水處理生物學(xué)第三章細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異

水處理生物學(xué)第三章細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異1第1頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容一、遺傳與變異的基本概念二、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)四、微生物的基因突變五、基因重組六、遺傳工程（Geneticengineering）七、基因工程（Geneticengineering）八、微生物的馴化——活性污泥馴化九、核酸探針雜交和PCR技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用2第2頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自學(xué)作業(yè)細(xì)菌遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？簡(jiǎn)述DNA的復(fù)制過程？請(qǐng)說明什么是點(diǎn)突變和染色體畸變、自發(fā)突變和誘發(fā)突變？請(qǐng)分別解釋轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)，三者的區(qū)別是什么？請(qǐng)簡(jiǎn)要說明遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用？廢水處理中馴化的作用是什么？3第3頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳性：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?！胺N瓜得瓜種豆得豆”繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)遺傳性一、遺傳與變異的基本概念4第4頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)菌同其他生物一樣，有其固有的遺傳性。細(xì)菌的遺傳是在系統(tǒng)發(fā)育過程中形成的，系統(tǒng)發(fā)育愈久的細(xì)菌，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。遺傳性一、遺傳與變異的基本概念5第5頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月變異：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、代謝產(chǎn)物）“龍生九子，各不相同”變異性基因突變基因重組定義：細(xì)菌的遺傳性狀變化稱變異6第6頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)菌易變異∵細(xì)菌的繁殖快，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)生多次影響，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），從而改變?cè)械奶匦裕串a(chǎn)生了變異。變異不一定都有遺傳性7第7頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)菌變異形式：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(duì)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。8第8頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月定向培育：有目的地控制微生物生長(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，通過馴化，增強(qiáng)微生物的降解能力，提高處理效果。9第9頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月二、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌的遺傳物質(zhì)：一切生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸（特別是DNA）

10第10頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1928年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

對(duì)小鼠注射活RII菌或死SIII菌————小鼠存活

對(duì)小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡

對(duì)小鼠注射活RII菌和熱死SIII菌———小鼠死亡

抽取心血 分離

活的SIII菌F.Griffith，研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）SIII型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性RII型菌株：無莢膜，菌落表面粗糙，無致病性證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）11第11頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月Griffith

轉(zhuǎn)化試驗(yàn)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Griffith

轉(zhuǎn)化試驗(yàn)示意圖12第12頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（3）S型菌的無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)以上實(shí)驗(yàn)說明：加熱殺死的SIII型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過某種方式進(jìn)入RII型細(xì)胞并使RII型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)镾III型細(xì)胞。熱死SIII菌—————不生長(zhǎng)

活RII

菌—————長(zhǎng)出RII菌

熱死SIII菌—————長(zhǎng)出大量RII菌和10-6SIII菌活R菌+S菌無細(xì)胞抽提液——長(zhǎng)出大量R菌和少量S菌+活RII菌平皿培養(yǎng)13第13頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月二、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)2.DNA的化學(xué)組成

DNA是一種高分子化合物，它由四種核苷酸組成，每一種核苷酸均含環(huán)狀堿基、脫氧核糖和磷酸根三種組分。四種堿基為：腺嘌呤A、鳥嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C。核苷酸腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖堿基磷酸核苷14第14頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA是由兩條多核苷酸分子的長(zhǎng)鏈所組成。兩條長(zhǎng)鏈之間靠堿基上的氫鍵作用相聯(lián)結(jié)，遵循配對(duì)原則：A—T，G—C

15第15頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月4.DNA復(fù)制

DNA的復(fù)制過程首先是DNA的雙鏈從一端打開，分離成 兩條單鏈，然后以每條單鏈為模板，通過堿基配對(duì)逐漸 建立起完全互補(bǔ)的一套核苷酸單位，新連接上的多核苷 酸與原有的多核苷酸鏈重新形成新的雙螺旋DNA。16第16頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月4.DNA復(fù)制在DNA聚合酶的催化下，一個(gè)DNA分子最終復(fù)制成兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的DNA，從而將遺傳信息傳遞給子代。

復(fù)制后的DNA分子有一條新鏈和一條舊鏈組成，稱為半保留復(fù)制。17第17頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)存在部位和方式（七個(gè)水平）：（1）細(xì)胞水平：DNA集中在核質(zhì)體中。（真核微生物：細(xì)胞核）桿菌細(xì)胞內(nèi)大多存在兩個(gè)核質(zhì)體，而球菌一般只有一個(gè)。（2）細(xì)胞核水平：原核微生物：無核膜包裹，呈松散無定型狀態(tài)，核基團(tuán)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，形成染色體（genome）核外染色體（能自主復(fù)制）：廣義上講稱質(zhì)粒（plasmid）18第18頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（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)顯微鏡下無法看到的環(huán)狀染色體。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。19第19頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）基因水平（功能單位）基因：具有遺傳功能的DNA分子的片段，平均含有1000bp（堿基對(duì)）。一個(gè)DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對(duì)的數(shù)量和排列序列不同?；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（structuregene）操縱基因（operator）啟動(dòng)基因（promotor）操縱子（operon）20第20頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)核苷酸順序來決定。（7）核苷酸水平（最低交換單位、突變單位）核苷酸腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖堿基磷酸核苷（6）密碼水平（信息單位）21第21頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月質(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)閉合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA（circularcovalentlyclosedDNA）結(jié)構(gòu)：具有超級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)，分子量106－108Da（道爾頓）

100－10000kbp可移動(dòng)性：異種間轉(zhuǎn)移GentherF.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。22第22頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種典型的質(zhì)粒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賀式菌中），而且能把抗藥性轉(zhuǎn)移到E.coli。后來在沙門氏菌屬（Salmonalla）芽孢桿菌屬（Bacillus）假單胞菌屬（Pseudomonas）葡萄球菌屬（Staphulococcus）中找到。R因子在細(xì)胞中的數(shù)目1~2—幾十個(gè)。對(duì)多種抗生素有抗性，也可作為基因載體。具有R因子的細(xì)菌在自然界中的存活率高。1）R因子－R質(zhì)粒23第23頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2）F因子（Fertilityfactor）、致育因子、性因子是E.coli中決定性別的質(zhì)粒。62×106Da，94.5kbpF+F+F+F-接合（conjugation）特點(diǎn)：能夠插入染色體，使染色體的長(zhǎng)度增長(zhǎng)。有F因子的細(xì)菌：F+雄菌沒有F因子的細(xì)菌：F-雌菌24第24頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3）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）25第25頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)基因：具有遺傳功能的DNA分子的片段，平均含有1000bp（堿基對(duì)）。一個(gè)DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對(duì)的數(shù)量和排列序列不同。基因：能夠表達(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的DNA序列。26第26頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.核糖核酸RNA RNA——核糖（DNA為脫氧核糖） 尿嘧啶U代替胸腺嘧啶T三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)2.三種RNA

（1）信使核糖核酸mRNA：指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（2）核蛋白體核糖核酸rRNA：rRNA與蛋白質(zhì)組成核糖 體，是蛋白質(zhì)（多肽）的合成場(chǎng)所；（3）轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸t(yī)RNA：可識(shí)別mRNA上的信息，并將特 定的氨基酸運(yùn)送到rRNA上供蛋白質(zhì)合成。3.密碼子

RNA上每三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸細(xì)菌的繁殖體現(xiàn)為：DNA、RNA、蛋白質(zhì)等的合成27第27頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)4.基因表達(dá)：基因上貯存的遺傳信息需要通過一系列的變化過 程才能夠在生理上或形態(tài)上表達(dá)出相應(yīng)的遺傳性狀。需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄——翻譯——表達(dá)三個(gè)過程。（1）轉(zhuǎn)錄：以DNA雙鏈中的一條鏈為模板，按互補(bǔ)方式合成RNA，遺傳信息由DNA到RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。基因DNA上遺傳信息轉(zhuǎn)錄下的RNA即為mRNA。

28第28頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)（2）翻譯：轉(zhuǎn)錄后的mRNA作為合成蛋白質(zhì)的模板，并且由mRNA的堿基排列順序決定多肽鏈中氨基酸的排列順序，即遺傳信息到蛋白質(zhì)的傳遞為翻譯。29第29頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)（3）由基因DNA所決定的酶通過代謝作用建造出某種細(xì)胞結(jié)構(gòu)（如莢膜、鞭毛、細(xì)胞成分等），從而使微生物表現(xiàn)出某種性狀，稱為性狀表達(dá)（發(fā)育）。30第30頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月四、微生物的基因突變微生物變異突變：由于生物體DNA改變而引起的遺傳性狀的改變基因重組：不同個(gè)體間基因重新組合

突變?nèi)旧w畸變——細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化基因突變——細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化

定義：DNA鏈上因堿基的缺失、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)形狀發(fā)生了可遺傳的變化，這種現(xiàn)象叫基因突變（變異）?；蛲蛔?1第31頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.基因突變的原因

自發(fā)突變：由于自然界的某些物理化學(xué)因子的干擾（輻射、臭氧），也可由微生物體內(nèi)代謝產(chǎn)物（亞硝酸鹽、過氧化氫）引起，自發(fā)突變頻率低10-5～10-9

誘發(fā)突變：通過施加物理化學(xué)因素（紫外線硝酸）誘變劑可大大提高突變率）32第32頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3.微生物基因突變的特點(diǎn)適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。不對(duì)應(yīng)性：突變的性狀與突變?cè)蛑g無直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。自發(fā)性：突變可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會(huì)互相影響。可誘發(fā)性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳?？赡嫘裕簭脑嫉囊吧突虻阶儺愔甑耐蛔兎Q為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的 過程則稱為回復(fù)突變或回變（backmutation或 reversemutation）。33第33頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月誘發(fā)突變點(diǎn)突變畸變?nèi)笔В禾砑右孜唬旱刮唬褐貜?fù)：插入：堿基置換移碼突變轉(zhuǎn)換：AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCABabcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*4.微生物基因突變機(jī)制基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或誘發(fā)的，誘變又可分為點(diǎn)突變和畸變。34第34頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)變異：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：ABCABCABABCAABCAB35第35頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月堿基置換（substitution）定義：對(duì)DNA來說，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（microlesion），一般也稱點(diǎn)突變（pointmutation）。它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換；顛換（transversion），即一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶,或是一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換。對(duì)某一具體誘變劑來說，即可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機(jī)制分成以下兩類來討論。36第36頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月移碼突變frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，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(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。37第37頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月染色體畸變（chromosomalaberration）某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：染色體結(jié)構(gòu)上的變化：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的變化38第38頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月畸變?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39第39頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月★染色體結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來的一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到原來染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；易位--------是指斷裂下來的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間的易位。40第40頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。幾種自發(fā)突變的可能機(jī)制★微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)★互變異構(gòu)效應(yīng)★環(huán)出效應(yīng)41第41頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月作用：重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產(chǎn)生新遺傳型的個(gè)體。五、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。

42第42頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ.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）。引進(jìn)43第43頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ

肺炎雙球菌

無毒

殺死

殺死

轉(zhuǎn)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細(xì)胞混合注射加熱殺死后的破碎細(xì)胞格里菲斯實(shí)驗(yàn)無毒注射注射？？44第44頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1944年才通過試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細(xì)菌、放線菌、真菌和高等動(dòng)植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。45第45頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：受體菌自然或在人工技術(shù)作用下直接攝取來自供體菌的游離DNA片段，并把它整合到自己的基因組中，而獲得部分新的遺傳性狀的基因轉(zhuǎn)移過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。特點(diǎn)：無需細(xì)胞接觸。細(xì)菌、放線菌、真菌中有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。有關(guān)名詞：受體菌：recipient/receptor，轉(zhuǎn)化基因的接受者供體菌：donor，轉(zhuǎn)化基因的提供者轉(zhuǎn)化因子：來自供體菌的DNA片段轉(zhuǎn)化子：transformant，將轉(zhuǎn)化基因重組進(jìn)入自身染色體組的重組子轉(zhuǎn)化（transformation）46第46頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月47第47頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月人工轉(zhuǎn)化人工轉(zhuǎn)化——是通過人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取DNA的能力，或人工地將DNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)。方法：①CaCl2處理細(xì)胞，使其成為能攝取外源DNA的感受態(tài)狀態(tài).②電穿孔法electroporation：用高壓脈沖電流擊破細(xì)胞膜，或擊成小孔，使各種大分子（包括DNA）能通過這些小孔進(jìn)入細(xì)胞。48第48頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月到目前為止，已發(fā)現(xiàn)能發(fā)生轉(zhuǎn)化作用的菌屬主要有：Streptococcuspneumoniae、Haemophilus（嗜血桿菌屬）、Bacillus、Neisseria（奈瑟氏球菌屬）、Rhizobium（根瘤菌屬）、Staphylococcus、Pseudomonas和Xanthomonas中多見。在若干放線菌和藍(lán)細(xì)菌以及Saccharomycescerevisiae、Neurosporacrassa（粗糙脈胞菌）和Aspergillusniger中，也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。腸桿菌科的一些細(xì)菌很難進(jìn)行轉(zhuǎn)化，主要原因一方面由于外來DNA難以摻入到細(xì)胞中，另一方面在受體細(xì)胞內(nèi)常存在可降解線形DNA的核酸酶。如果用CaCl2處理E.coli的球狀體，就可以使之發(fā)生低頻率的轉(zhuǎn)化。另外，可利用霉菌的原生質(zhì)體進(jìn)行轉(zhuǎn)化。兩個(gè)菌種或菌株之間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，與它們?cè)谶M(jìn)化過程中的親緣關(guān)系有著密切的關(guān)系。但即使在轉(zhuǎn)化率極高的菌種中，其不同菌株間也不一定都能發(fā)生轉(zhuǎn)化。自然轉(zhuǎn)化的普遍性：49第49頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ.接合

（合作）

細(xì)菌有性生殖細(xì)胞核質(zhì)粒大腸桿菌的接合是通過性纖毛（中空）進(jìn)行的。

F因子、降解性質(zhì)?？赏ㄟ^此形式傳遞。50第50頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月接合（conjugation）定義：供體菌（“雄”）通過其性菌毛與受體菌（“雌”）相接觸，前者傳遞不同長(zhǎng)度的DNA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，稱為接合。通過接合而獲得新性狀的受體細(xì)胞就是接合子（conjugant）特點(diǎn)：細(xì)胞接觸51第51頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月接合（conjugation）存在范圍：細(xì)菌：G–

較為多見如E.coli、Salmonella、Shigella、Serratia、Vibrio、Azotobacter、Klebsiella和Pseudomonas等最為常見放線菌：Streptomyces、Nocardia接合還可發(fā)生在不同屬的菌種之間，如E.coli與Salmonellatyphimurium之間或S.typhimurium與Shigelladysenteriae之間E.coli的F因子：決定性別的質(zhì)粒，屬于附加體（episome），可以通過接合作用獲得，也可以通過丫啶類化合物、溴化乙錠或絲裂霉素C的處理而消除。52第52頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月53第53頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）（間諜竊取）通過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組，無需細(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)(completetransduction)b.局部轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction)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。54第54頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成組氨酸（A-）的沙門氏傷寒桿菌

指導(dǎo)色氨酸合成的基因超微燒結(jié)玻璃板細(xì)菌不能通過，噬菌體可以通過轉(zhuǎn)導(dǎo)能合成色氨酸間諜侵入、重組轉(zhuǎn)移導(dǎo)手LA-22

是不能

合成色氨酸（B-）但能合成組氨酸（A+）的沙門氏傷寒桿菌一些細(xì)胞中含有繁殖速度較慢的溫和噬菌體P-22

55第55頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）原生質(zhì)體融合（protoplastfusion）

通過人為的方法使兩個(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），該過程稱原生質(zhì)體融合。（20世紀(jì)70年代）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)，使之稱為完整細(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。56第56頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月六、人工基因重組—遺傳工程遺傳工程是70年代初發(fā)展起來的生物技術(shù)。定義：對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行改造（人工干預(yù)下的雜交、轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)）的技術(shù)。工程：類似工程設(shè)計(jì)那樣有很高的預(yù)見性、精確性與嚴(yán)密性。57第57頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月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58第58頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細(xì)菌質(zhì)粒載體（具有抗性基因）如抵抗青霉素長(zhǎng)出必然是重組成功的細(xì)菌外源基因片段59第59頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月b.遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用對(duì)特殊基因進(jìn)行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級(jí)細(xì)菌”++60第60頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ.耐汞工程菌

日本水俁事件及瑞典鳥類汞中毒事件后，日本和瑞典對(duì)汞在自然界轉(zhuǎn)化做了大量研究工作，提出了汞化合物轉(zhuǎn)化的途徑，主要是某些微生物使水體汞元素甲基化形成甲基汞，使人及生物中毒。另一面自然界中存在一些耐汞的微生物，它們的耐汞基因在質(zhì)粒R因子上。例如，惡臭假單胞菌一般在超過2ug／ml汞濃度中即將中毒死，查克拉巴蒂用質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)，把嗜油假單胞菌的耐汞質(zhì)粒(MER質(zhì)粒)轉(zhuǎn)移到惡臭假單胞菌中去，后者獲得MER質(zhì)粒，可在50~70ug／ml氯化汞中生長(zhǎng)。Ⅲ．脫色工程菌的構(gòu)建

將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的偏號(hào)Kx和Kd兩株假單胞菌通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。61第61頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程方法看似簡(jiǎn)單，但在具體實(shí)施上有較大的難度。62第62頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月降解石油的工程細(xì)菌

70年代美國生物學(xué)家查克撿巴蒂(Chakrabarty)針對(duì)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，而且降解速率也較慢。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?jí)細(xì)菌”，可除去原油中2／3的烴。63第63頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月降解石油的工程細(xì)菌浮油在一般條件下降解需一年以上時(shí)間，用“超級(jí)細(xì)菌”只需幾小時(shí)即可把浮油去除，速度快效率高。見下圖。64第64頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：基因工程菌存在的問題：

安全性混合培養(yǎng)系中的生存性降解能力的安定性大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)65第65頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月六、遺傳工程（Geneticengineering）50年代——遺傳物質(zhì)的研究70年代——基因工程誕生遺傳工程包括根據(jù)微生物在遺傳過程中發(fā)生的生物變異現(xiàn)象，獲得有利于人類的某些遺傳性狀。包括誘變育種（基因突變）、質(zhì)粒育種、DNA重組。1.誘變育種：

就是利用物理化學(xué)等因素，誘發(fā)基因突變，并從中篩選出具有某一優(yōu)良性狀的突變體。出發(fā)菌株的選擇誘變劑的選擇：紫外線、X射線、亞硝酸鹽等誘變劑量的選擇：殺菌率為70～75%的紫外線突變體的篩選2.誘變育種的主要步驟66第66頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月六、遺傳工程（Geneticengineering）3.誘變育種應(yīng)用微生物馴化獲得某些難降解物質(zhì)的優(yōu)良降解菌5.質(zhì)粒育種應(yīng)用石油降解功能菌的構(gòu)建烴類和抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建4.質(zhì)粒育種質(zhì)粒是原核微生物中除染色體外一類攜帶遺傳物質(zhì)的環(huán)狀DNA片斷，它能夠決定微生物的某些性狀。可以將兩種或多種微生物通過細(xì)胞結(jié)合或細(xì)胞融合技術(shù)，使供體菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體均體內(nèi)，使受體菌同時(shí)具有多種功能。67第67頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月誘變育種：是用物理或化學(xué)的誘變劑使誘變對(duì)象內(nèi)的遺傳物質(zhì)（DNA）的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起性狀變異并通過篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方法。誘變育種具有極其重要的實(shí)踐意義。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)和其他微生物生產(chǎn)部門所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎毫無例外地都是通過誘變育種而明顯提高其生產(chǎn)性能的。誘變育種68第68頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

誘變育種的步驟：原始菌種純化斜面/肉湯培養(yǎng)單孢子/單細(xì)胞懸液誘變劑處理平板分離移至斜面小試中試初篩復(fù)篩計(jì)算存活率觀察形態(tài)變異，挑單菌落良種保藏原菌種特性鑒定69第69頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月誘變育種的基本過程：選擇選擇合適的出發(fā)菌株↓制備待處理的菌懸液↓誘變處理↓篩選↓保藏和擴(kuò)大試驗(yàn)70第70頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月七、基因工程（Geneticengineering）50年代——遺傳物質(zhì)的研究70年代——基因工程誕生1.定義：

用人為的方法把供體生物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遺傳重組技術(shù)。對(duì)特殊基因進(jìn)行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級(jí)細(xì)菌”++71第71頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月①用人為的方法，把供體生物的DNA大分子提取出來，②在離體的條件下，用工具酶進(jìn)行切割后，③把它與載體（vector）的DNA分子連接起來，④然后與載體一起導(dǎo)入受體生物。2.步驟：72第72頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月<1>目的基因的取得：

供體細(xì)胞中提取分離合成<2>載體的選擇：對(duì)載體的要求

具