水處理生物學第三章細菌的生長和遺傳變異1目前一頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點自學作業(yè)細菌遺傳的物質基礎是什么？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？請分別解釋轉化、接合、轉導，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？廢水處理中馴化的作用是什么？2目前二頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點遺傳性：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。“種瓜得瓜種豆得豆”繼承親代優(yōu)點，保持物種延續(xù)遺傳性一、遺傳與變異的基本概念3目前三頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點細菌同其他生物一樣，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、遺傳與變異的基本概念4目前四頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點變異：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（個體形態(tài)、菌落形態(tài)、生理生化特性、代謝產物）“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稱變異5目前五頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點細菌易變異∵細菌的繁殖快，又與外界環(huán)境接觸面積大∴環(huán)境條件在短時期內對菌體產生多次影響，在受物理、化學因素影響后，易產生適應新環(huán)境的酶（誘導酶），從而改變原有的特性，即產生了變異。變異不一定都有遺傳性6目前六頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點細菌變異形式：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，生理生化特性的變異及代謝途徑、產物的變異等。7目前七頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點定向培育：有目的地控制微生物生長條件，使其向人類需要的方向變異。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，提高處理效果。8目前八頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點二、遺傳的物質基礎細菌的遺傳物質：一切生物遺傳的物質基礎是核酸（特別是DNA）

9目前九頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點1928年，Griffith進行了以下幾組實驗：（1）動物實驗

對小鼠注射活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，無致病性證明核酸是遺傳物質基礎的經典轉化實驗（transformation）10目前十頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點Griffith

轉化試驗示意混合培養(yǎng)RII型活菌SIII型活菌SIII型熱死菌RII型活菌SIII型活菌健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死Griffith

轉化試驗示意圖11目前十一頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點（2）細菌培養(yǎng)實驗（3）S型菌的無細胞抽提液試驗以上實驗說明：加熱殺死的SIII型細菌細胞內可能存在一種轉化物質，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)12目前十二頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點二、遺傳的物質基礎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13目前十三頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點DNA雙螺旋結構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，遵循配對原則：A—T，G—C

14目前十四頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點4.DNA復制 DNA的復制過程首先是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。15目前十五頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點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構完全相同的DNA，從而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。16目前十六頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點遺傳物質在細胞內存在部位和方式（七個水平）：（1）細胞水平：DNA集中在核質體中。（真核微生物：細胞核）桿菌細胞內大多存在兩個核質體，而球菌一般只有一個。（2）細胞核水平：原核微生物：無核膜包裹，呈松散無定型狀態(tài)，核基團不與蛋白質結合真核微生物：有核膜，DNA與蛋白質結合，形成染色體（genome）核外染色體（能自主復制）：廣義上講稱質粒（plasmid）17目前十七頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點（3）染色體水平原核微生物：每一個核質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為DNA，只有部分病毒才是RNA。18目前十八頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點（5）基因水平（功能單位）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)量和排列序列不同。基因的分類調節(jié)基因（regulator）：控制結構基因的活性結構基因（structuregene）操縱基因（operator）啟動基因（promotor）操縱子（operon）19目前十九頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點遺傳密碼：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（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）密碼水平（信息單位）20目前二十頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點質粒（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）結構：具有超級螺旋結構，分子量106－108Da（道爾頓）100－10000kbp可移動性：異種間轉移GentherF.J.(1998):69種環(huán)境中的細菌中，38％能從實驗室的細菌接受R因子。21目前二十一頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點幾種典型的質粒50年代在日本發(fā)現(xiàn)的一種質粒（從患痢疾但被抗生素治療后的病人中分離出的痢疾志賀式菌中），而且能把抗藥性轉移到E.coli。后來在沙門氏菌屬（Salmonalla）芽孢桿菌屬（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質粒22目前二十二頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點2）F因子（Fertilityfactor）、致育因子、性因子是E.coli中決定性別的質粒。62×106Da，94.5kbpF+F+F+F-接合（conjugation）特點：能夠插入染色體，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23目前二十三頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點3）降解性質粒二甲苯質粒：XYL（Xylene）辛烷質粒：OCT（Octane）甲苯質粒：TOL（Toluene）萘質粒：NAP（Napthalene）樟腦質粒：CAM（Camphor）水楊酸質粒：SAL（Salicylate）在環(huán)保中有重要的意義：超級工程菌的獲得。含有能降解復雜物質的基因，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)的主要降解質粒（以其所能分解的底物命名）24目前二十四頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點三、遺傳信息的表達——基因表達基因：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)量和排列序列不同?；颍耗軌虮磉_和產生基因產物（蛋白質或RNA）的DNA序列。25目前二十五頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點1.核糖核酸RNA RNA——核糖（DNA為脫氧核糖） 尿嘧啶U代替胸腺嘧啶T三、遺傳信息的表達——基因表達2.三種RNA（1）信使核糖核酸mRNA：指導蛋白質的合成（2）核蛋白體核糖核酸rRNA：rRNA與蛋白質組成核糖 體，是蛋白質（多肽）的合成場所；（3）轉運核糖核酸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、蛋白質等的合成26目前二十六頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點三、遺傳信息的表達——基因表達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 程才能夠在生理上或形態(tài)上表達出相應的遺傳性狀。需要經過轉錄——翻譯——表達三個過程。（1）轉錄：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的過程稱為轉錄。基因DNA上遺傳信息轉錄下的RNA即為mRNA。

27目前二十七頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點三、遺傳信息的表達——基因表達（2）翻譯：轉錄后的mRNA作為合成蛋白質的模板，并且由mRNA的堿基排列順序決定多肽鏈中氨基酸的排列順序，即遺傳信息到蛋白質的傳遞為翻譯。28目前二十八頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點三、遺傳信息的表達——基因表達（3）由基因DNA所決定的酶通過代謝作用建造出某種細胞結構（如莢膜、鞭毛、細胞成分等），從而使微生物表現(xiàn)出某種性狀，稱為性狀表達（發(fā)育）。29目前二十九頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點四、微生物的基因突變微生物變異突變：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

突變染色體畸變——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的變化定義：DNA鏈上因堿基的缺失、置換、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?0目前三十頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點2.基因突變的原因

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），也可由微生物體內代謝產物（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）31目前三十一頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點3.微生物基因突變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處理下自發(fā)地產生。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。可逆性：從原始的野生型基因到變異株的突變稱為正向突 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）。32目前三十二頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點誘發(fā)突變點突變畸變缺失：添加易位：倒位：重復：插入：堿基置換移碼突變轉換：AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCABabcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*4.微生物基因突變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)的，誘變又可分為點突變和畸變。33目前三十三頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點點變異：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換：AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCAB34目前三十四頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點堿基置換（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（pointmutation）。它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。分類：轉換（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以下兩類來討論。35目前三十五頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點移碼突變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)生轉錄和轉譯錯誤的一類突變。由移碼突變所產生的突變株，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。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。36目前三十六頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點染色體畸變（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：染色體結構上的變化：缺失（deletion）重復（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的變化37目前三十七頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點畸變缺失：添加易位：倒位：重復：插入：abcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*畸變：堿基片斷發(fā)生變化38目前三十八頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點★染色體結構上的變化分為染色體內畸變和染色體間畸變兩類。染色體內畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分缺失或重復時，其結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。39目前三十九頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點自發(fā)突變機制自發(fā)突變是指在沒有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物的誘變效應★互變異構效應★環(huán)出效應40目前四十頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點作用：重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產生新遺傳型的個體。五、基因重組定義：兩個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，產生新的遺傳性狀，稱基因重組。

41目前四十一頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點Ⅰ.轉化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)生基因重新組合的方式。受體細菌獲得了供體細菌的部分遺傳性狀—“轉運同化”轉化現(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是生命遺傳物質的經典實驗之一）。引進42目前四十二頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點老鼠體內提取物培養(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

轉化現(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無毒注射注射？？43目前四十三頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點1944年才通過試驗找出了其中的原因。試驗方法如下：+目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細菌、放線菌、真菌和高等動植物中都也有轉化現(xiàn)象。44目前四十四頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點定義：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，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移過程，稱為轉化。轉化后的的受體菌稱為轉化子（transformant）。特點：無需細胞接觸。細菌、放線菌、真菌中有轉化現(xiàn)象。有關名詞：受體菌：recipient/receptor，轉化基因的接受者供體菌：donor，轉化基因的提供者轉化因子：來自供體菌的DNA片段轉化子：transformant，將轉化基因重組進入自身染色體組的重組子轉化（transformation）45目前四十五頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點46目前四十六頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點人工轉化人工轉化——是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人工地將DNA導入細胞內。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。47目前四十七頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點到目前為止，已發(fā)現(xiàn)能發(fā)生轉化作用的菌屬主要有：Streptococcuspneumoniae、Haemophilus（嗜血桿菌屬）、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，也有轉化現(xiàn)象。腸桿菌科的一些細菌很難進行轉化，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)生低頻率的轉化。另外，可利用霉菌的原生質體進行轉化。兩個菌種或菌株之間能否發(fā)生轉化，與它們在進化過程中的親緣關系有著密切的關系。但即使在轉化率極高的菌種中，其不同菌株間也不一定都能發(fā)生轉化。自然轉化的普遍性：48目前四十八頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點Ⅱ.接合

（合作）

細菌有性生殖細胞核質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?？赏ㄟ^此形式傳遞。49目前四十九頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點接合（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50目前五十頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點接合（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：決定性別的質粒，屬于附加體（episome），可以通過接合作用獲得，也可以通過丫啶類化合物、溴化乙錠或絲裂霉素C的處理而消除。51目前五十一頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點52目前五十二頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點（三）轉導（transduction）（間諜竊?。┩ㄟ^噬菌體的攜帶而轉移的基因重組，無需細胞接觸。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.完全轉導(completetransduction)b.局部轉導(specializedtransduction)由部分缺陷的噬菌體把少數(shù)特定的基因攜帶到受體菌中，并獲得轉導的現(xiàn)象。53目前五十三頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點LA-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

指導色氨酸合成的基因超微燒結玻璃板細菌不能通過，噬菌體可以通過轉導能合成色氨酸間諜侵入、重組轉移導手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

54目前五十四頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點（四）原生質體融合（protoplastfusion）通過人為的方法使兩個遺傳性狀不同的細胞的原生質體發(fā)生融合，得到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體融合的細胞非常廣泛步驟：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。55目前五十五頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點六、人工基因重組—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：對遺傳物質進行改造（人工干預下的雜交、轉化、接合、轉導）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。56目前五十六頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點a.遺傳工程的方法遺傳工程方法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——兩個細胞原生質體融合體外切割導入遺傳物質基因片段受體細胞基因工程——兩個細胞DNA片段剪接拼接狹義的講，遺傳工程就是基因工程。原理：限制性核酸內切酶57目前五十七頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細菌質粒載體（具有抗性基因）如抵抗青霉素長出必然是重組成功的細菌外源基因片段58目前五十八頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點b.遺傳工程在環(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”++59目前五十九頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點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化做了大量研究工作，提出了汞化合物轉化的途徑，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，查克拉巴蒂用質粒轉移技術，把嗜油假單胞菌的耐汞質粒(MER質粒)轉移到惡臭假單胞菌中去，后者獲得MER質粒，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粒的偏號Kx和Kd兩株假單胞菌通過質粒轉移技術培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。60目前六十頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點基因工程方法看似簡單，但在具體實施上有較大的難度。61目前六十一頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點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(含質粒A)的一種假單胞菌作受體細菌，分別將能降解芳烴(質粒B)、芳烴(質粒C)和多環(huán)芳烴(質粒D)的質粒，用遺傳工程方法人工轉入受體細菌，獲得多質粒“超級細菌”，可除去原油中2／3的烴。62目前六十二頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點降解石油的工程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。63目前六十三頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點注意：基因工程菌存在的問題：安全性混合培養(yǎng)系中的生存性降解能力的安定性大規(guī)模培養(yǎng)技術64目前六十四頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點六、遺傳工程（Geneticengineering）50年代——遺傳物質的研究70年代——基因工程誕生遺傳工程包括根據(jù)微生物在遺傳過程中發(fā)生的生物變異現(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）、質粒育種、DNA重組。1.誘變育種：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65目前六十五頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點六、遺傳工程（Geneticengineering）3.誘變育種應用微生物馴化獲得某些難降解物質的優(yōu)良降解菌5.質粒育種應用石油降解功能菌的構建烴類和抗汞質粒菌的構建4.質粒育種質粒是原核微生物中除染色體外一類攜帶遺傳物質的環(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合或細胞融合技術，使供體菌的質粒轉移到受體均體內，使受體菌同時具有多種功能。66目前六十六頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點誘變育種：是用物理或化學的誘變劑使誘變對象內的遺傳物質（DNA）的分子結構發(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)和其他微生物生產部門所使用的高產菌株，幾乎毫無例外地都是通過誘變育種而明顯提高其生產性能的。誘變育種67目前六十七頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點誘變育種的步驟：原始菌種純化斜面/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68目前六十八頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點誘變育種的基本過程：選擇選擇合適的出發(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69目前六十九頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點七、基因工程（Geneticengineering）50年代——遺傳物質的研究70年代——基因工程誕生1.定義：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”++70目前七十頁\總數(shù)七十八頁\編于十九點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，用工具酶進行切割后，③把它與載體（v