微生物的遺傳和變異第1頁，課件共85頁，創作于2023年2月基本定義第一節微生物的遺傳第二節微生物的變異第三節基因重組第四節遺傳工程在環境保護中的應用第2頁，課件共85頁，創作于2023年2月遺傳：生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能。它具有極其穩定的特性。基因：基因是DNA分子上具有一定功能的區段，分為結構基因和調節基因遺傳型：又稱基因型，指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因的總和。表型：指某一生物所具有的一切外表特征及內在特性的總和。遺傳型在一定環境下的表現第3頁，課件共85頁，創作于2023年2月變異：生物體在某種外因或內因的作用下所引起的遺傳物質結構或數量的改變，亦即遺傳型的改變。飾變：指不涉及遺傳物質結構改變而發生在轉錄、轉譯水平上的表型變化第4頁，課件共85頁，創作于2023年2月第一節微生物的遺傳經典實驗核外DNA的種類DNA的結構與復制DNA的變性和復性第5頁，課件共85頁，創作于2023年2月經典試驗：證明核酸是遺傳信息的載體1、轉化實驗：1928年，Griffith等分別用肺炎R型/S型雙球菌感染小鼠，得知S型菌株具有感染能力；利用熱死的S菌株與R型菌株同時感染小鼠，發現小鼠染病，得出S型肺炎雙球菌可以將具有遺傳功能的物質傳遞給R型肺炎雙球菌。1944年，在以上基礎上用將S型菌的各組分分別與R型共同培養，得出結論——S型菌傳遞給R型菌的不是性狀本身而是遺傳物質基礎。第6頁，課件共85頁，創作于2023年2月Griffith

轉化試驗示意混合培養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第7頁，課件共85頁，創作于2023年2月①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉化因子的各種成分，并在離體條件下進行了轉化試驗：第8頁，課件共85頁，創作于2023年2月只有S型細菌的DNA才能將S.pneumoniae的R型轉化為S型。且DNA純度越高，轉化效率也越高。說明S型菌株轉移給R型菌株的是遺傳因子,即DNA。第9頁，課件共85頁，創作于2023年2月核外DNA的種類核外染色體真核生物的“質粒”原核生物的質粒 線粒體細胞質基因 葉綠體（質體） 中心體 卡巴顆粒酵母菌的2m質粒F因子R因子Col質粒Ti質粒巨大質粒降解性質粒第10頁，課件共85頁，創作于2023年2月卡巴顆粒第11頁，課件共85頁，創作于2023年2月DNA的結構與復制DNA的結構：雙螺旋結構，每條鏈都由脫氧核糖、磷酸交替排列構成，其中夾有堿基。第12頁，課件共85頁，創作于2023年2月脫氧核糖堿基磷酸AGCT基本單位－脫氧核苷酸第13頁，課件共85頁，創作于2023年2月AGCT腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸

胸腺嘧啶脫氧核苷酸脫氧核苷酸的種類第14頁，課件共85頁，創作于2023年2月連接

ATGCATGCDNA的化學結構示意圖第15頁，課件共85頁，創作于2023年2月第16頁，課件共85頁，創作于2023年2月DNA的復制第17頁，課件共85頁，創作于2023年2月DNA的變性和復性核酸變性：是指核酸雙螺旋結構解開，氫鍵斷裂，但并不涉及核苷酸間磷酸二酯鍵的斷裂。DNA的復性：變性DNA在適當條件下，又可使兩條彼此分離的鏈重新締合而形成雙螺旋結構，這一過程又稱為退火。復性后的DNA可基本恢復一系列的理化性質，生物學活性也可得到部分恢復。第18頁，課件共85頁，創作于2023年2月RNA：核糖核酸，與DNA相似，只是以核糖代替脫氧核糖，以尿嘧啶代替胸腺嘧啶。RNA有tRNA、rRNA、mRNA及反義RNA，由DNA轉錄而成。第19頁，課件共85頁，創作于2023年2月第20頁，課件共85頁，創作于2023年2月第二節微生物的變異基因突變的定義突變率突變的類型第21頁，課件共85頁，創作于2023年2月變異的實質——基因突變基因突變：變異的一種，指生物體內遺傳物質的分子結構突然發生的可遺傳的變化（10－6－10－9）第22頁，課件共85頁，創作于2023年2月突變率：每一細胞在每一世代中發生某一性狀突變的幾率或每一單位群體在每一世代中產生突變株的數目來表示。測定方法：回復突變抗藥性突變第23頁，課件共85頁，創作于2023年2月菌名 突變性狀 突變率E.coli 抗T1噬菌體 3×10–8E.coli 抗T3噬菌體 1×10–

E.coli 不發酵乳糖 1×10–10E.coli 抗紫外線 1×10–5Staphylococcusaureus 抗青霉素 1×10–7S.aureus 抗鏈霉素 1×10–9

Salmonellatyphi 抗25g/L鏈霉素 1×10–6

Bacillusmegaterium 抗異煙肼 5×10–5

第24頁，課件共85頁，創作于2023年2月突變的類型自發突變定義：指某微生物在自然條件下，沒有人工參與而發生的基因突變第25頁，課件共85頁，創作于2023年2月自發突變機制：背景輻射和環境因素的誘變，即低劑量誘變因素反復作用微生物自身有害產物的誘變效應過氧化氫（內源性誘變劑）互變異構效應（酮式、烯醇式的互變）環出效應（環狀突出—復制—→遺傳缺失）第26頁，課件共85頁，創作于2023年2月A-TG(-OH)-TG-CA:G第27頁，課件共85頁，創作于2023年2月第28頁，課件共85頁，創作于2023年2月誘發突變定義：利用物理的或化學的因素處理微生物群體，促使少數幾個細胞的DNA分子結構發生變化，引起微生物的遺傳性狀發生突變。誘變劑：凡能提高突變率的因素都稱為誘發因素或誘變劑第29頁，課件共85頁，創作于2023年2月物理誘變紫外線對DNA的損傷及其修復紫外線的主要作用是使用鏈DNA的相鄰嘧啶間形成共價結合的胸腺嘧啶二聚體(雙鏈扭曲變形，不能正常配對)

第30頁，課件共85頁，創作于2023年2月第31頁，課件共85頁，創作于2023年2月胸腺嘧啶二聚體第32頁，課件共85頁，創作于2023年2月修復機制：光復活（reactixlation）紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下，可明顯降低死亡率的現象。光復活酶（photoreacivatingenzymePRE）（光裂合酶）與二聚體結合，在可見光下獲得能量，使二聚體解聚，受損傷的DNA得到修復。第33頁，課件共85頁，創作于2023年2月第34頁，課件共85頁，創作于2023年2月暗修復作用（darkrepair）（切除修復）不但可以修復紫外線損傷的DNA，還可以修復一些受到誘變劑（如烷化劑、x射線、γ射線）損傷的DNA內切核酸酶在5’-側切出一個3’-OH和5’-P的單鏈缺口，外切核酸酶從5’-P向3’-OH切除二聚體，DNA聚合酶以DNA的另一條互補鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起逐個延長，重新合成一段缺失的DNA鏈，連接酶把寡核苷酸的3’-OH末端與原鏈的5’-P末端連接第35頁，課件共85頁，創作于2023年2月暗修復第36頁，課件共85頁，創作于2023年2月化學誘變直接作用：亞硝酸等氧化劑及硫酸二乙脂、甲基硫酸乙脂等烷化劑，可與一個或多個核苷酸堿基起化學作用，引起變異。A→H≈GC→U≈TG→X第37頁，課件共85頁，創作于2023年2月亞硝酸引起的AT-GC轉換細節第38頁，課件共85頁，創作于2023年2月亞硝酸引起DNA堿基對的改變

圖中A被其脫去氨基后可變成次黃嘌呤（H），H不能再與T配對，而變為與C配對，經DNA復制后，可形成T-A→C-G的轉換第39頁，課件共85頁，創作于2023年2月烷化劑引起的DNA堿基對的改變

第40頁，課件共85頁，創作于2023年2月間接作用：引起置換的誘變劑5－溴尿嘧啶（5－BU）、5－氨基尿嘧啶（5-AU）、8－N鳥嘌呤（8-NG）等為堿基結構類似物，摻入到DNA分子中，使DNA無意義，因此可引起變異。第41頁，課件共85頁，創作于2023年2月5-溴尿嘧啶第42頁，課件共85頁，創作于2023年2月5-BU引起的轉換第43頁，課件共85頁，創作于2023年2月第44頁，課件共85頁，創作于2023年2月移碼突變（frame－shiftmutation）誘變劑使DNA分子中的1個或少數幾個核苷酸的增添（插入）或缺失從而使該部位后面的全部遺傳密碼發生轉錄和轉譯錯誤的一類突變。丫啶黃原黃素、丫啶橙和α－氨基丫啶等染料ABCABCABCABCABCABCABCAB+CABCABCABCBCABCABCABCABCAB+CAB+CAB+CABCABCACABCABABCACABCABC第45頁，課件共85頁，創作于2023年2月第46頁，課件共85頁，創作于2023年2月誘變劑的復合處理及其協同效應的方法：

兩種或多種誘變劑先后使用；同一種誘變劑重復使用；兩種或多種誘變劑同時使用第47頁，課件共85頁，創作于2023年2月定向培育和馴化定向培育是人為用一特定環境條件長期處理某一微生物群體，同時不斷將它們進行移種傳代，以達到累積和選擇合適的自發突變體的一種古老的育種方法。馴化：第48頁，課件共85頁，創作于2023年2月第三節基因重組基因重組雜交轉化轉導第49頁，課件共85頁，創作于2023年2月基因重組（generecombination）：兩個不同性狀個體內的遺傳基因轉移到一起，經過遺傳分子間的重新組合，形成新型個體的方式。主要通過雜交、轉化、轉導、接合及細胞質體融合等方式實現。第50頁，課件共85頁，創作于2023年2月雜交通過兩個親本細胞的融合，使整套染色體的基因重組，或者是通過雙親細胞的溝通，使部分染色體基因重組。包括原生質體融合、有性雜交及準性雜交第51頁，課件共85頁，創作于2023年2月原生質體融合是將兩種不同的細菌經溶菌酶或青霉素等處理，失去細胞壁成為原生質體后進行彼此融合的過程。聚乙二醇可促使二種原生質體的融合。原生質體融合是一種人工基因轉移系統，本質上與基因轉移無關或關系很小。第52頁，課件共85頁，創作于2023年2月原生質體融合的主要步驟：選擇親株 →→制備原生質體→→原生質體融合→→原生質體再生 →→

篩選優良性狀的融合重組子第53頁，課件共85頁，創作于2023年2月原生質體融合第54頁，課件共85頁，創作于2023年2月真菌的準性生殖(Parasexuality)：是指異核體真菌菌絲細胞中兩個遺傳物質不同的細胞核可以結合成雜合二倍體的細胞核，這種二倍體細胞核在有絲分裂過程中可以發生染色體交換和單倍體化，最后形成遺傳物質重組的單倍體的過程。準性生殖和有性生殖的主要區別在于，有性生殖是通過減數分裂進行遺傳物質重組和產生單倍體。

第55頁，課件共85頁，創作于2023年2月轉化轉化：受體菌接受供體菌的DNA片段而獲得部分新的遺傳性狀的現象。脫氧核糖核酸酶可以抑制轉化作用。感受態：在一個生長過程中的細菌培養物中只有某一階段中的細菌才能作為可轉化的受體。能接受轉化的這一生理狀態稱為感受態。

第56頁，課件共85頁，創作于2023年2月降解吸附切割成4~5×106單鏈入胞同源部分配對、整合復制分裂，只有一個子代DNA分子獲得供體基因非轉化子轉化子第57頁，課件共85頁，創作于2023年2月第58頁，課件共85頁，創作于2023年2月感受態出現在指數后期誘發感受態的方法：a、先培養在營養豐富的培養基中，再培養在營養貧瘠的培養基中，會出現感受態。b、用氯化鈣也可誘發感受態的發生。第59頁，課件共85頁，創作于2023年2月轉染：噬菌體和其他病毒的DNA（或RNA）抽提出來讓它去感染感受態的宿主細胞，并進而產生正常的噬菌體或病毒后代.第60頁，課件共85頁，創作于2023年2月轉導轉導：通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體的媒介，把供體細胞的DNA片段攜帶到受體細胞中，通過交換和整合，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現象。（重組的細胞稱為轉導子）第61頁，課件共85頁，創作于2023年2月第62頁，課件共85頁，創作于2023年2月普遍轉導（generalizedtransduction）利用完全缺陷噬菌體來完成完全普遍轉導：外源DNA在受體細胞中與核染色體整合，隨其一起復制、表達。流產普遍轉導：外源DNA在受體菌中既不進行交換、整合和復制，也不迅速消失而僅進行轉錄、轉譯和性狀表達。局限轉導（restrictedtransduction）部分缺陷噬菌體，轉導子不穩定。第63頁，課件共85頁，創作于2023年2月第64頁，課件共85頁，創作于2023年2月普遍性轉普遍性轉導導第65頁，課件共85頁，創作于2023年2月流產普遍轉導第66頁，課件共85頁，創作于2023年2月溶源轉變（lysogeniccoversion）不同于轉導，只是由于溶源而被賦予新的性狀（不攜帶外源基因）噬菌體是完整的；是溶源化的宿主而非轉導子，隨噬菌體消失則新性狀亦消失。第67頁，課件共85頁，創作于2023年2月第68頁，課件共85頁，創作于2023年2月第四節遺傳工程技術在環境保護中的應用遺傳工程技術在環境保護中的作用基因工程在環境保護中的應用PCR技術在環境保護中的應用第69頁，課件共85頁，創作于2023年2月遺傳工程技術在環境保護中的作用質粒育種：接合——通過質粒的媒介，使受體細胞獲得供體細胞的某些性狀的過程供體菌（F＋）通過其性菌毛與受體菌（F—）相結合，前者傳遞不同長度的ssDNA給后者，并在后者細胞中進行雙鏈化或進一步與核染色體發生交換整合，從而使后者獲得供體菌的遺傳性狀的現象。第70頁，課件共85頁，創作于2023年2月DonorRecipient第71頁，課件共85頁，創作于2023年2月F+F-F+F-F+F+F+F+第72頁，課件共85頁，創作于2023年2月第73頁，課件共85頁，創作于2023年2月第74頁，課件共85頁，創作于2023年2月第75頁，課件共85頁，創作于2023年2月質粒育種的應用多功能超級細菌的構建：將降解芳烴、多環芳烴等的質粒轉移到能降解脂烴的假單胞菌體內，變可得到能降解三種烴類的超級菌。降解抗汞質粒菌的構建:將降解辛烷、乙烷、癸烷功能的OCT質粒和抗汞質粒MER同時轉移到對20mg/L汞敏感的惡臭假單胞菌體內，使其轉變為抗50－70mg/L汞，同時具有分解辛烷等烷烴。第76頁，課件共85頁，創作于2023年2月基因工程在環境保護中的應用基因工程：用人工方法將所需要的某一供體微生物的DNA提取出來，在離體條件下用限制性內切酶將離體DNA