利用鉴别性培养基的原理或其他途径, 就可以有效地
把原先肉眼无法观察的生理性状或产量性状转化为可
见的, 形态, 性状, 有利于提高育种效率 。
⑺ 设计采用高效筛选方案
实际工作中, 筛选工作分为初筛和复筛两步 。
（ 8） 创造新型筛选方法
初筛可以在培养皿平板上进行
复筛可以在摇瓶中进行
4、营养缺陷型菌株的筛选
营养缺陷型菌株的应用 。
⑴ 与筛选营养缺陷型有关的三类培养基
① 基本培养基,（ MM,minimal medium） 仅能满足某微生
物的野生型菌株生长需要的最低成分组合培养基, 可用 [-]
表示 。
② 完全培养基,（ CM,complete medium） 可满足一切营养
缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基, 可用 [+]表示 。
③ 补充培养基,（ SM,supplemental medium） 只能满足相
应的营养缺陷型菌株的生长需要的组合培养基, 可用 [A]表
示 。
⑵ 与营养缺陷型突变有关的三类遗传型个体
① 野生型 （ wild type） 从自然界分离到的任何微生物在其发生营养
缺陷突变之前的原始菌 。 其遗传型可用 [A+B+]表示 。
② 营养缺陷型 （ auxotroph） 野生型菌株经诱变处理后, 丧失了代谢
途径中某种酶的合成能力, 只能在加有该酶合成产物的培养基上
才能生长, 此类突变菌株, 称为营养缺陷型菌株 。 B营养缺陷型
的遗传型可用 [A+B-]表示, A营养缺陷型则可以用 [A-B+]表示 。
③ 原养型 （ prototroph） 营养缺陷型菌株经回复突变或重组后产生
的菌株, 其营养要求上与野生型相同, 均为 [A+B+]。
⑶ 营养缺陷型的筛选方法 （ 4个环节 ）
① 诱变处理：与前面所述诱变方法相同,
② 淘汰野生型,
? 抗生素法,
青霉素法, 适用于细菌
制霉菌素法, 适用于真菌
? 菌丝过滤法,适用于进行丝状生长的真菌和放线菌
③ 捡出缺陷型,
方法很多有,夹层培养法, 限量补充法, 逐个捡
出法, 影印接种法 。
? 夹层培养法,4层 （, 三明治, ＋ CM）
? 限量补充法：加入微量 （ 0.01%以下 ） 的蛋白胨或相应
物质, 野生型细胞迅速生长, 而营养缺陷型因营养受
到限制生长缓慢, 形成小的菌落 。 只要在基本培养基
上加入微量的相应物质, 就可获得相应的营养缺陷型
突变株 。
? 逐个捡出法：诱变处理后的细胞群涂布在完全培养基
（ CM） 平板上, 逐一分别接种单个菌落于基本培养基
（ MM） 和另一完全培养基 （ CM） 平板上和 MM平板上,
对应点种 。 经过培养后, 在 （ CM） 的某一部位长出菌
落而在 （ MM） 的相应位臵上不生长, 说明此菌落为营
养缺陷型菌 。
? 影印接种法：
④ 鉴定缺陷型：
? 生长谱法 （ auxanography）, 菌液＋ MM＋ 微量营养物
? 鉴定
⑷ 营养缺陷型突变株的应用
营养缺陷型突变株无论在生物学基础理论和应用研究上,
还是在生产实践上都有极其重要的意义 。
科学实验中
生产实践中
