環(huán)境微生物學(xué)第六章微生物的遺傳和變異

第六章微生物的遺傳和變異第一節(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)基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用當(dāng)前第1頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)遺傳和變異理論的應(yīng)用工業(yè)——發(fā)酵工業(yè)、……農(nóng)業(yè)——雜交水稻、轉(zhuǎn)基因水果……醫(yī)學(xué)——親子鑒定、法醫(yī)鑒定、基因療法……環(huán)境——基因工程菌、超級細(xì)菌、生物芯片………………當(dāng)前第2頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)遺傳和變異是一切生物最本質(zhì)的屬性遺傳：

微生物將其生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)類型和環(huán)境條件，以及對這些營養(yǎng)和外界環(huán)境條件產(chǎn)生的一定反應(yīng)，或出現(xiàn)的一定的性狀傳給后代，并相對穩(wěn)定地一代一代傳下去。變異：當(dāng)微生物從它適應(yīng)的環(huán)境遷移到不適應(yīng)的環(huán)境后，微生物改變自己對營養(yǎng)和環(huán)境條件的要求，在新的生活條件下產(chǎn)生適應(yīng)新環(huán)境的酶，從而適應(yīng)新環(huán)境，這是遺傳的變異。當(dāng)前第3頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)遺傳的特性：遺傳具有保守性，保守性使種屬性穩(wěn)定的一代代傳遞下去。有利：可使生產(chǎn)中選育出來的優(yōu)良菌種的屬性穩(wěn)定地一代一代傳下去。不利：當(dāng)營養(yǎng)和環(huán)境條件改變，微生物因不適應(yīng)新環(huán)境而可能死亡。保守程度的大小：個體年齡越老，保守程度越大；高等生物的保守程度比低等生物的大。當(dāng)前第4頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)遺傳的特性：遺傳具有變異性，變異性使生物得到發(fā)展，為人類改造微生物提供理論依據(jù)。變種：變異了的微生物不同于原來的微生物，稱為變種。變異的現(xiàn)象有多種：個體形態(tài)的變異；菌落形態(tài)的變異（光滑型/粗糙型）；營養(yǎng)要求的變異；對環(huán)境要求的變異；毒力的變異；生理生化的變異；代謝途徑、產(chǎn)物的變異等。當(dāng)前第5頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)利用物理、化學(xué)藥物處理微生物可提高變異頻率。通過一定的篩選方法可獲得生產(chǎn)上所需要的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的變異菌株。例：馴化——在工業(yè)廢水處理中，用含有某些污染物的工業(yè)廢水篩選、培養(yǎng)來自處理其他廢水的菌種，使它們適應(yīng)該種工業(yè)廢水并有高效降解其中污染物能力的方法叫馴化。如何促進(jìn)微生物變異？當(dāng)前第6頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)第一節(jié)微生物的遺傳一、遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)——DNA二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制三、DNA的變性和復(fù)性四、RNA六、微生物生長與蛋白質(zhì)合成七、微生物的細(xì)胞分裂五、遺傳密碼當(dāng)前第7頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)一、遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)——DNA科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，生物體內(nèi)主要的遺傳物質(zhì)DNA。從分子遺傳學(xué)角度看：親代通過脫氧核糖核酸（DNA）將決定各種遺傳性狀的遺傳信息傳給子代的——子代有了一定結(jié)構(gòu)的DNA——繼而產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)形態(tài)的蛋白質(zhì)——進(jìn)而決定子代具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化性質(zhì)等的遺傳性狀。親代生物如何將遺傳性狀傳給子代？當(dāng)前第8頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)“核酸是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)”的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（Griffith1928）肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)（Avery1941）大腸桿菌T2噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)（Hersey

1952）為確立DNA為遺傳物質(zhì)奠定了基礎(chǔ)確立DNA為遺傳物質(zhì)的第一個實(shí)驗(yàn)證據(jù)再次證明DNA為遺傳物質(zhì)當(dāng)前第9頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)RⅡ—不致病SⅢ—致病1.將無致病性的RⅡ注射給小鼠，小鼠不死亡。2.將有致病性的SⅢ注射給小鼠，小鼠死亡。3.將滅活后的致病性的SⅢ注射給小鼠，小鼠不死亡。4.將滅活后的致病性的SⅢ和無致病性的RⅡ

注射給小鼠，小鼠死亡。肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（Griffith1928）當(dāng)前第10頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)1.RⅡ+莢膜多糖、蛋白質(zhì)、RNA（SⅢ)注射給小鼠，小鼠不死亡。肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)（Avery1941）2.RⅡ+DNA(SⅢ)注射給小鼠，小鼠死亡。從SⅢ中提取莢膜多糖、蛋白質(zhì)、RNA、DNA

分別與RⅡ型混合，注射至小鼠體內(nèi)，結(jié)果只有一種情況引起了死亡。當(dāng)前第11頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)T2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)T2噬菌體的組成：頭部和尾部的外殼——蛋白質(zhì)頭部內(nèi)——DNA分子那么T2噬菌體的遺傳物質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是DNA呢？當(dāng)前第12頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)結(jié)果表明：噬菌體的蛋白質(zhì)并沒有進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，而是留在細(xì)菌的外部，噬菌體的DNA卻進(jìn)入了細(xì)菌的體內(nèi)。用放射性同位素35S標(biāo)記了一部分噬菌體的蛋白質(zhì)用放射性同位素32P標(biāo)記了另一部分噬菌體的DNA分別侵染細(xì)菌，對被標(biāo)記物質(zhì)進(jìn)行測試。T2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)過程：當(dāng)前第13頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)T2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)當(dāng)前第14頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)核酸DNA(脫氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）DNA分子是由4種脫氧核苷酸組成的一種高分子化合物，兩條多核苷酸鏈彼此互補(bǔ)并排列相反的，圍繞一根主軸互相盤旋形成的，具有一定空間距離的雙螺旋結(jié)構(gòu)。二、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制當(dāng)前第15頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)核酸核苷酸(堿基－戊糖－磷酸）核苷（堿基－戊糖）磷酸嘌呤和嘧啶（堿基）核糖或脫氧核糖(戊糖）

核酸的組成當(dāng)前第16頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)磷酸戊糖堿基核苷酸當(dāng)前第17頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

堿基——嘌呤和嘧啶DNA的堿基：AGCTRNA的堿基：AGCUA—T（U）

G—C堿基配對原則（四種）：（U）

T—AC—G當(dāng)前第18頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)基本堿基結(jié)構(gòu)和命名嘌呤嘧啶Adenine

(A)Guanine

(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)當(dāng)前第19頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成5′3′5′3′5′3′5′3′磷酸核糖堿基T-A堿基對C-G堿基對當(dāng)前第20頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

真核生物——DNA＋組蛋白構(gòu)成染色體，由核膜包裹構(gòu)成細(xì)胞核。1.DNA的存在形式

原核生物——DNA＋極少量蛋白構(gòu)成染色體，環(huán)狀，高度折疊形成核區(qū)。當(dāng)前第21頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)DNA在真核細(xì)胞染色體中的存在形態(tài)：當(dāng)前第22頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)DNA在原核細(xì)胞中的存在形態(tài)：當(dāng)前第23頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)定義：基因是一切生物體內(nèi)儲存遺傳信息的、有自我復(fù)制能力的遺傳功能單位，是DNA分子上一個特定的堿基順序，即核苷酸順序片斷。2.基因——遺傳因子精確定義：基因是具有固定的起點(diǎn)和終點(diǎn)的核苷酸或密碼的線性序列。功能：編碼多肽（蛋白質(zhì)）；編碼tRNA或rRNA。當(dāng)前第24頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)基因：編碼蛋白質(zhì)或酶的結(jié)構(gòu)，控制某種蛋白質(zhì)和酶的合成?；虬垂δ芊挚煞譃?種：2.操縱區(qū)：它的功能像開關(guān)，操縱結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。3.調(diào)節(jié)基因：控制結(jié)構(gòu)基因，對另一個或幾個基因具有阻遏作用或激活作用。

當(dāng)前第25頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)每個細(xì)菌約具有5000～10000個基因。注意幾點(diǎn)：基因控制遺傳性狀，但不等于遺傳性狀?！驔Q定遺傳性狀的表現(xiàn)，但是任何一個遺傳性狀的表現(xiàn)都是在基因控制下個體發(fā)育的結(jié)果，從基因型到表現(xiàn)型必須通過代謝活動來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前第26頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)定義：儲存在DNA上的遺傳信息通過復(fù)制將遺傳信息傳遞給后代，通過RNA的中間作用指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。這種DNA的復(fù)制和遺傳信息傳遞的基本原則，稱為分子遺傳學(xué)中的中心法則。3.遺傳信息的傳遞——中心法則注：1958年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型奠基人之一英國科學(xué)家F.Crick提出了遺傳信息傳遞的中心法則。當(dāng)前第27頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)中心法則示意圖DNARNA蛋白質(zhì)信息的主要的或一般的傳遞信息的特殊傳遞復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯反轉(zhuǎn)錄復(fù)制當(dāng)前第28頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)（二）DNA的復(fù)制——半保留復(fù)制首先是親代DNA雙鏈彼此分開成為兩條鏈；以各自的原有的核苷酸鏈為模板（舊鏈），根據(jù)堿基配對的原則吸收細(xì)胞中游離的核苷酸，合成出一條新的互補(bǔ)的多核苷酸鏈（新鏈）；新鏈和舊鏈以氫鍵連接形成子代DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第29頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)DNA的半保留復(fù)制復(fù)制后的DNA分子，各由一條新鏈和一條舊鏈構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)，因此稱半保留復(fù)制。當(dāng)前第30頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

原核微生物DNA的復(fù)制：

例：大腸桿菌DNA為環(huán)形分子，復(fù)制的時(shí)候整個從環(huán)上的一個點(diǎn)開始。大腸桿菌DNA復(fù)制叉移動方向復(fù)制叉移動方向當(dāng)前第31頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)真核生物DNA復(fù)制:

從染色體不同位置的多個起始點(diǎn)同時(shí)開始復(fù)制。當(dāng)前第32頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)三、DNA的變性和復(fù)性（一）DNA的變性定義：當(dāng)天然雙鏈DNA受熱或其他因素的作用下，兩條鏈之間的結(jié)合力被破壞而分開成單鏈DNA，即稱為DNA變性。溫度、pH化學(xué)物質(zhì)可使DNA變性。當(dāng)前第33頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)解鏈曲線：對DNA溶液緩慢加熱可使之變性，性質(zhì)變化和溫度之間的關(guān)系稱為解鏈曲線。解鏈溫度（Tm）：A260（DNA在波長260nm處的紫外吸收率）升高達(dá)到最大值一半時(shí)的溫度。當(dāng)前第34頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)（二）DNA的復(fù)性定義：變性DNA溶液經(jīng)適當(dāng)處理后重新形成天然DNA的過程叫復(fù)性，或叫退火。

當(dāng)前第35頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)復(fù)性的雙鏈DNA是原來的DNA嗎？復(fù)性的雙鏈DNA是隨機(jī)結(jié)合的，因此不可能全部是原來的DNA。根據(jù)DNA的變性和復(fù)性，人們發(fā)展了當(dāng)今先進(jìn)的核酸雜交技術(shù)、PCR技術(shù)等。當(dāng)前第36頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)5.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？4.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)粒”在基因工程中常被用作基因轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第37頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)四、RNARNA（核糖核酸）:和DNA相似，不同之處是:1.以核糖代替脫氧核糖;2.以尿嘧啶（U）代替胸腺嘧啶（T）。因此，RNA鏈中的堿基配對為：A—U、U—A、G—C、C—G

當(dāng)前第38頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)mRNA

（信使核糖核酸）——，帶有指導(dǎo)氨基酸的遺傳密碼，傳遞遺傳性。tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸）——識別mRNA上的信息，并將特定的氨基酸送到rRNA上供蛋白質(zhì)合成。rRNA（核蛋白體核糖核酸）——rRNA與蛋白質(zhì)組成核糖體，是蛋白質(zhì)合成的場所。反義RNA——起調(diào)節(jié)作用的短小RNA。RNA的種類及功能RNA當(dāng)前第39頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)5.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？4.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)?！痹诨蚬こ讨谐１挥米骰蜣D(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第40頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

mRNA中的核苷酸有四種，氨基酸有20種，四種核苷酸如何代表20種氨基酸？三個連續(xù)的核苷酸組成一個三聯(lián)密碼子，決定一個氨基酸的種類，人們已經(jīng)破解了所有氨基酸的密碼。五、遺傳密碼如：UUU是決定苯丙氨酸的密碼AUG是決定甲硫氨酸的密碼UAC是決定絲氨酸的密碼當(dāng)前第41頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

遺傳密碼表其中：

61組密碼分別為20種氨基酸編碼，代表蛋白質(zhì)中的20種氨基酸，稱為有意義密碼子；另外3組稱為無意義密碼子，起終止蛋白質(zhì)合成的作用。當(dāng)前第42頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)啟迪與探索1954年，物理學(xué)家GeorgeGamov根據(jù)在DNA中存在4種核苷酸，在蛋白質(zhì)中存在20種氨基酸的對應(yīng)關(guān)系，做出如下數(shù)學(xué)推理:

若每1個核苷酸為1個氨基酸編碼，只能決定4種氨基酸(41=4);若每2個核苷酸為1個氨基酸編碼，可決定16種氨基酸(42=16)。上述情況編碼的氨基酸數(shù)小于20，顯然不可能。那么若3個核苷酸為1個氨基酸編碼，可編64種氨基酸(43=64);若4個核苷酸編碼1個氨基酸，可編碼256種氨基(44=256)，以此類推。Gamov認(rèn)為43=64這種關(guān)系最理想，因?yàn)?4是能滿足于20種氨基酸編碼的最小數(shù)。而44=256以上，數(shù)目太多，不符合生物體在億萬年進(jìn)化過程中形成的和遵循的經(jīng)濟(jì)原則，因此認(rèn)為也是不可能的。

1961年的實(shí)驗(yàn)研究證明上述假想是正確的。

基因密碼的破譯是六十年代分子生物學(xué)最輝煌的成就

當(dāng)前第43頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)4.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？5.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)?！痹诨蚬こ讨谐１挥米骰蜣D(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第44頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

首先，決定某種蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的相應(yīng)一段DNA鏈（結(jié)構(gòu)基因）自我復(fù)制；DNA如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成？

雙鏈DNA分開，以它其中一條單鏈為模板遵循堿基配對原則轉(zhuǎn)錄出一條mRNA；

以mRNA為模板，依靠tRNA對氨基酸的識別作用，與之暫時(shí)結(jié)合；翻譯DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)合成

以mRNA為模板，依靠tRNA的轉(zhuǎn)運(yùn)作用，將氨基酸按照mRNA的堿基排列順序合成蛋白質(zhì)。當(dāng)前第45頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)mRNA(信使RNA)tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)RNA)氨基酸與氨基酸特異性結(jié)合部位三聯(lián)子密碼決定一個氨基酸蛋白質(zhì)翻譯過程3.tRNA翻譯當(dāng)前第46頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)4.蛋白質(zhì)合成當(dāng)前第47頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)4.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？5.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)?！痹诨蚬こ讨谐１挥米骰蜣D(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第48頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)第二節(jié)微生物的變異

在微生物純種群體或混合群體中，都可能偶爾出現(xiàn)個別微生物在形態(tài)或生理生化或其他方面的性狀發(fā)生改變。改變了的性狀可以遺傳，這時(shí)的微生物發(fā)生變異，成了變種或變株。當(dāng)前第49頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變

由于某種因素引起微生物DNA鏈上的A—T堿基對發(fā)生差錯，結(jié)果接上G，成了G—C對，它的性狀沒在當(dāng)代表現(xiàn)。當(dāng)DNA再一次復(fù)制時(shí)本應(yīng)A—T配對，卻成了G—C配對，就成了與正常體不同的突變體。當(dāng)前第50頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)二、變異的類型按突變的條件和原因劃分，突變可分為兩種：自發(fā)突變：指某種生物在自然條件下，沒有人工參與而發(fā)生的基因突變。誘發(fā)突變：是利用物理或化學(xué)因素處理微生物群體，促使少數(shù)個體細(xì)胞的DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，在基因內(nèi)部堿基配對發(fā)生差錯，引起微生物的遺傳性狀突變。當(dāng)前第51頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)什么是定向培育和馴化？（環(huán)境工程中稱馴化）——定向培育（馴化）：是人為用某一特定環(huán)境條件長期處理某一微生物群體，同時(shí)不斷的將它們進(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。目前，環(huán)境工程仍主要采用定向培育的方法培育菌種。例：印染廢水、含酚廢水，氰廢水等活性污泥的培育。當(dāng)前第52頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)4.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？5.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)?！痹诨蚬こ讨谐１挥米骰蜣D(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第53頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)第三節(jié)基因重組

兩個不同性狀的個體細(xì)胞的DNA融合，使基因重新組合，產(chǎn)生新品種，這過程稱為基因重組。可通過以下三種方法實(shí)現(xiàn)。一、雜交二、轉(zhuǎn)化三、轉(zhuǎn)導(dǎo)當(dāng)前第54頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)一、雜交（接合，conjugation）定義：雜交是通過雙親細(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。例：含固氮基因的肺炎克氏桿菌和不含固氮基因的大腸桿菌雜交，產(chǎn)生了含有固氮基因并有固氮能力的nif+大腸桿菌。當(dāng)前第55頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)雜交圖示：菌毛連結(jié)染色體轉(zhuǎn)移當(dāng)前第56頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)二、轉(zhuǎn)化（tansformation）定義：受體細(xì)胞直接吸收來自供體細(xì)胞的DNA片段，并把它整合到自己的基因組里，從而獲得了供體細(xì)胞部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化。當(dāng)前第57頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)轉(zhuǎn)化圖示：DNA吸附DNA解鏈感受態(tài)的細(xì)胞出現(xiàn)DNA進(jìn)入DNA復(fù)制當(dāng)前第58頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)三、轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）定義：通過溫和噬菌體的媒介作用，把供體細(xì)胞內(nèi)特定的基因(DNA片段)攜帶至受體細(xì)胞中，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。野生型敏感細(xì)菌（供體）缺陷型溶原細(xì)菌（受體）出現(xiàn)原養(yǎng)型細(xì)菌當(dāng)前第59頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)第四節(jié)突變體的檢測與篩選目的：用某種誘變因子誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生突變體，從中獲得優(yōu)良的目的品種突變體。一、突變體的檢測二、突變體的篩選當(dāng)前第60頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)一、突變體的檢測（一）直接檢測表現(xiàn)型例1：原產(chǎn)紅色素的正常細(xì)菌，其菌落呈紅色，經(jīng)誘變培養(yǎng)出的是無色的菌落即為突變株。例2：原來是光滑型的菌落，經(jīng)誘變培養(yǎng)出粗糙型菌落的突變株。1.通過觀察可識別，直觀快速當(dāng)前第61頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)例：賴氨酸營養(yǎng)缺陷型的檢測2.影印平板法：直觀，較復(fù)雜原平板（完全培養(yǎng)基）滅菌的金絲絨影印原平板影印至新平板培養(yǎng)基1（無賴氨酸）培養(yǎng)基2（正常）缺陷型突變株野生型菌株經(jīng)誘變后失去合成某營養(yǎng)（氨基酸，維生素，核酸等）的能力，只有在基本培養(yǎng)基中補(bǔ)充該營養(yǎng)因子才能生長當(dāng)前第62頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)（二）間接法例1：高溫菌、低溫菌、嗜酸菌、嗜堿菌及營養(yǎng)缺陷型的微生物要通過控制培養(yǎng)條件而獲得。如果無法通過觀察識別，則采用什么方法？當(dāng)前第63頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)二、突變體的篩選有效技術(shù)：創(chuàng)造一種只允許突變體生長，抑制原養(yǎng)型菌生長的培養(yǎng)基或生長條件。這些條件既是誘變因子又是篩選條件，這種技術(shù)非常適合環(huán)境工程生產(chǎn)的需要。當(dāng)前第64頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)以高溫誘導(dǎo)其變異例：高溫菌的篩選思考：如果要篩選“低溫”降解“苯酚”的細(xì)菌，將如何篩選？用完全培養(yǎng)基在高溫和正常條件下分別培養(yǎng)接種到含有目的物的培養(yǎng)基上，高溫下培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)能夠生長的菌落高溫下擴(kuò)大培養(yǎng)反復(fù)培養(yǎng)、篩選，可獲得處理該廢水的菌種當(dāng)前第65頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)4.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？5.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)?！痹诨蚬こ讨谐１挥米骰蜣D(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第66頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

在自然界中存在許多優(yōu)良菌種，可有效分解自然界中的各種物質(zhì)。但隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人工合成的非天然物質(zhì)日益增多。如：有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯等，不易被現(xiàn)存的微生物分解，這類物質(zhì)具有持久性，很難分解。這類物質(zhì)積累在土壤和水體中，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，在環(huán)境工程中急需快速降解上述污染物的高效菌，遺傳工程有希望解決這個問題。一遺傳工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

第五節(jié)分子遺傳學(xué)新技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用當(dāng)前第67頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)（一）質(zhì)粒育種簡介

什么是質(zhì)粒？在原核生物中除了有染色體外，還含有另一種較小的、攜帶少量遺傳基因的環(huán)狀DNA分子，稱為質(zhì)粒，也叫染色體外基因。它們在細(xì)胞分裂過程中能復(fù)制，將遺傳信息傳給后代。當(dāng)前第68頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)細(xì)菌的質(zhì)粒

當(dāng)前第69頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)質(zhì)粒的一些特性：

常因外界因素影響而發(fā)生質(zhì)粒丟失或轉(zhuǎn)移。某細(xì)菌如果喪失質(zhì)粒，就會喪失由該質(zhì)粒決定的某些性狀，但菌體不死亡，質(zhì)?？烧T導(dǎo)產(chǎn)生。有些質(zhì)粒能通過細(xì)胞的接觸而轉(zhuǎn)移，質(zhì)粒從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到不含該質(zhì)粒的受體細(xì)胞中，使受體細(xì)胞具有該質(zhì)粒決定的性狀。有的質(zhì)?？蓴y帶供體的一步分染色體基因一起轉(zhuǎn)移，從而使受體細(xì)胞既獲得該質(zhì)粒決定的性狀，又獲得供體細(xì)胞的某些性狀。質(zhì)粒的這些特性，在基因工程中常被用作基因轉(zhuǎn)移的運(yùn)載工具——載體。

當(dāng)前第70頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)4.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？5.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)?！痹诨蚬こ讨谐１挥米骰蜣D(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第71頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)質(zhì)粒育種：是將兩種或多種微生物通過細(xì)胞結(jié)合或融合技術(shù)，使供體菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體菌體內(nèi)，使受體菌保留自身功能質(zhì)粒，同時(shí)獲得供體菌的功能質(zhì)粒。即培育出具有兩種功能質(zhì)粒的新品種。（二）質(zhì)粒育種舉例

當(dāng)前第72頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)例1.降解石油的超級細(xì)菌的構(gòu)建

降解多種石油烷烴的“超級細(xì)菌”——將不同功能質(zhì)粒集合在一起，成為具有多功能的超級細(xì)菌。——降解烷烴質(zhì)?！到夥紵N質(zhì)粒——降解萜烴質(zhì)?！到舛喹h(huán)芳烴質(zhì)粒多質(zhì)粒超級細(xì)菌當(dāng)前第73頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)二基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用什么是基因工程？基因工程就是按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創(chuàng)造出新的生物。這種完全按照人的意愿，由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生的生物科學(xué)技術(shù)，就稱為“基因工程”，或者說是“遺傳工程”。當(dāng)前第74頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)基因工程定義：

基因工程是用人工的方法把所需要的某一供體生物的DNA提取出來，在離體的條件下用限制性內(nèi)切酶將離體DNA切割成帶有目的基因的片段，用DNA連接酶把它和質(zhì)粒的DNA分子在體外連接成重組DNA分子，然后將重組體導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，以便外來的遺傳物質(zhì)在其中進(jìn)行復(fù)制、擴(kuò)增和表達(dá)，再進(jìn)行重組體克隆的篩選和鑒定；最后對外源基因表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行分離提純，從而獲得新品種。當(dāng)前第75頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)遺傳工程實(shí)施的有效性怎樣？是否可以隨心所欲的制造新品種？

質(zhì)粒育種和遺傳工程在環(huán)保中的實(shí)際應(yīng)用收到人們的關(guān)注，并賦予厚望，但在具體實(shí)施中有很大難度，主要原因?yàn)椋?/p>

因?yàn)榧?xì)菌的質(zhì)粒本身容易丟失或轉(zhuǎn)移，重組的質(zhì)粒也會存在這個問題；質(zhì)粒具有不相容性，兩種不同的質(zhì)粒不能穩(wěn)定的共存于同一宿主內(nèi)。當(dāng)前第76頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)4.環(huán)境工程主要采取什么方法培育菌種？5.雜交和轉(zhuǎn)化的區(qū)別？轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？8.PCR是一個什么樣的技術(shù)？為什么在法醫(yī)鑒定中，只需要微量樣本，就可以鑒定某人的身份？1.RNA有幾種？分別是什么功能？3.簡單說明蛋白質(zhì)的合成過程？（4步）6.為什么“質(zhì)?！痹诨蚬こ讨谐１挥米骰蜣D(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)載工具？7.如何構(gòu)建多功能超級細(xì)菌？2.幾個核甘酸為一個氨基酸編碼？（遺傳密碼），為氨基酸編碼的密碼子有多少組？當(dāng)前第77頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)三、PCR技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用PCR(polymerasechainreaction)稱DNA多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：是DNA不需通過克隆而在體外擴(kuò)增，短時(shí)間內(nèi)合成大量DNA片段的技術(shù)。目的：環(huán)境中存在各種生物的DNA，在環(huán)境中采集到少量DNA加入引物和DNA多聚酶經(jīng)過變性和復(fù)性的過程，就可以在體外擴(kuò)增至足以供檢測、鑒定用的量。當(dāng)前第78頁\共有88頁\編于星期五\10點(diǎn)

（一）原理雙鏈DNA通過高溫變性,形成單鏈DNA,－－變性↓慢慢冷卻，引物與單鏈結(jié)合－－退火↓適溫，以單鏈DNA為模板從引物開始延伸成新的DNA鏈，1條DNA鏈生成2條新DNA鏈－－延伸↓第二輪：變性—退火—延伸

第三輪……………

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