第三章細菌(xìjūn)的生長和遺傳變異

3.2細菌(xìjūn)的遺傳與變異1第一頁，共八十一頁。主要(zhǔyào)內(nèi)容一、遺傳與變異的基本概念二、遺傳的物質(zhì)基礎三、遺傳信息的表達——基因表達四、微生物的基因突變五、基因重組六、遺傳工程（Geneticengineering）七、基因工程（Geneticengineering）八、微生物的馴化——活性污泥馴化九、核酸(hésuān)探針雜交和PCR技術在環(huán)境保護中的應用2第二頁，共八十一頁。自學(zìxué)作業(yè)細菌遺傳的物質(zhì)基礎是什么？簡述DNA的復制過程？請說明什么是點突變和染色體畸變、自發(fā)突變和誘發(fā)突變？請分別解釋轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導，三者的區(qū)別是什么？請簡要說明遺傳工程在環(huán)境工程中的應用？廢水處理中馴化(xùnhuà)的作用是什么？3第三頁，共八十一頁。遺傳性：親代性狀在子代重現(xiàn)，使其子代的性狀與親代基本上一致的現(xiàn)象?！胺N瓜得瓜種豆得豆”繼承親代優(yōu)點，保持物種(wùzhǒng)延續(xù)遺傳性一、遺傳(yíchuán)與變異的基本概念4第四頁，共八十一頁。細菌(xìjūn)同其他生物一樣，有其固有的遺傳性。細菌的遺傳是在系統(tǒng)發(fā)育過程中形成的，系統(tǒng)發(fā)育愈久的細菌，其遺傳的保守程度愈大，越不易受外界環(huán)境條件的影響。老齡菌遺傳保守程度比幼齡菌大。遺傳性一、遺傳(yíchuán)與變異的基本概念5第五頁，共八十一頁。變異：任何一種生物，親代和子代之間在生理、形態(tài)方面都有一定的差異，這種現(xiàn)象叫變異（個體(gètǐ)形態(tài)、菌落形態(tài)、生理生化特性、代謝產(chǎn)物）“龍生九子，各不相同”變異性基因突變基因重組定義：細菌的遺傳性狀變化(biànhuà)稱變異6第六頁，共八十一頁。細菌(xìjūn)易變異∵細菌的繁殖快，又與外界環(huán)境接觸面積大∴環(huán)境條件在短時期內(nèi)對菌體產(chǎn)生多次影響，在受物理、化學因素(yīnsù)影響后，易產(chǎn)生適應新環(huán)境的酶（誘導酶），從而改變原有的特性，即產(chǎn)生了變異。變異不一定都有遺傳性7第七頁，共八十一頁。細菌(xìjūn)變異形式：個體形態(tài)的變化，菌落形態(tài)(光滑型／粗糙型)的變異，營養(yǎng)要求的變異，對溫度、pH要求的變異，毒性的變異，抗毒能力的變異，生理(shēnglǐ)生化特性的變異及代謝途徑、產(chǎn)物的變異等。8第八頁，共八十一頁。定向培育：有目的地控制微生物生長條件，使其向人類需要(xūyào)的方向變異。在污水生物處理中稱為馴化（acclimation、adaption）有毒有害廢水、難降解廢水處理，通過馴化，增強微生物的降解能力(nénglì)，提高處理效果。9第九頁，共八十一頁。二、遺傳(yíchuán)的物質(zhì)基礎細菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)：一切生物遺傳的物質(zhì)基礎是核酸（特別是DNA）

10第十頁，共八十一頁。1928年，Griffith進行了以下幾組實驗：（1）動物實驗

對小鼠注射(zhùshè)活RII菌或死SIII菌————小鼠存活

對小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡

對小鼠注射活RII菌和熱死SIII菌———小鼠死亡

抽取心血 分離

活的SIII菌F.Griffith，研究(yánjiū)對象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）SIII型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性RII型菌株：無莢膜，菌落表面粗糙，無致病性證明核酸(hésuān)是遺傳物質(zhì)基礎的經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗（transformation）11第十一頁，共八十一頁。Griffith

轉(zhuǎn)化試驗(shìyàn)示意混合(hùnhé)培養(yǎng)RII型活菌SIII型活菌SIII型熱死菌RII型活菌SIII型活菌健康(jiànkāng)健康健康健康健康健康健康病死病死病死Griffith

轉(zhuǎn)化試驗示意圖12第十二頁，共八十一頁。（2）細菌培養(yǎng)(péiyǎng)實驗（3）S型菌的無細胞(xìbāo)抽提液試驗以上實驗說明：加熱殺死的SIII型細菌細胞(xìbāo)內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過某種方式進入RII型細胞并使RII型細胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)镾III型細胞。熱死SIII菌—————不生長

活RII菌—————長出RII菌

熱死SIII菌—————長出大量RII菌和10-6SIII菌活R菌+S菌無細胞抽提液——長出大量R菌和少量S菌+活RII菌平皿培養(yǎng)13第十三頁，共八十一頁。二、遺傳(yíchuán)的物質(zhì)基礎2.DNA的化學組成

DNA是一種高分子化合物，它由四種核苷酸組成，每一種核苷酸均含環(huán)狀堿基、脫氧核糖和磷酸(línsuān)根三種組分。四種堿基為：腺嘌呤A、鳥嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C。核苷酸腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖堿基磷酸核苷14第十四頁，共八十一頁。DNA雙螺旋結(jié)構DNA是由兩條多核苷酸分子的長鏈所組成。兩條長鏈之間靠堿基上的氫鍵作用相聯(lián)結(jié)，遵循配對(pèiduì)原則：A—T，G—C

15第十五頁，共八十一頁。4.DNA復制 DNA的復制過程首先(shǒuxiān)是DNA的雙鏈從一端打開，分離成 兩條單鏈，然后以每條單鏈為模板，通過堿基配對逐漸 建立起完全互補的一套核苷酸單位，新連接上的多核苷 酸與原有的多核苷酸鏈重新形成新的雙螺旋DNA。16第十六頁，共八十一頁。4.DNA復制在DNA聚合酶的催化下，一個DNA分子最終復制成兩個結(jié)構完全相同的DNA，從而(cóngér)將遺傳信息傳遞給子代。

復制后的DNA分子有一條新鏈和一條舊鏈組成，稱為半保留復制。17第十七頁，共八十一頁。遺傳物質(zhì)在細胞(xìbāo)內(nèi)存在部位和方式（七個水平）：（1）細胞水平：DNA集中在核質(zhì)體中。（真核微生物：細胞核）桿菌細胞內(nèi)大多存在兩個核質(zhì)體，而球菌一般只有(zhǐyǒu)一個。（2）細胞核水平(shuǐpíng)：原核微生物：無核膜包裹，呈松散無定型狀態(tài)，核基團不與蛋白質(zhì)結(jié)合真核微生物：有核膜，DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成染色體（genome）核外染色體（能自主復制）：廣義上講稱質(zhì)粒（plasmid）18第十八頁，共八十一頁。（3）染色體水平(shuǐpíng)原核(yuánhé)微生物：每一個核質(zhì)體中只有一個裸露的、在光學顯微鏡下無法看到的環(huán)狀染色體。真核微生物：往往(wǎngwǎng)有不同數(shù)目的染色體。酵母菌屬（saccharomycs）17染色體的套數(shù)：只有一套相同功能的染色體時稱之為

單倍體，有兩套時稱雙倍體。（4）核酸水平絕大多數(shù)的微生物的遺傳物質(zhì)為DNA，只有部分病毒才是RNA。19第十九頁，共八十一頁。（5）基因水平（功能(gōngnéng)單位）基因：具有遺傳功能的DNA分子的片段，平均含有1000bp（堿基對）。一個DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對的數(shù)量和排列(páiliè)序列不同?；?jīyīn)的分類調(diào)節(jié)基因（regulator）：控制結(jié)構基因的活性結(jié)構基因（structuregene）操縱基因（operator）啟動基因（promotor）操縱子（operon）20第二十頁，共八十一頁。遺傳(yíchuán)密碼：DNA上各個核苷酸的特定排列順序。每個密碼子由3個核苷酸順序來決定。（7）核苷酸水平(shuǐpíng)（最低交換單位、突變單位）核苷酸腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖堿基磷酸核苷（6）密碼(mìmǎ)水平（信息單位）21第二十一頁，共八十一頁。質(zhì)粒（plasmid）定義：游離于染色體外，具有獨立復制能力的小型共價閉合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA（circularcovalentlyclosedDNA）結(jié)構(jiégòu)：具有超級螺旋結(jié)構，分子量106－108Da（道爾頓）100－10000kbp可移動性：異種間轉(zhuǎn)移GentherF.J.(1998):69種環(huán)境中的細菌中，38％能從實驗室的細菌接受(jiēshòu)R因子。22第二十二頁，共八十一頁。幾種(jǐzhǒnɡ)典型的質(zhì)粒50年代在日本發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒（從患痢疾(lìji)但被抗生素治療后的病人中分離出的痢疾(lìji)志賀式菌中），而且能把抗藥性轉(zhuǎn)移到E.coli。后來在沙門氏菌屬（Salmonalla）芽孢(yábāo)桿菌屬（Bacillus）假單胞菌屬（Pseudomonas）葡萄球菌屬（Staphulococcus）中找到。R因子在細胞中的數(shù)目1~2—幾十個。對多種抗生素有抗性，也可作為基因載體。具有R因子的細菌在自然界中的存活率高。1）R因子－R質(zhì)粒23第二十三頁，共八十一頁。2）F因子(yīnzǐ)（Fertilityfactor）、致育因子(yīnzǐ)、性因子(yīnzǐ)是E.coli中決定性別的質(zhì)粒。62×106Da，94.5kbpF+F+F+F-接合（conjugation）特點：能夠插入(chārù)染色體，使染色體的長度增長。有F因子的細菌：F+雄菌沒有F因子的細菌：F-雌菌24第二十四頁，共八十一頁。3）降解(jiànɡjiě)性質(zhì)粒二甲苯質(zhì)粒：XYL（Xylene）辛烷質(zhì)粒：OCT（Octane）甲苯(jiǎběn)質(zhì)粒：TOL（Toluene）萘質(zhì)粒：NAP（Napthalene）樟腦質(zhì)粒：CAM（Camphor）水楊酸質(zhì)粒：SAL（Salicylate）在環(huán)保(huánbǎo)中有重要的意義：超級工程菌的獲得。含有能降解復雜物質(zhì)的基因，從而使細菌能降解難降解有機物。大多在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。至今發(fā)現(xiàn)的主要降解質(zhì)粒（以其所能分解的底物命名）25第二十五頁，共八十一頁。三、遺傳信息的表達(biǎodá)——基因表達(biǎodá)基因：具有遺傳功能的DNA分子的片段，平均含有1000bp（堿基對）。一個(yīɡè)DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對的數(shù)量和排列序列不同?；颍耗軌虮磉_和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的DNA序列。26第二十六頁，共八十一頁。1.核糖核酸RNA RNA——核糖（DNA為脫氧核糖） 尿嘧啶U代替(dàitì)胸腺嘧啶T三、遺傳信息的表達(biǎodá)——基因表達(biǎodá)2.三種RNA（1）信使核糖核酸(hétánɡhésuān)mRNA：指導蛋白質(zhì)的合成（2）核蛋白體核糖核酸rRNA：rRNA與蛋白質(zhì)組成核糖 體，是蛋白質(zhì)（多肽）的合成場所；（3）轉(zhuǎn)運核糖核酸t(yī)RNA：可識別mRNA上的信息，并將特 定的氨基酸運送到rRNA上供蛋白質(zhì)合成。3.密碼子 RNA上每三個堿基決定一個氨基酸細菌的繁殖體現(xiàn)為：DNA、RNA、蛋白質(zhì)等的合成27第二十七頁，共八十一頁。三、遺傳信息的表達(biǎodá)——基因表達(biǎodá)4.基因表達：基因上貯存的遺傳信息需要通過一系列的變化過 程才能夠(nénggòu)在生理上或形態(tài)上表達出相應的遺傳性狀。需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄——翻譯——表達三個過程。（1）轉(zhuǎn)錄：以DNA雙鏈中的一條鏈為模板，按互補方式合成RNA，遺傳信息由DNA到RNA的過程(guòchéng)稱為轉(zhuǎn)錄。基因DNA上遺傳信息轉(zhuǎn)錄下的RNA即為mRNA。

28第二十八頁，共八十一頁。三、遺傳信息的表達(biǎodá)——基因表達(biǎodá)（2）翻譯：轉(zhuǎn)錄后的mRNA作為合成蛋白質(zhì)的模板，并且由mRNA的堿基排列順序(shùnxù)決定多肽鏈中氨基酸的排列順序(shùnxù)，即遺傳信息到蛋白質(zhì)的傳遞為翻譯。29第二十九頁，共八十一頁。三、遺傳信息的表達(biǎodá)——基因表達(biǎodá)（3）由基因DNA所決定的酶通過代謝作用建造出某種細胞結(jié)構（如莢膜、鞭毛、細胞成分等），從而使微生物表現(xiàn)出某種性狀(xìngzhuàng)，稱為性狀表達（發(fā)育）。30第三十頁，共八十一頁。四、微生物的基因突變(jīyīntūbiàn)微生物變異突變：由于生物體DNA改變而引起的遺傳性狀的改變基因重組：不同個體間基因重新組合

突變?nèi)旧w畸變——細胞學上可以看到染色體的變化基因突變——細胞學上看不到遺傳物質(zhì)的變化定義：DNA鏈上因堿基的缺失、置換(zhìhuàn)、插入而發(fā)生的堿基排列順序的變化，從而導致表現(xiàn)形狀發(fā)生了可遺傳的變化，這種現(xiàn)象叫基因突變（變異）?；蛲蛔?jīyīntūbiàn)31第三十一頁，共八十一頁。2.基因突變(jīyīntūbiàn)的原因

自發(fā)突變：由于自然界的某些物理化學因子的干擾（輻射、臭氧），也可由微生物體內(nèi)代謝產(chǎn)物(chǎnwù)（亞硝酸鹽、過氧化氫）引起，自發(fā)突變頻率低10-5～10-9

誘發(fā)突變：通過施加物理化學因素（紫外線硝酸）誘變劑可大大提高突變率）32第三十二頁，共八十一頁。3.微生物基因突變(jīyīntūbiàn)的特點適用于整個生物界，以細菌的抗藥性為例。不對應性：突變的性狀與突變原因之間無直接的對應關系。自發(fā)性：突變可以在沒有人為誘變因素(yīnsù)處理下自發(fā)地產(chǎn)生。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨立性：各種突變獨立發(fā)生，不會互相影響?？烧T發(fā)性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳?？赡嫘裕簭脑嫉囊吧突虻阶儺愔甑耐蛔兎Q為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的 過程則稱為回復突變或回變（backmutation或 reversemutation）。33第三十三頁，共八十一頁。誘發(fā)突變點突變畸變?nèi)笔В禾砑右孜唬旱刮唬褐貜停翰迦耄簤A基置換移碼突變轉(zhuǎn)換：AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCABabcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*4.微生物基因突變(jīyīntūbiàn)機制基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或誘發(fā)(yòufā)的，誘變又可分為點突變和畸變。34第三十四頁，共八十一頁。點變異(biànyì)：一個或數(shù)個堿基發(fā)生變化點突變堿基置換移碼突變轉(zhuǎn)換：AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCAB35第三十五頁，共八十一頁。堿基置換（substitution）定義：對DNA來說，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（microlesion），一般也稱點突變(tūbiàn)（pointmutation）。它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤或是一個嘧啶被另一個嘧啶所置換；顛換（transversion），即一個嘌呤被一個嘧啶,或是一個嘧啶被一個嘌呤所置換。對某一具體誘變劑來說，即可同時引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機制分成(fēnchénɡ)以下兩類來討論。36第三十六頁，共八十一頁。移碼突變(tūbiàn)frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個或少數(shù)幾個核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷(sǔnshāng)。丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。37第三十七頁，共八十一頁。染色體畸變(jībiàn)（chromosomalaberration）某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點突變外，還會引起DNA的大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：染色體結(jié)構上的變化：缺失(quēshī)（deletion）重復（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的變化38第三十八頁，共八十一頁?；?nèi)笔В禾砑右孜唬旱刮唬褐貜停翰迦耄篴bcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*畸變：堿基片斷(piànduàn)發(fā)生變化39第三十九頁，共八十一頁?！锶旧w結(jié)構(jiégòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分(bùfen)缺失或重復時，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；如發(fā)生倒位或易位時，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來的一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到原來染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；易位--------是指斷裂下來的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間的易位。40第四十頁，共八十一頁。自發(fā)突變(tūbiàn)機制自發(fā)突變是指在沒有(méiyǒu)人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。幾種自發(fā)突變的可能機制★微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應★互變異構效應★環(huán)出效應41第四十一頁，共八十一頁。作用：重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產(chǎn)生(chǎnshēng)新遺傳型的個體。五、基因(jīyīn)重組定義：兩個(liǎnɡɡè)不同性狀的個體細胞（細胞水平），其中一個細胞（供體）DNA與另一個細胞的DNA融合，使基因重新排列遺傳給后代，產(chǎn)生新的遺傳性狀，稱基因重組。

42第四十二頁，共八十一頁。Ⅰ.轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)Transformation

（引進）供體細菌研碎物中的DNA片段直接吸收進入活的受體細菌并發(fā)生基因(jīyīn)重新組合的方式。受體細菌獲得(huòdé)了供體細菌的部分遺傳性狀—“轉(zhuǎn)運同化”轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國的細菌學家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的,，被命名為格里菲斯實驗（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗之一）。引進43第四十三頁，共八十一頁。老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ

肺炎雙球菌

無毒

殺死

殺死

轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細胞混合注射加熱殺死后的破碎細胞格里菲斯實驗(shíyàn)無毒注射注射？？44第四十四頁，共八十一頁。1944年才通過試驗找出了其中的原因(yuányīn)。試驗方法如下：+目前發(fā)現(xiàn)自然(zìrán)狀態(tài)下許多其它細菌、放線菌、真菌和高等動植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。45第四十五頁，共八十一頁。定義：受體菌自然或在人工技術作用下直接攝取來自供體菌的游離DNA片段(piànduàn)，并把它整合到自己的基因組中，而獲得部分新的遺傳性狀的基因轉(zhuǎn)移過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。特點：無需細胞接觸。細菌、放線菌、真菌中有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。有關名詞：受體菌：recipient/receptor，轉(zhuǎn)化基因的接受者供體菌：donor，轉(zhuǎn)化基因的提供者轉(zhuǎn)化因子：來自供體菌的DNA片段轉(zhuǎn)化子：transformant，將轉(zhuǎn)化基因重組進入自身染色體組的重組子轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)（transformation）46第四十六頁，共八十一頁。47第四十七頁，共八十一頁。人工(réngōng)轉(zhuǎn)化人工轉(zhuǎn)化——是通過人為誘導(yòudǎo)的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人工地將DNA導入細胞內(nèi)。方法：①CaCl2處理細胞，使其成為能攝取外源DNA的感受態(tài)狀態(tài).②電穿孔法electroporation：用高壓脈沖電流擊破細胞膜，或擊成小孔，使各種大分子（包括DNA）能通過這些小孔進入細胞。48第四十八頁，共八十一頁。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)能發(fā)生轉(zhuǎn)化作用的菌屬主要有：Streptococcuspneumoniae、Haemophilus（嗜血(shìxuè)桿菌屬）、Bacillus、Neisseria（奈瑟氏球菌屬）、Rhizobium（根瘤菌屬）、Staphylococcus、Pseudomonas和Xanthomonas中多見。在若干放線菌和藍細菌以及Saccharomycescerevisiae、Neurosporacrassa（粗糙脈胞菌）和Aspergillusniger中，也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。腸桿菌科的一些細菌很難進行轉(zhuǎn)化，主要原因一方面由于外來DNA難以摻入到細胞中，另一方面在受體細胞內(nèi)常存在可降解線形DNA的核酸酶。如果用CaCl2處理E.coli的球狀體，就可以使之發(fā)生低頻率的轉(zhuǎn)化。另外，可利用霉菌的原生質(zhì)體進行轉(zhuǎn)化。兩個菌種或菌株之間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，與它們在進化過程中的親緣關系有著密切的關系。但即使在轉(zhuǎn)化率極高的菌種中，其不同菌株間也不一定都能發(fā)生轉(zhuǎn)化。自然(zìrán)轉(zhuǎn)化的普遍性：49第四十九頁，共八十一頁。Ⅱ.接合(jiēhé)

（合作）

細菌(xìjūn)有性生殖細胞核質(zhì)粒大腸桿菌的接合是通過性纖毛（中空）進行的。

F因子、降解性質(zhì)?？赏ㄟ^此形式(xíngshì)傳遞。50第五十頁，共八十一頁。接合(jiēhé)（conjugation）定義：供體菌（“雄”）通過其性菌毛與受體菌（“雌”）相接觸，前者傳遞不同長度的DNA給后者，并在后者細胞中進行雙鏈化或進一步與核染色體發(fā)生交換、整合，從而使后者獲得供體菌的遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為(chēnɡwéi)接合。通過接合而獲得新性狀的受體細胞就是接合子（conjugant）特點：細胞接觸51第五十一頁，共八十一頁。接合(jiēhé)（conjugation）存在范圍：細菌：G–較為多見如E.coli、Salmonella、Shigella、Serratia、Vibrio、Azotobacter、Klebsiella和Pseudomonas等最為常見放線菌：Streptomyces、Nocardia接合還可發(fā)生在不同屬的菌種之間，如E.coli與Salmonellatyphimurium之間或S.typhimurium與Shigelladysenteriae之間E.coli的F因子：決定性別的質(zhì)粒，屬于附加體（episome），可以(kěyǐ)通過接合作用獲得，也可以(kěyǐ)通過丫啶類化合物、溴化乙錠或絲裂霉素C的處理而消除。52第五十二頁，共八十一頁。53第五十三頁，共八十一頁。（三）轉(zhuǎn)導(zhuǎndǎo)（transduction）（間諜竊取）通過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組，無需細胞接觸(jiēchù)。在自然界中比較普遍。噬菌體進入供體細胞宿主的核染色體被切斷成熟與包裝之際形成不帶噬菌體自身DNA的噬菌體（假噬菌體）（完全缺陷噬體）與受體接觸感染a.完全轉(zhuǎn)導(completetransduction)b.局部轉(zhuǎn)導(specializedtransduction)由部分缺陷(quēxiàn)的噬菌體把少數(shù)特定的基因攜帶到受體菌中，并獲得轉(zhuǎn)導的現(xiàn)象。54第五十四頁，共八十一頁。LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成(héchéng)組氨酸（A-）的沙門(shāmén)氏傷寒桿菌(gǎnjūn)

指導色氨酸合成的基因超微燒結(jié)玻璃板細菌不能通過，噬菌體可以通過轉(zhuǎn)導能合成色氨酸間諜侵入、重組轉(zhuǎn)移導手LA-22是不能

合成色氨酸（B-）但能合成組氨酸（A+）的沙門氏傷寒桿菌一些細胞中含有繁殖速度較慢的溫和噬菌體P-22

55第五十五頁，共八十一頁。（四）原生質(zhì)體融合(rónghé)（protoplastfusion）通過人為的方法使兩個遺傳性狀不同的細胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，得到(dédào)同時具有雙親性狀的、遺傳穩(wěn)定的融合子（fusion），該過程稱原生質(zhì)體融合。（20世紀70年代）原核、真核高等植物、人體細胞能進行原生質(zhì)體融合的細胞(xìbāo)非常廣泛步驟：用脫壁酶去除細胞壁混合（加聚二醇PEG），或電脈沖促進融合培養(yǎng)，使之稱為完整細胞鑒定特點：1）重組頻率>10-1.（遠遠大于誘變育種）2）不同屬、科間亦可融合。56第五十六頁，共八十一頁。六、人工基因重組(zhònɡzǔ)—遺傳工程遺傳工程是70年代初發(fā)展起來的生物技術。定義：對遺傳物質(zhì)進行改造（人工干預下的雜交(zájiāo)、轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導）的技術。工程：類似工程設計那樣有很高的預見性、精確性與嚴密性。57第五十七頁，共八十一頁。a.遺傳工程(yíchuángōngchéng)的方法遺傳工程方法(fāngfǎ)包括兩個水平的研究：一種是細胞水平；另一種是基因水平。所以，又可把它分為細胞工程和基因工程。細胞工程——兩個細胞原生質(zhì)體融合體外切割導入遺傳物質(zhì)基因片段受體細胞基因工程——兩個細胞DNA片段剪接(jiǎnjiē)拼接狹義的講，遺傳工程就是基因工程。原理：限制性核酸內(nèi)切酶58第五十八頁，共八十一頁。在特殊培養(yǎng)基上（如含有(hányǒu)青霉素）篩選目的細菌質(zhì)粒載體（具有抗性基因）如抵抗青霉素長出必然是重組成功(chénggōng)的細菌外源基因(jīyīn)片段59第五十九頁，共八十一頁。b.遺傳工程(yíchuángōngchéng)在環(huán)境工程中的應用對特殊基因進行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級細菌”++60第六十頁，共八十一頁。Ⅱ.耐汞工程菌

日本水俁事件及瑞典鳥類汞中毒事件后，日本和瑞典對汞在自然界轉(zhuǎn)化做了大量(dàliàng)研究工作，提出了汞化合物轉(zhuǎn)化的途徑，主要是某些微生物使水體汞元素甲基化形成甲基汞，使人及生物中毒。另一面自然界中存在一些耐汞的微生物，它們的耐汞基因在質(zhì)粒R因子上。例如，惡臭假單胞菌一般在超過2ug／ml汞濃度中即將中毒死，查克拉巴蒂用質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術，把嗜油假單胞菌的耐汞質(zhì)粒(MER質(zhì)粒)轉(zhuǎn)移到惡臭假單胞菌中去，后者獲得MER質(zhì)粒，可在50~70ug／ml氯化汞中生長。Ⅲ．脫色工程菌的構建

將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的偏號Kx和Kd兩株假單胞菌通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。61第六十一頁，共八十一頁?；蚬こ谭椒此坪唵危诰唧w實施上有較大(jiàodà)的難度。62第六十二頁，共八十一頁。降解石油的工程細菌

70年代美國生物學家查克撿巴蒂(Chakrabarty)針對海洋輸油，造成浮油污染，影響海洋生態(tài)等問題進行了研究。石油成分復雜，是由飽和、不飽和、直鏈、支鏈、芳香……烴類組成，不溶于水。而海水含鹽量高，雖發(fā)現(xiàn)90多種微生物有不同程度降解烴類的能力，但不一定能在海水中大量繁殖生存，而且降解速率也較慢。查氏將能降解脂(含質(zhì)粒A)的一種假單胞菌作受體細菌，分別將能降解芳烴(質(zhì)粒B)、芳烴(質(zhì)粒C)和多環(huán)芳烴(質(zhì)粒D)的質(zhì)粒，用遺傳工程方法人工轉(zhuǎn)入受體細菌，獲得多質(zhì)?！俺?chāojí)細菌”，可除去原油中2／3的烴。63第六十三頁，共八十一頁。降解石油的工程(gōngchéng)細菌浮油在一般條件下降解需一年以上時間，用“超級細菌”只需幾小時即可把浮油去除，速度快效率高。見下圖。64第六十四頁，共八十一頁。注意(zhùyì)：基因工程菌存在(cúnzài)的問題：安全性混合培養(yǎng)系中的生存性降解(jiànɡjiě)能力的安定性大規(guī)模培養(yǎng)技術65第六十五頁，共八十一頁。六、遺傳工程(yíchuángōngchéng)（Geneticengineering）50年代——遺傳物質(zhì)的研究70年代——基因工程誕生遺傳工程包括根據(jù)微生物(shēngwù)在遺傳過程中發(fā)生的生物(shēngwù)變異現(xiàn)象，獲得有利于人類的某些遺傳性狀。包括誘變育種（基因突變）、質(zhì)粒育種、DNA重組。1.誘變(yòubiàn)育種：就是利用物理化學等因素，誘發(fā)基因突變，并從中篩選出具有某一優(yōu)良性狀的突變體。出發(fā)菌株的選擇誘變劑的選擇：紫外線、X射線、亞硝酸鹽等誘變劑量的選擇：殺菌率為70～75%的紫外線突變體的篩選2.誘變育種的主要步驟66第六十六頁，共八十一頁。六、遺傳工程(yíchuángōngchéng)（Geneticengineering）3.誘變育種應用(yìngyòng)微生物馴化獲得某些難降解物質(zhì)的優(yōu)良降解菌5.質(zhì)粒育種應用石油(shíyóu)降解功能菌的構建烴類和抗汞質(zhì)粒菌的構建4.質(zhì)粒育種質(zhì)粒是原核微生物中除染色體外一類攜帶遺傳物質(zhì)的環(huán)狀DNA片斷，它能夠決定微生物的某些性狀?？梢詫煞N或多種微生物通過細胞結(jié)合或細胞融合技術，使供體菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體均體內(nèi)，使受體菌同時具有多種功能。67第六十七頁，共八十一頁。誘變育種：是用物理或化學的誘變劑使誘變對象內(nèi)的遺傳物質(zhì)（DNA）的分子結(jié)構(fēnzǐjiéɡòu)發(fā)生改變，引起性狀變異并通過篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方法。誘變育種具有極其重要的實踐意義。當前發(fā)酵工業(yè)和其他(qítā)微生物生產(chǎn)部門所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎毫無例外地都是通過誘變育種而明顯提高其生產(chǎn)性能的。誘變(yòubiàn)育種68第六十八頁，共八十一頁。誘變(yòubiàn)育種的步驟：原始(yuánshǐ)菌種純化(chúnhuà)斜面/肉湯培養(yǎng)單孢子/單細胞懸液誘變劑處理平板分離移至斜面小試中試初篩復篩計算存活率觀察形態(tài)變異，挑單菌落良種保藏原菌種特性鑒定69第六十九頁，共八十一頁。誘變育種的基本(jīběn)過程：選擇選擇合適(héshì)的出發(fā)菌株↓制備待處理的菌懸液↓誘變處理↓篩選↓保藏和擴大試驗70第七十頁，共八十一頁。七、基因工程(jīyīngōngchéng)（Geneticengineering）50年代(niándài)——遺傳物質(zhì)的研究70年代——基因工程誕生1.定義(dìngyì)：用人為的方法把供體生物DNA導入受體生物中，并在其中“安家落戶”，進行正常的復制表達，從而獲新物種的一種育種技術。是一種分子水平上的遺傳重組技術。對特殊基因進行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級細菌”++71第七十一頁，共八十一頁。①用人為的方法，把供體生物的DNA大分子提取出來，②在離體的條件下，用工具酶進行切割(qiēgē)后，③把它與載體（vector）的DNA分子連接起來，④然后與載體一起導入受體生物。2.步驟(bùzhòu)：72第七十二頁，共八十一頁。<1>目的(mùdì)基因的取得：供體細胞中提取分離(fēnlí)合成<2>載體(zàitǐ)的選擇：對載體的要求具有自我復制能力能在受體細胞內(nèi)大量增殖最好只有一個限制性內(nèi)切酶的切口（使供體DNA接合在一定位置上）有一種選擇性遺傳標志，以便追蹤常用：細菌質(zhì)粒、噬菌體。最常用：PBR322、抗四環(huán)素、青霉素性基因。表達抗藥性可以用選擇性培養(yǎng)基檢出它們。73第七十三頁，共八十一頁。<4>重組(zhònɡzǔ)載體引入受體細胞最廣泛(guǎngfàn)被應用的是E.coli、Ba