1、第六章 微生物的遗传和变异 亲代的性状在子代表现出来，使子代与亲代有相似亲代的性状在子代表现出来，使子代与亲代有相似的现象，叫遗传。从分子水平上讲，遗传就是遗传信的现象，叫遗传。从分子水平上讲，遗传就是遗传信息的复制和表达。息的复制和表达。亲代与子代及子代各个体之间，无论在形态结构和亲代与子代及子代各个体之间，无论在形态结构和生理机能方面，总会有差异，这种同类型不同个体之生理机能方面，总会有差异，这种同类型不同个体之间的差异称为变异。从分子水平讲，是遗传信息发生间的差异称为变异。从分子水平讲，是遗传信息发生了变化。了变化。遗传和变异是生物体最本质的属性之一。遗传和变异是生物体最本质的属性之一。
2、遗传（遗传（heredity或或inheritance）变异（变异（variation）遗传型遗传型生物体所携带的全部遗传因子或基因的生物体所携带的全部遗传因子或基因的总称总称.表型表型具有一定遗传性的个体在特定的外界环境具有一定遗传性的个体在特定的外界环境中通过生长发育所表现出来的种种形态和生理特征中通过生长发育所表现出来的种种形态和生理特征的总和。的总和。有些基因结构未发生变化仅表型改变不是变异，只有些基因结构未发生变化仅表型改变不是变异，只能称适应或能称适应或饰变饰变（modification）。变异是基因结构。变异是基因结构发生变化，而且往往是不可逆的变化，此变化可以遗发生变化，而且往
3、往是不可逆的变化，此变化可以遗传给子代形成新的品种。遗传是相对的，变异是绝对传给子代形成新的品种。遗传是相对的，变异是绝对的；遗传中有变异，变异中有遗传。的；遗传中有变异，变异中有遗传。第一节第一节 微生物的遗传微生物的遗传一、遗传和变异的物质基础一、遗传和变异的物质基础DNA一、遗传和变异的物质基础DNA 三个经典实验：1 1、转化实验、转化实验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、噬菌体感染实验二、二、DNA的结构与复制的结构与复制（一）（一）DNA结构结构一级结构：一级结构：DNA中核苷酸之间中核苷酸之间的连结方式
4、及其排列顺序。的连结方式及其排列顺序。二级结构：二级结构：双螺旋结构双螺旋结构。基本特点：基本特点：（1）DNA由两条互相平行的由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成脱氧核苷酸长链盘绕而成（2）脱氧核苷酸和磷酸交替）脱氧核苷酸和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧骨架，碱基排列在内侧（3）两条链上的碱基以氢键）两条链上的碱基以氢键相结合形成碱基对相结合形成碱基对1、DNA的存在形式的存在形式真核生物：染色体（真核生物：染色体（DNA+组蛋白），丝状结构，所组蛋白），丝状结构，所有染色体由核膜包成一个细胞膜；原核生物：有染色体由核膜包成一个细胞膜；原核
5、生物：DNA细细丝构成环状的染色体。丝构成环状的染色体。2、基因、基因:基因是一切生物体内储存信息的，有自我复基因是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。具有固定起点和终点的核苷制能力的遗传功能单位。具有固定起点和终点的核苷酸线性序列。酸线性序列。结构基因结构基因：编码蛋白质或酶的结构，控制某种蛋白：编码蛋白质或酶的结构，控制某种蛋白质和酶的合成。质和酶的合成。操纵区操纵区：起开关功能，操纵：起开关功能，操纵3个结构基因的表达。个结构基因的表达。调节基因调节基因：控制结构基因。：控制结构基因。DNADNA上储存的遗传信息需要通过一定的物质变上储存的遗传信息需要通过一定的物质变化
6、过程才能在生理和形态上表达出相应的遗传性状化过程才能在生理和形态上表达出相应的遗传性状3、遗传信息的传递、遗传信息的传递中心法则：中心法则：(二）二）DNA的复制的复制半保留复制半保留复制以亲代以亲代DNA分子的两条链为模板合成各自的分子的两条链为模板合成各自的互补链，形成两个子代的互补链，形成两个子代的DNA分子的过程称为复分子的过程称为复制，这个过程是半保留复制即合成新的制，这个过程是半保留复制即合成新的DNA分子分子时，子代时，子代DNA的一条链来自亲代，另一条链为新的一条链来自亲代，另一条链为新合成的互补链。合成的互补链。过程如下：过程如下：1、DNA解旋酶解旋酶对对DNA进行解旋进行
7、解旋.2、DNA结合蛋白结合在打开的结合蛋白结合在打开的DNA单链上，不与双单链上，不与双链结合，促使反应向偏向单链形成的方向进行，使链结合，促使反应向偏向单链形成的方向进行，使DNA在大大低于在大大低于Tm温度下发生双链的解离，双螺旋温度下发生双链的解离，双螺旋则在复制叉的前方分开，并在复制叉处稳定单链结构则在复制叉的前方分开，并在复制叉处稳定单链结构，阻止再形成双螺旋。，阻止再形成双螺旋。三、三、DNADNA的变性和复性的变性和复性（一）（一）DNA变性变性DNA的双螺旋由氢键维持，当天然双螺旋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受热或其他因
8、素作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成为单链而分开成为单链DNA，即称为，即称为DNA变性。变性。DNA变性伴随着许多物理性质变性伴随着许多物理性质的变化，特别有用的是的变化，特别有用的是增色效应增色效应。DNA变性过程中，变性过程中，A260值先是缓值先是缓慢上升到达一个温度值后骤然上慢上升到达一个温度值后骤然上升，吸收值增加的中点称为升，吸收值增加的中点称为融解融解温度温度（meltingtemperature，Tm）。一般）。一般Tm在在85-95度之间，度之间，Tm取决于取决于DNA的的G+C含量，含量含量，含量高，高，Tm也高。也高。（二）（二）DNA复性复性热变性热变性DNA若
9、缓慢冷却，已分开的互补链又可重若缓慢冷却，已分开的互补链又可重新形成天然新形成天然DNA的过程叫的过程叫复性或退火复性或退火。复性的。复性的DNA是是随机结合的。随机结合的。由由DNA复性研究发展成的一种实验技术是分子杂复性研究发展成的一种实验技术是分子杂交，杂交可以发生在交，杂交可以发生在DNA之间或之间或DNA与与RNA之间，之间，DNA之间杂交可用于估测之间杂交可用于估测DNA间的同源序列，不同生间的同源序列，不同生物在进化过程中相关性。物在进化过程中相关性。DNA与与RNA杂交可通过杂交可通过RNA转录来检测转录来检测DNA中特定基因的存在中特定基因的存在。1、mRNAmessageR
10、NA，信使，信使RNA它的生物功能是从它的生物功能是从DNA上把遗传密码即蛋白质上把遗传密码即蛋白质中氨基酸排列顺序的信息接受过来，并起模板作用中氨基酸排列顺序的信息接受过来，并起模板作用合成蛋白质。合成蛋白质。四、四、RNARNA分子的主要生物功能是参与蛋白质的生物分子的主要生物功能是参与蛋白质的生物合成，可分为合成，可分为tRNA、rRNA、mRNA和反义和反义RNA，都由，都由DNA转录而来。转录而来。2、tRNAtransferRNA转移转移RNA是是mRNA与氨基酸之间的与氨基酸之间的接合体，带有能和接合体，带有能和mRNA互互补的反密码子，补的反密码子，3末端末端AMP上结合氨基酸
11、，反密码子与上结合氨基酸，反密码子与mRNA上的密码子互补。一上的密码子互补。一个 氨 基 酸 有 一 种 或 多 种个 氨 基 酸 有 一 种 或 多 种tRNA。3、rRNA核糖体核糖体RNA:rRNA与蛋白质共同组成与蛋白质共同组成核糖体。核糖体。原核生物：原核生物：5S、16S、23S真核生物：真核生物：5S、5.8S、16S、28S4、反义反义RNAantisenseRNA与与mRNA序列相同的那条序列相同的那条DNA链称为编码链，并链称为编码链，并把另一条链根据碱基互补原则指导把另一条链根据碱基互补原则指导mRNA合成的合成的DNA链称为反义链，因为只有链称为反义链，因为只有mRN
12、A携带的遗传信息才被携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成。用来指导蛋白质生物合成。五、遗传密码 遗传密码存在于遗传密码存在于mRNAmRNA链上，由链上，由3 3个核苷酸组个核苷酸组成，代表一个氨基酸的核苷酸序列，即三联成，代表一个氨基酸的核苷酸序列，即三联子密码。子密码。共共6464组，其中组，其中6161种代表种代表2020种氨基酸种氨基酸 AUGAUG是起始密码，另外三组无意义。是起始密码，另外三组无意义。六、微生物生长和蛋白质合成六、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，微生物生长的主要活动是蛋白质的合成，DNA的的复制合成和复制合成和RNA的复制合成最终目的在
13、于蛋白质的的复制合成最终目的在于蛋白质的合成。合成。蛋白质合成的过程：蛋白质合成的过程：（1）DNA复制复制（2）RNA转录：以有义链作模板转录：以有义链作模板（3）mRNA翻译成蛋白质翻译成蛋白质核糖体核糖体蛋白质蛋白质tRNA氨基酸氨基酸1、原核微生物、原核微生物DNA转录转录双链双链DNA解旋、解链，两链分开，解旋、解链，两链分开，RNA聚合酶核心酶识别基因转录的起始聚合酶核心酶识别基因转录的起始点并与点并与DNA区域结合成启动因子；转录区域结合成启动因子；转录过程不断吸收能量。过程不断吸收能量。多基因细菌多基因细菌RNA，此链上除了编码多，此链上除了编码多肽链核苷酸序列，还有不编码蛋白
14、质的肽链核苷酸序列，还有不编码蛋白质的核苷酸序列，形成间隔区。核苷酸序列，形成间隔区。2、真核微生物的、真核微生物的DNA转录转录有三种酶参与合成，酶有三种酶参与合成，酶、，酶，酶催化合成催化合成mRNA，酶酶、催化催化rRNA和和tRNA.酶酶结合结合DNA起始点，合成起始点，合成RNA前体，再由内切酶产生前体，再由内切酶产生3羟羟基，再插入基，再插入300个腺嘌呤核苷酸，加工成个腺嘌呤核苷酸，加工成mRNA。真核微生物基因包含内含子和外显子；因而真核微生物基因包含内含子和外显子；因而mRNA片段也是片段也是不连续的。由细胞内小不连续的。由细胞内小RNA识别特征序列，进而辨别内含子和识别特征
15、序列，进而辨别内含子和外显子的交接点，再精准切割，完成完整功能的外显子的交接点，再精准切割，完成完整功能的mRNA.3.tRNA翻译翻译DNA转录成转录成mRNA后，后，mRNA链上的核苷酸链上的核苷酸序列需要被翻译成相应的氨基酸序列，还要被运序列需要被翻译成相应的氨基酸序列，还要被运到核糖体上，才能合成具有不同生理特性的功能到核糖体上，才能合成具有不同生理特性的功能蛋白。蛋白。tRNA具有互补反密码子，还具有特定识别作具有互补反密码子，还具有特定识别作用的两端，一端识别氨基酸，一端识别用的两端，一端识别氨基酸，一端识别mRNA密密码子。码子。4、蛋白质的合成、蛋白质的合成通过通过tRNA的识
16、别作用，把特定氨基酸转送到核糖的识别作用，把特定氨基酸转送到核糖体上，使得不同的氨基酸按照体上，使得不同的氨基酸按照mRNA上的碱基序列连上的碱基序列连接起来，在多肽合成酶的作用下合成多肽链，多肽链接起来，在多肽合成酶的作用下合成多肽链，多肽链通过高度折叠成特定蛋白质结构，最终合成具有不同通过高度折叠成特定蛋白质结构，最终合成具有不同生理特性的功能蛋白质。生理特性的功能蛋白质。七、微生物的细胞分裂七、微生物的细胞分裂微生物将倍增的核物微生物将倍增的核物质和蛋白质均等地分配质和蛋白质均等地分配给两个细胞，在细胞的给两个细胞，在细胞的中部合成横隔膜并逐渐中部合成横隔膜并逐渐内陷，最终将两个子细内陷
17、，最终将两个子细胞分开，细胞分裂完成胞分开，细胞分裂完成。第二节 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基因突变基因突变：DNA因某种因素引起碱基的缺失、置换因某种因素引起碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表型的改变引起其后代表型的改变二、突变的类型二、突变的类型（一）自发突变（一）自发突变:指微生物在自然条件下，没有人指微生物在自然条件下，没有人工参与而发生的基因突变工参与而发生的基因突变1、多因素低剂量的诱变效应、多因素低剂量的诱变效应2、互变异构效应、互变异构效应T不以酮基出现，而以烯醇
18、式出现；不以酮基出现，而以烯醇式出现；C以亚以亚氨基出现；配对氨基出现；配对A-C、G-T.（二）诱发突变（二）诱发突变凡提高 突变率的理化因子都可称凡提高 突变率的理化因子都可称 诱变剂诱变剂（mutagen）1、物理诱变、物理诱变:（1）紫外辐射诱变作用机制：紫外辐射诱变作用机制：主要的生物效应是主要的生物效应是DNA吸收紫外辐射，引起吸收紫外辐射，引起DNA结构的变化。引起结构的变化。引起DNA结构的变化有很多方结构的变化有很多方面：面：DNA断裂、断裂、DNA交联、交联、DNA与蛋白质交联、与蛋白质交联、胞嘧啶与鸟嘌呤的水合作用及嘧啶二聚体的形成。胞嘧啶与鸟嘌呤的水合作用及嘧啶二聚体的
19、形成。（2）DNA损伤的修复损伤的修复光复活光复活光复活光复活：光裂合酶在可见光下（：光裂合酶在可见光下（300-500nm）会因）会因获得光能而发生解离从而使二聚体重新分解获得光能而发生解离从而使二聚体重新分解成单体。成单体。暗复活暗复活：切除修复和重组修复：切除修复和重组修复切除修复切除修复：需要三种酶协同作用，不需：需要三种酶协同作用，不需要可见光的激活。首先在二聚体两侧核酸要可见光的激活。首先在二聚体两侧核酸内切酶作用下造成单链断裂并切除二聚体。内切酶作用下造成单链断裂并切除二聚体。DNA聚合酶聚合酶I作用下修复，最后作用下修复，最后DNA连接连接酶缝合新合成的酶缝合新合成的DNA片段
20、和原片段和原DNA片段。片段。重组修复重组修复：必须在：必须在DNA进行复制的情进行复制的情况下进行，所以又称复制后修复。大肠杆况下进行，所以又称复制后修复。大肠杆菌可以在不切除胸腺二聚体情况下以带有菌可以在不切除胸腺二聚体情况下以带有二聚体的这一单链为模板而合成互补单链，二聚体的这一单链为模板而合成互补单链，但在二聚体附近留下了一个空隙，经过染但在二聚体附近留下了一个空隙，经过染色体交换，使空隙部分面对正常单链，色体交换，使空隙部分面对正常单链，DNA聚合酶和连接酶将此修复。聚合酶和连接酶将此修复。SOS修复修复：DNA大范大范围损失作为一种求救信围损失作为一种求救信号引发设计号引发设计DN
21、A修复的修复的多种细胞功能参加的诱多种细胞功能参加的诱导作用。正常的导作用。正常的SOS系系统被统被LexA蛋白所抑制，蛋白所抑制，DNA损伤时激活损伤时激活RecA蛋白酶活性，使蛋白酶活性，使LexA蛋蛋白失活，启动白失活，启动SOS系统。系统。一旦修复完成，一旦修复完成，SOS系系统关闭。统关闭。SOS系统是一系统是一种倾向差错的种倾向差错的DNA修复修复机制，可造成突变。机制，可造成突变。适应性修复：适应性修复：细菌由于长期接触低剂量诱变剂会细菌由于长期接触低剂量诱变剂会产生修复蛋白酶，修复产生修复蛋白酶，修复DNA上因甲基上因甲基化而遭受的损伤。化而遭受的损伤。2、化学诱变化学诱变；化
22、学诱变可造成碱基对的置换；化学诱变可造成碱基对的置换转换转换（transition）：嘌呤被另一嘌呤或嘧啶被另一）：嘌呤被另一嘌呤或嘧啶被另一嘧啶取代嘧啶取代颠换颠换（transversion）：嘌呤被嘧啶取代）：嘌呤被嘧啶取代化学诱变对化学诱变对DNA作用形式有三类：作用形式有三类：（1）直接引起置换的诱变剂）直接引起置换的诱变剂是一类可直接与核酸碱基发生化学反应的诱变剂是一类可直接与核酸碱基发生化学反应的诱变剂。可与一个或几个核苷酸发生化学反应，引起。可与一个或几个核苷酸发生化学反应，引起DNA复复制时碱基配对的转换。制时碱基配对的转换。亚硝酸亚硝酸可使碱基发生氧化脱氨，使腺嘌呤可使碱基发
23、生氧化脱氨，使腺嘌呤A转变为次黄转变为次黄嘌呤嘌呤H，胞嘧啶，胞嘧啶C变成尿嘧啶变成尿嘧啶U，引起，引起A=T向向G-=C转换转换 腺嘌呤腺嘌呤A氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He）He通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK）DNA复制时，复制时，HK与胞嘧啶（与胞嘧啶（C）配对配对DNA第二次复制时，第二次复制时，C与与G正常配对，实现了转换。正常配对，实现了转换。（2）间接引起置换的诱变剂）间接引起置换的诱变剂：这类诱变剂是一些：这类诱变剂是一些碱基类似物碱基类似物，5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-Bu）、）、5-氨基尿嘧啶氨基尿
24、嘧啶（5-Au）、）、8-氮鸟嘌呤（氮鸟嘌呤（8-NG）、）、2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（2-AP）等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺）等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到入到DNA分子后引起的，因此是间接的。分子后引起的，因此是间接的。（3）引起码组移动突变的诱变剂）引起码组移动突变的诱变剂：由诱变剂引起：由诱变剂引起DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增添、插入分子中的一个或少数几个核苷酸的增添、插入或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。录和转译错误的一类突变。3、复合处理及协同效应、复合处理及协同效应两种或多
25、种诱变剂先后使用；两种或多种诱变剂先后使用；同一种诱变剂重复使用；同一种诱变剂重复使用；两种或多种诱变剂同时使用；两种或多种诱变剂同时使用；4、定向培育与驯化、定向培育与驯化:用某一特定环境长期处理某一微生物群体，不断移用某一特定环境长期处理某一微生物群体，不断移种传代，从中选择具有合格性状的自发突变体。因自种传代，从中选择具有合格性状的自发突变体。因自发突变率低，变异程度低，培育进程很缓慢。发突变率低，变异程度低，培育进程很缓慢。环境工程中仍采用定向培育的方法培育菌种环境工程中仍采用定向培育的方法培育菌种驯驯化。化。第三节 基因重组一、杂交一、杂交杂交是在细胞水平上发生的一种遗传重组方杂交是
26、在细胞水平上发生的一种遗传重组方式。有性杂交，一般指性细胞间的接合和随之式。有性杂交，一般指性细胞间的接合和随之发生染色体重组，并产生新遗传型后的一种方发生染色体重组，并产生新遗传型后的一种方式。凡能产生式。凡能产生有性孢子的酵母菌或霉菌有性孢子的酵母菌或霉菌，原则，原则上都可应用与高等动、植物杂交育种相似的有上都可应用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂交方法进行育种。性杂交方法进行育种。基因重组：两个不同性状个体细胞的基因重组：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，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。产生新品种，此过程称为基因
27、重组。二、转化二、转化transformation受体菌直接吸收来自供体菌的受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，片段，通过交换，把它组合到自己的基因组中，从通过交换，把它组合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象，称为转而获得供体菌部分遗传性状的现象，称为转化。转化后的受体菌称为转化子。化。转化后的受体菌称为转化子。两个菌种和菌株间能否发生转化，与它们在进化两个菌种和菌株间能否发生转化，与它们在进化上的上的亲缘关系亲缘关系有密切关系，但即使在转化率极高的有密切关系，但即使在转化率极高的那些种中，不同菌株间也不一定能发生转化，能进那些种中，不同菌株间也不一定能发生转化，能进行转化的
28、细胞必须是感受态的。受体菌最易接受外行转化的细胞必须是感受态的。受体菌最易接受外源源DNA片段并实现转化的生理状态称为片段并实现转化的生理状态称为感受态感受态。感受态因子感受态因子是一种胞外蛋白，可能是细胞膜上的一是一种胞外蛋白，可能是细胞膜上的一种组分，可催化外来种组分，可催化外来DNA片段的吸收或降解表面某种片段的吸收或降解表面某种成分，让细胞表面的成分，让细胞表面的DNA受体暴露出来。受体暴露出来。转化过程大体如下：转化过程大体如下：1、双链、双链DNA片段与感受态受片段与感受态受体菌的细胞表面特定位点结合体菌的细胞表面特定位点结合2、DNA酶促分解酶促分解3、DNA一条单链进入细胞，一
29、条单链进入细胞，分子量小于分子量小于4105的不能进入的不能进入4、转化、转化DNA单链与受体菌染单链与受体菌染色体组上的色体组上的同源区段配对同源区段配对，受体，受体染色体组的相应单链被切除，被染色体组的相应单链被切除，被外来的单链外来的单链DNA片段取代，形片段取代，形成杂种成杂种DNA片段。片段。5、受体菌染色体进行复制，、受体菌染色体进行复制，形成一个转化子形成一个转化子三、三、转导转导(transduction)通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，从而使后者获得了前片段携带到受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象
30、，称为转导。者部分遗传性状的现象，称为转导。1 1、普遍转导、普遍转导(generalized transduction)(generalized transduction)噬菌体可误包供体菌中的噬菌体可误包供体菌中的任何基因任何基因(包括质包括质粒粒)，并使受体菌实现各种性状的转导，此即，并使受体菌实现各种性状的转导，此即普遍性转导。普遍性转导。2、局限转导、局限转导(restrictedspecializedtransduction)指通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少指通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数数特定基因特定基因转移到受体菌中的转导现象。转移到受体菌中的转导现象。比
31、较项目比较项目普通性转导普通性转导局限性转导局限性转导转导的发生转导的发生自然发生自然发生人工诱导人工诱导噬菌体形成噬菌体形成错误的装配错误的装配前噬菌体反常切前噬菌体反常切除除形成机制形成机制包裹选择模型包裹选择模型杂种形成模型杂种形成模型内含内含DNA只含宿主染色体只含宿主染色体DNA同时有噬菌体同时有噬菌体DNA和宿主和宿主DNA转导性状转导性状供体的任何性状供体的任何性状多为前噬菌体邻近两多为前噬菌体邻近两端的端的DNA片断片断转导过程转导过程通过双交换使转导通过双交换使转导DNA，替换了受体，替换了受体DNA同源区同源区转导转导DNA插入，使受插入，使受体菌为部分二倍体体菌为部分二倍
32、体转导子转导子不能使受体菌溶源化，不能使受体菌溶源化，转导特性稳定转导特性稳定为缺陷溶源菌为缺陷溶源菌转导特性不稳定转导特性不稳定第五节第五节 分子遗传学新技术在分子遗传学新技术在环境保护中的应用环境保护中的应用 一、遗传工程技术在环境保护中的应用一、遗传工程技术在环境保护中的应用（一）质粒育种（一）质粒育种质粒质粒是细菌体内一种独立于染色体外，与细菌细胞是细菌体内一种独立于染色体外，与细菌细胞共生能独立复制和稳定地延续遗传的遗传单位，其基共生能独立复制和稳定地延续遗传的遗传单位，其基因由环状双链共价闭合因由环状双链共价闭合DNA分子组成，长分子组成，长1-200kb。不带有重要基因，存在与否
33、不对细菌产生致死效应。不带有重要基因，存在与否不对细菌产生致死效应。质粒会因外界因素发生质粒丢失或转移的现象，具质粒会因外界因素发生质粒丢失或转移的现象，具体则会失去由该质粒决定的遗传性状，但具体不会死体则会失去由该质粒决定的遗传性状，但具体不会死亡。亡。根据质粒的功能可分为抗药性质粒、降解根据质粒的功能可分为抗药性质粒、降解质粒、载体质粒等。质粒、载体质粒等。目前已知的目前已知的降解质粒降解质粒有有4类类：石油降解质粒石油降解质粒农药降解质粒农药降解质粒工业污染物降解质粒工业污染物降解质粒抗重金属离子的质粒抗重金属离子的质粒二、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
34、基因工程基因工程是指在基因水平上的遗传工程，又叫是指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或基因剪接或DNA体外重组体外重组。基因工程育种打破了物种界限，突破了亲缘关基因工程育种打破了物种界限，突破了亲缘关系的限制，加快突变速度，并且可以定向突变创系的限制，加快突变速度，并且可以定向突变创造出自然界所没有的生物，其应用标志着现代遗造出自然界所没有的生物，其应用标志着现代遗传学已发展到能定向获得遗传性状的新阶段。传学已发展到能定向获得遗传性状的新阶段。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PCR的原理和操作：的原理和操
35、作：1、加热变性、加热变性：将待扩增的：将待扩增的DNA置于置于94-95度高温水浴中加热度高温水浴中加热2、退火、退火：将加热变性的单链：将加热变性的单链DNA溶溶液的温度缓慢下降至液的温度缓慢下降至55度，度，引物引物DNA碱基与单链模板碱基与单链模板DNA配对配对3、延伸、延伸：冷至延伸温度时，加入冷至延伸温度时，加入TaqDNA聚合酶聚合酶反应反应1min变性变性复性复性延伸，延伸，反复反复25-40次次。将扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳并观将扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳并观察。察。三、三、PCR技术在环境保护中的应用技术在环境保护中的应用PCR在环境微生物学的应用主要集中在：在环境微生物学的应用主要集中在：1、研究特定环境中微生物区系的组成、结构，分析、研究特定环境中微生物区系的组成、结构，分析种群动态种群动态2、监测环境中特定的微生物如致病菌和工程菌、监测环境中特定的微生物如致病菌和工程菌
