1、微生物的遺傳與變異,遺傳和變異是一切生物體最本質(zhì)的屬性之一。,第一節(jié) 微生物的遺傳 第二節(jié) 微生物的變異 第三節(jié) 遺傳工程技術(shù),微生物遺傳變異的應用,利用物理因素、化學藥物處理微生物提高其變異頻率，可獲得具有優(yōu)異特性的變異菌株。 工業(yè)廢水生物處理中，可以用含有某些污染物的廢水篩選、培養(yǎng)菌種，使其適應并有高效降解其中污染物能力。,馴化,1.格里菲斯經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗（1928）及埃弗里、麥克勞德、麥卡蒂等人的轉(zhuǎn)化補充實驗（1941）。 2.赫西和蔡斯大腸桿菌T2噬菌體感染大腸桿菌實驗。 3.H.Fraenkel-Conrat植物病毒的重建實驗,第一節(jié) 微生物的遺傳,一、遺傳和變異的物質(zhì)基礎,二、DNA

2、的結(jié)構(gòu)與復制,最經(jīng)典的結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)。沃森、克里克1953年提出。,1. DNA的結(jié)構(gòu),DNA由兩條核苷酸鏈彼此圍繞同一根軸互相盤繞形成，為雙螺旋結(jié)構(gòu)。,每個單鏈均由脫氧核糖磷酸脫氧核糖磷酸交替排列構(gòu)成。每個核苷酸鏈上都有四個堿基： T胸腺嘧啶 A腺嘌呤 G鳥嘌呤 C胞嘧啶 彼此與另一條核苷酸鏈上的堿基組成堿基對：TA AT GC CG,DNA復制傳遞的穩(wěn)定性,遺傳的保守性,DNA復制傳遞的差錯性,變異的多樣性,堿基之間一一對應，順序固定，可以保證遺傳的穩(wěn)定性。 如果受到干擾，個別堿基排列順序發(fā)生變化，會導致微生物死亡或變異。,基因是一切生物體內(nèi)儲存遺傳信息的、有自我復制能力的遺傳功能單位。

3、它是在DNA分子上具有特定堿基順序的片段。,2. 基因,3.遺傳信息的傳遞,貯存在DNA上的遺傳信息都會轉(zhuǎn)錄到RNA上，通過RNA的翻譯作用指導蛋白質(zhì)的合成，最終依靠蛋白質(zhì)體現(xiàn)遺傳性狀。,遺傳信息流動的方向:中心法則,第二節(jié) 微生物的變異,一、變異的實質(zhì)基因突變,基因突變（gene mutation）簡稱突變，是變異的一種，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化。突變率常在10-810-9范圍內(nèi)。 按突變的條件和原因劃分，突變可分為：自發(fā)突變和誘發(fā)突變。,二、定向育種和馴化,選育篩選與定向培育 篩選“眾里挑一” 定向培育“教育培訓”,定向培育在水的生物處理俗稱馴化。,原理：優(yōu)

4、勝劣汰 方式：選擇性培養(yǎng)基（天然+人工） 天然特殊區(qū)域采樣,第三節(jié) 遺傳工程技術(shù),基因重組 兩個不同性狀的個體細胞的DNA融合，使基因重新組合，從而發(fā)生遺傳變異，產(chǎn)生新品種?？赏ㄟ^雜交、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導等手段實現(xiàn)。,質(zhì)粒育種 通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移，使受體菌獲得供體菌的功能質(zhì)粒?？捎脕砼嘤齼?yōu)良菌種或獲得多質(zhì)粒超級細菌。,基因工程 是離體的分子水平上的基因重組，可實現(xiàn)遠緣雜交的育種新技術(shù)。,PCR技術(shù) PCR（Polymerase chain reaction）稱聚合酶鏈式反應，是DNA在體外擴增的技術(shù)。,PCR操作步驟： （1）加熱變性（9495，DNA變性5分鐘，雙鏈解為單鏈） （2）退火（緩慢降溫至55

5、，引物退火互補到單鏈DNA模板上） （3）延伸（72 ，在DNA多聚酶和適當?shù)臈l件下，引物延伸和模板DNA結(jié)合。） 上述步驟多次循環(huán)，達到DNA擴增的目的。,分子生物學方法可以直接探詢微生物種群中我們感興趣微生物的基因信息，而這些信息是傳統(tǒng)的分析方法不可能獲得的。利用分子生物學方法可以省去對微生物的選擇培養(yǎng)以及利用形態(tài)特征進行鑒定微生物存在的偏差。,1 分子生物學方法可以提供新的信息,分子生物學方法的應用,為了確定群落中的微生物在系統(tǒng)發(fā)育上的身份，以 rRNA（通常是16S rRNA）或用于編碼 rRNA 的基因為分子檢測的目標。 從環(huán)境樣品中分離出rRNA并用于微生物系統(tǒng)發(fā)育、種類鑒定、多態(tài)

6、性及多樣性研究的方法已經(jīng)全面建立。,目前常用的分子方法有: 核酸分子雜交 變性梯度凝膠電泳 熒光原位雜交技術(shù),2 常用的分子生物學方法,核酸分子雜交技術(shù),探針是能與特定核苷酸序列發(fā)生特異性結(jié)合的己知堿基序列的核酸片段?？梢允荘CR產(chǎn)物或人工合成的寡核苷酸探針。 探針既可用放射性核苷酸標記，也可用非放射性分子標記。 核酸分子雜交的高度特異性以及檢測方法的高度靈敏性，使核酸分子雜交技術(shù)廣泛應用于檢測環(huán)境中的微生物，并對它們的存在、分布、豐度和適應性等進行定性和定量分析。,核酸雜交的主要步驟是核酸分子的變性和選擇性退火。雙鏈DNA或處于二級結(jié)構(gòu)的RNA分子通過變性回復到它們原來的單鏈、線性形式，從而

7、使它們處于能與互補的核苷酸鏈退火雜交的狀態(tài)。,變性梯度凝膠電泳法是一種使用日益廣泛的方法。DNA在含聚丙烯酰胺凝膠電泳池的一端。電泳池兩端的電極形成一個電場，帶負電的DNA向正極運動。DNA分子的移動速率取決于其分子大小與帶電量之間的比值，因此，不同的DNA分子運動到兩個電極之間的不同位置上停下，從而形成具有指紋作用的DNA帶。將DNA帶從凝膠中分離出來，可以進行進一步的擴增及測序。,變性梯度凝膠電泳法,一些復雜系統(tǒng)中實際的微生物種群組成不能夠僅僅根據(jù)16S rRNA基因庫來推測，而必須根據(jù)定量熒光原位雜交分析結(jié)果來確定。,熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization, FISH) 是在20世紀80年代末在放射性原位雜交技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的一種非放射性分子細胞遺傳技術(shù),以熒光標記取代同位素標記而形成的一種新的原位雜交方法 。,3 小結(jié),利