微生物學的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

微生物的生長繁殖微生物生長繁殖的概念個體生長：微生物細胞質量的增加和個體體積加大稱為生長，即細胞組分與結構在量方面的增加。個體繁殖：當單個細胞個體生長到一定程度時，由一個親代細胞分裂為兩個大小、形狀與親代細胞相似的子代細胞，使得個體數目增加，稱為單細胞微生物的繁殖。發育：一般情況下，環境條件適宜，生長與繁殖始終是交替進行的。從生長到繁殖是由量變到質變的發展過程，這一過程就是發育。群體生長：當單細胞個體增長達到一定程度后就會引起個體數目的增加，不久，原有的個體發展成為一個群體。隨著群體中各個體的進一步生長、繁殖，引起了這一群體的生長。世代微生物兩次細胞分裂之間的時間稱為世代時間，也即細胞增加一代所需要的時間。在一定培養條件（如培養基組成、培養溫度、pH等）下，微生物的世代時間是相對穩定的。微生物學的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

微生物的純培養及分離微生物純培養及分離

微生物學中將在實驗條件下從一個單細胞繁殖得到的后代稱為純培養。稀釋倒平板法涂布平板法平板劃線分離法菌液的稀釋涂布平板法和稀釋倒平板法平板劃線分離法其他微生物純培養及分離方法

稀釋搖管法單細胞(單孢子)分離法利用選擇培養基分離法

微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

微生物生長量的測定方法測定方法測定微生物數目總細胞計數法（直接計數法）計數器測定法涂片染色法比例計數法

活菌計數法（間接計數法）測定微生物生長量和生理指標測定細胞濕重測定細胞干重含氮量確定細菌濃度比濁法測定細菌懸液濃度

平皿菌落計數法

薄膜過濾計數法

微生物生長的測定方法

153×103=1.53×105一般選擇菌落數在30~300個之間的培養皿為合適的稀釋倍數測定方法測定微生物數目總細胞計數法（直接計數法）計數器測定法涂片染色法比例計數法

活菌計數法（間接計數法）測定微生物生長量和生理指標測定細胞濕重測定細胞干重含氮量確定細菌濃度比濁法測定細菌懸液濃度

平皿菌落計數法

薄膜過濾計數法

微生物生長的測定方法

微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

微生物的生長規律微生物的生長規律

將細菌接種到均勻的液體培養基后，在不補充營養物質或移去代謝產物，保持整個培養液體積不變的條件下，以時間為橫坐標，以菌數為縱坐標，根據不同培養時間里細菌數量的變化，作出一條反應細菌在整個培養期間菌數變化規律的曲線，稱為生長曲線

細菌被接種到新的培養基后處于一個新的生長環境，因此一段時間里，細胞不立即進行分裂，細菌的數量基本維持穩定，甚至稍稍有減少，這段時間稱為遲緩期。遲緩期

縮短延遲期的方法：①接種菌種來自對數生長期②接種到同樣組成的培養基③接種量增大特點：細胞代謝活力強、細胞中RNA含量高、嗜堿性強、對不良環境條

件較敏感對數期

特點：細菌分裂速度最快、代時最短、代謝旺盛、對環境變化敏感，群體中的細胞化學組成及形態、生理特征比較一致。對數期的細胞數按幾何級數增加，即2n，所以又稱指數期。其中，指數n代表細菌分裂的次數或者繁殖的代數。也就是1個細菌繁殖n代后產生2n個細菌穩定期特點：代謝產物積累，細菌生長速率逐漸下降，代時長，細胞活力減退，死亡速率逐漸增高，以致新增殖的細胞數與死亡細胞數趨于平衡，活菌數保持相對穩定。對數期末細菌生長速率逐漸下降，代時延長，細胞活力減退，死亡速度逐漸增高，出現新增殖的細胞數與死亡的細胞數趨于平衡，活菌數量保持相對穩定，稱為穩定期。衰亡期

特點：細菌死亡率逐漸增加，以致死亡數大大超過新數，總活菌數明顯下降，細菌出現多種形態，代謝活性降低。穩定期后再繼續培養，細菌死亡率逐漸增加，以致死亡數量大大超過了新生數，總活菌數明顯下降，稱之為衰亡期。微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

微生物的培養微生物的分批培養

將細菌置于一定容積的培養基中，經過培養一次性收獲的培養方式—分批培養

微生物的連續培養

連續培養——在一個恒定容積的流動系統中培養微生物，一方面以一定速率不斷加入新的培養基，另一方面又以同樣的速率流出培養（菌體或代謝產物），以使培養系統中的細胞數量和營養狀態保持恒定。恒濁連續培養恒化連續培養保持什么樣的恒定狀態，要根據培養的目的來確定。微生物的連續培養連續培養系統呈穩定狀態時，恒化器中稀釋率（D）與細菌濃度、基質濃度、細菌輸出量和倍增時間的關系如圖：稀釋率過低或過高都會破壞穩定狀態的形成。只有控制稀釋率與細菌的生長速率相當，可使細菌濃度維持相對平衡Dm為理論上的最適稀釋度，此時細菌輸出量最高。

微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

環境因素對微生物生長的影響——溫度

環境因素對微生物生長的影響溫度氧及氧化還原電位滲透壓酸、堿與pH輻射

溫度是影響微生物生長的一個重要因子：溫度太低，使原生質處凝固狀態，不能正常進行營養物質的運輸或形成質子梯度，不能生長溫度升高時，細胞內的化學和酶反應的速率較快，所以微生物的生長速率加快。超過某一溫度時，蛋白質、核酸和細胞其他成分就會發生不可逆的變性作用，細胞功能急速下降到零。

微生物都有3種基本溫度：最低生長溫度、最適生長溫度、最高生長溫度溫度對微生物生長的影響溫度對微生物生長的影響

高溫對微生物的影響：高溫可以殺死微生物，這是因為菌體內含有的蛋白質遇熱凝固變性的緣故。菌體內含水分愈高，所需致死溫度愈低。芽孢本身含水量少，在100℃沸水中需煮幾十分鐘甚至12h才死去，而無芽孢菌體70℃十幾分鐘即死。在烤箱中干熱的情況下，一般菌體在100℃時需12h，而芽孢需加熱至160℃經12h才滅活。低溫對微生物的影響：微生物在其最低生長溫度下代謝活動減弱，處于體眠狀態，但仍然維持生命。故常在4℃左右冰箱中保存菌種。如冷凍和融化反復交互進行，則易造成細菌大量死亡。溫度對微生物生長的影響高溫：殺死微生物低溫：抑制微生物的生長，保存微生物微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

環境因素對微生物生長的影響——氧及氧化還原電位

環境因素對微生物生長的影響氧及氧化還原電位溫度滲透壓酸、堿與pH輻射

根據微生物和氧的關系可將其分為好氧微生物、兼性好氧微生物和厭氧微生物。好氧微生物：需要氧才能生長的微生物，可分兩類：專性好氧微生物，它們需要在有充足氧存在的情況下生長；微好氧微生物，它們在有少量自由氧存在的條件下生長最好。氧對微生物生長的影響厭氧微生物：不能利用氧作為終端電子受體的微生物稱之為厭氧微生物耐氧厭氧微生物：盡管不需要氧，但可耐受氧，并在有氧的條件下仍然能夠生長；嚴格厭氧微生物：對氧敏感，有氧存在即可被殺死，只能在嚴格缺氧的條件下生長。兼性好氧微生物：在有氧存在時通常進行好氧代謝，但氧缺乏時可以轉變為厭氧代謝。兼性好氧微生物有兩套酶系統，一套能利用氧作為電子受體，另一套可在氧缺氧時利用其他物質作為電子受體，因此在有氧或無氧條件下均可生長。氧對微生物生長的影響氧化還原電對對微生物生長的影響氧化還原電位以φ（或Eh、ORP）表示，能綜合反映環境的氧化還原狀況。各種微生物生長要求不同的φ值。好氧微生物生長的適宜φ值為0.3~0.4V，φ在0.1V以上即能生長。厭氧性微生物只能在φ為0.1V以下甚至為負值時才能生長兼厭氧性微生物在φ為0.1V以上時行有氧呼吸，在0.1V以下時行無氧呼吸或發酵作用微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

其他環境因素對微生物生長的影響

環境因素對微生物生長的影響氧及氧化還原電位溫度滲透壓酸、堿與pH輻射各種微生物都有其最適的滲透壓：環境滲透壓過高，細胞就要失水因質壁分離而死亡；環境中滲透壓低時，細胞吸水，可致膨脹而破裂。滲透壓在小范圍內逐漸改變對細菌活力無大

日常生活中用高濃度鹽或糖保存食物(腌漬蔬菜及肉類、蜜餞等)就是根據一般微生物不能耐高滲壓的原故。滲透壓對微生物生長的影響pH影響微生物的生長，原因：①影響生活環境中營養物質的可給狀態和有毒物的毒性；②影響菌體細胞膜的帶電荷性質、膜的穩定性和膜對物

質的吸收能力；③使菌體表面蛋白質變性或水解。酸、堿與PH值對微生物生長的影響

每種微生物都有一個可生長的pH范圍，以及最適生長pH。大多數自然環境PH為5—9，適合于多數微生物的生長，只有少數微生物能夠在pH低于2或大于10的環境中生長。

強酸與強堿具有殺菌力，但由于腐蝕性大，實際上不宜用作消毒劑。在面包及食品中加入丙酸可防霉。酸菜則系利用乳酸菌發酵產生的乳酸抑制腐敗性微生物的生長，使之得以長久貯存。酸、堿與PH值對微生物生長的影響輻射對微生物生長的影響微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

微生物生長控制的基本概念

并不是所有的微生物都是有益的，當有害微生物傳播到合適的基質或生物體上時，可造成種種危害。因此，有必要采取有效措施來控制微生物的生長：微生物生長控制的基本概念滅菌：利用物理或化學因素殺死物體內外各種微生物的營養細胞、芽孢、孢子的措施。微生物生長控制的基本概念

消毒：利用物理或化學因素殺死物體內外病原微生物的營養細胞。

微生物生長控制的基本概念化療：利用對病原微生物具有高度毒力而對寄主基本無毒的化學物質來抑制寄主體內病原微生物生長繁殖的措施防腐：利用某種物理或化學因素抑制微生物生長繁殖的措施。除菌：利用過濾的方法去除液體或空氣中存在的微生物。微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

控制微生物生長的化學物質抗微生物劑

抗微生物劑又稱殺菌劑，是一類能夠殺死微生物或抑制微生物生長的化學物質。消毒劑用于非生命體殺菌的化學物質防腐劑是能殺死微生物或抑制微生物生長的化學物質抗代謝物

在微生物生長過程中常常需要一些生長因子才能正常生長，可以利用生長因子的結構類似物干擾機體的正常代謝，以達到抑制微生物生長的目的。抗生素

抗生素是由某些微生物在其生命活動過程中產生的一種次生代謝產物或其人工衍生物，它們能殺死或抑制其他微生物生長。半合成抗生素某些天然抗生素經過化學修飾后更有效，這類抗生素稱為半合成抗生素微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

控制微生物生長的物理因素—高溫干熱滅菌①焚燒滅菌法②烘箱干熱滅菌法濕熱滅菌①煮沸消毒法②高壓蒸汽滅菌法③間歇滅菌法巴斯德消毒法巴斯德消毒法可以使食品中的微生物數量下97~99%，并能夠殺死其中存在的病原微生物。該法處理時可采71.6℃處理至少15s或62.9℃處理30min兩種法。高溫微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

控制微生物生長的其他物理因素控制微生物生長的其他物理因素物理因素高溫輻射作用過濾作用干燥

紫外線

波長為260納米左右紫外線的殺菌效應最高。由于紫外線透過物質能力很差，不易透過玻璃、衣物、紙張等大多數物體，但能夠在空氣中傳播，所以紫外光殺菌燈只適用于空氣及物體表面的消毒。紫外線對細胞的損傷作用是由于細胞中很多物質對紫外線的吸收，造成這些分子的變性失活。

紫外線致死細胞的原因主要是由于它對DNA的作用，吸收紫外線后胸腺嘧啶二聚體的形成，從而抑制DNA的復制，輕則發生突變，重則造成死亡。輻射作用電離輻射控制微生物生長所用的電離輻射主要是x射線與γ射線。當x射線與γ射線撞擊分子時，它們有足夠的能量逐出分子中的電子和質子，形成離子和自由基。

電離輻射對微生物的致死作用主要是他們引起物質電離，這些離子可以和溶液中的氧氧分子產生一些具有強氧化性的過氧化物，而使細胞內某些重要的的物質如蛋白質、酶等發生變化，從而使細胞受損乃至死亡。輻射作用過濾作用

過濾作用：利用膜濾器過濾除菌的方法。膜濾器可采用微孔濾膜作材料，孔徑從5~0.025μm，可根據需要選定含有微生物的液體通過微孔濾膜時，大于濾膜孔徑的微生物被阻攔在膜上與通過的濾液分開。

水是微生物細胞的重要成分，占營養細胞的90%以上，它參與細胞內的各種生理活動。通過降低物質的含水量直至干燥，就可以抑制微生物生長，防止物質的腐敗與霉變。

干燥并不一定殺死微生物，但因使細胞失水造成代謝停止，從而抑制微生物生長，有時也可引起微生物細胞的死亡。干燥微生物的生長遺傳和變異

微生物的生長及其控制

水中微生物的控制飲用水的消毒技術物理消毒煮沸紫外線膜過濾消毒化學消毒氯消毒臭氧消毒水質衛生狀況與人們的健康密切相關，然而，水源水往往不能達到飲用水水質標準的要求，必須經過處理后方可作為飲用水。地面水的常規處理方法是混凝沉淀——過濾——消毒。工業循環水的微生物控制工業循環水生物控制的原因：工業循環水系統中由于微生物的腐蝕、結垢，會使管道堵塞、穿孔，導致設備頻繁檢修或提前報廢，造成經濟損失。因此有必要采取措施對工業循環水中的微生物進行控制。控制循環水中微生物主要方法是投加藥物抑制或殺滅微生物。循環水中采用的殺菌劑主要有：二氧化氯液氯及次氯酸鈣次氯酸鈉溴類氯酚硫酸銅季銨鹽類二氧化氯具有高效、高速殺滅細菌、真菌及病毒能力。活性受環境PH、溫度、氨等因素的干擾小，能去臭、去味、有剝離污垢的作用，不形成致癌有機氯。微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

微生物的遺傳和變異的基本概念遺傳：生物的親代與子代之間具有相似的性狀，指子代與親代相似的現象

變異：在外因和內因的相互作用下，子代表現出與親代的某些差異，并可在遺傳給后代，指子代與親代間的差異

作用：遺傳保證了物種的存在和延續，變異則推進物種的進化與發展。微生物遺傳和變異的基本概念1865年孟德爾植物雜交實驗遺傳學誕生基本概念遺傳（heredity)：生物的親代傳遞給其子代一套遺傳信息的特性。遺傳型（genotype)：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組所攜帶的遺傳信息。“種瓜得瓜，種豆得豆”表型：在合適的外界環境條件下，特定遺傳型的個體通過新陳代謝和生長發育

表現出來的種種具體性狀，稱為該生物的表型變異：指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。

“一母生九子，九子各不同”基本概念微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

微生物遺傳和變異的物質基礎遺傳變異的物質基礎

種質連續理論：1883—1889年間Weissmann提出，認為遺傳物質是一種具有特定分

子結構的化合物。基因學說：1933年摩爾根（ThomasHuntMorgan）發現了染色體，并證明基因在染色體上呈直線排列，提出了基因學說，使得遺傳物質基礎的范圍縮小到染色體上。DNA是遺傳變異的物質基礎的證明：1944年以后，先后有利用微生物為實驗對象進行的三個著名實驗的論證（肺炎球菌的轉化試驗、噬菌體感染試驗、病毒的拆開與重建試驗），才使人們普遍接受核酸才是真正的遺傳物質。

光滑型（S）粗糙型（R）有莢膜菌落光滑分泌毒素致病無莢膜菌落粗糙無毒不致病

實驗材料：肺炎鏈球菌肺炎球菌的轉化試驗R型菌S型菌加熱殺死S型菌肺炎球菌的轉化試驗R型菌+加熱殺死S型+怎么來的呢？？

活的無毒（R）型細菌受到了死的有毒（S）型細菌的影響，轉化為有毒（S）型合理的解釋：肺炎球菌的轉化試驗

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

1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty從S型活菌體內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：活R菌長出S菌只有R菌只有S型細菌的DNA才能將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。肺炎球菌的轉化試驗A.D.Hershey和M.Chase，1952年（1）含32P-DNA的一組：放射性85%在沉淀中10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細胞進一步培養后，可產生大量完整的子代噬菌體上清液中含15%放射性沉淀中含85%放射性噬菌體感染實驗沉淀中含25%放射性噬菌體感染實驗（2）含35S-蛋白質的一組：放射性75%在上清液中10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細胞進一步培養后，可產生大量完整的子代噬菌體上清液中含75%放射性

1956年德國科學家弗倫克—康蘭特將煙草花葉病毒的蛋白質和RNA分別提取出來，然后分別涂抹在健康的煙草葉子上，結果涂抹的RNA煙草葉片得病，涂抹蛋白質的葉片正常健康。實驗證明在不具DNA的病毒中，RNA是遺傳物質。植物病毒的重建實驗肺炎球菌轉化實驗和噬菌體感染實驗證明：DNA攜帶遺傳信息植物病毒重建實驗證明：遺傳的物質基礎為核酸遺傳變異的物質基礎：核酸遺傳變異的物質基礎

微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

DNA的結構脫氧核苷酸的結構脫氧核苷堿基脫氧核苷酸堿基五碳核糖脫氧核糖含氮堿基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類型脫氧核苷酸脫氧核苷磷酸脫氧核糖含氮堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）脫氧核苷酸的組成脫氧核苷堿基脫氧核苷酸堿基五碳核糖脫氧核糖DNA多聚核苷酸鏈磷酸二酯鍵：其中一個核苷酸的5′磷酸與另一個核苷酸的3′羥基形成的共價鍵多聚核苷酸鏈：帶有四種堿基的核苷酸，通過磷酸二酯鍵連接而成的一條長鏈。堿基的順序編碼了遺傳信息。閱讀方向可以從3′端到5′端，也可以從5′端到3′端DNA的結構DNA具有與眾不同的、特征性的雙螺旋結構-反向右手雙螺旋結構脫氧核糖和磷酸根形成DNA的骨架，位于外側，堿基則向螺旋體的中心排列大溝和小溝DNA的結構兩條多核苷酸鏈上的堿基之間形成氫鍵，使DNA分子結構變得穩定堿基互補配對：堿基配對只能發生在一個嘌呤和一個嘧啶之間，其中A-T配對，G-C配對DNA的組成元素脫氧核苷酸規則的雙螺旋結構DNA的基本單位DNA的多樣性DNA的特異性堿基對的排列順序千變萬化特定的堿基排列順序DNA的空間結構C、H、O、N、PDNA的結構微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

DNA的復制解旋酶(helicase):使DNA的兩條鏈分開，它通常利用ATP水解來提供

必需的能量。DNA復制的起始起始需要解旋酶、單鏈結合蛋白酶和引發酶DNA復制的起始DNA復制在合成先導鏈（leadingstrand)時是連續的；而在合成后隨鏈(laggingstrand)時是先形成小片段（Okazakifragment），隨后再將它們連接而成大片段。因后隨鏈是不連續合成的而先導鏈是連續合成的，所以我們稱之為半不連續復制（semidiscontinuousreplication)。DNA復制的起始

DNA在復制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈是新合成的，這種復制方式稱為半保留復制(semiconsertivereplication)。半保留復制的概念DNA的復制微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

RNA的結構核糖與脫氧核糖脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸信使RNA（mRNA）轉移RNA（tRNA）核糖體RNA（rRNA）RNA的種類mRNA的結構磷酸二酯鍵：其中一個核苷酸的5′磷酸與另一個核苷酸的3′羥基形成的共價鍵多聚核苷酸鏈：帶有四種堿基的核苷酸，通過磷酸二酯鍵連接而成的一條長鏈。一條帶有不同堿基序列的多聚核苷酸鏈就形成了mRNA具有方向性tRNA的結構

tRNA含有80個左右核苷酸小分子，堿基互補配對形成局部雙螺旋結構，稱為RNA莖，不發生配對的單鏈結構形成RNA環，tRNA的結構成為倒三葉草莖環結構：4個環：D環、反密碼子環、可變環、DψC環4個莖：氨基酸接受莖、D莖、反密碼子莖、DψC莖rRNA的結構rRNA和蛋白質共同組成的復合體就是核糖體，它存在于細胞質當中，是蛋白質合成的場所。核糖體由大小兩個亞基組成，這兩個亞基只有在行使翻譯功能即合成肽鏈時才聚合成整體，為蛋白質的合成提供場所。細胞中的兩種核酸的比較

DNARNA組成元素C、H、O、N、P基本單位脫氧核苷酸（4種）核糖核苷酸（4種）磷酸脫氧核糖

A、T、C、G磷酸核糖

A、U、C、U結構規則的雙螺旋結構一般單鏈結構，較短功能

儲存、傳遞和表達遺傳信息分布

細胞核的染色體,線粒體,葉綠體

細胞質，核糖體化學組成mRNA:轉錄信息,翻譯的模板tRNA:運輸特定氨基酸rRNA:核糖體的組成成分微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

基因和基因表達基因是位于DNA上的離散片段，每個基因包含合成一種多肽的信息。因此，基因是遺傳信息的基本單位

DNA雙鏈中只有一條攜帶著生物信息，這條DNA鏈稱為模板鏈，另一條DNA鏈稱為非模板鏈。模板鏈可以用來合成一條與模板DNA堿基互補的RNA鏈，RNA可指導多肽的合成。DNA的兩條鏈都有作為模板鏈的可能，基因可以存在于任何一條鏈上。基因AG

T

AC

AA

A

T

TCATGATTADNA基因表達

生物的遺傳信息存在于DNA分子的堿基順序中，基因的表達就是將這些信息傳遞給細胞的過程。所有已知的生命，無論是真核生物（包括多細胞生物）、原核生物（細菌和古細菌）或病毒，都利用基因表達來合成生命的大分子。

中心法則微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

遺傳信息的轉錄問：基因（DNA）在細胞核中，而蛋白質合成是在細胞質的核糖體上進行的，在細胞核的基因如何控制在細胞質中的蛋白質的合成呢？兩者如何聯系起來的呢？

推測：在DNA和蛋白質之間，有一種中間物質能夠作為傳達DNA信息的信使。

科學家發現此物質就是RNA。

遺傳信息的轉錄AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNA

細胞質

細胞核

核孔DNAmRNA在細胞核中合成遺傳信息的轉錄AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNA

細胞質

細胞核mRNA通過核孔進入細胞質遺傳信息的轉錄遺傳信息的轉錄

RNA適于作DNA的信使，將遺傳信息從細胞核傳遞到細胞質的原因它的分子結構與DNA很相似,也是由基本單位-核苷酸連接而成,也能儲存遺傳信息。在RNA與DNA的關系中，也遵循“堿基互補配對原則”，U-A，T-C。RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔轉移到細胞質中遺傳信息的轉錄復制和轉錄過程的比較RNADNA產物DNA的一條鏈DNA的兩條鏈模板邊解旋邊轉錄半保留復制，邊解旋邊復制特點DNAmRNADNADNA信息傳遞方向RNA聚合酶DNA解旋酶、DNA聚合酶(主要酶)酶4種核糖核苷酸4種脫氧核苷酸原料只解有遺傳效應的片段完全解旋解旋細胞核細胞核場所

轉錄DNA復制

微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

遺傳信息的翻譯-密碼子問題情境：

轉錄后進入細胞質的mRNA仍是堿基序列，而不是蛋白質。那么，mRNA上的堿基序列如何能變成蛋白質中氨基酸的種類、數量和排列順序呢？mRNA如何將遺傳信息翻譯成蛋白質？思考：構成mRNA的4種堿基如何決定構成蛋白質的20種氨基酸？堿基與氨基酸之間的對應關系是怎樣的？遺傳信息的翻譯感悟科學家破譯遺傳密碼的推理過程：

1個堿基決定1個氨基酸？

2個堿基決定1個氨基酸？

4種,不行！16種組合方式也不能決定20種氨基酸,不行！！提出：mRNA上每3個相鄰的堿基決定1個氨基酸。64種，可行！！！遺傳信息的翻譯20種氨基酸密碼子表遺傳密碼：指RNA鏈上決定各具體氨基酸特定核苷酸排列順序。密碼子：mRNA上三個相鄰的堿基稱為一個密碼子（三聯體密碼）。思考與討論：已知一段mRNA的堿基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，你能結合密碼子表寫出對應的氨基酸序列嗎？甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—絲氨酸—賴氨酸—脯氨酸密碼子肽鏈一個密碼子決定一個特定的氨基酸；有的氨基酸可能有一個以上的密碼子（密碼的簡并）；起始密碼子、終止密碼子。64種密碼中：61個編碼控制20種氨基酸合成，另外3個（UAG、UAA、UGA）不編碼任何氨基酸，而是合成蛋白質的終止信號又稱終止密碼。幾乎所有生物都共用一套密碼子密碼子的特點

問：

mRNA進入細胞質后，就與蛋白質的“裝配機器”—核糖體結合，形成合成蛋白質的“生產線”。那么，游離在細胞質中的氨基酸是怎樣運送到合成蛋白質的“生產線”上的呢？遺傳信息的翻譯

tRNA的結構示意圖專一性：每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸。tRNA的反密碼子與mRNA上的密碼子互補配對。反密碼子反密碼子CGU密碼子GCA氨基酸丙氨酸微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

遺傳信息的翻譯

蛋白質的合成示意圖

肽鏈的合成AP蛋白質合成的三個步驟：起始延伸終止一個mRNA分子上結合多個核糖體，同時合成多條肽鏈遺傳信息的翻譯

基因的表達過程是在細胞中完成的。DNA分子、RNA分子、氨基酸分子和核糖體，線粒體等眾多細胞器一道，完成遺傳信息的轉錄和翻譯過程。在組成蛋白質的肽鏈合成后，就從核糖體與mRNA的復合物上脫離，經過一系列步驟，被運送到各自的“崗位”，盤曲折疊成具有特定空間結構和功能的蛋白質分子，開始承擔細胞生命活動的各項職責。遺傳信息的翻譯

概念：游離在細胞質中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程，稱為遺傳信息的翻譯。

場所：細胞質的核糖體。

模板：以mRNA為模板。

原料：20種氨基酸（由tRNA搬運）。條件：酶、ATP

產物：有一定氨基酸順序的肽鏈。信息傳遞方向：mRNA

蛋白質翻譯小結復制，轉錄和翻譯三個過程的差異比較核糖體細胞核細胞核場所一個mRNA分子可以與多個核糖體結合邊解旋邊轉錄半保留復制，邊解旋邊復制特點mRNA蛋白質DNAmRNADNADNA信息傳遞方向肽鏈RNADNA產物20種氨基酸4種核糖核苷酸4種脫氧核苷酸原料mRNADNA一條鏈DNA雙鏈模板生物生長發育過程中細胞分裂間期時間翻譯

轉錄DNA復制

微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

遺傳物質在細胞中的存在方式細胞水平細胞核

遺傳物質在細胞中的存在方式細胞核水平染色體遺傳物質在細胞中的存在方式染色體水平核酸遺傳物質在細胞中的存在方式核酸水平基因遺傳物質在細胞中的存在方式基因水平密碼子遺傳物質在細胞中的存在方式微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

變異的實質—基因突變

突變是指DNA鏈上核苷酸序列發生了穩定的可遺傳的變化。狹義的突變是指基因突變（點突變），而廣義的突變則包括基因突變和染色體畸變。基因突變的概念同義突變錯義突變錯義突變缺失突變微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

基因突變的類型和特點形態突變型：指細胞或菌落形態發生改變的突變。致死突變型：由于基因突變而造成個體死亡的突變。條件致死突變型：指在某一條件下呈現致死效應，而在另一條件下卻

不表現致死效應的突變。生化突變型：指發生代謝途徑變異但沒有明顯形態變化的突變，包括

營養缺陷型、抗性突變型和抗原突變型三種。其他突變型：如毒力、抗原性、糖發酵能力、代謝產物的種類和量以

及對藥物依賴性等的突變。

基因突變的類型自發性：各種性狀的突變可以在沒有人為誘變因素的影響下自發的產生。稀有性：自發突變率極低，一般為10-6～10-9。誘變性：在誘變劑作用下，突變率可提高10～105倍。

不對應性：突變的性狀與引起突變的原因之間無直接的對應關系。例如在紫外線

作用下，除產生抗紫外線的突變個體外，還可誘發任何其他性狀的變異。獨立性：某一基因的突變，既不會提高也不會降低其他任何基因的突變率，說明

突變不僅對某一細胞是隨機的，而且對某一基因也是隨機的。穩定性：由于突變的根源是遺傳物質結構上發生了穩定的變化，因此產生的新性

狀也是穩定的、可遺傳的。

可逆性：任何性狀可發生正向突變，也可發生相反的過程即回復突變。基因突變的特點微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

基因突變的機制

基因突變的原因是多種多樣的，它可以是自發的，也可以是誘發的，誘發突變又可分僅影響一個或少數幾個核苷酸的點突變和影響一段染色體的畸變。

基因突變的機制誘變劑

凡能顯著提高突變頻率的理化因素都稱為誘變劑。誘變劑可引起：①DNA發生堿基轉換或顛換；②DNA中一個或少數幾個核苷酸的添加（插入）或缺失，從而使該部

位以后的全部遺傳密碼發生轉錄和翻譯錯誤。

直接引起堿基置換的誘變劑是一類可直接與核酸上的堿基起化學反應的誘變劑，它能與所有生物體的DNA發生化學反應，從而引起突變。如亞硝酸，它能奪取堿基上的氨基，代之以酮基或羥基，從而改變了堿基的配對關系。直接誘變

間接引起堿基置換的誘變劑是一些堿基類似物，其結構與DNA中的堿基相似，在細胞內能因其互變異構而以不同的形式存在。間接誘變移碼突變誘變劑能使DNA序列中的一個或少數幾個核苷酸發生添加或缺失，從而造成該點后面的全部遺傳密碼的閱讀框發生改變，并進一步引起轉錄和翻譯發生錯誤；移碼突變也屬于DNA分子的微小損傷，也是一種點突變，其結果只涉及有關基因鐘突變后面的遺傳密碼閱讀框發生錯誤，因此除涉及這一基因外，不會影響突變點外其他基因的正常讀碼移碼突變誘變劑自發突變的機制

自發突變是指生物體自然發生而非人為引起的突變。自發突變的頻率約為10-6~10-9。自發突變的機制可歸納為以下三方面：

①DNA復制過程中偶然出現差錯，從而引起突變。與DNA復制有關的因子及與復制正確性有關的因子，如果出現錯誤，就會引起自發突變。②微生物自身產生誘變物質，如微生物細胞內的咖啡堿、硫氰化物、過氧化氫等，它們既是微生物的代謝產物，又可引起微生物的自發突變。③環境對微生物的誘變作用，自然界中的短波輻射是微生物發生自發突變的原因之一，高溫也有誘變效應。自然界中還存在著可誘發突變的物質，當微生物偶然接觸到這些物質時便會發生突變。微生物的生長遺傳和變異

微生物的遺傳和變異

微生物變異的運用育種——定向培育定向培育：在某一特定條件下，長期培養某一微生物菌群，通過不斷轉接傳代以積累其自發突變，并最終獲得優良菌株的過程。由于自發突變的頻率較低，變異程度輕微，故用此方法十分緩慢。

卡介苗的獲得就是定向育種的結果。法國人A.Calmette和C.Cuerin經歷13年的時間，把牛型結核分支桿菌接種在牛膽汁、甘油、馬鈴薯培養基上，連續轉接了230代，終于在1923年成功的獲得顯著減毒的活菌苗—卡介苗。

生活污水中的活性污泥移至其他工業廢水中,經過長時間的定向培育(環境工程中稱馴化)后，微生物改變了原來對營養、溫度、pH等的要求，產生了適應酶而被用于工業廢水的處理。

誘變育種：利用物理、化學等誘變劑處理均勻而分散的微生物細胞群，在促進其突變率顯著提高的基礎上，采用簡便、快速和高效的篩選方法，從中挑選出少數符合要求的突變菌株，以供科學研究或生產實踐使用的方法。

在誘變育種過程中，誘變和篩選是兩個主要環節，由于誘變是隨機的，而篩選是定向的，因此以篩選更為重要。育種——誘變育種選擇選擇合適的出發菌株↓制備待處理的菌懸液↓誘變處理↓篩選↓保藏和擴大試驗誘變育種的基本過程

出發菌株———用來育種處理的起始菌株

◆出發菌株應具備：

①對誘變劑的敏感性高；

②具有特定生產性狀的能力或潛力；

◆出發菌株的來源；

①自然界直接分離到的野生型菌株：

②歷經生產考驗的菌株：

③已經歷多次育種處理的菌株：出發菌株的選擇

要求：

①菌體處于對數生長期，并使細胞處于同步生長；

②細胞分散且為單細胞，以避免表型遲延現象;方法：

①玻璃珠打散10-15min;

②加０.3%吐溫80（表面活性劑）

③用無菌脫脂棉過濾。制備：

物理誘變劑——生理鹽水（0.85%NaCl)

化學誘變劑——緩沖液濃度：

細菌、放線菌108個/ml

霉菌、酵母菌106個/ml制備細胞混懸液

誘變劑的作用：①提高突變的頻率②擴大產量變異的幅度③使產量變異朝著正突變或負突變移動

劑量的表示法：不同種類和不同生長階段的微生物對誘變劑的敏感程度不同，所以在誘變處理前，一般應預先作誘變劑用量對菌體死亡數量的致死曲線，選擇合適的處理劑量。—致死率是最好的誘變劑相對劑量的表示方法。

最適劑量的選擇：產量性狀的育種中多傾向于低劑量（致死率在70～80%）誘變處理篩選方案：實際工作中，為了提高篩選效率，往往將篩選工作分為初篩和復篩兩步進行。初篩的目的：刪去明確不符合要求的大部分菌株，把生產性狀類似的菌株盡量保留下來，使優良性狀的菌株不至于漏網；——因此，初篩工作以量為主，測定的精確性還在其次；初篩手段應盡可能快速、簡單。復篩的目的：確認符合要求的菌株；——復篩以質為主，應精確測定每個菌株的生產指標。篩選是最為艱難的也是最為重要的步驟.菌種篩選可見，設計和采用效率高的篩選方案和方法極其重要以選育高產突變株為例，誘變育種的基本環節概括如下育種——誘變育種質粒育種

原核微生物中除染色體外，還存在另一種較小的、攜帶少量遺傳信息的環狀DNA分子—質粒。它們在細胞分裂過程中能進行復制，將遺傳性狀傳給子代。質粒在原核微生物的生長中不像染色那樣重要，若因某種外界因素的影響導致質粒丟失或轉移，菌體不會死亡，而只會喪失由該質粒所決定的某些性狀。

質粒可誘導產生，也可通過細胞