第一章　緒　　論
<br>第一節(jié)　工業(yè)微生物育種在生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中的地位
<br>　　工業(yè)微生物菌種選育在生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，是決定該發(fā)酵產(chǎn)品能否具有工業(yè)
<br>化價(jià)值及發(fā)酵過(guò)程成敗與否的關(guān)鍵�，F(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)之所以如此迅猛發(fā)展，除了發(fā)酵工藝改進(jìn)
<br>和發(fā)酵設(shè)備更新之外，更重要的是由于進(jìn)行了菌種的選育及其改良，為發(fā)酵工藝提供了人類(lèi)需
<br>要的各種類(lèi)型的突變菌株，從而使抗生素、酶制劑、氨基酸、有機(jī)酸、維生素、核苷酸、激素、色
<br>素、生物堿、不飽和脂肪酸以及其他生物活性物質(zhì)等產(chǎn)品的產(chǎn)量成倍，甚至成千倍地增長(zhǎng)，同時(shí)
<br>產(chǎn)品的質(zhì)量也不斷提高。因此，工業(yè)微生物育種對(duì)于提高生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，進(jìn)
<br>一步開(kāi)發(fā)利用微生物資源，增加生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的品種具有重大意義。
<br>用于工業(yè)生產(chǎn)的微生物菌種要具有以下特性。
<br>（1） 在遺傳上必須是穩(wěn)定的。
<br>（2） 易于產(chǎn)生許多營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、孢子或其他繁殖體。
<br>（3） 必須是純種，不應(yīng)帶其他雜菌及噬菌體。
<br>（4） 種子的生長(zhǎng)必須旺盛、迅速。
<br>（5） 產(chǎn)生所需要的產(chǎn)物時(shí)間短。
<br>（6） 比較容易分離提純。
<br>（7） 有自身保護(hù)機(jī)制，抵抗雜菌污染能力強(qiáng)。
<br>（8） 能保持較長(zhǎng)的良好經(jīng)濟(jì)性能。
<br>（9） 菌株對(duì)誘變劑處理較敏感，從而可能選育出高產(chǎn)菌株。
<br>（10） 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，菌株必須產(chǎn)生預(yù)期數(shù)量的目的產(chǎn)物，并保持相對(duì)地穩(wěn)定。
<br>具備以上條件的菌株，才能保證發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，這是發(fā)酵工業(yè)的最大目的和最低
<br>要求。野生型菌株是不可能具備上述條件的，必須通過(guò)對(duì)野生型菌株的選育才能實(shí)現(xiàn)。發(fā)酵
<br>工業(yè)為人們提供了各種各樣的發(fā)酵產(chǎn)品，而工業(yè)微生物育種為發(fā)酵工業(yè)的上述貢獻(xiàn)奠定了必
<br>不可少的基礎(chǔ)。
<br>第二節(jié)　工業(yè)微生物育種的進(jìn)展
<br>工業(yè)微生物育種，無(wú)論從自然變異中選擇或是人工誘變的選擇，都是建立在遺傳和變異的
<br>基礎(chǔ)上。遺傳和變異是生物界生命活動(dòng)的基本屬性之一。沒(méi)有變異，生物界就失去進(jìn)化的素
<br>材；而沒(méi)有遺傳，變異也無(wú)法積累。同樣，就優(yōu)良菌株的選育來(lái)講，沒(méi)有變異就沒(méi)有選擇的素
<br>材；沒(méi)有遺傳，選到的優(yōu)良性狀也不能進(jìn)行培育。由此可見(jiàn)，工業(yè)微生物育種學(xué)是建立在微生
<br>物遺傳學(xué)基礎(chǔ)上，而兩者是相輔相成的。
<br>微生物本身，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，逐漸達(dá)到適合于它的生存和繁衍的水平。野生型微生
<br>物經(jīng)自然選擇，能適應(yīng)它的周?chē)�環(huán)境，能適應(yīng)同其他物種的競(jìng)爭(zhēng)，但卻不能按照人的意志生產(chǎn)
<br>人們需要的物質(zhì)。因此，從人類(lèi)的利益出發(fā)，必須對(duì)工業(yè)微生物菌種進(jìn)行改良，使之產(chǎn)生數(shù)量
<br>遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出微生物本身需要的物質(zhì)，或者不是它正常產(chǎn)生的新物質(zhì)。
<br>對(duì)工業(yè)微生物菌種進(jìn)行有目的的改良，是在有關(guān)微生物遺傳學(xué)知識(shí)被人們了解并掌握之
<br>后才成為可能的。同時(shí)，這種改良涉及多學(xué)科領(lǐng)域。
<br>1927 年，人們發(fā)現(xiàn)了X 射線(xiàn)誘發(fā)突變。1945 年后，各種具有誘變能力的輻射和化學(xué)誘變
<br>劑的發(fā)現(xiàn)，為這種改良提供了非常有用的工具。通過(guò)誘變和篩選的“隨機(jī)選擇” ，不僅在提高現(xiàn)
<br>有產(chǎn)品的發(fā)酵單位上發(fā)揮了巨大作用，而且在當(dāng)前多種新發(fā)酵產(chǎn)品的改進(jìn)方面也具有很大潛
<br>力。通過(guò)對(duì)誘變作用和DNA 修復(fù)機(jī)制的深入了解，可以設(shè)計(jì)出所希望的突變型的最佳方案。
<br>對(duì)基因表達(dá)和代謝途徑調(diào)控機(jī)制的進(jìn)一步闡明，可以設(shè)計(jì)出使所需要的突變特性得以充分表
<br>達(dá)的篩選條件。自動(dòng)儀表裝置和微機(jī)的應(yīng)用，則可使單位時(shí)間內(nèi)獲得分離的菌株數(shù)量大大增
<br>加。這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，使獲得優(yōu)良菌株的概率大為提高。
<br>工業(yè)微生物育種技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷如下階段。
<br>隨著微生物學(xué)的發(fā)展，特別是發(fā)明微生物純種培養(yǎng)法之后，開(kāi)始了微生物純種的自然
<br>選育，對(duì)工業(yè)微生物育種有很大的影響。當(dāng)時(shí)，在酒精發(fā)酵中，推廣了自然選育的純系良
<br>種，扭轉(zhuǎn)了酒精生產(chǎn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這是最早應(yīng)用微生物遺傳學(xué)原理于微生物育種實(shí)踐而
<br>提高發(fā)酵產(chǎn)物水平的一個(gè)成功實(shí)例。自然選育方法雖已沿用多年，迄今仍是工業(yè)微生物育
<br>種的手段之一。
<br>由于自然突變頻率低，單純依賴(lài)自然界存在的微生物群體來(lái)進(jìn)行的自然選育無(wú)疑有很大
<br>局限性。繼而進(jìn)行了人工誘變選育，取得了很大效果。
<br>20 世紀(jì)40 年代初，Beadle 和Tatum 采用X 射線(xiàn)和紫外線(xiàn)等輻射因子來(lái)誘變紅色面包
<br>霉等，獲得了各種代謝障礙的變株，并于1941 年提出“一個(gè)基因一種酶”的學(xué)說(shuō)，闡述基因
<br>與酶功能的直接關(guān)系，使遺傳學(xué)從細(xì)胞水平發(fā)展到分子水平，促進(jìn)了工業(yè)微生物育種技術(shù)
<br>的發(fā)展。
<br>誘變育種是以人工誘變基因突變?yōu)榛�礎(chǔ)的，過(guò)去是工業(yè)微生物育種的主要方法，至今仍是
<br>世界各國(guó)行之有效的重要方法，尤其發(fā)酵工業(yè)中的各種優(yōu)良高產(chǎn)菌株絕大部分都是以誘變育
<br>種方法獲得的。例如，抗生素生產(chǎn)中的青霉素產(chǎn)生菌特異青霉（ Penicilliumnotatum）是1929
<br>年英國(guó)的Flemirlg 發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)表層培養(yǎng)只有1～2 U/ml ，而1943年美國(guó)北部地區(qū)研究所實(shí)
<br>驗(yàn)室分離出產(chǎn)黃青霉（ Pen.chrysogenum）NRRL9551 同時(shí)伴以沉沒(méi)培養(yǎng)成功，則達(dá)到20U/ ml，在
<br>此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)40 多年的誘變育種，到目前已達(dá)80 000 U/ml 以上，比原始菌株的產(chǎn)量提高了
<br>上千倍。至于其他抗生素品種，如鏈霉素、土霉素、四環(huán)素、紅霉素及灰黃霉素等，都由原來(lái)的
<br>幾十單位提高到目前的幾萬(wàn)單位。
<br>除抗生素外，其他許多重要發(fā)酵產(chǎn)品也都由于進(jìn)行了有效的菌種選育工作，在產(chǎn)量和質(zhì)量
<br>上都取得明顯的提高，其主要手段也都是誘變育種。
<br>但是，某一菌株長(zhǎng)期使用誘變劑處理之后，除產(chǎn)生誘變劑“疲勞效應(yīng)”外，還會(huì)引起菌種生
<br>長(zhǎng)周期的延長(zhǎng)、孢子量減少、代謝減慢等，這對(duì)發(fā)酵工藝的控制是不利的。而雜交育種可以作
<br>為育種的另一手段，其成功不僅表現(xiàn)在種內(nèi)雜交上，而且在種間雜交以至屬間雜交都取得令人
<br>滿(mǎn)意的結(jié)果。
<br>雜交育種的最主要目的是把不同菌株的優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性狀集中于重組體中，克服長(zhǎng)期用誘變
<br>劑處理造成的上述缺陷，同時(shí)雜交還是增加產(chǎn)品新品種的手段之一。當(dāng)然，雜交育種也應(yīng)當(dāng)建
<br>立在誘變育種的基礎(chǔ)上，沒(méi)有誘變育種，雜交菌株的產(chǎn)量是難以繼續(xù)提高的。
<br>代謝控制育種以20 世紀(jì)50 年代末谷氨酸發(fā)酵取得成功使發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入第三轉(zhuǎn)折期――
<br>代謝控制發(fā)酵時(shí)期，并在其后的年代里得到飛躍的發(fā)展。
<br>代謝控制育種活力在于以誘變育種為基礎(chǔ)，獲得各種解除或繞過(guò)了微生物正常代謝途徑
<br>的突變株，從而人為地使有用產(chǎn)物選擇性地大量生成和累積。代謝控制育種的崛起標(biāo)志著誘
<br>變育種發(fā)展到理性階段，導(dǎo)致了氨基酸、核苷酸及某些次級(jí)代謝產(chǎn)物的高產(chǎn)菌株大批地投入
<br>生產(chǎn)。
<br>隨著基因工程在工業(yè)微生物菌種選育中的應(yīng)用，世界上以基因工程方法創(chuàng)造的各種工程
<br>菌不計(jì)其數(shù)，實(shí)現(xiàn)了人為的菌種選育，一切可以按照人們事先設(shè)計(jì)和控制的方法進(jìn)行育種，這
<br>是一種最新的育種技術(shù)。
<br>基因工程菌的構(gòu)建和應(yīng)用，已在多方面顯示出其巨大的生命力。通過(guò)基因工程的方法生
<br>產(chǎn)藥物―― 已獲得包括治療用藥物、疫苗、單克隆抗體及診斷試劑等多種獲得上市的品種；通
<br>過(guò)基因工程方法提高菌株生產(chǎn)能力―― 已獲得包括氨基酸類(lèi)、工業(yè)用酶制劑及頭孢霉素C 在
<br>內(nèi)的工程菌；通過(guò)基因工程方法改造傳統(tǒng)發(fā)酵工藝―― 如氧傳遞有關(guān)的血紅蛋白基因克隆到
<br>遠(yuǎn)青鏈霉菌，降低了對(duì)氧的敏感性；通過(guò)基因工程方法提高菌種抗性等。以上諸多類(lèi)型的基因
<br>工程菌構(gòu)建，使工業(yè)微生物育種突破了傳統(tǒng)的、經(jīng)典的育種模式，在工業(yè)微生物育種中展示了
<br>極為光明的前景。
<br>基因組改組（genome shuffing）是一種細(xì)胞定向進(jìn)化技術(shù)。2002 年Zhang 等在Nature
<br>上首次發(fā)表了微生物基因組改組育種報(bào)道。基因組改組是多親本微生物之間發(fā)生重組，先用
<br>誘發(fā)突變或點(diǎn)突變技術(shù)產(chǎn)生復(fù)雜子代組合庫(kù)，再利用改組技術(shù)將有利性狀組合拼接，快速進(jìn)化
<br>目標(biāo)菌的一種選育微生物的新方法。
<br>基因組改組技術(shù)巧妙地模擬和發(fā)展了自然進(jìn)化過(guò)程，以分子進(jìn)化為核心，用工程學(xué)原理加
<br>以人工設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)微生物全細(xì)胞快速定向進(jìn)化，僅需1～2 年就可完成自然界數(shù)百萬(wàn)
<br>年才能達(dá)到的進(jìn)化目標(biāo)，使得人們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得性狀大幅度改良的正向突變的目
<br>標(biāo)菌株，成為微生物育種的前沿技術(shù)。
<br>分子定向進(jìn)化（directed molecular evolution）是一種DNA水平的分子定向進(jìn)化技術(shù)。20
<br>世紀(jì)90 年代中期美國(guó)Arnold 和Stemmer 首先報(bào)道了蛋白質(zhì)（酶）分子改造成功的例子，從此
<br>拉開(kāi)了酶蛋白分子定向進(jìn)化育種的序幕。分子定向進(jìn)化屬于蛋白質(zhì)（酶）非理性設(shè)計(jì)的主要范
<br>疇，它不需要了解蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制，在實(shí)驗(yàn)室中人為創(chuàng)造特殊的進(jìn)化條件，模擬
<br>自然進(jìn)化機(jī)制，在體外進(jìn)行酶蛋白基因的改造，并定向篩選出所需特性的突變蛋白。這樣就能
<br>在較短時(shí)間內(nèi)完成漫長(zhǎng)的自然進(jìn)化過(guò)程，甚至可以在幾個(gè)月或幾周的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造出優(yōu)化的酶
<br>蛋白，而在自然的進(jìn)化過(guò)程中，要得到這個(gè)結(jié)果需要幾千萬(wàn)年之久。
<br>高通量篩選（high唱throughputscreening）是微生物育種技術(shù)的重要組成部分，在工業(yè)微生
<br>物育種過(guò)程中，無(wú)論是傳統(tǒng)的誘變育種、雜交育種、基因組改組育種、現(xiàn)代基因工程育種及分子
<br>定向進(jìn)化育種等，建庫(kù)后，都要對(duì)文庫(kù)進(jìn)行篩選。而文庫(kù)的庫(kù)容量很大，各個(gè)樣品的質(zhì)量參差
<br>不齊，具有很大的隨機(jī)性。使用傳統(tǒng)零敲碎打的篩選方法，篩選量低，概率小，工作量大，要耗
<br>費(fèi)大量的人力、物力。在這種背景下，高通量篩選技術(shù)孕育而生。
<br>高通量篩選技術(shù)的核心，首先必須根據(jù)目的樣品的特性，開(kāi)發(fā)出合適的篩選模型，將樣品
<br>的這些特性轉(zhuǎn)化成可以用攝像頭和計(jì)算機(jī)傳感器識(shí)別的光信號(hào)或者電信號(hào)。此外，要有自動(dòng)
<br>化或者自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)，能夠進(jìn)行移液、接種、清洗等設(shè)備操作。而且必須具備以下特
<br>點(diǎn)：具有在高潔凈度下工作的能力，不引起污染，可多通道一次性進(jìn)行多組操作，操作速度快，
<br>具有良好的軟件和硬件兼容性，能與監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)接，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以在多種軟件平臺(tái)上進(jìn)行分
<br>析，能使用各種通用型規(guī)格的耗材。
<br>隨著工業(yè)微生物育種技術(shù)的不斷創(chuàng)新，尤其分子育種的手段與方法有了嶄新的進(jìn)展，極大
<br>地豐富了工業(yè)微生物育種的內(nèi)容。
<br>在工業(yè)微生物生產(chǎn)菌種基因的表達(dá)系統(tǒng)方面，除了最早采用的原核表達(dá)系統(tǒng)和隨后采用
<br>的酵母表達(dá)系統(tǒng)外，還實(shí)現(xiàn)了絲狀真菌表達(dá)系統(tǒng)和哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，為工業(yè)微生物工程
<br>菌的構(gòu)建創(chuàng)造了創(chuàng)新性的技術(shù)基礎(chǔ)。
<br>為提高工業(yè)微生物生產(chǎn)菌株的產(chǎn)量，重組載體誘變方法已得以實(shí)現(xiàn)，其中質(zhì)粒直接誘變可
<br>通過(guò)化學(xué)誘變劑與質(zhì)粒反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制突變率，篩選目的突變菌株已有成功實(shí)例。
<br>基因敲除是通過(guò)一定的途徑使機(jī)體特定的基因失活或缺失的一種分子生物學(xué)方法，它具
<br>有定位性強(qiáng)、插入基因隨染色體DNA 穩(wěn)定遺傳、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它為定向改造工業(yè)微生物
<br>品種提供了重要的技術(shù)支撐。筆者在闡明芳香族氨基酸代謝途徑的基礎(chǔ)上，通過(guò)敲除L唱色氨
<br>酸菌株的tyrA 基因獲得了酪氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株，應(yīng)用這種營(yíng)養(yǎng)缺陷型，可使代謝支路的中
<br>間體預(yù)苯酸不流向酪氨酸生成的方向，使色氨酸的合成有充足的原料。發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果顯示：工
<br>程菌的發(fā)酵液中沒(méi)有酪氨酸的存在，同時(shí)L唱色氨酸的產(chǎn)量較原始菌株提高近1 倍，同樣，該技
<br>術(shù)也在L唱苯丙氨酸的工程菌構(gòu)建中取得成功。
<br>全局轉(zhuǎn)錄機(jī)器工程育種是一種通過(guò)引入全局轉(zhuǎn)錄擾動(dòng)來(lái)獲得多尺度細(xì)胞表型突變庫(kù)的新
<br>方法，可以快速、高效地獲得性能顯著提升的細(xì)胞表型重要新技術(shù)。
<br>工業(yè)微生物高密度培養(yǎng)，又稱(chēng)高細(xì)胞密度發(fā)酵技術(shù)，是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)上改進(jìn)的發(fā)酵技
<br>術(shù)，利用一定的培養(yǎng)技術(shù)和裝置，極大地改進(jìn)了發(fā)酵工藝，使菌體密度較普通培養(yǎng)有顯著提高，
<br>增加工程菌對(duì)數(shù)期的生長(zhǎng)時(shí)間、相對(duì)縮短衰亡時(shí)間來(lái)提高菌體的發(fā)酵密度，最終提高產(chǎn)物的比
<br>生產(chǎn)率，不僅可減少培養(yǎng)體積，強(qiáng)化下游分離提取，還可以縮短生產(chǎn)周期，減少設(shè)備投資從而降
<br>低生產(chǎn)成本，極大地提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
<br>工業(yè)微生物工程菌構(gòu)建成功之后，關(guān)鍵還在于如何在特定的裝備條件下，使其目的產(chǎn)物高
<br>效表達(dá)最大化，其中工業(yè)微生物工程菌的培養(yǎng)基優(yōu)化是使該工程菌株高產(chǎn)性狀及其他優(yōu)良特
<br>性高效表達(dá)的重要發(fā)酵技術(shù)，除傳統(tǒng)的正交試驗(yàn)優(yōu)化方法外，均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法、響應(yīng)面
<br>法優(yōu)化設(shè)計(jì)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的效果。
<br>縱觀(guān)上述，正由于工業(yè)微生物育種技術(shù)的不斷創(chuàng)新，促進(jìn)了對(duì)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)總體技術(shù)水平
<br>的提高，不僅使傳統(tǒng)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)在工藝改進(jìn)、工藝創(chuàng)新和提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面起到了重要的
<br>推動(dòng)作用，而且也使現(xiàn)代生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)建立了從被動(dòng)篩選到主動(dòng)合成的技術(shù)平臺(tái)，促進(jìn)了我國(guó)
<br>生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
<br>思　考　題
<br>1.簡(jiǎn)述工業(yè)生產(chǎn)的微生物菌種特點(diǎn)。
<br>2.簡(jiǎn)述工業(yè)微生物育種技術(shù)的方法及其特點(diǎn)。
<br>第二章　遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)
<br>生物的性狀由遺傳物質(zhì)決定。隨著遺傳學(xué)的發(fā)展，遺傳物質(zhì)的本質(zhì)不斷被揭示。孟德
<br>爾（ G.J.Mendel）1856～1864 年在從事豌豆雜交試驗(yàn)過(guò)程中，首先發(fā)現(xiàn)分離和獨(dú)立分配遺傳
<br>規(guī)律，認(rèn)為生物性狀是受細(xì)胞里的顆粒性遺傳因子控制，但是，這種遺傳因子只是一種邏輯
<br>推理產(chǎn)物，沒(méi)有任何物質(zhì)內(nèi)容。約翰生（ W.L.Johannsen）1909 年用“基因” （gene）一詞代替
<br>孟德?tīng)柕倪z傳因子概念，但也沒(méi)有給出“基因”的物質(zhì)內(nèi)容。貝特生（ W.Batson）和摩爾根
<br>（ T.H.Morgan） 1900～1910 年期間先后在香豌豆、果蠅的遺傳研究中發(fā)現(xiàn)性狀連鎖
<br>（linkage）現(xiàn)象。尤其是摩爾根在大量果蠅遺傳研究基礎(chǔ)上提出了連鎖遺傳規(guī)律，同時(shí)，結(jié)合
<br>染色體動(dòng)態(tài)研究結(jié)果提出“基因位于染色體上，基因是染色體的一段片段” 。限于當(dāng)時(shí)的科
<br>學(xué)水平，摩爾根還不能對(duì)基因賦予實(shí)體的內(nèi)容，但他預(yù)見(jiàn)了基因?qū)⑹且粋�(gè)化學(xué)實(shí)體。阿委
<br>瑞（ O.T.Avery）證明DNA 是遺傳物質(zhì)。沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）于20 世
<br>紀(jì)50 年代前后提出DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，明確了DNA 是遺傳信息的載體，是遺傳物質(zhì)，
<br>基因是DNA 分子上的一個(gè)片段。除了DNA 外，有些動(dòng)物、植物病毒和噬菌體是以RNA 作
<br>為遺傳物質(zhì)的。
<br>遺傳物質(zhì)主要分布在真核生物的細(xì)胞核、原核生物的原核中。細(xì)胞質(zhì)中的某些細(xì)胞器，如
<br>葉綠體、線(xiàn)粒體、質(zhì)體等也含有遺傳物質(zhì)。
<br>隨著物理、化學(xué)、分子生物學(xué)等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，對(duì)遺傳物質(zhì)基本單位―― 基因的
<br>本質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)等的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，也賦予基因新的內(nèi)容，形成基因組學(xué)這門(mén)學(xué)科。
<br>第一節(jié)　染　色　體
<br>所有細(xì)胞型生物都具有攜帶基因的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為染色體（chromosome） 。然而，染
<br>色體在原核生物與真核生物之間存在差別：原核生物的染色體由環(huán)狀雙鏈和極少的蛋白質(zhì)構(gòu)
<br>成，細(xì)胞中僅有單個(gè)染色體，每個(gè)染色體有單一的DNA 復(fù)制起始位點(diǎn)，染色體包含在核質(zhì)體
<br>中。真核生物有若干條線(xiàn)性染色體，DNA 與大量的蛋白質(zhì)緊密結(jié)合，每一真核生物具有多個(gè)
<br>DNA 復(fù)制起始位點(diǎn)，染色體包含在細(xì)胞核中。
<br>一、染色體形態(tài)
<br>根據(jù)著絲粒的位置可以把染色體分為四種典型的形態(tài)，它們分別是：① 中著絲粒染色體：
<br>其著絲粒位于染色體中部附近，染色體具有幾乎等長(zhǎng)的兩臂；② 近中著絲粒染色體：其著絲粒
<br>位置偏離染色體中位，染色體具有長(zhǎng)、短兩臂；③ 端著絲粒染色體：其著絲粒位于染色體的端
<br>部，染色體只有一個(gè)臂；④ 近端著絲粒染色體：其著絲粒幾乎位于染色體的端部，染色體有一個(gè)
<br>長(zhǎng)臂，有一個(gè)極短的短臂（圖2.1） 。
<br>所有真核生物的染色體具有著絲粒和端粒這兩個(gè)重要區(qū)域。此外，某些染色體還具有核
<br>仁形成區(qū)。著絲粒在細(xì)胞分裂過(guò)程中，作為紡錘
<br>絲的附著點(diǎn)，缺乏著絲粒，細(xì)胞將無(wú)法進(jìn)行正常的
<br>分裂。
<br>端粒不僅是染色體末端的一個(gè)區(qū)域，它還具
<br>有特殊的結(jié)構(gòu)。在端粒區(qū)域，含有DNA 重復(fù)序列
<br>（repeat sequence） ，如人類(lèi)的該序列為T(mén) TAGGG 。
<br>在生殖細(xì)胞中，每個(gè)端粒含有大量的重復(fù)序列，但
<br>是隨著體細(xì)胞衰老，端粒中的重復(fù)序列數(shù)量逐漸
<br>減少。維持端粒長(zhǎng)度的恒定要靠端粒酶。研究發(fā)
<br>現(xiàn)，在體細(xì)胞中缺少端粒酶，但在腫瘤細(xì)胞中重新
<br>出現(xiàn)了端粒酶。
<br>核仁形成區(qū)通常存在于次縊痕區(qū)。該區(qū)含有
<br>重復(fù)的rRNA 基因，在細(xì)胞分裂間期，核仁形成區(qū)
<br>解凝聚，其周?chē)�形成核仁�?br /><br>二、原核生物及病毒染色體結(jié)構(gòu)
<br>以大腸桿菌為例來(lái)闡明原核生物染色體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
<br>大腸桿菌染色體以單個(gè)雙鏈環(huán)狀DNA 分子構(gòu)成，大約有4.6 × 106 bp 。這種染色體組成
<br>了大腸桿菌的擬核（核質(zhì)體） 。在擬核中DNA 占80 % ，其余為RNA 和蛋白質(zhì)。DNA 與蛋白
<br>質(zhì)相互作用形成“腳手架”形結(jié)構(gòu)（圖2.2） 。在這種結(jié)構(gòu)中，DNA 鏈形成了50～100 個(gè)功能域
<br>或環(huán)。每個(gè)環(huán)都是超螺旋結(jié)構(gòu)，每個(gè)環(huán)的DNA 有兩個(gè)端點(diǎn)被蛋白質(zhì)固定。每個(gè)環(huán)大約有
<br>50～100kb 。當(dāng)用微量的DNA 酶Ⅰ 處理，會(huì)使少量DNA 環(huán)成為松弛狀態(tài)，而其他環(huán)保持超螺
<br>旋狀態(tài)不變。
<br>染色體環(huán)狀DNA 功能域?qū)⑦M(jìn)一步與DNA 結(jié)合蛋白結(jié)合。在DNA 結(jié)合蛋白質(zhì)中，含量
<br>最豐富的為HU 蛋白，另外還有H唱NS 蛋白。這些蛋白質(zhì)有時(shí)也稱(chēng)為類(lèi)組蛋白。
<br>病毒沒(méi)有典型的染色體結(jié)構(gòu)。習(xí)慣上把病毒含有的RNA 或DNA 也稱(chēng)為染色體。對(duì)DNA
<br>病毒來(lái)說(shuō)，不同的病毒其DNA 形態(tài)結(jié)構(gòu)多種多樣，如DNA 可以是單鏈，也可以是雙鏈；可以是
<br>環(huán)狀，也可以是線(xiàn)狀。對(duì)RNA 病毒來(lái)說(shuō)，RNA 為線(xiàn)狀，RNA 可以為單鏈，也可以為雙鏈，甚至含
<br>