第六章微生物的遗传和变异环境工程微生物课件.ppt

1、第六章第六章 微生物的遗传和变异微生物的遗传和变异微生物的遗传微生物的变异基因重组遗传工程技术在环境保护中的应用 遗传和变异是一切生物最本质的属性。遗传：生物繁殖与自已相同或相似的后代的现象 变异：生物亲代与子代之间，子代个体之间有差异的现象，主要体现在形态和生理性状。遗传是相对的，变异是绝对的遗传是相对的，变异是绝对的；遗传中有变异，变异中有遗传。驯化是选育优良微生物品种的普通而有效的方法和途径。第一节第一节 微生物的遗传微生物的遗传 通过通过2个经典实验证明了个经典实验证明了DNA是遗传物质基础。是遗传物质基础。1.1.肺炎链球菌的转化现象肺炎链球菌的转化现象 2.T2.T4 4噬菌体感染

2、实验噬菌体感染实验一、遗传和变异的物质基础一、遗传和变异的物质基础-DNA噬菌体用放射性硫跟踪蛋白质表层用放射性磷跟踪核心的DNA侵染搅拌 分离 细胞中无硫外表有硫细胞中有磷外表无磷2 2、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验二、二、DNADNA的结构与复制的结构与复制（一）（一）DNADNA结构结构。基本特点：（1）DNA由两互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成（2）脱氧核苷酸和磷酸交替连接，构成基本骨架，碱基排列在内侧（3）碱基以氢键相结合形成碱基对双螺旋结构三股螺旋三股螺旋DNADNA1 1、DNADNA的存在形式的存在形式真核生物：染色体（DNA+组蛋白），丝状结构，所有染色体由核膜包成一个细胞

3、核原核生物：DNA细丝构成环状的染色体，核区 2 2、基因、基因:一切生物体内储存信息的，有自我复制能力的遗传功能单位。结构基因 操纵基因 调节基因 中心法则:DNA DNA的复制和遗传信息传递的基本规则的复制和遗传信息传递的基本规则生物的遗传信息从生物的遗传信息从DNADNA传递给传递给mRNAmRNA的过程称为的过程称为转录。根据转录。根据mRNAmRNA链上的遗传信息合成蛋白质的链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译和表达。过程，被称为翻译和表达。翻译和肽链折叠翻译和肽链折叠组装组装转录转录DNAmRNA从从基基因因到到蛋蛋白白的的转转录录和和翻翻译译过过程程3 3、遗传信息的传递、

4、遗传信息的传递(二）二）DNADNA的复制的复制半保留复制半保留复制三、三、DNADNA的变性和复性的变性和复性 （一）（一）DNADNA变性变性DNA的双螺旋由氢键维持，当天然双螺旋DNA受热或其他因素作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成为单链DNA。解链温度Tm：（二）（二）DNADNA的复性的复性定义：复性的双链DNA是随机结合的。由由DNADNA复性研究发展的技术是复性研究发展的技术是分子杂交分子杂交四、四、RNARNA以核糖代替脱氧核糖，以尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶(T)。mRNA：信使RNA，带有指导氨基酸的信息密码，传递遗传性状tRNA：转移RNA，识别氨基酸及识别mRNA 上

5、的密码子反义RNA：与DNA的碱基互补，能阻止、干扰复制、转录和翻译短小的RNA。rRNA：核糖体RNA，与蛋白质共同组成核糖体，是合成蛋白质的场所。五、遗传密码五、遗传密码存在于mRNA上，由相邻的3个核苷酸组成，代表一个氨基酸的核苷酸序列，即三联密码子，6464组密码子组密码子：61组分别代表20种氨基酸编码有意义密码子起始密码子无意义密码子（3组）五、微生物生长和蛋白质合成五、微生物生长和蛋白质合成 微生物生长的主要活动是蛋白质的合成，蛋白质的合成在核糖体上进行，RNA的合成速率是控制生长速率的关键因素。蛋白质合成的过程：蛋白质合成的过程：（1）DNA复制（2）DNA转录：RNA合成（3

6、）tRNA翻译（4）蛋白质合成六、微生物的细胞分裂六、微生物的细胞分裂由于DNA复制和蛋白质合成，两者增加，最后导致微生物细胞的分裂。第二节第二节 微生物的变异微生物的变异 一、变异的实质一、变异的实质基因突变基因突变由于某种因素的影响，DNA上的碱基对发生差错，出现碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内原有的碱基顺序，导致后代性状的改变。二、突变的类型二、突变的类型 （一）（一）自发突变自发突变:指微生物在自然条件下，没指微生物在自然条件下，没有人工参与而发生的基因突变有人工参与而发生的基因突变1、多因素低剂量的诱变效应2、互变异构效应（二）诱发突变（二）诱发突变 物理诱变，如紫外线。化学诱变

7、，利用化学物质促进突变。复合处理及其协同效应 定向培育和驯化 人为用某一特定环境条件长期处理某一微生物群体，同时将它们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种育种方法。在环境工程中，常采用定向培育的方法来培育菌种在环境工程中，常采用定向培育的方法来培育菌种（驯化）（驯化）。第三节第三节 基因重组基因重组基因重组基因重组：两个不同性状个体细胞的DNA融合，使基因重新组合，从而发生遗传变异，产生新品种，此过程称为基因重组。杂交杂交：杂交育种转化转化：受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并整合到自己的基因组里，获得供体细胞部分遗传性状。转导转导：通过温和噬菌体的媒介作用，把受体细胞

8、内特定的基因携带至受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象。第四节第四节 分子遗传学新技术在环境分子遗传学新技术在环境工程与环境保护中的应用工程与环境保护中的应用一、质粒育种将两种或多种微生物通过细胞结合或融合技术，使供体菌的将两种或多种微生物通过细胞结合或融合技术，使供体菌的质粒转移到受体菌体内，使受体菌保留自身功能质粒，同时获质粒转移到受体菌体内，使受体菌保留自身功能质粒，同时获得供体菌的功能质粒，培养出具有两种功能质粒的新品种。得供体菌的功能质粒，培养出具有两种功能质粒的新品种。多功能超级细菌的构建多功能超级细菌的构建 解烷抗汞质粒菌的构建解烷抗汞质粒菌的构建 脱色工程菌的构建脱色工程菌的构建 Q5T工程菌工程菌二、基因工程技术在环境保护中的作用二、基因工程技术在环境保护中的作用指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或接或DNADNA体外重组。体外重组。1、目的基因的获得2、DNA体外重组3、将重组体转入受体细胞4、重组体克隆的筛选和鉴定5、外源基因表达产物的分离与提纯