奇妙的微生物诱变育种的教程1-生于自然

 

微生物生存于大自然,可以选择优良的微生物菌种作为生菌,通过各种发酵条件的控制,使微生物充分发挥特长来创造一定价值。工农业生产的发展,促使我们不能仅仅停留在大自然恩赐给我们的菌种资源上面,而应该用人工方法去改造微生物菌种,让它们更加符合生产的要求。提高产率、降低成本、改进质量是一个优良菌种所必备的特点,同肘也是对微生物育种工作者提出的任务与方向。

各种生物都存在变异性,即遗传性改变的现象,生物当然也不例外。一个菌种在自然或人工条件下发生变异后,其形态和生理特性往往会出现一定改变,从而导致人们所需某产物的增加或减少。人为地筛选那些高产微生物品种用于生产,将会增加很大经济效益。事实上,发酵工业中所使用的生产菌种,绝大多数是经过人工诱发变异后得到的突变株,极少是野生菌株。

微生物发生变异主要是内在因素发生变化所致。这种内因的物质础是什么呢?英国一位叫格里菲斯(Griffith)的科学家在微生物实验中发现:肺炎球菌有两种,一种菌体外有荚膜,成为它的光滑的外衣,?另一种没有荚膜,外表粗糙。如果把死的光滑型的肺炎球菌与活的粗糙型肺炎球菌混合起来,注射到小白鼠的体内,出现了奇怪的事情,即在检査vj、白鼠的组织细胞时,竟然是活的光滑肺炎球菌。他考虑是不是已经死了的光滑型菌的什么物质把粗糙型菌转化了,使它也能制造出光滑的外衣。到了1944年有人证明,那个起着转化作用的因子就是DNAa为了再证实这种结论,他们从光滑型肺炎球菌里分离出纯的脱氧核糖核酸(DNA),加给粗糙型,结果得到了相同的实验结杲。从此研究继续深入,最终证明脱氧核糖核酸就是生物遗传的物质基础。

DNA是脱氧核糖核酸的英文名字的简称,它是由嘌昤(鸟嘌呤、腺嘌呤)和嘧啶(胞嘧啶、胸腺嘧啶)这样一些碱基,通过P-糖苷键与脱氧核糖连接成为核苷,再与磷酸化合成为核苷酸。DNA是由两条这样的核苷酸长链构成的双螺—旋。两条链的碱基以氢键相连接,这种连接有严格的规则,鸟嘌呤必定与胞嘧啶相连,腺嘌呤必定与胸腺嘧啶相连。在DNA进行复制时两长链之间的氢键断裂,彼此分开各奔东西。每个单链以本身核苷酸链为模板,根据互相连接的对应规律,吸收不同碱基的核苷酸来配对,各自又组成一条新的长链。通过这样的方法,使微生物每一菌种的DNA保持着固定的结构。

DNA分子复制仅是完成了第一步工作,它还必须去合成特定的蛋白质,才能表现出遗传性来。也就是说要在生物细胞中的20多种氨基酸中选用合适的氨基酸,把它们连接成一条蛋白质分子。但是DNA只有4种核苷酸,怎么决定20多种氨基酸的排列呢?一位天文学家为这件事情帮了大忙。他想象将这4种核苷酸进行不同的排列组合,就象莫尔斯电码,用点、横的不同组合代表字母和数字,一定会组成很多组。鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(℃)、腺嘌呤(A)、胸腺嘧碇(T)4种核苷酸中若周两个进行排列,可有16种形式,即AA、AG、A℃、AT、GA、GG、G℃、GT、℃A、℃G、℃℃、℃T、TA、TG、T℃、TT。如果每次用3个核苷酸就会有64种,这样怍为决定氨基酸用的密码就绰绰有佘了。实际上当DNA分子两股结脱开以后,开始复制时假如用的是核糖核苷,而不是脱氧核糖核苷,那么腺嘌呤就不连接胸腺嘧啶,而连上尿嘧啶,从而形成一条RNA(即核糖核酸)。但这不是普通的RNA,而是一条印着DNA的碱基排列顺序(即遗传密码)的RNA分子,即带着某种信息的RNA,故称为信使RNA(iuRNA)。它可以按碱基对应关系,与一种叫作转移RNA(tRNA)相互补a例如mRNA上是U℃G,在tRNA的一端必须是AG℃,另一端是一个特定的氨基酸。许多的tRNA按特定顺序附在mRNA上,也就把许多氨基酸排列在一起,它们很容易地钩在一起形成酶蛋白质分子。这就是DNA通过mRNA确定了tRNA,从而合成了酶分子0特定的酶催化特定生化反应,因此保证了微生物本身的遗传稳定性。

受着DNA控制的蛋白质(包括酶)合成时而进行,时而停止,这可需要一个严格的体系来加以控制。它包括操纵基因、结构基因和调节基因的作用。操纵基因如电路中的幵关按纽,当它启动时,结构基因工作,蛋白质合成进行,反之合成工作停止。而操纵基因的“开启”与“关合”又受调节基因所产生的阻抑蛋白控制。阻抑蛋白若与操纵基因结合,它这个按纽就別想启动了,也即停止在“关合”状态?什么时候才能打开按纽呢?只有阻抑蛋白与代谢中的诱导物结合,而不再与操纵基因结合时,操纵基因则自由自在地发布命令,迫使结构基因忙工作。控制系统就这样巧妙的一环紧扣一环地密切配合,使得细胞内的代谢活动苞条不紊迆进行DNA组成的遗传密码决定了微生物的遗传特性,同时还调节着代谢活动的进行。不难看出一种微生物产物的多少,当然也与遗传物质的基础一DNA休戚相关了。



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