第五章工业微生物诱变育种诱变剂课件.ppt
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1、LOGO第五章工第五章工业微生物微生物诱变育种育种诱变剂第1页,此课件共55页哦本章内容本章内容微生物育种诱变剂微生物育种诱变剂微生物的诱变育种微生物的诱变育种第2页,此课件共55页哦诱变剂诱变剂是指那些能诱发基因突变、并使是指那些能诱发基因突变、并使突变率突变率提高到超过自发突变水平的物理或提高到超过自发突变水平的物理或化学因子。化学因子。物理诱变剂物理诱变剂 种类种类 化学诱变剂化学诱变剂 生物诱变剂生物诱变剂第一节第一节 微生物育种诱变剂微生物育种诱变剂第3页,此课件共55页哦第4页,此课件共55页哦诱变育种的特点诱变育种的特点(1 1)提高突变率、扩大突变谱。)提高突变率、扩大突变谱。
2、(2 2)改良单一性状比较有效,同时改良多)改良单一性状比较有效,同时改良多 个性状较困难个性状较困难.(3 3)性状稳定快,育种年限短。)性状稳定快,育种年限短。(4 4)诱发突变的方向和性质尚难掌握。)诱发突变的方向和性质尚难掌握。第5页,此课件共55页哦一、物理诱变剂一、物理诱变剂包括包括紫外光紫外光、x x射线、射线、射线、快中子、射线、快中子、射线、射线、射线和超声波射线和超声波等。其中紫外光沿用最广,诱变等。其中紫外光沿用最广,诱变抗生素高产突变株有很优异的效果。抗生素高产突变株有很优异的效果。非电离辐射:电子级能提高,但不产生离子。非电离辐射:电子级能提高,但不产生离子。电离辐射
3、电离辐射:能击中电子并产生正离子能击中电子并产生正离子物理诱变主要是由于物理诱变主要是由于高能辐射导高能辐射导致生物系统损伤,继而发致生物系统损伤,继而发生遗传变异的一系列复杂的连锁反应过程。常可以分为生遗传变异的一系列复杂的连锁反应过程。常可以分为物物理、物理理、物理-化学、化学、生物学化学、化学、生物学阶段阶段(p35)(p35)。第6页,此课件共55页哦(一)物理诱变剂的生物学效应(一)物理诱变剂的生物学效应直接作用直接作用间接作用间接作用击中击中DNA或其它生物结构引起的能量吸收或其它生物结构引起的能量吸收环境中其它分子环境中其它分子激发和电离分子激发和电离分子激发和电离分子激发和电离
4、分子重排重排重排重排原初损伤原初损伤扩散自由基扩散自由基分子的变化分子的变化代谢代谢代谢代谢突变突变体突变体生物变化生物变化细胞死亡细胞死亡物物理理物理物理-化学化学化学化学生生物物学学第7页,此课件共55页哦1 1、物理阶段、物理阶段 持续时间极短(持续时间极短(1010-5-51010-8-8秒)。电离辐射产生能秒)。电离辐射产生能量转移,在体内形成电离效应。量转移,在体内形成电离效应。2 2、化学阶段、化学阶段 持续时间极短(持续时间极短(1010-5-51010-8-8秒)秒)。形成大量的自。形成大量的自由基。由基。3 3、生物化学阶段、生物化学阶段持续时间短(持续时间短(101010
5、10-2-2秒)秒)。大量的自由基与生物大分子发生化学反应,形成大大量的自由基与生物大分子发生化学反应,形成大量的烷化自由基量的烷化自由基(R.)(R.),将辐射效应转移到生物大分,将辐射效应转移到生物大分子中。子中。烷化自由基持续时间长,并可通过繁殖传递。烷化自由基持续时间长,并可通过繁殖传递。第8页,此课件共55页哦4 4、生物学阶段、生物学阶段持续时间长(甚至几个世代)持续时间长(甚至几个世代),并可通过繁殖传递。并可通过繁殖传递。烷化自由基烷化自由基(R.)(R.)与生物大分子发生一系列反应,引起生与生物大分子发生一系列反应,引起生理和遗传损伤。理和遗传损伤。4.1 4.1 形态方面的
6、表现形态方面的表现损伤损伤:造成死亡,死亡率与辐射剂量成正比造成死亡,死亡率与辐射剂量成正比生长生长:抑制生长等,与辐射剂量成正比抑制生长等,与辐射剂量成正比形态变异形态变异:菌落(体)、色泽大小变化。菌落(体)、色泽大小变化。生理变异生理变异:不能遗传,逐渐消失。不能遗传,逐渐消失。遗传变异遗传变异:能遗传能遗传第9页,此课件共55页哦4.2 4.2 生理方面的表现生理方面的表现生理方面的表现生理方面的表现酶活性的变化酶活性的变化PODPOD(过氧化物酶)、(过氧化物酶)、SOD SOD 、CAT CAT(过氧化氢酶)(过氧化氢酶)、核酸酶、核酸酶相关物质含量的变化相关物质含量的变化蛋白质、
7、氨基酸、核苷酸蛋白质、氨基酸、核苷酸生长素、生长素、ABAABA(天然脱落酸)第10页,此课件共55页哦4.3 4.3 遗传方面的表现遗传方面的表现细胞核方面的表现细胞核方面的表现:细胞核扩大、松散(膨松细胞核扩大、松散(膨松 puffingpuffing)微核细胞,微核细胞率与辐射剂量成正比微核细胞,微核细胞率与辐射剂量成正比微核细胞率微核细胞率是评价遗传损伤的指标是评价遗传损伤的指标染色体方面的表现染色体方面的表现:断裂,形成染色体断片、环、桥等。断裂,形成染色体断片、环、桥等。染色体畸变率与辐射剂量成正比染色体畸变率与辐射剂量成正比染色体畸变率染色体畸变率是评价遗传损伤的指标是评价遗传损
8、伤的指标第11页,此课件共55页哦DNADNA方面的表现方面的表现:DNADNA断裂、分解,形成单链结构断裂、分解,形成单链结构DNADNA非按时合成非按时合成存在自我损伤修复机制,提前进行存在自我损伤修复机制,提前进行DNADNA合成,合成,进行进行DNADNA损伤修复损伤修复生长素类物质促进生长素类物质促进DNADNA损伤修复损伤修复咖啡因、咖啡因、EDTAEDTA等拟制等拟制DNADNA损伤修复损伤修复第12页,此课件共55页哦菌种的遗传背景和生理状态;菌种的遗传背景和生理状态;可见光;可见光;水分;水分;电离辐射诱变剂在氧气或空气中使用时,其辐电离辐射诱变剂在氧气或空气中使用时,其辐射
9、效应一般要比在真空中或在惰性气体中时要射效应一般要比在真空中或在惰性气体中时要高;高;温度对电离辐射效应也有影响,主要是能改变温度对电离辐射效应也有影响,主要是能改变氧与自由基,或自由基相互间的作用程度。氧与自由基,或自由基相互间的作用程度。(二)影响辐射效应的因子(二)影响辐射效应的因子第13页,此课件共55页哦1 1、性质和来源、性质和来源波长在波长在4040一一390nm390nm之间。之间。由于由于DNADNA分子的紫外分子的紫外光吸收值为光吸收值为260nm260nm,因而波长在,因而波长在200-300nm200-300nm的的紫外光才有诱变作用。紫外光源一般要求为发紫外光才有诱变
10、作用。紫外光源一般要求为发射光谱集中在射光谱集中在260nm260nm附近的紫外光灯,灯管内附近的紫外光灯,灯管内装有氖气的低压放电灯是较理想的光源,国内装有氖气的低压放电灯是较理想的光源,国内一般采用一般采用3030瓦的紫外光灯瓦的紫外光灯,光谱分布范围广,光谱分布范围广,诱变效率差。诱变效率差。特点:特点:能量较低;对组织穿透力强能量较低;对组织穿透力强.(三)非电离辐射(三)非电离辐射紫外线紫外线第14页,此课件共55页哦2 2、紫外光的剂量、紫外光的剂量单位单位:尔格能量尔格能量/mm/mm2 2(灯具发射强度随使用时间延长而下降灯具发射强度随使用时间延长而下降。)实际应用实际应用-相
11、对剂量:相对剂量:照射时间、杀菌率照射时间、杀菌率来表示来表示v 杀菌率:杀菌率:90.0%-99.9%90.0%-99.9%v 时间:芽孢菌时间:芽孢菌10min10min;小芽孢杆菌营养缺陷型小芽孢杆菌营养缺陷型1-3min1-3min;一般营养体一般营养体3-5min3-5min;无芽孢菌和革兰氏阳性菌无芽孢菌和革兰氏阳性菌0.5-2min0.5-2min。第15页,此课件共55页哦3 3、诱变机理、诱变机理O 嘧啶二聚体嘧啶二聚体O DNA DNA链的断裂链的断裂O 胞嘧啶与尿嘧啶的水和作用胞嘧啶与尿嘧啶的水和作用O DNA DNA与蛋白质交联与蛋白质交联第16页,此课件共55页哦第1
12、7页,此课件共55页哦O 出发菌株出发菌株O 前培养前培养;培养基丰富营养、细菌培养到;培养基丰富营养、细菌培养到 对数期对数期、真菌孢子刚成熟;、真菌孢子刚成熟;O 制备菌悬液:制备菌悬液:处理液均用生理盐水制处理液均用生理盐水制 备。细菌调节菌液浓度到备。细菌调节菌液浓度到10108 8个个/ml/ml,真菌约,真菌约为为10106 610107 7/ml/ml,放线菌则为,放线菌则为l0l07 710108 8/ml./ml.4 4、操作方法、操作方法第18页,此课件共55页哦O 照射照射v设备:紫外灯、磁力搅拌器、暗室、培养皿等设备:紫外灯、磁力搅拌器、暗室、培养皿等;v紫外灯:波长为
13、紫外灯:波长为253.7253.7nm,nm,功率是功率是1515W;W;v处理时的照射距离:处理时的照射距离:2020cm 30cm;cm 30cm;v样品:要直接暴露在紫外灯下,厚度不能超过样品:要直接暴露在紫外灯下,厚度不能超过3 3mm,mm,照射时,要用照射时,要用磁力搅拌器搅拌。磁力搅拌器搅拌。注意注意:操作和培养时必需避免可见光直射液面,:操作和培养时必需避免可见光直射液面,最好在黄色或红色灯光下操作。最好在黄色或红色灯光下操作。v 后培养后培养:1.5-21.5-2小时;小时;v 稀释涂皿稀释涂皿第19页,此课件共55页哦(四)、电离辐射(四)、电离辐射第20页,此课件共55页
14、哦(五)新型诱变剂(五)新型诱变剂v 微波微波:电磁波电磁波v 红外线:红外线:0.751000m v 激光:光量子流激光:光量子流v 高能电子流:强电离辐射高能电子流:强电离辐射v 航天育种:利用返回式卫星进行航天育种:利用返回式卫星进行农作农作物新品种物新品种的选育的一种方法。的选育的一种方法。第21页,此课件共55页哦航椒航椒1 1号号航茄航茄2 2号号第22页,此课件共55页哦航航 天天 葫葫 芦芦第23页,此课件共55页哦6、低能离子注入过程:能量沉积、动量传递、离子注入和电荷交换时间:10191013s中间时发生。特征:具有Y射线能量沉积引起机体损伤的;动能交换产生的级联损伤,表现
15、为遗传物质原子转移、重排或基因的缺失;慢化离子、移位原子和本底元素复合反应造成的化学损伤以及电荷交换引起的生物分子电子转移造成的损伤。第24页,此课件共55页哦常用离子:通常采用N+、H+、Ar。生物学效应:相当于物理和化学诱变两者相结合的复合诱变效应第25页,此课件共55页哦化学诱变剂化学诱变剂是一些能和是一些能和DNADNA起作用,改变起作用,改变其结构,并引起遗传变异的化学物质。其结构,并引起遗传变异的化学物质。碱基类似物碱基类似物 烷化剂烷化剂 移码突变剂移码突变剂 其他类其他类二、化学诱变剂二、化学诱变剂种类种类第26页,此课件共55页哦1 1、种类、种类胸胸腺腺嘧嘧啶啶的的结结构构
16、类类似似物物(一)碱基类似物(一)碱基类似物常常用用第27页,此课件共55页哦腺嘌呤腺嘌呤的结构类似物的结构类似物常常用用第28页,此课件共55页哦鸟嘌呤鸟嘌呤的结构类似物的结构类似物第29页,此课件共55页哦2 2、碱基类似物作用机制、碱基类似物作用机制5-5-溴尿嘧啶(溴尿嘧啶(5-BU5-BU)是胸腺嘧啶的结构类似物也是)是胸腺嘧啶的结构类似物也是一种强诱变剂。它渗入到一种强诱变剂。它渗入到DNADNA中,会发生酮式和烯中,会发生酮式和烯醇式互变,不仅和原来的碱基配对而且和其它碱基配醇式互变,不仅和原来的碱基配对而且和其它碱基配对。对。第30页,此课件共55页哦例例5-BU5-BU诱发诱
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