微生物遺傳和變異(4)講稿

1、關(guān)于微生物的遺傳與變異 (4)第一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/20222一、幾個(gè)概念1、遺傳 生物的上一代將自己的遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能，具有極其穩(wěn)定的特性。第二張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202232、遺傳型 某一生物所含有的遺傳信息即DNA中正確的核苷酸序列。生物體通過這個(gè)核苷酸序列控制蛋白質(zhì)或RNA的合成，一旦功能性蛋白合成，可調(diào)控基因表達(dá)。 第三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/20224 遺傳型是一種內(nèi)在可能性或潛力，其實(shí)質(zhì)是遺傳物質(zhì)上所負(fù)載的特定遺傳信息。具有某遺傳型的生物只有在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下通過自身的代

2、謝和發(fā)育，才能將它具體化，即產(chǎn)生表型。第四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202253、表型 某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和，是遺傳型在合適環(huán)境條件下的具體體現(xiàn)。是一種現(xiàn)實(shí)性。第五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202264、變異 是生物體在某種外因或內(nèi)因作用下引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，亦即遺傳型的改變。 特點(diǎn)：幾率極低(一般為10-510-6)；性狀變化幅度大；變化后的新性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。第六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202275、飾變 指一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上的表型變化. 特

3、點(diǎn):整個(gè)群體幾乎每個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的變化;性狀變化的幅度小.因其遺傳物質(zhì)不變,因此飾變是不遺傳的.第七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/20228第一節(jié) 微生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一、基因組和質(zhì)粒（一）基因組 細(xì)菌的基因組位于核體，是遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。核體又稱染色體，是由雙條環(huán)狀雙螺旋DNA長(zhǎng)鏈組成的，含有遺傳基因，控制著細(xì)菌的遺傳與變異。第八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/20229（二）質(zhì) 粒 質(zhì)粒是細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，多為環(huán)狀雙螺旋DNA分子。質(zhì)?？梢宰陨韽?fù)制，隨宿主菌分裂傳到子代菌體。在一定條件下，質(zhì)?？梢赞D(zhuǎn)移，也可丟失。質(zhì)粒是自行復(fù)制單位，有的需

4、與核質(zhì)染色體的復(fù)制同步，稱為嚴(yán)緊型復(fù)制。第九張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202210 質(zhì)粒編碼細(xì)菌各種重要的生物學(xué)性狀.編碼性菌毛的質(zhì)粒稱致育質(zhì)粒或F質(zhì)粒;編碼細(xì)菌各種毒力因子的質(zhì)粒稱毒力質(zhì)?；騐i質(zhì)粒;而細(xì)菌對(duì)抗菌藥物或重金屬鹽類的抗性則有R質(zhì)粒所決定.一種質(zhì)?？赏瑫r(shí)具有幾種編碼功能.第十張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202211質(zhì)粒示意圖第十一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202212細(xì)菌的質(zhì)粒第十二張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202213二、轉(zhuǎn)座因子和毒力島（一）轉(zhuǎn)座因子 近年來發(fā)現(xiàn)微生物的某些D

5、NA片段作為一個(gè)獨(dú)立單位可以在染色體上移動(dòng)，此種移動(dòng)甚至發(fā)生在不同種細(xì)菌之間。這種可移動(dòng)的DNA片段稱之為轉(zhuǎn)座因子。細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子有三種類型：插入序列、轉(zhuǎn)座子以及某些特殊的噬菌體。第十三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202214（二）毒力島 毒力島是20世紀(jì)90年代提出的一個(gè)新概念。毒力島是指病原菌的某個(gè)或某些毒力基因群，分子結(jié)構(gòu)與功能有別于細(xì)菌染色體，但位于細(xì)菌染色體之內(nèi)，因此稱之為“島”。其生物學(xué)意義尚不清楚,推測(cè)其與細(xì)菌的毒力變異有關(guān)。第十四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202215第二節(jié) 微生物的主要變異一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異 在外界環(huán)境條件影

6、響下,微生物的形態(tài)往往會(huì)發(fā)生變化,但這些變異大多是暫時(shí)的; 如果微生物在環(huán)境條件長(zhǎng)期變化的影響下,其改變的形態(tài)也是不易恢復(fù)的. （一）形態(tài)的變異 （二）結(jié)構(gòu)與抗原性變異 （三）菌落的變異第十五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202216（一）形態(tài)的變異 微生物在異常條件下發(fā)育時(shí),可以發(fā)生形態(tài)的改變.如從炭疽病豬咽喉分離到的炭疽桿菌,大多呈細(xì)長(zhǎng)絲狀,而不是典型的竹節(jié)狀排列.在實(shí)驗(yàn)室保存的菌種,若沒有及時(shí)的進(jìn)行移植,其形態(tài)變異更為常見.第十六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202217（二）結(jié)構(gòu)與抗原性變異1 莢膜變異: 禽源性巴氏桿菌2 芽胞變異: 炭疽桿

7、菌3 鞭毛變異: 變形桿菌第十七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202218R菌落S菌落（三）菌落的變異第十八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202219二、生化變異 （一）營(yíng)養(yǎng)缺陷型變異 （二）抗藥性變異 （三）抗噬菌體變異 （四）毒力的變異第十九張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202220第三節(jié) 微生物變異的機(jī)理一、非遺傳性變異 非遺傳性變異，即基因無變化，只因外界環(huán)境暫時(shí)的影響而表現(xiàn)出的變異。例如炭疽桿菌菌落正常表現(xiàn)為粗糙型，但有人證明在厭氧的條件下，在含有血清或血液的培養(yǎng)基中，菌落變?yōu)楣饣汀Ｈ绻谟醒醯臈l件下，普通瓊脂培養(yǎng)又

8、可見到粗糙型菌落。目前對(duì)非遺傳變異的機(jī)理還不太清楚。 第二十張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202221二、遺傳性變異 由于微生物基因發(fā)生了改變，使其相應(yīng)的性狀也發(fā)生改變，并可以遺傳下去，這種變異稱為遺傳性變異。遺傳性變異的機(jī)理包括基因突變和基因重組兩方面。第二十一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202222（一）基因突變 又稱為突變。是基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，如DNA分子上排列的堿基對(duì)發(fā)生的變化?；蛲蛔兛煞譃閴A基置換和移碼兩種類型。 第二十二張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202223 按其發(fā)生的原因，可分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變兩類

9、。 自發(fā)突變是指沒有人為影響的外界條件下，自然發(fā)生的突變，突變率一般是10-610-9。 誘發(fā)突變是指微生物受某些物理、化學(xué)因素的作用發(fā)生了突變，這種現(xiàn)象稱為誘變。 第二十三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202224（二）基因重組 將一個(gè)不同性狀個(gè)體細(xì)胞內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到另一個(gè)個(gè)體細(xì)胞內(nèi)并使之發(fā)生遺傳變異的過程，稱為基因重組。細(xì)菌的基因重組有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和接合等四種方式。第二十四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022251、轉(zhuǎn)化肺炎雙球菌莢膜轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞直接吸收了來自供體細(xì)胞的DNA片段,并把它整合到自己基因組中,獲得了供體細(xì)胞部分遺傳性狀

10、的現(xiàn)象.第二十五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022262、轉(zhuǎn)導(dǎo)以溫和噬菌體為媒介,把供體細(xì)胞中的DNA片段攜帶到受體細(xì)胞中,而使后者獲得了前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象.第二十六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022273、溶原性轉(zhuǎn)換因前噬菌體基因插入寄主的基因組而使后者獲得一些新性狀的現(xiàn)象.第二十七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022284、接合供體菌和受體菌細(xì)胞經(jīng)直接接觸通過性菌毛傳遞DNA(或質(zhì)粒)遺傳信息的現(xiàn)象第二十八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202229三、基因工程（一）基因工程的概念 基因工程

11、，也稱遺傳工程。基因工程技術(shù)是用人工方法將所需某一供體生物的遺傳物質(zhì)-DNA分子提出，在離體條件下進(jìn)行切割后，與作為載體的DNA分子連接，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，使外來的遺傳物質(zhì)在受體細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)，從而產(chǎn)生一種新物種。 第二十九張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202230（二）基因工程的應(yīng)用1醫(yī)學(xué)方面： 人類的遺傳性疾病已發(fā)現(xiàn)多達(dá)3000多種。根據(jù)推理，可利用基因移植的方法，使健康基因代替遺傳病人的缺失基因，實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想尚需20-25年。 第三十張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022312農(nóng)業(yè)方面 可以通過基因工程手段將固氮菌的固氮基因移植到玉

12、米、小麥等作物根際土壤細(xì)菌中去，或直接轉(zhuǎn)移到小麥、玉米等細(xì)胞內(nèi)，使之具有固氮能力，這樣可以大大減少氮肥供應(yīng)。第三十一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022323環(huán)境保護(hù)方面 美國(guó)Chakrabartz等經(jīng)過多年研究，在1978年獲得能降解多種烴類的新菌株。4其他 利用基因工程的方法生產(chǎn)基因工程苗、合成肽苗等。第三十二張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202233一、理論上的意義（一）奠定了分子生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ) 細(xì)菌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為單倍體的單細(xì)胞生物，一旦基因突變，即能表達(dá)出來。 第 四 節(jié) 微生物變異在理論和實(shí)踐上的意義第三十三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2

13、022年6月9/18/202234 細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖迅速。細(xì)菌在液體培養(yǎng)基中，周圍環(huán)境對(duì)其作用直接而均勻。在固體培養(yǎng)上能形成肉眼可見的具有一定特征的菌落。 細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單，有利于作營(yíng)養(yǎng)需要分析和代謝途徑的研究，容易獲得營(yíng)養(yǎng)缺陷。 細(xì)菌種類較多，其生物性狀又很豐富，便于選擇。第三十四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202235（二）定向培育優(yōu)良菌種（毒種） 掌握微生物變異的規(guī)律，是育種工作的基礎(chǔ)。定向培育是指用某一特定環(huán)境長(zhǎng)期處理某一微生物群體，同時(shí)不斷對(duì)它們進(jìn)行移種、傳代，以達(dá)到積累和選擇理想的新菌株（毒種）的目的。 近年來已開始用基因重組的方法，人工創(chuàng)造一些新菌種。 第三十

14、五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202236二、實(shí)際應(yīng)用（一）診斷、防治傳染病1在診斷方面 細(xì)菌發(fā)生變異后，其形態(tài)、生理各種特性都與原來的菌種不同，往往出現(xiàn)一些非典型菌株，診斷傳染病時(shí)應(yīng)予注意。第三十六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022372在預(yù)防方面 無毒或弱毒菌株除可在自然界尋找到外，亦可用人工方法改變有毒菌株進(jìn)行定向培育。3在治療方面 由于耐藥株的不斷出現(xiàn)與增加，故選用抗菌藥物時(shí)，針對(duì)性要強(qiáng)，必要時(shí)先作藥敏試驗(yàn)，并正確掌握用藥時(shí)機(jī)和劑量，以達(dá)到將體內(nèi)病原菌全部消滅掉。第三十七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/202238（二）菌種的衰退復(fù)壯和保藏 1.衰退的防止 不論在實(shí)驗(yàn)室還是在生產(chǎn)中: A 必須嚴(yán)格控制菌種的移種代數(shù)，即盡量避免不必要的移種和傳代，以降低突變幾率; B 創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件; C 采用有效的菌種保存方法; D 利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行傳代接種。第三十八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9/18/2022392.菌種的復(fù)壯 通過純種分離，可把退化菌種中的一部分仍保持原來有典型性狀的單細(xì)胞分離出來，經(jīng)過擴(kuò)大培養(yǎng)，就可恢復(fù)原菌株的典型性狀。對(duì)于退化的病原微生物菌株，可通過接種敏感的動(dòng)物以提高菌株的毒性。 第三十