第六章微生物的遺傳與變異第六章微生物的遺傳與變異1

定義：1、遺傳2、變異子代在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理或免疫學(xué)特征上，發(fā)生與親代不同的某些改變，稱為變異。

定義：2遺傳性—“種瓜得瓜種豆得豆”微生物在一定的條件下，親代能通過一定方式將其生物學(xué)性狀傳給子代，代代相傳，稱為遺傳。正面：繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)1.遺傳的保守性——子代與親代相似性（“大同”）負(fù)面：？環(huán)境條件改變，微生物不適應(yīng)變化而死亡遺傳性—正面：繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)1.遺傳的保守性負(fù)面32.遺傳可改變的一面是變異細(xì)菌變異形式，如：個(gè)體形態(tài)的變化，菌落形態(tài)(光滑型／粗糙型)的變異，營(yíng)養(yǎng)要求的變異，對(duì)溫度、pH要求的變異，毒性的變異，抗毒能力的變異，生理生化特性的變異及代謝途徑、產(chǎn)物的變異等。2.遺傳可改變的一面是變異細(xì)菌變異形式，43.遺傳與變異的分子機(jī)制根源？DNA3.遺傳與變異的分子機(jī)制根源？DNA5復(fù)制傳遞的穩(wěn)定性遺傳的保守性復(fù)制傳遞的差錯(cuò)性變異的多樣性DNA復(fù)制傳遞的穩(wěn)定性遺傳的保守性復(fù)制傳遞的差錯(cuò)性變異的多樣性DN6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)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細(xì)胞混合注射加熱殺死后的破碎細(xì)胞格里菲斯實(shí)驗(yàn)無毒注射注射？？老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ71944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細(xì)菌、放線菌、真菌和高等動(dòng)植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。1944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)8

二、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體（1）含32P-DNA的一組：放射性85%在沉淀中上清液中含15%放射性沉淀中含85%放射性二、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后9以35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體上清液中含75%放射性沉淀中含25%放射性（2）含35S-蛋白質(zhì)的一組：放射性75%在上清液中以35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后吸附離心沉10二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制1結(jié)構(gòu)的提出：1953年，Watson、Crick提出DNA的雙螺旋模型，為合理解釋遺傳物質(zhì)的各種功能奠定了基礎(chǔ)。2Watson—Crick模型是右手螺旋，堿基的平面對(duì)DNA分子的中軸是垂直的。二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制1結(jié)構(gòu)的提出：1953年，W11DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脫氧核糖堿基磷酸AGCT基本單位－脫氧核苷酸DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脫氧堿基磷酸AGCT基本單位－脫氧核苷12DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（2）A腺嘌呤脫氧核苷酸G鳥嘌呤脫氧核苷酸C胞嘧啶脫氧核苷酸T胸腺嘧啶脫氧核苷酸脫氧核苷酸的種類DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（2）A腺嘌呤脫氧核苷酸G鳥嘌呤脫氧核苷酸C13DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（3）連接

ATGCATGCDNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（3）連接ATGCATGC14第六章++微生物的遺傳與變異課件115基因基因是一切生物體內(nèi)儲(chǔ)存遺傳信息的、有自我復(fù)制能力的遺傳功能單位。是ＤＮＡ分子上一個(gè)具有特定堿基順序，即核苷酸順序的片斷?；蚴蔷哂泄潭ǖ钠瘘c(diǎn)和終點(diǎn)的核苷酸或密碼的線性序列?；?6第二節(jié)微生物的變異一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變二、突變的類型第二節(jié)微生物的變異一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變17一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變基因突變即微生物的DNA被某種因素引起堿基的缺失、置換或插入，改變了基因內(nèi)部原有的堿基排列順序，從而引起其后代表現(xiàn)型的改變，即發(fā)生了變異。一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變基因突變即微生物的DNA被某種因素18二、突變的類型一、自發(fā)突變：多因素低劑量的誘變效應(yīng)互變異構(gòu)效應(yīng)二、誘發(fā)突變：物理誘變因子：紫外輻射、X—射線、β—射線、快中子、γ—射線和激光等。化學(xué)誘變因子：復(fù)合處理及其協(xié)同效應(yīng)定向培育和馴化二、突變的類型一、自發(fā)突變：19A．基因突變的特點(diǎn)發(fā)生Ⅰ.隨機(jī)性結(jié)果Ⅱ.無定向性

基因突變?cè)谀囊粋€(gè)細(xì)菌中發(fā)生是隨機(jī)的，突變基因的部位也是隨機(jī)的。突變的發(fā)生沒有固定的方向。頻率Ⅲ.稀有性

可Ⅳ.誘變性突變率（每一細(xì)菌在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的機(jī)率）通常為10-4~10-10。一萬至一百億個(gè)細(xì)菌中才可能有一個(gè)細(xì)菌的基因發(fā)生突變。人工誘變可提高10～105倍A．基因突變的特點(diǎn)發(fā)生Ⅰ.隨機(jī)性結(jié)果Ⅱ.無定向性20突變?cè)谖⑸镉N方面的應(yīng)用：1.定向培養(yǎng)(污泥馴化)：人為用某一特定環(huán)境條件長(zhǎng)期處理某一微生物群體，不斷將其移種傳代，以達(dá)到積累和選擇合適的自發(fā)突變體。2.誘變育種：利用物理的、化學(xué)的或生物的誘變因子處理微生物，使之發(fā)生突變，并篩選出合適的突變體。突變?cè)谖⑸镉N方面的應(yīng)用：21

細(xì)菌的馴化①定向培養(yǎng)（漸變－誘導(dǎo)法）方法：待降解物通常為有機(jī)毒物或惰性物。567N選擇性培養(yǎng)基（待降解物，如石油）濃度升高5nN+1死篩選與誘導(dǎo)馴化可以同時(shí)進(jìn)行特點(diǎn):操作簡(jiǎn)便，馴化的潛力有限，慢。結(jié)果細(xì)菌的馴化①定向培養(yǎng)（漸變－誘導(dǎo)法）待降解物通常為有機(jī)毒物22誘變劑：溫度、紫外線、核輻射、酸、堿、化學(xué)誘變劑等等。②誘變育種（突變—誘變法）提問：哪些因素可以引起基因突變呢？提問：

基因突變的分子機(jī)制？DNA堿基丟失、增多、錯(cuò)配等點(diǎn)突變→染色體畸變誘變劑：溫度、紫外線、核輻射、酸、堿、化學(xué)誘變劑等等。23常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、亞硝酸、卟啶染料等。誘變的步驟Ⅰ.制出發(fā)菌株的單細(xì)菌懸浮液如何在整個(gè)過程中盡量使細(xì)菌分散呢？誘變劑與細(xì)菌充分接觸；向細(xì)菌培養(yǎng)液中加入玻璃珠，并保持在誘變過程中始終進(jìn)行振蕩攪拌形成出發(fā)細(xì)菌的單細(xì)菌懸浮液；方法常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、亞硝酸、卟啶染料等。誘變24Ⅱ.選擇合適的誘變劑劑量進(jìn)行誘變提問：為什么要有劑量限制呢？少，效率低；過高，

會(huì)造成細(xì)菌大量死亡。例如在進(jìn)行細(xì)菌紫外誘變時(shí)，通常使用15或20W的紫外燈距離細(xì)菌單細(xì)菌懸浮液15~30cm，照射15~20min。Ⅲ.篩選突變出的高效菌提問：如何篩？選擇性培養(yǎng)基Ⅱ.選擇合適的誘變劑劑量進(jìn)行誘變25評(píng)價(jià)誘變法潛力要遠(yuǎn)大于定向培育，但操作復(fù)雜。在實(shí)際誘變中，往往要經(jīng)過幾次不同誘變方法的誘變處理以及大量繁瑣的篩選分離工作才有可能獲得理想的突變體。最后這些突變體將會(huì)在實(shí)驗(yàn)室小試、中試的基礎(chǔ)上被投放到生產(chǎn)實(shí)踐中。評(píng)價(jià)誘變法潛力要遠(yuǎn)大于定向培育，但操作復(fù)雜。在實(shí)際誘變中，往26通常生產(chǎn)上更多利用的是定向培育。污泥培養(yǎng)初期逐步提高污水比例，有些菌種不能適應(yīng)被淘汰(篩選)，能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的菌株及自發(fā)突變體中能降解此類廢水的菌種能夠生存而被保留下來，且能力逐步提高，使廢水達(dá)到預(yù)期的排放標(biāo)準(zhǔn)；通常生產(chǎn)上更多利用的是定向培育。27第三節(jié)基因重組法不同個(gè)體基因重新組合

A．形式自發(fā)基因重組與人工基因重組自發(fā)基因重組a.

雜交；雙親細(xì)胞的融合使整套染色體的基因重組；或者是通過雙親細(xì)胞的溝通，使部分染色體基因重組。b.轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合；部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組第三節(jié)基因重組法不同個(gè)體基因重新組合b.轉(zhuǎn)化28Ⅰ.轉(zhuǎn)化Transformation供體細(xì)菌研碎物中的DNA片段直接吸收進(jìn)入活的受體細(xì)菌并發(fā)生基因重新組合的方式。受體細(xì)菌獲得了供體細(xì)菌的部分遺傳性狀—“轉(zhuǎn)運(yùn)同化”轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國的細(xì)菌學(xué)家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的,，被命名為格里菲斯實(shí)驗(yàn)（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一）。Ⅰ.轉(zhuǎn)化Transformation供體細(xì)菌研碎物中的DNA29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)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細(xì)胞混合注射加熱殺死后的破碎細(xì)胞格里菲斯實(shí)驗(yàn)無毒注射注射？？老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ301944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細(xì)菌、放線菌、真菌和高等動(dòng)植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。1944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)31Ⅱ、接合(conjugation)接合是通過質(zhì)粒使遺傳物質(zhì)在兩個(gè)細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移的機(jī)制。F+F-F+F-F+F+F+F+Ⅱ、接合(conjugation)F+F-F+F-F+F+32ElectronMicrographofEscherichiacoliwithaConjugationPilusElectronMicrographofEscheri33Ⅲ、轉(zhuǎn)導(dǎo)

(Transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過溫和噬菌體的媒介作用，把供體細(xì)胞內(nèi)特定的基因（DNA片段誤包）攜帶至受體細(xì)胞中，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。Ⅲ、轉(zhuǎn)導(dǎo)(Transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過溫和噬菌34LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成組氨酸（A-）的沙門氏傷寒桿菌

指導(dǎo)色氨酸合成的基因超微燒結(jié)玻璃板細(xì)菌不能通過，噬菌體可以通過轉(zhuǎn)導(dǎo)能合成色氨酸侵入、重組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(xì)胞中含有繁殖速度較慢的溫和噬菌體P-22LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸35突變體的檢測(cè)直接檢測(cè)表現(xiàn)型影印平板法第四節(jié)突變體的檢測(cè)與篩選突變體的檢測(cè)第四節(jié)突變體的檢測(cè)與篩選36突變體的篩選篩選突變體的有效技術(shù)是創(chuàng)造一種只允許突變體生長(zhǎng)，抑制原養(yǎng)型菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基或生長(zhǎng)環(huán)境條件。突變體的篩選37第五節(jié)分子遺傳學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程與環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用遺傳工程是70年代初發(fā)展起來的生物技術(shù)。定義：對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行改造（人工干預(yù)下的雜交、轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)）的技術(shù)。工程：類似工程設(shè)計(jì)那樣有很高的預(yù)見性、精確性與嚴(yán)密性。第五節(jié)分子遺傳學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程與環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用遺傳工38質(zhì)粒育種簡(jiǎn)介在原核微生物中除有染色體外，還含有另一種較小的、攜帶少量遺傳基因的環(huán)狀DNA分子，稱為質(zhì)粒。質(zhì)粒在細(xì)胞分裂過程中能復(fù)制，將遺傳性狀傳遞給后代。質(zhì)粒在原核生物中不像染色體那樣舉足輕重，某種細(xì)菌一旦喪失質(zhì)粒，就會(huì)喪失由該質(zhì)粒決定的某些性狀，但菌體不會(huì)死亡。質(zhì)粒育種簡(jiǎn)介39Ⅰ.降解石油的工程細(xì)菌

70年代美國生物學(xué)家查克撿巴蒂(Chakrabarty)針對(duì)海洋輸油，造成浮油污染，影響海洋生態(tài)等問題進(jìn)行了研究。石油成分復(fù)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，而且降解速率也較饅，查氏將能降解脂(含質(zhì)粒A)的一種假單胞菌作受體細(xì)菌，分別將能降解芳烴(質(zhì)粒B)、脂烴(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(xì)菌，獲得多質(zhì)粒“超級(jí)細(xì)菌”，可除去原油中2／3的烴。浮油在一般條件下降解需一年以上時(shí)間，用“超級(jí)細(xì)菌”只需幾小時(shí)即可把浮油去除，速度快效率高。見下圖。Ⅰ.降解石油的工程細(xì)菌40Ⅱ.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(duì)汞在自然界轉(zhuǎn)化做了大量研究工作，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(shù)，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(zhǎng)。Ⅲ．脫色工程菌的構(gòu)建

將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的偏號(hào)Kx和Kd兩株假單胞菌通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。Ⅱ.耐汞工程菌41基因工程方法看似簡(jiǎn)單，但在具體實(shí)施上有較大的難度。A.細(xì)菌的質(zhì)粒本身容易丟失或轉(zhuǎn)移B.質(zhì)粒具有不相容性（只有在一定條件下，屬于不同的相容種群的質(zhì)粒才能穩(wěn)定地共存于同一宿主中。）基因工程方法看似簡(jiǎn)單，但在具體實(shí)施上有較大的難度。A.細(xì)菌的42基因工程技術(shù)遺傳工程方法包括兩個(gè)水平的研究：一種是細(xì)胞水平；另一種是基因水平。所以，又可把它分為細(xì)胞工程和基因工程。細(xì)胞工程——兩個(gè)細(xì)胞原生質(zhì)體融合體外切割導(dǎo)入遺傳物質(zhì)基因片段受體細(xì)胞基因工程——兩個(gè)細(xì)胞DNA片段剪接拼接狹義的講，遺傳工程就是基因工程。原理：限制性核酸內(nèi)切酶基因工程技術(shù)遺傳工程方法包括兩個(gè)水平的研究：一種是細(xì)胞水平；43b.遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用對(duì)特殊基因進(jìn)行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級(jí)細(xì)菌”++b.遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用對(duì)特殊基因進(jìn)行“剪切－粘44第六章微生物的遺傳與變異第六章微生物的遺傳與變異45

定義：1、遺傳2、變異子代在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理或免疫學(xué)特征上，發(fā)生與親代不同的某些改變，稱為變異。

定義：46遺傳性—“種瓜得瓜種豆得豆”微生物在一定的條件下，親代能通過一定方式將其生物學(xué)性狀傳給子代，代代相傳，稱為遺傳。正面：繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)1.遺傳的保守性——子代與親代相似性（“大同”）負(fù)面：？環(huán)境條件改變，微生物不適應(yīng)變化而死亡遺傳性—正面：繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)1.遺傳的保守性負(fù)面472.遺傳可改變的一面是變異細(xì)菌變異形式，如：個(gè)體形態(tài)的變化，菌落形態(tài)(光滑型／粗糙型)的變異，營(yíng)養(yǎng)要求的變異，對(duì)溫度、pH要求的變異，毒性的變異，抗毒能力的變異，生理生化特性的變異及代謝途徑、產(chǎn)物的變異等。2.遺傳可改變的一面是變異細(xì)菌變異形式，483.遺傳與變異的分子機(jī)制根源？DNA3.遺傳與變異的分子機(jī)制根源？DNA49復(fù)制傳遞的穩(wěn)定性遺傳的保守性復(fù)制傳遞的差錯(cuò)性變異的多樣性DNA復(fù)制傳遞的穩(wěn)定性遺傳的保守性復(fù)制傳遞的差錯(cuò)性變異的多樣性DN50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)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細(xì)胞混合注射加熱殺死后的破碎細(xì)胞格里菲斯實(shí)驗(yàn)無毒注射注射？？老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ511944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細(xì)菌、放線菌、真菌和高等動(dòng)植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。1944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)52

二、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體（1）含32P-DNA的一組：放射性85%在沉淀中上清液中含15%放射性沉淀中含85%放射性二、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后53以35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體上清液中含75%放射性沉淀中含25%放射性（2）含35S-蛋白質(zhì)的一組：放射性75%在上清液中以35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實(shí)驗(yàn)10分鐘后吸附離心沉54二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制1結(jié)構(gòu)的提出：1953年，Watson、Crick提出DNA的雙螺旋模型，為合理解釋遺傳物質(zhì)的各種功能奠定了基礎(chǔ)。2Watson—Crick模型是右手螺旋，堿基的平面對(duì)DNA分子的中軸是垂直的。二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制1結(jié)構(gòu)的提出：1953年，W55DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脫氧核糖堿基磷酸AGCT基本單位－脫氧核苷酸DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脫氧堿基磷酸AGCT基本單位－脫氧核苷56DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（2）A腺嘌呤脫氧核苷酸G鳥嘌呤脫氧核苷酸C胞嘧啶脫氧核苷酸T胸腺嘧啶脫氧核苷酸脫氧核苷酸的種類DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（2）A腺嘌呤脫氧核苷酸G鳥嘌呤脫氧核苷酸C57DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（3）連接

ATGCATGCDNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（3）連接ATGCATGC58第六章++微生物的遺傳與變異課件159基因基因是一切生物體內(nèi)儲(chǔ)存遺傳信息的、有自我復(fù)制能力的遺傳功能單位。是ＤＮＡ分子上一個(gè)具有特定堿基順序，即核苷酸順序的片斷。基因是具有固定的起點(diǎn)和終點(diǎn)的核苷酸或密碼的線性序列?；?0第二節(jié)微生物的變異一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變二、突變的類型第二節(jié)微生物的變異一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變61一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變基因突變即微生物的DNA被某種因素引起堿基的缺失、置換或插入，改變了基因內(nèi)部原有的堿基排列順序，從而引起其后代表現(xiàn)型的改變，即發(fā)生了變異。一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變基因突變即微生物的DNA被某種因素62二、突變的類型一、自發(fā)突變：多因素低劑量的誘變效應(yīng)互變異構(gòu)效應(yīng)二、誘發(fā)突變：物理誘變因子：紫外輻射、X—射線、β—射線、快中子、γ—射線和激光等?；瘜W(xué)誘變因子：復(fù)合處理及其協(xié)同效應(yīng)定向培育和馴化二、突變的類型一、自發(fā)突變：63A．基因突變的特點(diǎn)發(fā)生Ⅰ.隨機(jī)性結(jié)果Ⅱ.無定向性

基因突變?cè)谀囊粋€(gè)細(xì)菌中發(fā)生是隨機(jī)的，突變基因的部位也是隨機(jī)的。突變的發(fā)生沒有固定的方向。頻率Ⅲ.稀有性

可Ⅳ.誘變性突變率（每一細(xì)菌在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的機(jī)率）通常為10-4~10-10。一萬至一百億個(gè)細(xì)菌中才可能有一個(gè)細(xì)菌的基因發(fā)生突變。人工誘變可提高10～105倍A．基因突變的特點(diǎn)發(fā)生Ⅰ.隨機(jī)性結(jié)果Ⅱ.無定向性64突變?cè)谖⑸镉N方面的應(yīng)用：1.定向培養(yǎng)(污泥馴化)：人為用某一特定環(huán)境條件長(zhǎng)期處理某一微生物群體，不斷將其移種傳代，以達(dá)到積累和選擇合適的自發(fā)突變體。2.誘變育種：利用物理的、化學(xué)的或生物的誘變因子處理微生物，使之發(fā)生突變，并篩選出合適的突變體。突變?cè)谖⑸镉N方面的應(yīng)用：65

細(xì)菌的馴化①定向培養(yǎng)（漸變－誘導(dǎo)法）方法：待降解物通常為有機(jī)毒物或惰性物。567N選擇性培養(yǎng)基（待降解物，如石油）濃度升高5nN+1死篩選與誘導(dǎo)馴化可以同時(shí)進(jìn)行特點(diǎn):操作簡(jiǎn)便，馴化的潛力有限，慢。結(jié)果細(xì)菌的馴化①定向培養(yǎng)（漸變－誘導(dǎo)法）待降解物通常為有機(jī)毒物66誘變劑：溫度、紫外線、核輻射、酸、堿、化學(xué)誘變劑等等。②誘變育種（突變—誘變法）提問：哪些因素可以引起基因突變呢？提問：

基因突變的分子機(jī)制？DNA堿基丟失、增多、錯(cuò)配等點(diǎn)突變→染色體畸變誘變劑：溫度、紫外線、核輻射、酸、堿、化學(xué)誘變劑等等。67常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、亞硝酸、卟啶染料等。誘變的步驟Ⅰ.制出發(fā)菌株的單細(xì)菌懸浮液如何在整個(gè)過程中盡量使細(xì)菌分散呢？誘變劑與細(xì)菌充分接觸；向細(xì)菌培養(yǎng)液中加入玻璃珠，并保持在誘變過程中始終進(jìn)行振蕩攪拌形成出發(fā)細(xì)菌的單細(xì)菌懸浮液；方法常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、亞硝酸、卟啶染料等。誘變68Ⅱ.選擇合適的誘變劑劑量進(jìn)行誘變提問：為什么要有劑量限制呢？少，效率低；過高，

會(huì)造成細(xì)菌大量死亡。例如在進(jìn)行細(xì)菌紫外誘變時(shí)，通常使用15或20W的紫外燈距離細(xì)菌單細(xì)菌懸浮液15~30cm，照射15~20min。Ⅲ.篩選突變出的高效菌提問：如何篩？選擇性培養(yǎng)基Ⅱ.選擇合適的誘變劑劑量進(jìn)行誘變69評(píng)價(jià)誘變法潛力要遠(yuǎn)大于定向培育，但操作復(fù)雜。在實(shí)際誘變中，往往要經(jīng)過幾次不同誘變方法的誘變處理以及大量繁瑣的篩選分離工作才有可能獲得理想的突變體。最后這些突變體將會(huì)在實(shí)驗(yàn)室小試、中試的基礎(chǔ)上被投放到生產(chǎn)實(shí)踐中。評(píng)價(jià)誘變法潛力要遠(yuǎn)大于定向培育，但操作復(fù)雜。在實(shí)際誘變中，往70通常生產(chǎn)上更多利用的是定向培育。污泥培養(yǎng)初期逐步提高污水比例，有些菌種不能適應(yīng)被淘汰(篩選)，能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的菌株及自發(fā)突變體中能降解此類廢水的菌種能夠生存而被保留下來，且能力逐步提高，使廢水達(dá)到預(yù)期的排放標(biāo)準(zhǔn)；通常生產(chǎn)上更多利用的是定向培育。71第三節(jié)基因重組法不同個(gè)體基因重新組合

A．形式自發(fā)基因重組與人工基因重組自發(fā)基因重組a.

雜交；雙親細(xì)胞的融合使整套染色體的基因重組；或者是通過雙親細(xì)胞的溝通，使部分染色體基因重組。b.轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合；部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組第三節(jié)基因重組法不同個(gè)體基因重新組合b.轉(zhuǎn)化72Ⅰ.轉(zhuǎn)化Transformation供體細(xì)菌研碎物中的DNA片段直接吸收進(jìn)入活的受體細(xì)菌并發(fā)生基因重新組合的方式。受體細(xì)菌獲得了供體細(xì)菌的部分遺傳性狀—“轉(zhuǎn)運(yùn)同化”轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國的細(xì)菌學(xué)家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的,，被命名為格里菲斯實(shí)驗(yàn)（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一）。Ⅰ.轉(zhuǎn)化Transformation供體細(xì)菌研碎物中的DNA73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)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細(xì)胞混合注射加熱殺死后的破碎細(xì)胞格里菲斯實(shí)驗(yàn)無毒注射注射？？老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ741944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細(xì)菌、放線菌、真菌和高等動(dòng)植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。1944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)75Ⅱ、接合(conjugation)接合是通過質(zhì)粒使遺傳物質(zhì)在兩個(gè)細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移的機(jī)制。F+F-F+F-F+F+F+F+Ⅱ、接合(conjugation)F+F-F+F-F+F+76ElectronMicrographofEscherichiacoliwithaConjugationPilusElectronMicrographofEscheri77Ⅲ、轉(zhuǎn)導(dǎo)

(Transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過溫和噬菌體的媒介作用，把供體細(xì)胞內(nèi)特定的基因（DNA片段誤包）攜帶至受體細(xì)胞中，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。Ⅲ、轉(zhuǎn)導(dǎo)(Transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過溫和噬菌78LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成組氨酸（A-）的沙門氏傷寒桿菌

指導(dǎo)色氨酸合成的基因超微燒結(jié)玻璃板細(xì)菌不能通過，噬菌體可以通過轉(zhuǎn)導(dǎo)能合成色氨酸侵入、重組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(xì)胞中含有繁殖速度較慢的溫和噬菌體P-22LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸79突變體的檢測(cè)直接檢測(cè)表現(xiàn)型影印平板法第四節(jié)突變體的檢測(cè)與篩選突變體的檢測(cè)第四節(jié)突變體的檢測(cè)與篩選80突變體的篩選篩選突變體的有效技術(shù)是創(chuàng)造一種只允許突變體生長(zhǎng)，抑制原養(yǎng)型菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基或生長(zhǎng)環(huán)境條件。突變體的篩選81第五節(jié)分子遺傳學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程與環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用遺傳工程是70年代初發(fā)展起來的生物技術(shù)。定義：對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行改造（人工干預(yù)下的雜交、轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)）的技術(shù)。工程：類似工程設(shè)計(jì)那樣有很高的預(yù)見性、精確性與嚴(yán)密性。第五節(jié)分子遺傳學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程與環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用遺傳工82質(zhì)粒育種簡(jiǎn)介在原核微生物中除有染色體外，還含有另一種較小的、攜帶少量遺傳基因的環(huán)狀DNA分子，稱為質(zhì)粒。質(zhì)粒在細(xì)胞分裂過程中能復(fù)制，將遺傳性狀傳遞給后代。