微生物的遺傳和變異

微生物的遺傳和變異第1頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月基本定義第一節(jié)微生物的遺傳第二節(jié)微生物的變異第三節(jié)基因重組第四節(jié)遺傳工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用第2頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳：生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能。它具有極其穩(wěn)定的特性?；颍夯蚴荄NA分子上具有一定功能的區(qū)段，分為結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因遺傳型：又稱基因型，指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因的總和。表型：指某一生物所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和。遺傳型在一定環(huán)境下的表現(xiàn)第3頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月變異：生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，亦即遺傳型的改變。飾變：指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化第4頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)微生物的遺傳經(jīng)典實驗核外DNA的種類DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制DNA的變性和復(fù)性第5頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)典試驗：證明核酸是遺傳信息的載體1、轉(zhuǎn)化實驗：1928年，Griffith等分別用肺炎R型/S型雙球菌感染小鼠，得知S型菌株具有感染能力；利用熱死的S菌株與R型菌株同時感染小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠染病，得出S型肺炎雙球菌可以將具有遺傳功能的物質(zhì)傳遞給R型肺炎雙球菌。1944年，在以上基礎(chǔ)上用將S型菌的各組分分別與R型共同培養(yǎng)，得出結(jié)論——S型菌傳遞給R型菌的不是性狀本身而是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。第6頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月Griffith

轉(zhuǎn)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第7頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.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：第8頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月只有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。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的是遺傳因子,即DNA。第9頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月核外DNA的種類核外染色體真核生物的“質(zhì)?！痹松锏馁|(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)粒第10頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月卡巴顆粒第11頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制DNA的結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)，每條鏈都由脫氧核糖、磷酸交替排列構(gòu)成，其中夾有堿基。第12頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月脫氧核糖堿基磷酸AGCT基本單位－脫氧核苷酸第13頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月AGCT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第14頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月連接

ATGCATGCDNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖第15頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA的復(fù)制第17頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月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)。第18頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA：核糖核酸，與DNA相似，只是以核糖代替脫氧核糖，以尿嘧啶代替胸腺嘧啶。RNA有tRNA、rRNA、mRNA及反義RNA，由DNA轉(zhuǎn)錄而成。第19頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的變異基因突變的定義突變率突變的類型第21頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月變異的實質(zhì)——基因突變基因突變：變異的一種，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)突然發(fā)生的可遺傳的變化（10－6－10－9）第22頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月突變率：每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率或每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株的數(shù)目來表示。測定方法：回復(fù)突變抗藥性突變第23頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月菌名 突變性狀 突變率E.coli 抗T1噬菌體 3×10–8E.coli 抗T3噬菌體 1×10–

E.coli 不發(fā)酵乳糖 1×10–10E.coli 抗紫外線 1×10–5Staphylococcusaureus 抗青霉素 1×10–7S.aureus 抗鏈霉素 1×10–9

Salmonellatyphi 抗25g/L鏈霉素 1×10–6

Bacillusmegaterium 抗異煙肼 5×10–5

第24頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月突變的類型自發(fā)突變定義：指某微生物在自然條件下，沒有人工參與而發(fā)生的基因突變第25頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月自發(fā)突變機制：背景輻射和環(huán)境因素的誘變，即低劑量誘變因素反復(fù)作用微生物自身有害產(chǎn)物的誘變效應(yīng)過氧化氫（內(nèi)源性誘變劑）互變異構(gòu)效應(yīng)（酮式、烯醇式的互變）環(huán)出效應(yīng)（環(huán)狀突出—復(fù)制—→遺傳缺失）第26頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月A-TG(-OH)-TG-CA:G第27頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月誘發(fā)突變定義：利用物理的或化學(xué)的因素處理微生物群體，促使少數(shù)幾個細(xì)胞的DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起微生物的遺傳性狀發(fā)生突變。誘變劑：凡能提高突變率的因素都稱為誘發(fā)因素或誘變劑第29頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月物理誘變紫外線對DNA的損傷及其修復(fù)紫外線的主要作用是使用鏈DNA的相鄰嘧啶間形成共價結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體(雙鏈扭曲變形，不能正常配對)

第30頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月胸腺嘧啶二聚體第32頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月修復(fù)機制：光復(fù)活（reactixlation）紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下，可明顯降低死亡率的現(xiàn)象。光復(fù)活酶（photoreacivatingenzymePRE）（光裂合酶）與二聚體結(jié)合，在可見光下獲得能量，使二聚體解聚，受損傷的DNA得到修復(fù)。第33頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月暗修復(fù)作用（darkrepair）（切除修復(fù)）不但可以修復(fù)紫外線損傷的DNA，還可以修復(fù)一些受到誘變劑（如烷化劑、x射線、γ射線）損傷的DNA內(nèi)切核酸酶在5’-側(cè)切出一個3’-OH和5’-P的單鏈缺口，外切核酸酶從5’-P向3’-OH切除二聚體，DNA聚合酶以DNA的另一條互補鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起逐個延長，重新合成一段缺失的DNA鏈，連接酶把寡核苷酸的3’-OH末端與原鏈的5’-P末端連接第35頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月暗修復(fù)第36頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)誘變直接作用：亞硝酸等氧化劑及硫酸二乙脂、甲基硫酸乙脂等烷化劑，可與一個或多個核苷酸堿基起化學(xué)作用，引起變異。A→H≈GC→U≈TG→X第37頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月亞硝酸引起的AT-GC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)第38頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月亞硝酸引起DNA堿基對的改變

圖中A被其脫去氨基后可變成次黃嘌呤（H），H不能再與T配對，而變?yōu)榕cC配對，經(jīng)DNA復(fù)制后，可形成T-A→C-G的轉(zhuǎn)換第39頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月烷化劑引起的DNA堿基對的改變

第40頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月間接作用：引起置換的誘變劑5－溴尿嘧啶（5－BU）、5－氨基尿嘧啶（5-AU）、8－N鳥嘌呤（8-NG）等為堿基結(jié)構(gòu)類似物，摻入到DNA分子中，使DNA無意義，因此可引起變異。第41頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月5-溴尿嘧啶第42頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月5-BU引起的轉(zhuǎn)換第43頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月移碼突變（frame－shiftmutation）誘變劑使DNA分子中的1個或少數(shù)幾個核苷酸的增添（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)譯錯誤的一類突變。丫啶黃原黃素、丫啶橙和α－氨基丫啶等染料ABCABCABCABCABCABCABCAB+CABCABCABCBCABCABCABCABCAB+CAB+CAB+CABCABCACABCABABCACABCABC第45頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月誘變劑的復(fù)合處理及其協(xié)同效應(yīng)的方法：

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使用第47頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月定向培育和馴化定向培育是人為用一特定環(huán)境條件長期處理某一微生物群體，同時不斷將它們進(jìn)行移種傳代，以達(dá)到累積和選擇合適的自發(fā)突變體的一種古老的育種方法。馴化：第48頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)基因重組基因重組雜交轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)導(dǎo)第49頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月基因重組（generecombination）：兩個不同性狀個體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過遺傳分子間的重新組合，形成新型個體的方式。主要通過雜交、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合及細(xì)胞質(zhì)體融合等方式實現(xiàn)。第50頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月雜交通過兩個親本細(xì)胞的融合，使整套染色體的基因重組，或者是通過雙親細(xì)胞的溝通，使部分染色體基因重組。包括原生質(zhì)體融合、有性雜交及準(zhǔn)性雜交第51頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月原生質(zhì)體融合是將兩種不同的細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行彼此融合的過程。聚乙二醇可促使二種原生質(zhì)體的融合。原生質(zhì)體融合是一種人工基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，本質(zhì)上與基因轉(zhuǎn)移無關(guān)或關(guān)系很小。第52頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月原生質(zhì)體融合的主要步驟：選擇親株 →→制備原生質(zhì)體→→原生質(zhì)體融合→→原生質(zhì)體再生 →→

篩選優(yōu)良性狀的融合重組子第53頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月原生質(zhì)體融合第54頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月真菌的準(zhǔn)性生殖(Parasexuality)：是指異核體真菌菌絲細(xì)胞中兩個遺傳物質(zhì)不同的細(xì)胞核可以結(jié)合成雜合二倍體的細(xì)胞核，這種二倍體細(xì)胞核在有絲分裂過程中可以發(fā)生染色體交換和單倍體化，最后形成遺傳物質(zhì)重組的單倍體的過程。準(zhǔn)性生殖和有性生殖的主要區(qū)別在于，有性生殖是通過減數(shù)分裂進(jìn)行遺傳物質(zhì)重組和產(chǎn)生單倍體。

第55頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化：受體菌接受供體菌的DNA片段而獲得部分新的遺傳性狀的現(xiàn)象。脫氧核糖核酸酶可以抑制轉(zhuǎn)化作用。感受態(tài)：在一個生長過程中的細(xì)菌培養(yǎng)物中只有某一階段中的細(xì)菌才能作為可轉(zhuǎn)化的受體。能接受轉(zhuǎn)化的這一生理狀態(tài)稱為感受態(tài)。

第56頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月降解吸附切割成4~5×106單鏈入胞同源部分配對、整合復(fù)制分裂，只有一個子代DNA分子獲得供體基因非轉(zhuǎn)化子轉(zhuǎn)化子第57頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月感受態(tài)出現(xiàn)在指數(shù)后期誘發(fā)感受態(tài)的方法：a、先培養(yǎng)在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中，再培養(yǎng)在營養(yǎng)貧瘠的培養(yǎng)基中，會出現(xiàn)感受態(tài)。b、用氯化鈣也可誘發(fā)感受態(tài)的發(fā)生。第59頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)染：噬菌體和其他病毒的DNA（或RNA）抽提出來讓它去感染感受態(tài)的宿主細(xì)胞，并進(jìn)而產(chǎn)生正常的噬菌體或病毒后代.第60頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體的媒介，把供體細(xì)胞的DNA片段攜帶到受體細(xì)胞中，通過交換和整合，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。（重組的細(xì)胞稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子）第61頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）利用完全缺陷噬菌體來完成完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)：外源DNA在受體細(xì)胞中與核染色體整合，隨其一起復(fù)制、表達(dá)。流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)：外源DNA在受體菌中既不進(jìn)行交換、整合和復(fù)制，也不迅速消失而僅進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯和性狀表達(dá)。局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）部分缺陷噬菌體，轉(zhuǎn)導(dǎo)子不穩(wěn)定。第63頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月普遍性轉(zhuǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)第65頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)第66頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月溶源轉(zhuǎn)變（lysogeniccoversion）不同于轉(zhuǎn)導(dǎo)，只是由于溶源而被賦予新的性狀（不攜帶外源基因）噬菌體是完整的；是溶源化的宿主而非轉(zhuǎn)導(dǎo)子，隨噬菌體消失則新性狀亦消失。第67頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)遺傳工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用遺傳工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的作用基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用PCR技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用第69頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的作用質(zhì)粒育種：接合——通過質(zhì)粒的媒介，使受體細(xì)胞獲得供體細(xì)胞的某些性狀的過程供體菌（F＋）通過其性菌毛與受體菌（F—）相結(jié)合，前者傳遞不同長度的ssDNA給后者，并在后者細(xì)胞中進(jìn)行雙鏈化或進(jìn)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。第70頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月DonorRecipient第71頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月F+F-F+F-F+F+F+F+第72頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第75頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒育種的應(yīng)用多功能超級細(xì)菌的構(gòu)建：將降解芳烴、多環(huán)芳烴等的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到能降解脂烴的假單胞菌體內(nèi)，變可得到能降解三種烴類的超級菌。降解抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建:將降解辛烷、乙烷、癸烷功能的OCT質(zhì)粒和抗汞質(zhì)粒MER同時轉(zhuǎn)移到對20mg/L汞敏感的惡臭假單胞菌體內(nèi)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榭?0－70mg/L汞，同時具有分解辛烷等烷烴。第76頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用基因工程：用人工方法將所需要的某一供體微生物的DNA提取出來，在離體條件下用限制性內(nèi)切酶將離體DNA