環(huán)境微生物學(xué)第六章

1、第六章 微生物的遺傳與變異,“種瓜得瓜，種豆得豆”,“龍生龍，鳳生鳳”,“老鼠生來(lái)會(huì)打洞”,說(shuō)明什么問(wèn)題?,遺傳現(xiàn)象,“一龍生九子，九子各不同 ”,又說(shuō)明什么問(wèn)題?,變異現(xiàn)象,親代的性狀在子代表現(xiàn)出來(lái)，使子代與親代有相似的現(xiàn)象，叫遺傳。從分子水平上講，遺傳就是遺傳信息的復(fù)制和表達(dá)。,生物親代與子代之間，子代個(gè)體之間有差異的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在形態(tài)和生理性狀。從分子水平講，是遺傳信息發(fā)生了變化。,遺傳（heredity）,變異（variation）,遺傳型生物體所攜帶的全部遺傳因子或基因的總稱。 表型具有一定遺傳性的個(gè)體在特定的外界環(huán)境中通過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育所表現(xiàn)出來(lái)的種種形態(tài)和生理特征的總和。,有些基因結(jié)

2、構(gòu)未發(fā)生變化僅表型改變不是變異，只能稱適應(yīng)或飾變（modification）。變異是基因結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而且往往是不可逆的變化，此變化可以遺傳給子代形成新的品種。遺傳是相對(duì)的，變異是絕對(duì)的；遺傳中有變異，變異中有遺傳。,第一節(jié) 微生物的遺傳,一、DNA是遺傳物質(zhì) 三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證明了核酸(DNA和RNA)是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。 1.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象 2.噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 3.植物病毒重建實(shí)驗(yàn),一、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ),加S菌DNA 加S菌DNA及DNA酶以外的酶 加S菌的DNA和DNA酶 加S菌的RNA 加S菌的蛋白質(zhì) 加S菌的莢膜多糖,活R菌,長(zhǎng)出S菌,只有R菌,1944年O.T.Avery、C.M.

3、MacLeod和M。McCarty從熱死S型S. pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，并在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：,只有S型細(xì)菌的DNA才能將S. pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說(shuō)明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的是遺傳因子,即DNA。,32P標(biāo)記噬菌體DNA,35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼,大多數(shù)噬菌體的DNA存在于細(xì)菌中，而外殼留在上清液中。,噬菌體感染實(shí)驗(yàn),植物病毒重建實(shí)驗(yàn),證明了RNA為遺傳物質(zhì) 1956，F(xiàn)raenkel-conrat用含有RNA的TMV和HRV進(jìn)行了植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。,證明雜種病毒的蛋白質(zhì)外殼來(lái)自 病毒1，而非病

4、毒2,生化提取分別獲得含RNA的煙草花葉病 毒蛋白質(zhì)外殼（病毒1）和核酸（病毒2 (霍氏車前花葉病毒),雜種病毒的后代的蛋白質(zhì)外殼表現(xiàn) 為病毒2，而非病毒1,遺傳物質(zhì)是核酸（RNA）而非蛋白質(zhì),核外DNA的種類,核外染色體,真核生物的“質(zhì)粒” 原核生物的質(zhì)粒,線粒體 細(xì)胞質(zhì)基因葉綠體 （質(zhì)體）中心體 卡巴顆粒 酵母菌的2m質(zhì)粒,F因子 R因子 Col質(zhì)粒 Ti質(zhì)粒 巨大質(zhì)粒 降解性質(zhì)粒,卡巴顆粒,(1) DNA由2條反平行的脫氧多核苷酸鏈構(gòu)成，兩條鏈繞同一中心軸盤旋而形成右手雙螺旋。,(2) 每條主鏈由磷酸和脫氧核糖相間連接而成，位于螺旋外側(cè)，堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，堿基平面與螺旋中心軸垂直，螺旋

5、表面有2條螺旋形的凹槽：大溝和小溝。,(3) 雙螺旋的直徑是2nm，沿中心軸每個(gè)螺旋周期有10個(gè)核苷酸對(duì)，螺距為3.4nm，堿基對(duì)之間的距離為0.34nm。,(4) 兩鏈間的堿基以氫鍵互相配對(duì)。A與T配，有2個(gè)氫鍵；G與C配，有3個(gè)氫鍵。,二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制,脫氧 核糖,堿基,磷酸,A,G,C,T,基本單位脫氧核苷酸,腺嘌呤脫氧核苷酸,鳥嘌呤脫氧核苷酸,胞嘧啶脫氧核苷酸,胸腺嘧啶脫氧核苷酸,脫氧核苷酸的種類,連 接,DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖,要點(diǎn),(1) DNA由2條反平行的脫氧多核苷酸鏈構(gòu)成，兩條鏈繞同一中心軸盤旋而形成右手雙螺旋。,(2) 每條主鏈由磷酸和脫氧核糖相間連接而成，位于螺旋外

6、側(cè)，堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，堿基平面與螺旋中心軸垂直，螺旋表面有2條螺旋形的凹槽：大溝和小溝。,(3) 雙螺旋的直徑是2nm，沿中心軸每個(gè)螺旋周期有10個(gè)核苷酸對(duì)，螺距為3.4nm，堿基對(duì)之間的距離為0.34nm。,(4) 兩鏈間的堿基以氫鍵互相配對(duì)。A與T配，有2個(gè)氫鍵；G與C配，有3個(gè)氫鍵。,雙螺旋結(jié)構(gòu)有A、B、Z三種類型。,A型螺旋比B型螺旋擰得緊一些。,Z型螺旋是左手螺旋。,但目前公認(rèn)B型螺旋是最接近天然狀態(tài)的DNA結(jié)構(gòu)，也是細(xì)胞內(nèi)DNA的主要存在形式。,特定的種或菌株的DNA分子，其堿基順序固定不變，保證了遺傳的穩(wěn)定性。,一旦DNA的個(gè)別部位發(fā)生了堿基排列順序的變化, 都會(huì)導(dǎo)致死亡或發(fā)生

7、遺傳性狀的改變。例如:,在特定部位丟掉一個(gè)或一小段堿基,增加一個(gè)或一小段堿基,改變了DNA鏈的長(zhǎng)短和堿基順序,a.氫鍵。兩條鏈間堿基的相互作用，A與T間兩個(gè)氫鍵，G與C間三個(gè)氫鍵，雖然氫鍵是一個(gè)弱鍵，但DNA中氫鍵數(shù)量大，所以氫鍵是比較重要的因素。,b.堿基堆積力(base stacking action)。是一條鏈上相鄰兩個(gè)平行堿基環(huán)間的相互作用，這是來(lái)自芳香族堿基鍵電子之間的相互作用，是維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的主要因素。堿基堆積使雙螺旋內(nèi)部形成疏水核心，從而有利于堿基間形成氫鍵。,c.離子鍵。DNA分子中磷酸基團(tuán)在生理?xiàng)l件下解離，使DNA成為一種多陰離子，這有利于與帶正電荷的組蛋白或介質(zhì)中的

8、陽(yáng)離子間形成靜電作用，能減少雙鏈間的靜電排斥，有利于雙螺旋的穩(wěn)定。,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素,（3）三股螺旋結(jié)構(gòu)的DNA,a. 科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)并合成由15-25個(gè)核苷酸組成的短鏈反義核酸，這些反義核酸可被綁到DNA中形成三股螺旋的DNA。,b. 1992年我國(guó)科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)具有三股螺旋的天然DNA，已被國(guó)際公認(rèn)。,3、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)超螺旋,DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指雙螺旋基礎(chǔ)上分子的進(jìn)一步扭曲或再次螺旋所形成的構(gòu)象。,其中，超螺旋(superhelix)是最常見也是研究最多的DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)。,細(xì)胞內(nèi)的DNA主要以超螺旋形式存在。 當(dāng)超螺旋DNA的一條鏈上出現(xiàn)一個(gè)缺口時(shí)，超螺旋結(jié)構(gòu)就會(huì)松開，而

9、形成開環(huán)型結(jié)構(gòu)。,a.為直線型雙螺旋結(jié)構(gòu)；b.為開環(huán)型結(jié)構(gòu)；c.為閉環(huán)型超螺旋結(jié)構(gòu),(一) DNA的存在形式,1、真核生物：真核生物(人、高等動(dòng)物、植物、真菌、藻類及原生動(dòng)物)的DNA和組蛋白等組成染色體，少的幾個(gè)，多的幾十或更多，染色體呈絲狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)所有染色體由核膜包裹成一個(gè)細(xì)胞核。,2、原核微生物：原核微生物的DNA只與很少量的蛋白質(zhì)結(jié)合，也沒有核膜包裹，單純由一條DNA細(xì)絲構(gòu)成環(huán)狀的染色體，位于細(xì)胞的中央，高度折疊形成具有空間結(jié)構(gòu)的一個(gè)核區(qū)。,（二）、基因及遺傳信息傳遞,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。它是DNA分子上一個(gè)具有特定堿基順序，即核苷酸順序

10、的片斷。,(2)分類(按功能分),(a) 結(jié)構(gòu)基因：編碼蛋白質(zhì)或酶的結(jié)構(gòu)，控制蛋白質(zhì)或酶的合成，但tRNA和rRNA基因不編碼蛋白質(zhì)；如，大腸桿菌三種有關(guān)利用乳糖的酶是由三個(gè)結(jié)構(gòu)基因決定的；,(b) 操縱基因或操縱區(qū)：它的功能像“開關(guān)”，操縱三個(gè)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；,(c) 調(diào)節(jié)基因，它是控制結(jié)構(gòu)基因的。由調(diào)節(jié)基因決定一種阻抑蛋白封閉操縱區(qū)的作用，使三個(gè)結(jié)構(gòu)基因都不能表達(dá)，阻抑了酶的合成。當(dāng)培養(yǎng)基中有乳糖時(shí)阻抑蛋白失活，不能封閉操縱基因，因而結(jié)構(gòu)基因得以表達(dá)，合成能利用乳糖的酶。,o.操縱基因；a,b,c結(jié)構(gòu)基因；R.調(diào)節(jié)基因；L.乳糖；A. B. C蛋白質(zhì),(三)、DNA的復(fù)制,半保留復(fù)制以親代

11、DNA分子的兩條鏈為模板合成各自的互補(bǔ)鏈，形成兩個(gè)子代的DNA分子的過(guò)程稱為復(fù)制，這個(gè)過(guò)程是半保留復(fù)制即合成新的DNA分子時(shí)，子代DNA的一條鏈來(lái)自親代，另一條鏈為新合成的互補(bǔ)鏈。,首先是DNA分子中的兩條互補(bǔ)的多核苷酸鏈之間的氫鍵斷裂，彼此分開成兩條單鏈，然后各自以原有的多核苷酸鏈為模板，根據(jù)堿基配對(duì)的原則吸收細(xì)胞中游離的核苷酸，按照原有鏈上的堿基排列順序，各自合成出一條新的互補(bǔ)的多核苷酸鏈，新合成的一條多核苷酸鏈和原有的多核苷酸鏈又可以氫鍵連接成新的雙螺旋結(jié)構(gòu)。,半保留復(fù)制DNA兩條鏈都作為模板合成兩條新鏈,三、DNA的變性和復(fù)性,核酸變性：是指核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，氫鍵斷裂，但并不涉及核苷

12、酸間磷酸二酯鍵的斷裂。 DNA的復(fù)性：變性DNA在適當(dāng)條件下，又可使兩條彼此分離的鏈重新締合而形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程又稱為退火。復(fù)性后的DNA可基本恢復(fù)一系列的理化性質(zhì)，生物學(xué)活性也可得到部分恢復(fù)。,引起變性的外部因素：加熱、極端的pH、有機(jī)溶劑、尿素和甲硫胺等。它們都能破壞氫鍵、疏水鍵、堿基堆積力，從而破壞雙螺旋。 DNA的變性可發(fā)生在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)。,DNA的變性和復(fù)性圖,圖 6-7 DNA的解鏈曲線,經(jīng)加熱成單鏈DNA,雙鏈DNA重新形成,圖 6-8 變性DNA重新形成雙鏈DNA的過(guò)程,緩慢冷卻,單鏈DNA,熔解DNA,雙鏈DNA,Tm=92.6,溫度/,DNA變性和蛋白質(zhì)變性的

13、區(qū)別？,三、RNA,1、DNA與RNA的區(qū)別,(1) RNA的戊糖為核糖，DNA的為脫氧核糖；,(2) RNA的四種堿基中沒有胸腺嘧啶(T)，以尿嘧啶(uracil, 簡(jiǎn)稱U)代替；即為A、C、G、U；,(3) RNA是單鏈自身回折結(jié)構(gòu)；堿基配對(duì)：AU，GC。,2、RNA的種類,(1)mRNA(messenger RNA)：約占總RNA量的5。其上帶有指導(dǎo)氨基酸的信息密碼(三聯(lián)密碼子)，作用是翻譯氨基酸，將遺傳信息從DNA傳到蛋白質(zhì)，在肽鏈合成中起決定氨基酸排列順序的模板作用。,(2)tRNA(transfer RNA)：約占總RNA的15，相對(duì)分子量較小，游離于胞質(zhì)中。其上有和mRNA互補(bǔ)的

14、反密碼子，能識(shí)別氨基酸及識(shí)別mRNA上的密碼子，在tRNA-氨基酸合成酶的作用下傳遞氨基酸(實(shí)際上是起翻譯作用)。,(3)rRNA(ribosomal RNA)：約占總RNA量的80，相對(duì)分子量較高，是核糖體的組成成分(占60左右)，核糖體是蛋白質(zhì)合成(翻譯)的場(chǎng)所。,(4)反義RNA：能與DNA的堿基互補(bǔ)，并能阻止、干擾復(fù)制轉(zhuǎn)錄和翻譯的短小的RNA。,四、遺傳密碼,圖6-10 生長(zhǎng)期細(xì)菌群體的RNA、DNA和蛋白質(zhì)含量的變化,五、微生物生長(zhǎng)與蛋白質(zhì)合成,2、蛋白質(zhì)合成過(guò)程,(1)復(fù)制：決定該種蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的相應(yīng)一段DNA鏈(結(jié)構(gòu)基因)的自我復(fù)制；,(2)轉(zhuǎn)錄：蛋白質(zhì)不能直接由DNA合成，而

15、通過(guò)DNA的副本RNA合成。轉(zhuǎn)錄是雙鏈DNA分開，以其中的一條單鏈為模板轉(zhuǎn)錄出一條mRNA。新轉(zhuǎn)錄的mRNA鏈的核苷酸堿基的排列順序與模板DNA鏈的核苷酸堿基排列順序互補(bǔ)。同樣，也可以DNA分子的某些部分核苷酸堿基順序轉(zhuǎn)錄成tRNA和rRNA。,(3)翻譯：翻譯是由tRNA完成的，tRNA鏈上有與mRNA鏈上對(duì)氨基酸順序編碼的核苷酸堿基順序(密碼子)互補(bǔ)的反密碼子,tRNA具有特定識(shí)別作用的兩端：一端識(shí)別特定的、在ATP和氨基酸合成酶作用下被活化的氨基酸，并與之暫時(shí)結(jié)合形成氨基酸t(yī)RNA的結(jié)合分子。另一端有三個(gè)核苷酸堿基順序組成反密碼子。tRNA上的反密碼子能識(shí)別mRNA上的與之互補(bǔ)的密碼子，

16、并與之暫時(shí)結(jié)合。,(4)蛋白質(zhì)合成：通過(guò)兩端識(shí)別作用，把特定氨基酸轉(zhuǎn)送到一定位置上，使不同的氨基酸按照mRNA上的堿基順序連接起來(lái)，在多肽合成酶的作用下合成多肽鏈(mRNA的堿基順序決定了多肽鏈上氨基酸的排列順序)，多肽鏈合成后組成特定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。,圖6-11 原核微生物的DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA示意圖 注：圖中啟動(dòng)子即啟動(dòng)密碼，終止子即終止密碼,圖6-13 真核微生物的DNA轉(zhuǎn)錄（mRNA合成）,原核生物與真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的區(qū)別1. 真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)，翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行；原核生物則在核區(qū)同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯；2. 真核生物一個(gè)mRNA只編碼一個(gè)基因；原核生物一個(gè)mRNA編碼多個(gè)

17、基因；3. 真核生物有RNA聚合酶、等三種不同的酶；原核生物則只有一種RNA聚合酶；4. 真核生物中轉(zhuǎn)錄的起始更復(fù)雜，RNA的合成需要轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助進(jìn)行轉(zhuǎn)錄；原核生物則較為簡(jiǎn)單；5. 真核生物的mRNA 轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行加工，然后運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行翻譯；原核生物無(wú)需進(jìn)行加工，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。,原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控-乳糖操縱子模型,1.調(diào)節(jié)基因和結(jié)構(gòu)基因.,2 調(diào)控位點(diǎn) (1) Operator 操縱基因 (2) CAP(catabolite gene activation protein) or CRP(cAMP受體蛋白)結(jié)合位點(diǎn) (3) Promotor 3 別乳糖為誘導(dǎo)物 4 本底組成型(bac

18、kground constitutive synthesis) 組成型(constitutive gene) 即看家基因（Houskeeping gene),未發(fā)現(xiàn),乳糖,第二節(jié) 微生物的變異,一、變異的實(shí)質(zhì)基因突變 基因突變：DNA因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，從而引起其后代表型的改變.,二、突變的類型 （一）自發(fā)突變: 指微生物在自然條件下，沒有人工參與而發(fā)生的基因突變,（二）誘發(fā)突變 指在細(xì)菌的環(huán)境中加入理化因素而誘導(dǎo)細(xì)菌發(fā)生的突變。 凡提高突變率的理化因子都可稱誘變劑（mutagen） 1、物理誘變: （1） 紫外輻射誘變作用機(jī)制： 主要的生物

19、效應(yīng)是DNA吸收紫外輻射，引起DNA結(jié)構(gòu)的變化。引起DNA結(jié)構(gòu)的變化有很多方面：DNA斷裂、DNA交聯(lián)、DNA與蛋白質(zhì)交聯(lián)、胞嘧啶與鳥嘌呤的水合作用及嘧啶二聚體的形成。,（2）DNA損傷的修復(fù) 光復(fù)活和暗復(fù)活 光復(fù)活：光裂合酶在可見光下（300-500nm）會(huì)因獲得光能而發(fā)生解離從而使二聚體重新分解成單體。 暗復(fù)活：切除修復(fù)和重組修復(fù),切除修復(fù)： 需要三種酶協(xié)同作用，不需要可見光的激活。首先在二聚體兩側(cè)核酸內(nèi)切酶作用下造成單鏈斷裂并切除二聚體。DNA聚合酶I作用下修復(fù)，最后DNA連接酶縫合新合成的DNA片段和原DNA片段。,重組修復(fù)： 必須在DNA進(jìn)行復(fù)制的情況下進(jìn)行，所以又稱復(fù)制后修復(fù)。大腸

20、桿菌可以在不切除胸腺二聚體情況下以帶有二聚體的這一單鏈為模板而合成互補(bǔ)單鏈，但在二聚體附近留下了一個(gè)空隙，經(jīng)過(guò)染色體交換，使空隙部分面對(duì)正常單鏈，DNA聚合酶和連接酶將此修復(fù)。, SOS修復(fù)： DNA大范圍損失作為一種求救信號(hào)引發(fā)設(shè)計(jì)DNA修復(fù)的多種細(xì)胞功能參加的誘導(dǎo)作用。正常的SOS系統(tǒng)被LexA蛋白所抑制，DNA損傷時(shí)激活RecA蛋白酶活性，使LexA蛋白失活，啟動(dòng)SOS系統(tǒng)。一旦修復(fù)完成，SOS系統(tǒng)關(guān)閉。SOS系統(tǒng)是一種傾向差錯(cuò)的DNA修復(fù)機(jī)制，可造成突變。,適應(yīng)性修復(fù)： 細(xì)菌由于長(zhǎng)期接觸低劑量誘變劑會(huì)產(chǎn)生修復(fù)蛋白酶，修復(fù)DNA上因甲基化而遭受的損傷。,2、化學(xué)誘變 化學(xué)誘變可造成堿基對(duì)

21、的置換 轉(zhuǎn)換（transition）：嘌呤被另一嘌呤或嘧啶被另一嘧啶取代。 顛換（transversion）：嘌呤被嘧啶取代。,化學(xué)誘變對(duì)DNA的作用形式有三類： （1）直接引起置換的誘變劑 是一類可直接與核酸堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑?？膳c一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)的轉(zhuǎn)換。,亞硝酸可使堿基發(fā)生氧化脫氨，使腺嘌呤A轉(zhuǎn)變?yōu)榇吸S嘌呤H，胞嘧啶C變成尿嘧啶U，引起A=T向G=C轉(zhuǎn)換,腺嘌呤氧化脫氨后形成烯醇式次黃嘌呤（He） He通過(guò)互變異構(gòu)效應(yīng)形成酮式次黃嘌呤（HK） DNA復(fù)制時(shí)，HK 與胞嘧啶（C）配對(duì) DNA第二次復(fù)制時(shí)，C與G正常配對(duì)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換。,（2）間接引起

22、置換的誘變劑：這類誘變劑是一些堿基類似物，5-溴尿嘧啶（5-Bu）、5-氨基尿嘧啶（5-Au）、8-氮鳥嘌呤（8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）等。它們的作用是通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)摻入到DNA分子后引起的，因此是間接的。,（3）引起移碼突變的誘變劑：由誘變劑引起DNA分子中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸的增添、插入或缺失，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(cuò)誤的一類突變。,3、復(fù)合處理及協(xié)同效應(yīng) 兩種或多種誘變劑先后使用； 同一種誘變劑重復(fù)使用； 兩種或多種誘變劑同時(shí)使用,4、定向培育與馴化: 用某一特定環(huán)境長(zhǎng)期處理某一微生物群體，不斷移種傳代，從中選擇具有合格性狀的自發(fā)突變體。因自發(fā)突變

23、率低，變異程度低，培育進(jìn)程很緩慢。 環(huán)境工程中仍采用定向培育的方法培育菌種馴化。,第三節(jié) 基因重組,一、定義,兩個(gè)獨(dú)立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過(guò)一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組的過(guò)程，稱為基因重組(gene recombination)或遺傳重組(genetic recombination)，簡(jiǎn)稱重組。,可通過(guò)雜交、轉(zhuǎn)化等手段達(dá)到基因重組。,二、雜交(接合),雜交是通過(guò)雙親細(xì)胞的融合，使整套染色體的基因重組(如酵母菌和霉菌等)，或者是通過(guò)雙親細(xì)胞的溝通，使部分染色體基因重組(如細(xì)菌)。,在真核微生物和原核微生物中可通過(guò)雜交獲得有目的的、定向的新品種。如含有固氮基因的肺炎克氏桿菌(Kleb

24、siella pneumoniae)的固氮基因傳遞給大腸桿菌，產(chǎn)生了含有固氮基因并有固氮能力的nif+大腸桿菌，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和缺氮的工業(yè)廢水處理很有意義。,三、轉(zhuǎn)化(transformation) （引進(jìn)）,受菌體直接吸收供菌體的DNA片斷而獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化作用。,DNA片斷,新的性狀細(xì)胞,供體細(xì)胞,研碎,微生物轉(zhuǎn)化過(guò)程基本過(guò)程：,1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力。,通過(guò)轉(zhuǎn)化方式而形成的雜種后代，稱轉(zhuǎn)化子(transformant)。,四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction) （間諜竊?。?通過(guò)缺陷噬菌體(d

25、efective phage)的媒介，把供體細(xì)胞的小片段DNA攜到受體細(xì)胞中，通過(guò)交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。,由轉(zhuǎn)導(dǎo)作用而獲得部分新性狀的重組細(xì)胞，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子(transductant)。,Transduction,Figure 8.28,Recombinant,1,Phage protein coat,Bacterial chromosome,2,3,Bacterial DNA,Phage DNA,4,Recipient cell,5,Donor bacterial DNA,Recipient bacterial DNA,Recombinant cell,A p

26、hage infects the donor bacterial cell.,Phage DNA and proteins are made, and the bacterial chromosome is broken down into pieces.,Occasionally during phage assembly, pieces of bacterial DNA are packaged in a phage capsid. Then the donor cell lyses and releases phage particles containing bacterial DNA

27、.,A phage carrying bacterial DNA infects a new host cell, the recipient cell.,Recombinant can occur, producing a recombinant cell with a genotype different from both the donor and recipient cells.,第四節(jié) 突變體及重組子的檢測(cè)與篩選,人們用某種誘變因子誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生突變體，目的是為了從中獲得優(yōu)良的目的品種突變體。因此，需要用一定的檢測(cè)方法檢測(cè)與篩選。 一、突變體的檢測(cè)的方法 （一）直接檢測(cè)表現(xiàn)型 直接

28、檢測(cè)表現(xiàn)型是最簡(jiǎn)便易行的檢測(cè)方法。 識(shí)別特征：光滑型菌落（正常細(xì)菌） 粗糙型菌落（突變株） 通過(guò)觀察菌落就可識(shí)別，直觀而又快速。,正常細(xì)菌 原產(chǎn)紅色素、 呈紅色的菌落,突變株 無(wú)色菌落,誘變 、培養(yǎng),圖6-20 影印平板技術(shù)（正常菌E.coli） 注：圖中紅色實(shí)心者為正常菌落；藍(lán)色實(shí)心者為突變株,（二）間接檢測(cè)法,有許多的突變體不能用直接檢測(cè)獲得，如高溫菌、低溫菌、嗜酸菌、嗜堿菌及營(yíng)養(yǎng)缺陷型的微生物要通過(guò)控制培養(yǎng)條件而獲得。 對(duì)于轉(zhuǎn)入質(zhì)粒等的重組子，可以采用抗性進(jìn)行篩選。,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,一、遺傳工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用 （一）質(zhì)粒育種 質(zhì)粒是細(xì)菌體內(nèi)一

29、種獨(dú)立于染色體外，與細(xì)菌細(xì)胞共生能獨(dú)立復(fù)制和穩(wěn)定地延續(xù)遺傳的遺傳單位，其基因由環(huán)狀雙鏈共價(jià)閉合DNA分子組成，長(zhǎng)1-200kb。不帶有重要基因，存在與否不對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生致死效應(yīng)。 不同質(zhì)?？截悢?shù)不同，根據(jù)其數(shù)目分為嚴(yán)緊型和松弛型兩類。嚴(yán)緊型質(zhì)粒多半是一些具有自身傳遞性能力的大質(zhì)粒，其DNA復(fù)制與宿主染色體DNA復(fù)制相偶聯(lián)，每個(gè)細(xì)胞僅1-2個(gè)拷貝，不能充當(dāng)載體。松弛型質(zhì)粒約為10-200個(gè)，DNA復(fù)制不與染色體DNA偶聯(lián)復(fù)制調(diào)控以松弛的方式進(jìn)行。,根據(jù)質(zhì)粒的功能可分為抗藥性質(zhì)粒、降解質(zhì)粒、載體質(zhì)粒等。 目前已知的降解質(zhì)粒有4類： 石油降解質(zhì)粒 農(nóng)藥降解質(zhì)粒 工業(yè)污染物降解質(zhì)粒 抗重金屬離子的質(zhì)粒,多質(zhì)粒超級(jí)細(xì)菌圖,圖6-21 用遺