7第七章微生物的遺傳和變異TO 學(xué)生

Chap7microbialheredityandvariation

微生物的遺傳變異和育種E-mail:iamlizhu@163.comTel—環(huán)境微生物2021/5/91幾個(gè)概念遺傳型表型變異飾變genotype：又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。phenotype：指某一生物個(gè)體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和，是其遺傳型在合適環(huán)境條件下通過代謝和發(fā)育而得到的具體體現(xiàn)。variation：指生物個(gè)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，即遺傳型的改變。modification：指外表的修飾性改變，意即一種不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化。Attention:2021/5/921.遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)——DNA一、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2021/5/932證明DNA為遺傳物質(zhì)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1）轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2021/5/942）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)2021/5/953）病毒的拆開和重組實(shí)驗(yàn)2021/5/96七個(gè)水平細(xì)胞水平細(xì)胞核水平染色體水平核酸水平基因水平密碼子水平核苷酸水平3遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式2021/5/97二.遺傳與變異及其表現(xiàn)根源？DNA2021/5/98復(fù)制傳遞的穩(wěn)定性遺傳的保守性DNA復(fù)制傳遞的差錯(cuò)性變異的多樣性2021/5/99

1.遺傳的保守性遺傳性—“種瓜得瓜種豆得豆”正面：繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)——子代與親代相似性（“大同”）負(fù)面：？“劣汰”“優(yōu)勝”2021/5/9102.變異的多樣性細(xì)菌變異形式，如：個(gè)體形態(tài)的變化，菌落形態(tài)(光滑型／粗糙型)的變異，營養(yǎng)要求的變異，對溫度、pH要求的變異，毒性的變異，抗毒能力的變異，生理生化特性的變異及代謝途徑、產(chǎn)物的變異等。轉(zhuǎn)基因生物2021/5/911正確態(tài)度——理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)。某些新聞媒體和科學(xué)家的過激傾向已給生命科學(xué)的發(fā)展帶來很大的負(fù)面壓力。正確的社會(huì)輿論導(dǎo)向有利于決策者做出正確的決策，從而促進(jìn)科技發(fā)展。在對待轉(zhuǎn)基因生物問題上，不能因出現(xiàn)一些問題而因噎廢食，也不能對可能出現(xiàn)的問題掉以輕心。生物安全是近年來才出現(xiàn)的新問題,應(yīng)該對研究人員、普通公眾、政府部門的管理者和決策者等進(jìn)行生物安全的教育和培訓(xùn),將科學(xué)的生物安全知識完整地告訴公眾,樹立公眾的生物安全風(fēng)險(xiǎn)意識和遵守生物安全法規(guī)意識。Alongway…2021/5/912三、細(xì)菌的選育*（重點(diǎn)）與細(xì)菌的變異選育—篩選與定向培育篩選—“眾里挑一”定向培育—“教育培訓(xùn)”定向培育在水的生物處理俗稱馴化。2021/5/913(1)細(xì)菌的篩選方法原理：優(yōu)勝劣汰方式：選擇性培養(yǎng)基（天然+人工）天然——特殊區(qū)域采樣例如篩選能降解石油的細(xì)菌？收集長期被石油污染的土壤(天然選擇性固體培養(yǎng)基），必有適應(yīng)石油環(huán)境利用石油作為食物的細(xì)菌，將土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室用石油降解菌選擇性培養(yǎng)基，對樣品中的石油降解菌進(jìn)行進(jìn)一步的選擇培養(yǎng)，篩選分離，富集，為下一步的馴化工作奠定基礎(chǔ)。

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馴化選擇性培養(yǎng)基（石油）濃度升高篩選分離23、414小考1中考高考2021/5/915（2）細(xì)菌的馴化①漸變－誘導(dǎo)法(休眠的酶基因復(fù)活+自然突變)方法：待降解物通常為有機(jī)毒物或惰性物。567N選擇性培養(yǎng)基（待降解物，如石油）濃度升高5n大一→大四N+1死篩選與誘導(dǎo)馴化可以同時(shí)進(jìn)行特點(diǎn):操作簡便，馴化的潛力有限，慢。結(jié)果2021/5/916誘變劑：溫度、紫外線、核輻射、酸、堿、化學(xué)誘變劑等等。②突變—誘變法哪些因素可以引起基因突變呢？基因突變的分子機(jī)制？DNA堿基丟失、增多、錯(cuò)配等點(diǎn)突變→染色體畸變基因突變有這樣幾個(gè)特點(diǎn)。2021/5/917

A．基因突變的特點(diǎn)發(fā)生Ⅰ.隨機(jī)性結(jié)果Ⅱ.無定向性

基因突變在哪一個(gè)細(xì)菌中發(fā)生是隨機(jī)的，突變基因的部位也是隨機(jī)的。突變的發(fā)生沒有固定的方向。頻率Ⅲ.稀有性可Ⅳ.誘變性突變率（每一細(xì)菌在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的機(jī)率）通常為10-5~10-10。十萬至一百億個(gè)細(xì)菌中才可能有一個(gè)細(xì)菌的基因發(fā)生突變。人工誘變可提高10～105倍2021/5/918

Ⅴ.可逆性修復(fù)成功Ⅵ.穩(wěn)定性修復(fù)失敗產(chǎn)生的變異性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。利用基因突變的特點(diǎn)，可以通過人工誘變進(jìn)行細(xì)菌的基因改造。2021/5/919常用的誘變劑：紫外線、5—溴尿嘧啶、亞硝酸、卟啶染料等。誘變的步驟Ⅰ.制出發(fā)菌株的單細(xì)菌懸浮液為什么？如何在整個(gè)過程中盡量使細(xì)菌分散呢？誘變劑與細(xì)菌充分接觸；向細(xì)菌培養(yǎng)液中加入玻璃珠，并保持在誘變過程中始終進(jìn)行振蕩攪拌形成出發(fā)細(xì)菌的單細(xì)菌懸浮液；B．方法2021/5/920Ⅱ.選擇合適的誘變劑劑量進(jìn)行誘變?yōu)槭裁匆袆┝肯拗颇?？?效率低;過高“是藥三分毒”

會(huì)造成細(xì)菌大量死亡。例如在進(jìn)行細(xì)菌紫外誘變時(shí)，通常使用15或20W的紫外燈距離細(xì)菌單細(xì)菌懸浮液15~30cm，照射15~20min。Ⅲ.篩選突變出的高效菌如何篩？選擇性培養(yǎng)基2021/5/921評價(jià)誘變法潛力要遠(yuǎn)大于誘導(dǎo)法，但操作復(fù)雜。在實(shí)際誘變中，往往要經(jīng)過幾次不同誘變方法的誘變處理以及大量繁瑣的篩選分離工作才有可能獲得理想的突變體。最后這些突變體將會(huì)在實(shí)驗(yàn)室小試、中試的基礎(chǔ)上被投放到生產(chǎn)實(shí)踐中。參見《環(huán)境微生物學(xué)技術(shù)手冊》2021/5/922通常生產(chǎn)上更多利用的是誘導(dǎo)法。污泥培養(yǎng)初期逐步提高污水比例，有些菌種不能適應(yīng)被淘汰(篩選)，能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的菌株及自發(fā)突變體中能來降解此類廢水的菌種能夠生存而被保留下來，且能力逐步提高，使廢水達(dá)到預(yù)期的排放標(biāo)準(zhǔn)；*誘變菌株環(huán)保市場的開發(fā)前景如何?目前國內(nèi)外有哪些主要的此類公司?

2021/5/923③基因重組法不同個(gè)體基因重新組合

形式自發(fā)基因重組與人工基因重組自發(fā)基因重組a.真核生物為雜交；精卵細(xì)胞質(zhì)融合過程中所有遺傳物質(zhì)的重組b.原核生物為轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合；部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組2021/5/924Ⅰ.轉(zhuǎn)化Transformation

（引進(jìn)）供體細(xì)菌研碎物中的DNA片段直接吸收進(jìn)入活的受體細(xì)菌并發(fā)生基因重新組合的方式。受體細(xì)菌獲得了供體細(xì)菌的部分遺傳性狀—“轉(zhuǎn)運(yùn)同化”轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國的細(xì)菌學(xué)家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的,，被命名為格里菲斯實(shí)驗(yàn)（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一）。2021/5/925Ⅱ.接合

（合作）

Ⅲ.轉(zhuǎn)導(dǎo)（間諜竊?。╅g諜？噬菌體－細(xì)菌病毒通過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移導(dǎo)手的基因重組現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)是1951年辛德爾(Zinder)和萊德貝爾格(1Jederberg)在研究鼠沙門氏傷寒桿菌重組時(shí)發(fā)現(xiàn)的。細(xì)菌有性生殖2021/5/926

a.遺傳工程的方法遺傳工程方法包括兩個(gè)水平的研究：一種是細(xì)胞水平；另一種是基因水平。所以，又可把它分為細(xì)胞工程和基因工程。細(xì)胞工程——兩個(gè)細(xì)胞原生質(zhì)體融合體外切割導(dǎo)入遺傳物質(zhì)基因片段受體細(xì)胞基因工程——兩個(gè)細(xì)胞DNA片段剪接拼接狹義的講，遺傳工程就是基因工程。原理：限制性核酸內(nèi)切酶2021/5/927

b.遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用對特殊基因進(jìn)行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級細(xì)菌”++2021/5/928Ⅰ.降解石油的工程細(xì)菌

70年代美國生物學(xué)家查克撿巴蒂(Chakrabarty)針對海洋輸油，造成浮油污染，影響海洋生態(tài)等問題進(jìn)行了研究。石油成分復(fù)雜，是由飽和、不飽和、直鏈、支鏈、芳香……烴類組成，不溶于水。而海水含鹽量高，雖發(fā)現(xiàn)90多種微生物有不同程度降解烴類的能力，但不一定能在海水中大量繁殖生存，而且降解速率也較饅，查氏將能降解脂(含質(zhì)粒A)的一種假單胞菌作受體細(xì)菌，分別將能降解芳烴(質(zhì)粒B)、芳烴(質(zhì)粒C)和多環(huán)芳烴(質(zhì)粒D)的質(zhì)粒，用遺傳工程方法人工轉(zhuǎn)入受體細(xì)菌，獲得多質(zhì)?！俺壖?xì)菌”，可除去原油中2／3的烴。浮油在一般條件下降解需一年以上時(shí)間，用“超級細(xì)菌”只需幾小時(shí)即可把浮油去除，