環(huán)境工程微生物學(xué)-微生物的遺傳和變異3課件

環(huán)境工程微生物學(xué)主要內(nèi)容微生物的遺傳(重點(diǎn))微生物的變異基因重組遺傳工程技術(shù)在環(huán)保中的應(yīng)用(重點(diǎn))微生物的遺傳和變異（重點(diǎn)）微生物的遺傳遺傳和變異是一切生物最本質(zhì)的屬性。遺傳（保守性/相對(duì)性）變異（絕對(duì)性）——育種/廢水（氣、固廢）降解菌的篩選遺傳和變異——進(jìn)化遺傳學(xué)：研究生物遺傳和變異現(xiàn)象的學(xué)科。微生物的遺傳一、遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)－－DNA三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）：（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)SR噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體1952.赫爾希和切斯

1952年赫爾希和切斯噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)1、DNA的結(jié)構(gòu)DNA由兩條多個(gè)核苷酸組成的鏈配對(duì)而成，兩條鏈彼此互補(bǔ)，以右手螺旋的方式圍繞一根主軸而互相盤(pán)繞形成。DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制核苷酸的結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)DNA分子結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)A~T,G~C互相間通過(guò)

氫鍵連接。DNA的存在形式染色體（DNA和蛋白）1.基因是一個(gè)具有遺傳因子效應(yīng)的DNA片段，它是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。是生物染色體上的一段DNA，它儲(chǔ)存了遺傳信息，又具有自我復(fù)制的能力?；蚓哂刑囟ǖ膲A基順序，即核苷酸順序，它不僅可以決定生物的某一個(gè)性狀，而且還具有調(diào)控其他基因表達(dá)活性的功能?；蚣仁且粋€(gè)結(jié)構(gòu)單位，也是一個(gè)功能單位?；颉z傳因子基因控制遺傳性狀，但不等于遺傳性狀。任何一個(gè)遺傳性狀的表達(dá)都是在基因控制下的個(gè)體發(fā)育的結(jié)果。從基因型到表現(xiàn)型需要通過(guò)酶催化的代謝活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛑苯涌刂泼傅暮铣?，控制新陳代謝，從而決定遺傳性狀的表現(xiàn)?；颉z傳因子？1、DNA的復(fù)制DNA具有獨(dú)特的半保留式的自我復(fù)制能力，確保了DNA復(fù)制精確，并保證一切生物遺傳性的相對(duì)穩(wěn)定。DNA的復(fù)制DNA的復(fù)制2、DNA的復(fù)制的酶（1）解旋酶（2）DNA聚合酶（3）DNA連接酶能使細(xì)胞中游離的四種脫氧核糖核苷三磷酸（dATP,dCTP,dTTP.dGTP）合成DNA(有適量DNA和Mg2+)；性質(zhì)：模板指導(dǎo)性的酶

5’---3’

產(chǎn)物DNA和天然的DNA性質(zhì)相同DNA的變性：解鏈溫度Tm：DNA的復(fù)性：DNA的變性和復(fù)性DNA的變性mRNA叫信使RNA，tRNA叫轉(zhuǎn)移RNA，rRNA（核糖體RNA）反義RNA起調(diào)節(jié)作用，決定mRNA翻譯合成速度。由mRNA、tRNA、反義RNA和rRNA協(xié)作合成蛋白質(zhì)。RNA及其作用

DNA分子的四種堿基A（腺嘌呤）T（胸腺嘧啶）G（鳥(niǎo)嘌呤）C（胞嘧啶）

RNA分子的四種堿基A（腺嘌呤）

U（尿嘧啶）G（鳥(niǎo)嘌呤）C（胞嘧啶）蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成mRNAmRNA+tRNAmRNA+tRNA+rRNA蛋白質(zhì)合成64蛋白質(zhì)合成mRNA合成mRNA合成1.識(shí)別功能（起始；終止）2.解旋功能特點(diǎn)：1.RNA很短2.單鏈蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)合成過(guò)程：

轉(zhuǎn)錄mRNA：由DNA轉(zhuǎn)錄成mRNA，同時(shí)也轉(zhuǎn)錄成其他幾種RNA；

翻譯：由tRNA完成；

蛋白質(zhì)合成：依托核糖體，合成多肽，

經(jīng)修飾、折疊、加工，最終生成具有特定功能的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的合成第二節(jié)微生物的變異一、變異的實(shí)質(zhì)在微生物遺傳過(guò)程中，由于某種因素的影響，DNA上的堿基對(duì)發(fā)生差錯(cuò)，出現(xiàn)堿基的缺失、置換或插入，改變了基因內(nèi)原有的堿基順序，導(dǎo)致后代性狀的改變。當(dāng)這種改變可以遺傳時(shí)，就是發(fā)生了突變。所以說(shuō)基因突變是微生物發(fā)生變異的實(shí)質(zhì)?！扒度肴玖稀保哼灌こ?，原黃素、溴化乙錠二、突變的類(lèi)型突變的類(lèi)型自發(fā)突變

誘發(fā)突變第二節(jié)微生物的變異物理誘變，如紫外線(xiàn)?；瘜W(xué)誘變，利用化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)突變。紫外線(xiàn)的作用機(jī)理：形成T的二聚體，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制出現(xiàn)錯(cuò)誤。光復(fù)活性：核苷酸切除修復(fù)酶遺傳病、癌癥突變的應(yīng)用可進(jìn)行定向培育和馴化。在環(huán)境工程中，常采用定向培育的方法來(lái)培育菌種（馴化）。第二節(jié)微生物的變異誘變育種三、基因重組基因重組是改變微生物遺傳性狀的另一途徑。把來(lái)自不同性狀的個(gè)體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到一起，使基因重新組合，產(chǎn)生新品種，稱(chēng)為基因重組或遺傳重組。重組是分子水平上的一個(gè)概念，可以理解為遺傳物質(zhì)分子水平的雜交。第三節(jié)基因重組基因工程基因工程過(guò)程示意圖①?gòu)募?xì)胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因剪切酶連接酶修飾酶遺傳工程技術(shù)在環(huán)保中的應(yīng)用（1）石油降解功能菌的構(gòu)建（2）烴類(lèi)和抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建（3）脫色工程菌的構(gòu)建（4）特殊環(huán)境下的Q5T工程菌的構(gòu)建（5）人工合成有機(jī)物工程菌的構(gòu)建（6）重金屬污染的基因工程修復(fù)

基因工程在環(huán)保方面的應(yīng)用（1）石油降解功能菌的構(gòu)建環(huán)境污染凈化

20世紀(jì)70年代美國(guó)生物學(xué)家Chakrabarty等對(duì)假單胞桿菌屬的不同菌種分解烴類(lèi)化臺(tái)物的遺傳學(xué)進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)假單胞桿菌屬的許多菌種的細(xì)胞內(nèi)含有某種降解質(zhì)粒，它們控制著石油中烴類(lèi)降解菌酶的合成?；蚬こ淘诃h(huán)保方面的應(yīng)用(2)烴類(lèi)和抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建Chakrabartv等人同時(shí)將著油的假單胞菌體內(nèi)能夠陣解辛烷、乙烷、癸烷功能的0CT質(zhì)粒和抗汞質(zhì)粒MER向時(shí)轉(zhuǎn)移到對(duì)20mg/L汞敏感的惡臭假單胞菌體內(nèi)，結(jié)果使對(duì)汞敏感的惡臭假單胞菌轉(zhuǎn)變成了能抗50—70mg/L汞，且能同時(shí)分解烷烴的抗汞質(zhì)粒菌?；蚬こ淘诃h(huán)保方面的應(yīng)用（3）脫色工程菌的構(gòu)建基因工程在環(huán)保方面的應(yīng)用

目前，已經(jīng)將含有降解偶氮染料質(zhì)粒的編號(hào)K24和K46兩株假單胞菌通過(guò)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。（4）特殊環(huán)境下的Q5T工程菌的構(gòu)建基因工程在環(huán)保方面的應(yīng)用

Q5T工程菌是由將嗜溫菌pseudomounasputdapawl中能降解甲苯和二甲苯的質(zhì)粒TOL轉(zhuǎn)移到嗜冷菌Q5

菌株體內(nèi)構(gòu)建而成的。

該Q5T工程菌在0攝氏度時(shí)仍能正常利用濃度為1000mg/L的甲苯作為碳源，這對(duì)寒冷地區(qū)進(jìn)行廢水生物處理既有十分重要的意義。（5）人工合成有機(jī)物工程菌的構(gòu)建A.多氯聯(lián)苯PCBs基因工程在環(huán)保方面的應(yīng)用基因工程在環(huán)保方面的應(yīng)用B.除草劑：阿特拉津B.除草劑：阿特拉津B.除草劑：