微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異課件

1、1第七章 微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性第二節(jié) 微生物的遺傳第三節(jié) 微生物的變異第四節(jié) 遺傳工程第五節(jié) 微生物的馴化與保藏2第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性一、生長(zhǎng)與繁殖的基本概念二、微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法三、微生物的生長(zhǎng)特性四、微生物膜的生長(zhǎng)特性3一、生長(zhǎng)與繁殖的基本概念何謂生長(zhǎng)？同化作用大于異化作用時(shí)，細(xì)胞質(zhì)量增加，表現(xiàn)在細(xì)胞體積或重量的不斷增加，這種現(xiàn)象稱生長(zhǎng)。何謂繁殖？生長(zhǎng)一定程度后細(xì)胞分裂，這就是細(xì)菌的繁殖。個(gè)體的生長(zhǎng)和繁殖體現(xiàn)為群體的生長(zhǎng)。（微生物重量或數(shù)目的增加）。 群體生長(zhǎng)個(gè)體生長(zhǎng)個(gè)體繁殖在微生物學(xué)中“只有群體的重復(fù)”才更有意義，因此“生長(zhǎng)”一般指群體生長(zhǎng)。第一節(jié)

2、 微生物的生長(zhǎng)及其特性4二、微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性生理指標(biāo)法計(jì)數(shù)法生物量法定量測(cè)定方法直接計(jì)數(shù)法（顯微鏡）間接計(jì)數(shù)法（關(guān)注：活細(xì)胞染色法、特定細(xì)胞計(jì)數(shù)法）體積法重量法（濕重法、干重法）組分法元素法呼吸強(qiáng)度耗氧量酶活性生物熱51. 計(jì)數(shù)法（1）直接計(jì)數(shù)法（顯微鏡）涂片染色法： 一定量樣品涂布在載玻片的已知面積內(nèi)，染色后計(jì)數(shù)。濾膜染色法： 一定量樣品過(guò)濾到濾膜上，然后染色計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)之前都需把樣品預(yù)處理分散第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性6計(jì)數(shù)器法: 如血球計(jì)數(shù)板法比例計(jì)數(shù)法： 將已知顆粒濃度的液體與待測(cè)菌液按一定比例混合后在顯微鏡下，測(cè)各自的數(shù)目。（特點(diǎn)：不需測(cè)量體積）第一節(jié)

3、 微生物的生長(zhǎng)及其特性7全細(xì)胞染色法（死活不分）：DAPI染色，DTAF染色第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性DNA2Cl-H2N+NH2CNHH2N -CNH2DAPI：4,6-二脒基-2-苯基吲哚（2）染色計(jì)數(shù)法OOHOOHOOHNHNNClNClDTAF：二氯三嗪基氨基熒光素8美藍(lán)染色法（酵母活細(xì)胞計(jì)數(shù)）活細(xì)胞：無(wú)色死細(xì)胞：藍(lán)色吖啶橙染色法（紫外顯微鏡）活細(xì)胞：橙色熒光死細(xì)胞：綠色熒光活細(xì)胞染色法第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性9FormazanNHRNNRNRCH甲撍化合物Tetrazolium chlorideNRRNNNCl-+R四氮唑化合物（染料）四氮唑化合物（染料）染色法第一節(jié) 微生物的

4、生長(zhǎng)及其特性10TTC：2,3,5-氯化三苯基四氮唑（triphenyl tetrazolium chloride）CNNNN+Cl-無(wú)色；被還原后生成紅色的2,3,5-三苯基甲撍（TF）：Triphenyl formazanCNNHNN2H+HCl第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性常用的四氮唑化合物（染料）11CTC : 5-cyano-2,3-ditolyl tetrazolium chlorideCTCCl-NNNNCNCN3+CN3H第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性CTCFNHNNNCCNCN3CN3CTCF : CTC-formazane12雙重染色法DTAF和CTC雙重染色法10m第一節(jié) 微

5、生物的生長(zhǎng)及其特性13（3）間接計(jì)數(shù)法（活菌計(jì)數(shù)法）平板計(jì)數(shù)法：根據(jù)每個(gè)活的微生物能長(zhǎng)出一個(gè)菌落的原理設(shè)定的。 測(cè)定菌落數(shù)（注意：可培養(yǎng)的微生物很少） 描述：CFU（colony formation unit） 液體計(jì)數(shù)法（MPN法，most probable number法）： 又稱最可能數(shù)法，是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理設(shè)計(jì)的。 主要用于在平板培養(yǎng)基上不易形成菌落的菌 （硝化菌、反硝化菌、硫酸還原菌）第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性14平板計(jì)數(shù)法15液膜法：過(guò)濾到濾膜上（把膜放在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)）適用空氣或飲用水等微生物含量較低的樣品。微孔濾膜不讓微生物（細(xì)菌以上）通過(guò)，濾菌，將膜放在固體培養(yǎng)基表面培養(yǎng)，

6、計(jì)數(shù)類似平板計(jì)數(shù)法。16（4）特定微生物計(jì)數(shù)法平板法液體法e.g. Cr6+耐性微生物抗生素抗性菌亞硝酸菌、硝酸菌的計(jì)數(shù)FISH（熒光雜交法）Fluoreseuce In situ hybridization 16sRNA的堿基組成設(shè)計(jì)特異的探針（probe） 選擇性培養(yǎng)基法第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性17Principle of fluorescent in situ hybridization (FISH技術(shù)的原理)rRNAOligonucleotide probeFluorescence第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性18FISH方法的步驟螢光標(biāo)示探針(Probe)滲透rRNA細(xì)胞Hybri

7、dization螢光顯微鏡觀察、計(jì)數(shù)第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性1910mFISH法DTAF染色案例：土壤中微生物的測(cè)定微生物同視野第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性202. 生物量法（1）測(cè)體積：離心或自然沉降后觀察體積(粗放的方法)（2）測(cè)細(xì)胞干重：離心法、過(guò)濾法兩種 105110C下干燥后稱重（干重約為濕重的1020%）活性污泥濃度測(cè)定方法：MLSS（mixed liquid suspended solid）混合懸浮固體MLVSS（mixed liquid volatile suspended solid）揮發(fā)性懸浮固體 550C、2h、馬福爐（3）比濁法/光密度法 OD（optical de

8、nsity）450660nm, 可見(jiàn)光第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性21（5）細(xì)胞含氮量 細(xì)菌含氮量12.5%、酵母為7.5% 粗蛋白量6.25N量（6）DNA、蛋白質(zhì) 同一微生物的DNA和蛋白質(zhì)含量相對(duì)穩(wěn)定， 所以可以通過(guò)測(cè)量DNA、蛋白質(zhì)的量評(píng)價(jià)生物量。（7）ATP、RNA可以反映活性微生物的量（8）微生物呼吸醌類 1g活性污泥細(xì)胞平均約含1mol呼吸醌類。（4）測(cè)細(xì)胞含碳量TOC（total organic carbon）：總有機(jī)碳DOC（dissolved organic carbon）：溶解性有機(jī)碳第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性22三、微生物的生長(zhǎng)特性1、間歇培養(yǎng)（batch culti

9、vation）和生長(zhǎng)曲線（growth curve）接種第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性間歇培養(yǎng)：將少量微生物接種于一定量的液體培養(yǎng)基內(nèi)，在一定條件下培養(yǎng)。培養(yǎng)過(guò)程不投加或取出任何東西。這種培養(yǎng)方式叫間歇培養(yǎng)。生長(zhǎng)曲線：細(xì)胞量隨時(shí)間的變化曲線稱生長(zhǎng)曲線。23時(shí)間活微生物重量生長(zhǎng)率上升階段生長(zhǎng)率下降階段內(nèi)源呼吸階段微生物生長(zhǎng)曲線（按微生物重量繪制）第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性2400時(shí)間微生物數(shù)生長(zhǎng)速度緩慢期對(duì)數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期活菌數(shù)總菌數(shù)微生物生長(zhǎng)曲線（按微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)繪制）25緩慢期(亦稱延滯期, lag phase）影響緩慢期長(zhǎng)短的因素： 接種齡：種子（inoculum）處于什么生長(zhǎng)期。 、

10、接種量：即初期微生物濃度與基質(zhì)濃度的比。 培養(yǎng)基成分產(chǎn)生緩慢期的原因：缺乏分解有關(guān)基質(zhì)的酶； 缺乏充足的代謝中間產(chǎn)物 總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時(shí)間細(xì)胞個(gè)數(shù)特點(diǎn)： 細(xì)胞形態(tài)變大 rRNA含量增高 合成代謝較活躍第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性262）對(duì)數(shù)期（stationary phase） 亦稱指數(shù)期（exponential phase）總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時(shí)間細(xì)胞個(gè)數(shù) 特點(diǎn)：生長(zhǎng)速率最大，世代時(shí)間（generation time） 倍加時(shí)間（doubling time）酶系活躍、代謝旺盛細(xì)胞進(jìn)行平衡生長(zhǎng)，體內(nèi)各成分最為均勻 第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性細(xì)胞數(shù)（量）以指數(shù)形式增加的時(shí)間段。

11、273）穩(wěn)定期（stationary phase）： 亦稱恒定期、最高生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)速率下降期等特點(diǎn)：凈增長(zhǎng)速度接近零繁殖與死亡速度幾乎相等正生長(zhǎng)與負(fù)生長(zhǎng)幾乎相等出現(xiàn)穩(wěn)定期的原因： 營(yíng)養(yǎng)物尤其是生長(zhǎng)因子耗盡 營(yíng)養(yǎng)物比例失調(diào) 代謝物的積累 pH、DO、氧化還原電位的變化第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性應(yīng)用：發(fā)酵產(chǎn)物形成的重要時(shí)期（抗生素、氨基酸等），生產(chǎn)上應(yīng)盡量延長(zhǎng)此期，提高產(chǎn)量284）衰亡期（decline phase, death phase）又稱內(nèi)源呼吸期（endogenous respiration phase）內(nèi)源呼吸：體內(nèi)貯藏物質(zhì)酶等一部分細(xì)胞物質(zhì)的氧化特點(diǎn)： 細(xì)胞形態(tài)多型化 細(xì)胞會(huì)發(fā)生自

12、溶現(xiàn)象（autolysis） 往往產(chǎn)生芽孢出現(xiàn)衰亡期的原因： 營(yíng)養(yǎng)物不足（代謝產(chǎn)物的積累） 外界條件惡化總細(xì)胞數(shù)活細(xì)胞數(shù)III培養(yǎng)時(shí)間細(xì)胞個(gè)數(shù)第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性292、連續(xù)培養(yǎng)（continuous cultivation）一種連續(xù)進(jìn)料又連續(xù)出料的培養(yǎng)方式根據(jù)控制因素的不同分為恒濁連續(xù)培養(yǎng)（turbidostat）恒化連續(xù)培養(yǎng)（chemostat）進(jìn)料速度保持一定第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性污水處理的大部分方法都是恒化連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程3031微生物生長(zhǎng)期與廢水生物處理：（活性污泥等混合微生物群，也有類似的生長(zhǎng)曲線。) 水處理中如何避免緩慢期接種對(duì)數(shù)期或代謝旺盛的污泥增加接種量污泥馴化（以

13、后詳細(xì)講）微生物維持在對(duì)數(shù)期可獲得高的處理能力，即分解速率，但處理效果 不一定好菌活力大，不易凝聚和沉淀需要充足的營(yíng)養(yǎng)物，故得不到好的水質(zhì)第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性32處于穩(wěn)定期污泥雖然生長(zhǎng)速度有所下降，但有一定的代謝活性，細(xì)胞內(nèi)開(kāi)始積累儲(chǔ)藏物質(zhì)，絮凝沉降性能好，故傳統(tǒng)的活性污泥法常運(yùn)行在這個(gè)范圍。 衰亡期只出現(xiàn)在某些特殊的水處理場(chǎng)合， 如延時(shí)曝氣及污泥消化。第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性33四 、 微生物膜的生長(zhǎng)特性1. 生物膜的生長(zhǎng)生物膜是粘附于固體表面，被微生物胞外多聚物包裹的有組織的微生物群體。第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性成分： 水 （97%） 微生物 分泌物 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 代謝產(chǎn)物 微生

14、物裂解產(chǎn)物34從單位固體表面積上的微生物量(mg/cm2)上看可分為6個(gè)階段a. 延滯期b. 加速增長(zhǎng)期c. 恒速增長(zhǎng)期d. 減速增長(zhǎng)期e. 安定期f. 脫落期第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性微生物膜的生長(zhǎng)模式圖35微生物膜的生長(zhǎng)過(guò)程中密度的變化隨著膜厚的增加，密度也發(fā)生變化第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性36（1）延滯期：細(xì)胞吸附在固體表面上的過(guò)程（沉降）影響吸附速度的因子：材質(zhì)、表面性質(zhì)、形狀、細(xì)胞的性質(zhì)、操作條件（2）加速增長(zhǎng)期：還沒(méi)有形成完整的膜（3）恒速增長(zhǎng)期： 活性細(xì)胞量達(dá)到最大，形成完整的膜。膜表面凹凸不平。第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性37（4）減速增長(zhǎng)期： 恒速增長(zhǎng)期與安定期的過(guò)渡期，

15、持續(xù)時(shí)間短。（5）安定期： 增長(zhǎng)速度與脫落速度相平衡，膜量及膜厚達(dá)到最大值。（6）脫落期： 外因：流體的剪切力 內(nèi)因：微生物的死亡、氣泡的形成，細(xì)胞外高分子量的變化。第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性382. 生物膜的特性 有效膜厚生物膜并不是全部有活性基質(zhì)的擴(kuò)散細(xì)胞的死亡70200m（平均100 m），并不是越厚越好。第一節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其特性39生物膜菌群的空間分布的測(cè)定試驗(yàn)方法熒光原位雜交技術(shù)（FISH） 激光共聚焦掃描顯微鏡（CLSM）用途：熒光信號(hào)的定位檢測(cè)和定量分析。名稱EUB338NONNso190NIT3序列5-3GCT GCC TCC CGT AGG AGTACT CCT ACG

16、 GGA GGC AGCCGA TCC CCT GCT TTT CTC CCCT GTG CTC CAT GCT CCG特異性大部分細(xì)菌(Domain bacteria）不和任何細(xì)菌雜交氨氧化細(xì)菌（-subgroup ammonia oxidizing bacteria）硝化細(xì)菌（Nitrobacter spp.）熒光顏色試驗(yàn)所用熒光探針的性質(zhì)40生物膜內(nèi)微生物總體的空間分布生物膜載體水相z0硝化菌群主要存在于厚度為2035m左右的表層硝化菌群沿生物膜厚度（z方向）的分布情況生物膜厚度約為80120m左右41第七章 微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異第二節(jié) 微生物的遺傳遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)及其存在形式遺傳物質(zhì)的

17、復(fù)制遺傳信息的傳遞和表達(dá)基因表達(dá)的調(diào)控42 遺傳性：親代性狀在子代重現(xiàn)，使其子代的性狀與親代基本上一致的現(xiàn)象。一、遺傳的基本概念第二節(jié) 微生物的遺傳遺傳具有保守性優(yōu)點(diǎn)：保障優(yōu)良性狀穩(wěn)定遺傳缺點(diǎn)：環(huán)境變化無(wú)法適應(yīng)而死亡43第二節(jié) 微生物的遺傳同其他生物一樣，微生物有其固有的遺傳性。微生物的遺傳是在系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中形成的，系統(tǒng)發(fā)育愈久的微生物，其遺傳的保守程度愈大，越不易受外界環(huán)境條件的影響。老齡菌遺傳保守程度比幼齡菌大，高等生物遺傳保守程度比低等生物大。44第二節(jié) 微生物的遺傳金絲猴的后代仍然是金絲猴與遺傳有關(guān)的俗語(yǔ)或諺語(yǔ)有哪些？1.種瓜得瓜，種豆得豆；2.龍生龍，鳳生鳳， 老鼠兒子會(huì)打洞；3.虎

18、父無(wú)犬子；45二、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)及其存在形式遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 一切生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸（DNA or RNA） 核酸的結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)2. 遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)存在部位和方式（1）細(xì)胞水平DNA集中在擬核中。（真核微生物：細(xì)胞核）桿菌細(xì)胞內(nèi)大多存在兩個(gè)擬核，而球菌一般只有一個(gè)。第二節(jié) 微生物的遺傳46（2）細(xì)胞核水平原核微生物：無(wú)核膜包裹，呈松散無(wú)定型狀態(tài)，染色體 中DNA不與蛋白質(zhì)結(jié)合。真核微生物：有核膜，DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合。核外染色體（能自主復(fù)制）：廣義上講稱質(zhì)粒（plasmid）第二節(jié) 微生物的遺傳47（3）染色體水平原核微生物：每一個(gè)核質(zhì)體中只有一個(gè)裸露的、在光學(xué) 顯微鏡下無(wú)法看到的環(huán)狀

19、染色體。真核微生物：往往有不同數(shù)目的染色體。 酵母菌屬（saccharomycs）17個(gè)。染色體的套數(shù)：只有一套相同功能的染色體時(shí)稱之為 單倍體，有兩套時(shí)稱雙倍體。（4）核酸水平絕大多數(shù)的微生物的遺傳物質(zhì)為DNA，只有部分病毒才是RNA。第二節(jié) 微生物的遺傳48藍(lán)藻細(xì)菌動(dòng)植物噬菌體流感病毒艾滋病毒煙草花葉病毒如流感病毒、愛(ài)滋病病毒、煙草花葉病毒等以RNA為遺傳物質(zhì)僅含RNA的生物：含DNA的生物：以DNA為遺傳物質(zhì)如真核生物、原核生物和只含DNA的病毒等49（5）基因水平（功能單位）基因：一切具有自主復(fù)制能力的遺傳功能單位。是一核酸片段，長(zhǎng)度一般為1000bp（堿基對(duì)），是最小的遺傳單位，包括

20、調(diào)控序列，轉(zhuǎn)錄序列和其它在該基因表達(dá)過(guò)程中起作用的序列?；虻姆诸愓{(diào)節(jié)基因（regulator）：控制結(jié)構(gòu)基因的活性結(jié)構(gòu)基因（structure gene）：表達(dá)非調(diào)控因子的基因第二節(jié) 微生物的遺傳50第二節(jié) 微生物的遺傳原核基因（上）和真核基因的結(jié)構(gòu)（下）結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因51第二節(jié) 微生物的遺傳單順?lè)醋樱阂粋€(gè)基因產(chǎn)物受到一套調(diào)控蛋白和調(diào)控序列的調(diào)控，大部分基因通過(guò)這種方式調(diào)控。多順?lè)醋樱憾鄠€(gè)基因產(chǎn)物受到一套調(diào)控蛋白和調(diào)控序列的調(diào)控，編碼這些基因產(chǎn)物的序列往往是相鄰的，且是完成某一功能所需的一系列蛋白，微生物特有。微生物基因組中的多順?lè)醋映１环Q為操縱子啟動(dòng)基因（promotor）操縱基因（op

21、erator）結(jié)構(gòu)基因（structure）操縱子（operon）大腸桿菌的乳糖(Lactose)操縱子: 包括降解乳糖所需的3個(gè)酶，由 基因lacZ, lacY和lacA編碼所得 。看看大腸桿菌是如何調(diào)控自身對(duì)培養(yǎng)基中的乳糖的利用5253 遺傳密碼：DNA上各個(gè)核苷酸的特定排列順序。 每個(gè)密碼子由3個(gè)核苷酸順序來(lái)決定。（7）核苷酸水平核苷酸腺嘌呤A鳥(niǎo)嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T或尿嘧啶U戊糖堿基磷酸核苷（6）密碼水平（信息單位）（最低交換單位、突變單位）第二節(jié) 微生物的遺傳脫氧核糖磷酸堿基54細(xì)胞染色體蛋白質(zhì)基因ATGC55質(zhì)粒（plasmid）定義：游離于染色體外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價(jià)閉

22、合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA (circular covalently closed DNA)。僅發(fā)現(xiàn)于原核生物和真核生物中的酵母。結(jié)構(gòu)：環(huán)狀、超級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)和線形，分子量106108道爾頓(10010000kbp)第二節(jié) 微生物的遺傳5657質(zhì)粒的基本特性：可移動(dòng)性：異種間轉(zhuǎn)移Genther F. J.(1998): 69種環(huán)境中的細(xì)菌中，38能從實(shí)驗(yàn)室的細(xì)菌接受R因子。可整合性：可整合到染色體上可重組性：質(zhì)粒之間，質(zhì)粒和染色體之間可消除性：不影響宿主的生存，失去質(zhì)?？刂频谋憩F(xiàn)型性狀第二節(jié) 微生物的遺傳5820世紀(jì)50年代在日本發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒（從患痢疾但被抗生素治療后的病人中分離出的痢疾志

23、賀氏菌中），而且能把抗藥性轉(zhuǎn)移到E.coli。1）R因子R質(zhì)粒（resistance plasmid，耐藥性質(zhì)粒）沙門氏菌屬（Salmonalla）芽孢桿菌屬（Bacillus）假單胞菌屬（Pseudomonas）葡萄球菌屬（Staphulococcus）曾發(fā)現(xiàn)R因子的細(xì)菌 R因子在細(xì)胞中的數(shù)目12幾十個(gè)。 對(duì)多種抗生素有抗性。 具有R因子的細(xì)菌在自然界中的存活率高。第二節(jié) 微生物的遺傳592）F因子（Fertility factor）/致育因子、性因子是E.coli中決定性別的質(zhì)粒。62106Da，94.5kbpF+F+F+F -接合（conjugation）特點(diǎn)：有時(shí)能夠插入染色體，使染色

24、體的長(zhǎng)度增長(zhǎng)。有F因子的細(xì)菌：F+ 雄菌沒(méi)有F因子的細(xì)菌： F - 雌菌第二節(jié) 微生物的遺傳603）降解性質(zhì)粒二甲苯質(zhì)粒：XYL（Xylene）辛烷質(zhì)粒：OCT（Octane）甲苯質(zhì)粒：TOL（Toluene）萘質(zhì)粒：NAP（Napthalene）樟腦質(zhì)粒：CAM（Camphor）水楊酸質(zhì)粒：SAL（Salicylate）在環(huán)保中有重要的意義：超級(jí)工程菌的獲得。含有能降解復(fù)雜物質(zhì)的基因，從而使細(xì)菌能降解難降解有機(jī)物。大多在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。 至今發(fā)現(xiàn)的主要降解質(zhì)粒（以其所能分解的底物命名）第二節(jié) 微生物的遺傳614. 細(xì)胞器DNA真核微生物中，染色體之外的遺傳物質(zhì)的另一種存在形式。與其他物質(zhì)一

25、起構(gòu)成細(xì)胞器（如：葉綠體、線粒體等）主要特性：結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣功能不一數(shù)目多少不一自我復(fù)制可消除性（一旦消失，后代細(xì)胞中不再出現(xiàn)）質(zhì)粒和細(xì)胞器DNA的異同點(diǎn)？第二節(jié) 微生物的遺傳625. 轉(zhuǎn)座因子可在染色體不同部位之間移動(dòng)的DNA片斷插入序列：能插入染色體或質(zhì)粒的許多位點(diǎn)，并能改換位點(diǎn)轉(zhuǎn)座子：能插入染色體或質(zhì)粒的不同位點(diǎn)的一般DNA序列，可以轉(zhuǎn)移到不同的位點(diǎn)上，本身也可復(fù)制。大小位幾個(gè)kb。第二節(jié) 微生物的遺傳63第七章 微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異第三節(jié) 微生物的變異基因突變基因重組64變異：任何一種生物，親代和子代之間在生理、形態(tài)方面都有一定的差異，這種現(xiàn)象叫變異（個(gè)體形態(tài)、菌落形態(tài)、生理生化特性、

26、代謝產(chǎn)物）第三節(jié) 微生物的變異一、變異的基本概念“一龍生九子，九子各不同”65細(xì)菌易變異：細(xì)菌繁殖快，又與外界環(huán)境接觸面積大環(huán)境條件在短時(shí)期內(nèi)對(duì)菌體產(chǎn)生大的影響，在受物理、化學(xué)因素影響后，易產(chǎn)生適應(yīng)新環(huán)境的酶（誘導(dǎo)酶）等，從而改變?cè)械奶匦?，即產(chǎn)生了變異。變異形態(tài)變異菌落形態(tài)變異生理生化特性變異變異不一定都有遺傳性第三節(jié) 微生物的變異66有目的地控制微生物的生長(zhǎng)條件，使其向人類需要的方向變異。在污水生物處理中稱為馴化（acclimation、adaption）有毒有害廢水、難降解廢水處理：通過(guò)馴化，增強(qiáng)微生物的降解能力，提高處理效果。定向培育：第三節(jié) 微生物的變異67二、基因變異基因突變基因重

27、組基因突變（自發(fā)突變） 定義：DNA鏈上因堿基的缺乏、置換、插入而發(fā)生的堿基排列順序的變化，從而導(dǎo)致表現(xiàn)型發(fā)生了可遺傳的變化，這種現(xiàn)象叫基因突變?；蛲蛔兊念愋忘c(diǎn)突變畸變第三節(jié) 微生物的變異68點(diǎn)突變：一個(gè)或數(shù)個(gè)堿基發(fā)生變化點(diǎn)突變堿基置換移碼突變轉(zhuǎn)換： AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABCABCAAXBCAB第三節(jié) 微生物的變異嘌呤變嘌呤嘧啶變嘧啶嘌呤變嘧啶嘧啶變嘧啶69畸變?nèi)笔В禾砑右孜唬旱刮唬褐貜?fù)：插入：abcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl畸 變：堿基片斷發(fā)生變化第三節(jié) 微生物的變異70細(xì)菌基因突變的特點(diǎn) 無(wú)

28、定向性（不對(duì)應(yīng)性） 稀有性：頻率低 1051010 自發(fā)性 獨(dú)立性：各細(xì)胞、基因間的變異沒(méi)有必要的聯(lián)系 穩(wěn)定性：可遺傳 可逆性：回復(fù)突變（back/reverse mutation） 誘變性：誘變劑可大大提高突變率（10105倍）自發(fā)突變、誘發(fā)突變（誘變） 誘變劑（mutagen）：亞硝酸、紫外線第三節(jié) 微生物的變異711）轉(zhuǎn)化（transformation）供體的DNA片段（可在自然條件下產(chǎn)生）進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)發(fā)生重組，受體細(xì)胞獲得供體細(xì)胞的一部分遺傳特性。無(wú)需細(xì)胞接觸。細(xì)菌、放線菌、真菌中有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。2、基因重組定義：兩個(gè)不同性狀的個(gè)體細(xì)胞（細(xì)胞水平），其中一個(gè)細(xì)胞（供體）DNA與另一個(gè)細(xì)胞

29、的DNA融合，使基因重新排列遺傳給后代，產(chǎn)生新的遺傳性狀，稱基因重組。 第三節(jié) 微生物的變異7274細(xì)胞核質(zhì)粒F因子、降解性質(zhì)?？赏ㄟ^(guò)此形式傳遞。2）接合（conjugation ) 細(xì)胞直接接觸而進(jìn)行的基因重組。 大腸桿菌的接合是通過(guò)性纖毛（中空）進(jìn)行的。第三節(jié) 微生物的變異75763）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）通過(guò)噬菌體攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組，無(wú)需細(xì)胞接觸。在自然界中比較普遍。噬菌體進(jìn)入供體細(xì)胞宿主的核染色體被切斷成熟與包裝之際形成不帶噬菌體自身DNA的噬菌體（假噬菌體）（完全缺陷噬體）與受體接觸感染a. 完全轉(zhuǎn)導(dǎo)(complete transduction)第三節(jié) 微生物的變異78b

30、. 局部轉(zhuǎn)導(dǎo)(specialized transduction)由部分缺陷的噬菌體把少數(shù)特定的基因攜帶到受體菌中，并獲得轉(zhuǎn)導(dǎo)的現(xiàn)象。4）原生質(zhì)體融合（protoplast fusion）通過(guò)人為的方法使兩個(gè)遺傳性狀不同的細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，得到同時(shí)具有雙親性狀的、遺傳穩(wěn)定的融合子（fusion），該過(guò)程稱原生質(zhì)體融合。（20世紀(jì)70年代）第三節(jié) 微生物的變異79原核、真核高等植物、人體細(xì)胞 能進(jìn)行原生質(zhì)體融合的細(xì)胞非常廣泛步驟：用脫壁酶去除細(xì)胞壁混合（加聚二醇PEG），或電脈沖促進(jìn)融合培養(yǎng)，使之成為完整細(xì)胞鑒定特點(diǎn)：1）重組頻率10-1.（遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于誘變育種） 2）不同屬、科間亦可融合。第三

31、節(jié) 微生物的變異8081第七章 微生物的生長(zhǎng)和遺傳變異第四節(jié) 遺傳工程基因工程遺傳工程及其在環(huán)境污染控制中的應(yīng)用82一、基因工程（Genetic engineering）20世紀(jì)50年代遺傳物質(zhì)的研究20世紀(jì)70年代基因工程誕生1. 定義：用人為的方法把供體生物的DNA導(dǎo)入受體生物中，并在其中“安家落戶”，進(jìn)行正常的復(fù)制、表達(dá)，從而獲新物種的一種育種技術(shù)。是一種分子水平上的基因重組技術(shù)。第四節(jié) 遺傳工程83用人為的方法，把供體生物的DNA大分子提取出來(lái)； 在離體的條件下，用工具酶進(jìn)行切割；之后把它與載體（vector）的DNA分子連接起來(lái)； 然后與載體一起導(dǎo)入受體生物。2. 步驟：第四節(jié) 遺傳工程84目的基因的取得： 供體細(xì)胞中提取分離 合成載體的選擇：對(duì)載體的要求 具有自我復(fù)制能力； 能在受體細(xì)胞內(nèi)大量增殖； 最好只有一個(gè)限制性內(nèi)切酶的切口（使供體DNA接合在一定位置上）； 有一種選擇性遺傳標(biāo)志，以便追蹤。常用載體：細(xì)菌質(zhì)