環(huán)境工程微生物學(xué)微生物的遺傳和變異

關(guān)于環(huán)境工程微生物學(xué)微生物的遺傳和變異第1頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五微生物的遺傳遺傳和變異是一切生物最本質(zhì)的屬性。是指親代如何如將自身的遺傳基因穩(wěn)定地傳遞給下一代的特性。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。一、概述第2頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五微生物的遺傳遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)－－DNADNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制DNA的變性和復(fù)性RNA的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的合成第3頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五微生物的遺傳

1、遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)—核酸（DNA，RNA）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)第4頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)SR第5頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體1952.赫爾希和切斯第6頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五

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)第7頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五為了證明核酸是遺傳物質(zhì)，H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的煙草花葉病毒（TMV）進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。將TMV在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能將其蛋白質(zhì)外殼與RNA核心相分離。分離后的RNA在沒(méi)有蛋白質(zhì)包裹的情況下，也能感染煙草并使其患典型癥狀，而且在病斑中還能分離出正常病毒粒子。植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)第8頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中分布染色體（DNA和蛋白）第9頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五核苷酸的結(jié)構(gòu)（二）DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)和模型一分子磷酸一分子含氮堿基一分子脫氧核糖第10頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五四種堿基A（腺嘌呤）T（胸腺嘧啶）G（鳥(niǎo)嘌呤）C（胞嘧啶）1、DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)第11頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五DNA分子結(jié)構(gòu)，是通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成線(xiàn)性或環(huán)形多聚體。由于組成DNA的核苷酸彼此之間的差別僅在于堿基部分，所以DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)即指DNA分子中堿基的組成和排列順序。1、DNA的結(jié)構(gòu)第12頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五1、DNA的結(jié)構(gòu)A~T,G~C互相間通過(guò)

氫鍵連接。第13頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五2、DNA的模型1.DNA分子是由兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞構(gòu)成的，兩條線(xiàn)都是右手螺旋。2.磷酸與核糖在外側(cè)，通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵線(xiàn)連接形成DNA分子骨架，嘌呤堿基與嘧啶堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。3.雙螺旋的平均直徑為2nm，兩個(gè)臨近的堿基對(duì)之間距離為0.34nm，沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周有10個(gè)核苷酸，因此，每一轉(zhuǎn)的高度為3.4nm。4.兩條核苷酸鏈通過(guò)堿基之間的氫鍵相連。（二）DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)和模型第14頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五1953年的克里克（FrancisCrick,1916-2004)（右）和沃森(JamesWatson,1928-)在實(shí)驗(yàn)室里，他們兩人因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了DNA的分子結(jié)構(gòu)，而在1962年與威爾金斯一起獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。第15頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五（三）RNA的類(lèi)型與功能RNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要是由AMP、GMP、CMP和UMP四種核糖核苷酸通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵相連而成的多聚和苷酸鏈。天然RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)只在許多區(qū)段發(fā)生自身回折，使部分A-U，G-C堿基配對(duì)，形成短的、不規(guī)則的螺旋區(qū)。不配對(duì)的堿基區(qū)膨出形成環(huán)，被排斥在雙螺旋之外。RNA的分類(lèi)

核糖體RNA（rRNA）、信使RNA（mRNA）和轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）反義RNA（asRNA)。

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)。第16頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五

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）（三）RNA的類(lèi)型與功能第17頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五（一）DNA的復(fù)制-自我復(fù)制1、DNA的半保留復(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。二、DNA的復(fù)制與蛋白質(zhì)的合成第18頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五2.DNA的復(fù)制過(guò)程1）DNA復(fù)制的起始（1）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)DNA復(fù)制開(kāi)始于染色體上的特定部位，成為起始點(diǎn)。在起始點(diǎn)處雙股螺旋解開(kāi)成單鏈狀態(tài)，各自作為模板按照互補(bǔ)配對(duì)原則吸引帶有互補(bǔ)堿基的核苷酸，合成其互補(bǔ)鏈。在起始點(diǎn)處出現(xiàn)叉子狀的生長(zhǎng)點(diǎn)，成為復(fù)制叉。(2)DNA復(fù)制的方向

復(fù)制的方向有三種：一是從兩個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始，各以相反的單一方向生長(zhǎng)出一條新鏈，形成兩個(gè)復(fù)制叉；二是從一個(gè)起始點(diǎn)開(kāi)始，以同一方向生出兩條鏈，形成一個(gè)復(fù)制叉；三是從一個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始，沿兩個(gè)相反的方向各生長(zhǎng)出兩條鏈，形成兩個(gè)復(fù)制叉。

第19頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五（3）RNA引物的合成。DNA聚合酶只能催化鏈的延長(zhǎng)不能發(fā)動(dòng)新鏈合成，即它需要一個(gè)具3’-OH的核酸鏈作為引物，才能將合成原料dNTP一個(gè)個(gè)接上去。RNA引物酶則不同，此酶以DNA為模板就可以合成一段新的RNA，這段RNA作為合成DNA的引物。DNA聚合酶從該引物3’-OH端開(kāi)始合成新的DNA鏈。2）DNA復(fù)制的延長(zhǎng)和終止所有已知DNA聚合酶都只是能催化5’3’方向的合成2.DNA的復(fù)制過(guò)程第20頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五3、DNA聚合反應(yīng)的相關(guān)酶（1）解旋酶（2）DNA聚合酶（3）DNA連接酶（4）拓?fù)洚悩?gòu)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)相同二、DNA的復(fù)制與蛋白質(zhì)的合成第21頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五復(fù)制酶解開(kāi)母體的雙螺旋結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)固定已展開(kāi)的DNA母體DNA聚合酶復(fù)制叉（起始點(diǎn)）重要的一股鏈通過(guò)DNA聚合酶繼續(xù)被合成母鏈RNA引物岡崎片段DNA不連續(xù)復(fù)制產(chǎn)生的長(zhǎng)約1～2kb的片段，隨后共價(jià)連接成完整的單鏈

DNA連接酶后隨鏈隨從鏈DNA復(fù)制時(shí)雙螺旋的兩股單鏈走向相反，從3’，5’的模板鏈只是解開(kāi)一定長(zhǎng)度時(shí)，子鏈才能從5’，3’的方向開(kāi)始形復(fù)制，這股不能連續(xù)復(fù)制的鏈成為隨從鏈。DNA酶消化RNA引物然后，DNA代替它第22頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五中心法則是指遺傳信息從DNA傳遞到RNA，再?gòu)腞NA傳遞給蛋白質(zhì)，即完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程。遺傳信息也可以從DNA傳遞給DNA，即完成DNA的復(fù)制過(guò)程。這是所有具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法則。1.遺傳的中心法則和發(fā)展遺傳信息通過(guò)DNA的復(fù)制和蛋白質(zhì)的表達(dá)完成的（二）蛋白質(zhì)的合成第23頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則合成RNA的過(guò)程，稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄。2轉(zhuǎn)錄DNA的平面結(jié)構(gòu)圖AG

T

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AA

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TCATGTTTA第24頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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AGCUGACGGUUUDNA模板信息鏈游離的核糖核苷酸2轉(zhuǎn)錄第25頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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AGCUGACGGUUURNA聚合酶第26頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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AGCGACGGUUUU第27頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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AGCGACGGUUUU第28頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GCGACGGUUUUA第29頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GCGACGUUGUUA第30頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GCGACGUGUUAU第31頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GCGACGGUUAUU第32頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GCGACGGUUAUUA第33頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GCGCGGUUAUUAU第34頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GGCGGUUAUUAUC第35頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AG

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GGCGGUUAUUAUCmRNA第36頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五3.翻譯1.定義：游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸排序的蛋白質(zhì)的過(guò)程，稱(chēng)為翻譯。2、遺傳密碼：

mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基叫做密碼子。

密碼子UCAUGAUUAmRNA

密碼子

密碼子第37頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五第38頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五從遺傳密碼表中可看出：密碼子共64種。其中二個(gè)起始密碼（AUG、GUG）；三個(gè)終止密碼（UAA、UAG、UGA）不決定任何氨基酸。一種密碼子只對(duì)應(yīng)一種氨基酸，但一種氨基酸可以和多種密碼子相對(duì)應(yīng)。3.翻譯第39頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA：分子結(jié)構(gòu)呈三葉草形，其一端能與一個(gè)特定的氨基酸結(jié)合，另一端有三個(gè)特殊的堿基，能與mRNA上的“密碼子”相互配對(duì)，稱(chēng)為“反密碼子”。反密碼子的種類(lèi)：61種。3.翻譯第40頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸!ACU天冬

氨酸反密碼子AUG異亮

氨酸反密碼子3.翻譯第41頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五4、翻譯過(guò)程3.翻譯第42頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五AUGGAUAUCmRNA？甲硫氨酸CUA反密碼子密碼子第43頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門(mén)冬氨酸核糖體第44頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門(mén)冬氨酸第45頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門(mén)冬氨酸AUG異亮氨酸第46頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門(mén)冬氨酸AUG異亮氨酸肽鍵第47頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門(mén)冬氨酸AUG異亮氨酸第48頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門(mén)冬氨酸AUG異亮氨酸肽鍵第49頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門(mén)冬氨酸AUG異亮氨酸第50頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五UCAUGAUUAAAUACUAUG亮氨酸天門(mén)冬氨酸異亮氨酸肽鏈第51頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五翻譯小結(jié)場(chǎng)所:模板:原料:條件:產(chǎn)物:原則:細(xì)胞質(zhì)的核糖體上以信使RNA為模板二十種氨基酸需要酶和ATP多個(gè)多肽或蛋白質(zhì)密碼子與反密碼子配對(duì),既堿基互補(bǔ)配對(duì)原則（A=U，G=C）肽鏈合成完畢后，一條或幾條肽鏈通過(guò)一定的空間構(gòu)建方式組成一種或多種具有特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，從而表現(xiàn)出生物體特定的性狀。3.翻譯第52頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五DNA（基因）的遺傳信息mRNA的遺傳信息蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序轉(zhuǎn)錄翻譯氨基酸的個(gè)數(shù)n堿基至少3n堿基至少6n4、基因控制合成蛋白質(zhì)的全過(guò)程第53頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的全過(guò)程第54頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五DNA的變性：解鏈溫度Tm：DNA的復(fù)性：三、DNA的變性和復(fù)性第55頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五DNA的變性第56頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五DNA復(fù)性第57頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五四、分子生物學(xué)技術(shù)及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用目前，用于環(huán)境工程的分子生物學(xué)技術(shù)的基因序列主要有3種1).編碼蛋白的基因序列。主要包括污染物的降解基因以及和微生物分類(lèi)有關(guān)的基因。2).rRNA基因序列。原核微生物的分類(lèi)對(duì)16SrRNA研究最多。3）16S-23SrRNA基因轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)。（一）.常用的分子生物學(xué)技術(shù)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）

是一種在體外快速擴(kuò)增特定基因或DNA序列的方法，故又稱(chēng)為基因的體外擴(kuò)增法。第58頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五

一、PCR基本原理PCR是一項(xiàng)DNA體外合成技術(shù)，類(lèi)似于生物體內(nèi)的DNA復(fù)制過(guò)程。依據(jù)DNA半保留復(fù)制的機(jī)理。PCR合成DNA比細(xì)胞內(nèi)復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)單。四、分子生物學(xué)技術(shù)及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用第59頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的過(guò)程1）細(xì)胞內(nèi)有關(guān)蛋白質(zhì)參與下，DNA雙螺旋解鏈成兩條單鏈，各自作為模板。2）引物酶以?xún)蓷l單鏈為模板各自合成一段引物，引物提供3’-OH末端。3）DNA聚合酶以親代DNA單鏈為模板，以dNTP為原料，按照堿基配對(duì)的原則，從引物的3’端，循5’→3’方向，將脫氧核苷酸聚合，最終形成子代的DNA雙鏈。四、分子生物學(xué)技術(shù)及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用第60頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五Denaturing95?CAnnealingTm-5?CExtension72?CPCR的原理四、分子生物學(xué)技術(shù)及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用第61頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五PCR的基本過(guò)程1.變性：將反應(yīng)體系升溫至95℃左右，樣品中雙鏈DNA解開(kāi)成兩條單鏈，各自作為模板（待拷貝的DNA稱(chēng)為模板）。2.退火：將溫度降至引物的Tm值以下(55℃左右)，5’端和3’端的引物各自與兩條單鏈DNA模板的互補(bǔ)區(qū)域結(jié)合。5’5’3’3’編碼鏈3’端引物5’端引物3’3’第62頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五3.延伸：將溫度升到75℃左右，耐熱的TaqDNA聚合酶催化四種

dNTP，從引物3’-OH端開(kāi)始，依據(jù)模板堿基序列互補(bǔ)方式依次聚合，合成一條互補(bǔ)的DNA鏈。5’5’3’3’5’DNA聚合酶5’PCR的基本過(guò)程第63頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五Cycle355

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5

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525～30次循環(huán)后，模板DNA的含量可以擴(kuò)大100萬(wàn)倍以上。第64頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五PCR產(chǎn)物的鑒定、提取瓊脂糖凝膠電泳四、分子生物學(xué)技術(shù)及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用第65頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五PCR的擴(kuò)增效應(yīng)理論上，每增加1個(gè)循環(huán)，雙鏈DNA片段會(huì)增加1倍，使DNA量可成指數(shù)(2n)增加。實(shí)際上，擴(kuò)增效應(yīng)低于指數(shù)增加，約為(1+X)n。一般進(jìn)行30個(gè)左右的循環(huán)，特定區(qū)域的DNA量可至少增加106

倍。四、分子生物學(xué)技術(shù)及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用第66頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五2.核酸分子雜交技術(shù)核酸分子雜交技術(shù)是一種基于DNA分子堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，用特異性的探針與待測(cè)樣品進(jìn)行雜交來(lái)檢測(cè)目的基因的技術(shù)。其基本原理是具有一定同源性的兩條核酸單鏈在一定條件下可按堿基互補(bǔ)形成雙鏈，此雜過(guò)程是高度特異性的，雜交的雙方是已知核酸片段的探針及待測(cè)核酸序列。常用的幾種雜交技術(shù)

1.斑點(diǎn)印跡2.Southern雜交和Northern雜交3.原位雜交技術(shù)第67頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五3.以rRNA基因?yàn)榛A(chǔ)的細(xì)菌同源性分析

rRNA基因?yàn)榛A(chǔ)的同源性分析方法，是綜合應(yīng)用多項(xiàng)分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)細(xì)菌中rRNA基因進(jìn)行分析，從而對(duì)微生物進(jìn)行鑒定和多樣性分析的一種技術(shù)。4.電泳技術(shù)變性梯度凝膠電泳（DGGE）該技術(shù)可以分離長(zhǎng)度相同而序列不同的DNA片段混合物，分辨精度比瓊脂糖電泳和聚丙酰胺凝膠電泳更高，甚至可以檢測(cè)到一個(gè)核苷酸水平的差異。（二）常見(jiàn)分子生物學(xué)技術(shù)在環(huán)境工程的應(yīng)用（略）第68頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五第二節(jié)微生物的變異與環(huán)境工程

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)。一、突變類(lèi)型和基因符號(hào)（一）突變的類(lèi)型突變就是遺傳物質(zhì)在核苷酸序列發(fā)生了可以遺傳的改變。主要包括基因突變和染色體畸變。第69頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五1.基因突變

基因中DNA序列的任何改變，包括一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基的改變而導(dǎo)致的遺傳變化成為基因突變。2.染色體畸變

染色體畸變不僅包括染色體結(jié)構(gòu)的缺失、重復(fù)、插入、倒位和易位，也包括染色體數(shù)目的改變。（二）基因符號(hào)略第二節(jié)微生物的變異與環(huán)境工程

第70頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五二、基因突變的原因突變的類(lèi)型自發(fā)突變

誘發(fā)突變物理誘變，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、癌癥第二節(jié)微生物的變異與環(huán)境工程

第71頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五三、基因突變?cè)诃h(huán)境工程中的應(yīng)用（一）從自然界中獲取新菌種新的微生物菌種需要不斷地從自然生態(tài)環(huán)境混雜的微生物中挑選出來(lái)。菌種的篩選過(guò)程大體可分為采樣、增殖、純化和性能測(cè)定等步驟。（二）定向培育和馴化

定向培育是一種利用微生物的自發(fā)突變，人為用某一特定環(huán)境條件長(zhǎng)期處理某微生物群體，同時(shí)通過(guò)對(duì)微生物群體不斷移植以選育出優(yōu)良菌株的方法。長(zhǎng)時(shí)間的定向培育在環(huán)境工程中被稱(chēng)為馴化。第二節(jié)微生物的變異與環(huán)境工程

第72頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五（三）誘變育種

誘變育種是指利用物理、化學(xué)等誘變劑處理微生物細(xì)胞群，在顯著提高其突變率的基礎(chǔ)上，采用一定的篩選方法獲得少數(shù)符合要求的突變株。其中，誘變和篩選時(shí)誘變育種過(guò)程中的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)。誘變的主要步驟1.選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑；2.挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株；3.處理單細(xì)胞或単孢子懸液；4.選用最適的誘變劑量；5.充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)；6.創(chuàng)造和利用形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系；7.篩選方案。第二節(jié)微生物的變異與環(huán)境工程

第73頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五三、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。

原核微生物的基因重組形式主要有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合等第三節(jié)基因重組基因工程第74頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五基因工程過(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第75頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五質(zhì)粒(plasmid)

Plasmid獨(dú)立于細(xì)菌染色體外的雙鏈環(huán)DNA分子。

Plasmid

chromosome

第四節(jié)質(zhì)粒及其應(yīng)用第76頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五質(zhì)粒是生物細(xì)胞內(nèi)固有的、能獨(dú)立于寄主染色體而自主復(fù)制、并被穩(wěn)定遺傳的一類(lèi)核酸分子絕大多數(shù)的天然DNA質(zhì)粒具有共價(jià)、封閉、環(huán)狀的分子結(jié)構(gòu)，即cccDNA質(zhì)粒常見(jiàn)于原核細(xì)菌和真菌中,絕大多數(shù)的質(zhì)粒是DNA型的質(zhì)粒DNA的分子量范圍：1-300kb質(zhì)粒的基本特征第77頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五質(zhì)粒的基本特征質(zhì)粒的自主復(fù)制性質(zhì)粒的不相容性質(zhì)粒的可轉(zhuǎn)移性攜帶特殊的遺傳標(biāo)記第78頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五質(zhì)粒的自主復(fù)制性?xún)纱髲?fù)制類(lèi)型：嚴(yán)緊型復(fù)制控制的質(zhì)粒1-2拷貝stringentplasmid松弛型復(fù)制控制的質(zhì)粒10-60拷貝stringentplasmid質(zhì)粒能利用寄主細(xì)胞的DNA復(fù)制系統(tǒng)進(jìn)行自主復(fù)制第79頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五任何兩種含有相似復(fù)制子結(jié)構(gòu)的不同質(zhì)粒，不能同時(shí)存在于一個(gè)細(xì)胞中，這種現(xiàn)象稱(chēng)為質(zhì)粒的不相容性，不相容性的質(zhì)粒組成不相容性群質(zhì)粒的不相容性第80頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五接合型質(zhì)粒能在天然條件下自發(fā)地從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞（接合作用）非接合型質(zhì)粒不能在天然條件下獨(dú)立地發(fā)生接合作用值得注意的是，某些非接合型質(zhì)粒（ColE1）在接合型質(zhì)粒的存在和協(xié)助下，也能發(fā)生DNA轉(zhuǎn)移，這個(gè)過(guò)程由bom和mob基因決定。質(zhì)粒的可轉(zhuǎn)移性第81頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五攜帶特殊的遺傳標(biāo)記野生型的質(zhì)粒DNA上往往攜帶一個(gè)或多個(gè)遺傳標(biāo)記基因，這使得寄主生物產(chǎn)生正常生長(zhǎng)非必需的附加性狀物質(zhì)抗性

抗生素、重金屬離子、毒性陰離子、有機(jī)物物質(zhì)合成

抗生素、細(xì)菌毒素、有機(jī)堿這些標(biāo)記基因?qū)NA重組分子的篩選具有重要意義第82頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五載體（vector），在基因工程重組DNA技術(shù)中將DNA片段（目的基因）轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞的一種能自我復(fù)制的DNA分子。三種最常用的載體是細(xì)菌質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。質(zhì)粒應(yīng)用運(yùn)送外源基因高效轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞為外源基因提供復(fù)制能力或整合能力為外源基因的擴(kuò)增或表達(dá)提供必要的條件載體的功能第83頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五（1）具有復(fù)制起點(diǎn)（2）具有抗菌素抗生基因；（3）具若干限制酶單一識(shí)別位點(diǎn)；（4）具有較小的分子量和較高的拷貝數(shù)克隆載體具備的條件：克隆載體：在載體上插入合適大小的外源DNA片段，并注意不能破壞載體的自我復(fù)制性質(zhì)，將重組后的載體引入到宿主細(xì)胞中，并在宿主細(xì)胞中大量繁殖。克隆載體第84頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五表達(dá)載體（Expressionvectors）：在克隆載體基本骨架的基礎(chǔ)上增加表達(dá)元件（如啟動(dòng)子、RBS、終止子等），使目的基因能夠表達(dá)的載體。表達(dá)載體表達(dá)載體四部分：目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因第85頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五(1)分子量盡量小，大于15kb時(shí)轉(zhuǎn)化效率低。(2)了解載體上基因位置/限制酶作用位點(diǎn)。(3)包含可供選擇的標(biāo)記性狀(基因)(4)應(yīng)有另一個(gè)遺傳標(biāo)記基因（抗生素常用），(5)最大限度地具有MCS的單切點(diǎn)構(gòu)建質(zhì)粒載體第86頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五VectorTargetDNARecombinantplasmid/DNACloneDNACloning第87頁(yè)，共101頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期五第五節(jié)遺傳工程技術(shù)在環(huán)境工程中的應(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