遗传物质的基础专家讲座

第二章微生物细胞结构与分裂本章内容：微生物细胞结构与功效细胞分裂真核微生物生活史遗传物质的基础专家讲座第1页原核微生物——无核膜包围，只有裸露DNA，无有丝分裂，缺乏由膜包围其它细胞器（如线粒体、内质网、叶绿体等）原始单细胞生物。真核微生物——细胞核有核膜包围成一个明确核，能进行有丝分裂，还含有由膜包围其它细胞器生物。遗传物质的基础专家讲座第2页细菌细胞结构与功效普通结构：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是全部细菌都有结构特殊结构：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被和芽孢等，并非全部细菌都有结构普通结构：普通细菌都有结构特殊结构：部分细菌含有或普通细菌在特殊环境下才有结构遗传物质的基础专家讲座第3页细菌细胞壁cellwall:细胞壁功效：

细胞壁赋予细胞以硬度和形状，为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需，并能阻拦一些大分子物质进入细胞，保护细胞免受有害物质损伤，它还决定了细菌含有特定抗原性、致病性以及反抗生素和噬菌体敏感性等特有生理功效。

G＋与Gˉ细菌cw模式结构细胞壁是位于菌体外层，内侧紧贴细胞膜一层无色透明，坚韧而有弹性结构。细胞壁约占细胞干重10%—25%。主要由肽聚糖组成。（肽聚糖）（肽聚糖）遗传物质的基础专家讲座第4页

概念：肽聚糖是由

N—乙酰胞壁酸（NAM）和N—乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成亚单位聚合而成大分子聚合物。细胞壁基本骨架——肽聚糖肽聚糖网格状结构革兰氏阳性菌肽聚糖单体遗传物质的基础专家讲座第5页

NAG与NAM残基以ß-1,4糖苷键交替连接，形成聚糖骨架（主链）；一组相同短肽侧链接于NAM上；相连主链上短肽侧链经过一条肽桥、或直接相连，从而形成网状分子结构。肽聚糖单体→网状结构G+菌肽聚糖单体Gˉ菌肽聚糖单体遗传物质的基础专家讲座第6页溶菌酶对细胞壁作用◆可切断NAM和NAG之间—1，4糖苷键，引发细菌裂解。

◆对Gˉ菌，在EDTA存在下，受溶菌酶作用。◆溶菌酶处理后菌细胞应保留在弱高渗（0.1~0.2M）蔗糖液中。遗传物质的基础专家讲座第7页青霉素对细菌细胞壁作用Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末端丙氨酸与五肽桥连接，破坏了细菌细胞壁完整性（即抑制肽聚糖合成），所以，Penicillium仅对正在生长着细菌，且主要是对G+菌有效。遗传物质的基础专家讲座第8页细胞壁缺损型细菌概念：自发突变或人为得到缺壁细菌。

缺壁细菌试验室或宿主体内形成自然界长久进化形成——支原体缺壁突变——L－型细菌人工去壁基本去尽原生质体（G＋）部分去掉球状体（G-）遗传物质的基础专家讲座第9页原生质体：人为用溶菌酶除CW或青霉素抑制CW合成得到CM包裹球状细胞，普通G＋最易形成原生质体。

球状体又称原生质球，指还残留了部分细胞壁（尤其是G-细菌外膜层）原生质体。共同特点：

对环境条件改变敏感；即使有鞭毛，也不能运动；对噬菌体不敏感；外源基因轻易导入，有利于遗传学基本研究；不一样菌种或菌株原生质体间易发生细胞融合，因而可用于杂交育种。遗传物质的基础专家讲座第10页酵母菌细胞结构与其它真核生物基本相同，右图是电子显微镜下酿酒酵母细胞结构示意图。酵母菌细胞结构遗传物质的基础专家讲座第11页酵母细胞细胞壁(1)细胞壁结构：酵母细胞壁呈“三明治”结构外层：甘露聚糖（约占40%-45%，以α-糖苷键联结（并非全部酵母菌都有）)内层：葡聚糖（约占30-40%，由D-葡萄糖以β-糖苷键联结）中间层：蛋白质（含5-10%，多为酶类）

细胞壁（2）壁外成份：有些菌壁外含有由多糖组成类似荚膜结构。包含异多糖、甘露聚糖和淀粉类物质。（3）细胞壁少许组分—脂类(3%-8%)和几丁质（1%-2%)和灰分.蜗牛酶：水解酵母菌细胞壁制备原生质体或水解酵母子囊壁以释放单倍体子囊孢子。遗传物质的基础专家讲座第12页霉菌结构细胞膜液泡内质网细胞壁线粒体细胞核核糖体由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、核糖体、内质网及各种内含物（肝糖、脂肪滴、异染粒等）等组成。幼龄菌往往液泡小而少，老龄菌含有较大液泡。遗传物质的基础专家讲座第13页除少数低等水生霉菌细胞壁含纤维素外,大部分霉菌细胞壁主要由几丁质组成.霉菌细胞壁：霉菌细胞壁可用蜗牛消化酶等消化霉菌细胞壁，制备霉菌原生质体。遗传物质的基础专家讲座第14页细胞壁以内结构（略）细胞壁以外结构（略）遗传物质的基础专家讲座第15页核质体(nuclearbody;nucleoid)细菌DNA：长度：普通为：0.25—3mm例：大肠杆菌DNA长约1mm。

生长快速细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有2—4个核质体，而生长迟缓细菌细胞中普通只有1—2个核区，不在染色体复制时期普通是单倍体。功效：负载遗传信息。又叫核区、拟核、类核等，由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而组成无核膜、核仁区域遗传物质的基础专家讲座第16页质粒(plasmids)细菌染色体外共价闭合环状双链小型DNA分子．分子量约为２—100×106D.一个菌细胞可有一或多个质粒,每个质粒上有几十个基因。Structureofabacteriumhighlightingthebacterialplasmid.遗传物质的基础专家讲座第17页质粒特点：1、能够在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也能够插入到染色体上以附加体形式存在；2、在细胞分裂时，能够不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也能够插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制；3、质粒能够经过转化或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒细胞；4、质粒对于细胞生存并不是必要。质粒已作为基因工程中克隆载体遗传物质的基础专家讲座第18页质粒种类:1、大肠杆菌F因子2、细菌抗药质粒（R因子）3、大肠杆菌素质粒（Col因子）4、降解质粒5、Ti质粒遗传物质的基础专家讲座第19页遗传物质的基础专家讲座第20页第二节细胞分裂任何生物细胞生命都是有一定程度，要延续细胞生命必须进行细胞分裂，细胞分裂是实现生物体生长、繁殖以及世代之间物质与机能连续性一个必要方式。细胞分裂无丝分裂有丝分裂减数分裂遗传物质的基础专家讲座第21页一、细胞有丝分裂有丝分裂是细胞分裂主要形式。多细胞生物体细胞由有丝分裂而增多，即有丝分裂是生物体体细胞分裂，分裂结果使生物体变粗、变长、变大。有丝分裂使细胞核和细胞质各分成两半。细胞核分裂在染色体开始分裂前已经复制成一倍。染色体数目标正确分裂是有丝分裂关键，而细胞质分裂不一定十分正确。遗传物质的基础专家讲座第22页有丝分裂过程按以下几个时期进行：间期、前期、中期、后期、末期二、细胞减数分裂减数分裂是生物个体数增加，它是有丝分裂一个特殊形式。这种分裂是二倍细胞变成单倍细胞或生殖细胞成熟时一个分裂方式，它要进行连续二次分裂。在二次分裂中，染色体仅分裂一次，而细胞则分裂二次，结果产生4个子细胞，使每个子细胞染色体数目降低二分之一。遗传物质的基础专家讲座第23页对高等生物来讲，生殖细胞前身是二倍卵母和精母细胞。要形成单倍精子和卵子必须经过减数分裂方能进行结合、遗传而成二倍体细胞，不然倍数会不停增加，生物就无法维持其遗传稳定性。对低等生物，如衣藻、真菌等有性世代有性生殖过程中合子是二倍体，而它们孢子和营养体（植株、菌丝体）是单倍。因为这些生物有性世代二倍体阶段是很短，也必须进行减数分裂回到单倍体世代。减数分裂过程：第一次分裂，染色体和细胞都分裂。第二次分裂，染色体不分裂仅细胞分裂。遗传物质的基础专家讲座第24页减数分裂意义：各种生物因为减数分裂和两性细胞结合（受精作用）过程交替进行，使染色体数目和遗传性状有规律地保持相对稳定；在减数分裂过程中，经过同源非姐妹染色体单体之间交换和重组，引发变异发生，这为杂交育种提供了理论和实践基础，在生物界遗传和进化上含有主要意义。遗传物质的基础专家讲座第25页第三节真核微生物生活史生活史：生物在生长发育一个循环周期中一系列改变。比如，丝状真菌从一个孢子开始，经过一定生长繁殖，包含无性繁殖和有性繁殖两个阶段，最终有产生同一个孢子，这一循环称为丝状真菌生活史。高等动植物只有有性生殖，从性细胞受精后，经过生长发育，直至生命结束。低等生物（包含真核微生物）繁殖后代，经过有性生殖、无性生殖或准性生殖来完成。遗传物质的基础专家讲座第26页生物在整个生活周期中能够从形态、细胞功效和染色体倍数改变几个方面来完成它们生长发育过程，但不一样生物其生活史在以下几方面表现是不一样。多细胞高等动植物是二倍体生物，它们体细胞为二倍体，经过减数分裂产生两性生殖细胞，即精、卵细胞。两性细胞相互融合，形成二倍体受精卵，经过有丝分裂产生许多二倍体体细胞。真核微生物，多数属于单倍体生物。它们体细胞是单倍，用来接合两个体细胞不需要进行减数分裂就能够成为接合子。它们是二倍体体细胞，经过减数分裂产生单倍体有性孢子，有性孢子萌发后产生单倍营养体。遗传物质的基础专家讲座第27页经典担子菌生活史

遗传物质的基础专家讲座第28页根霉生活史接合孢子孢囊孢子遗传物质的基础专家讲座第29页酵母菌有两个类型生活史较为尤其。营养体既能够单倍体也能够双倍体形式存在，酿酒酵母是这类生活史代表。遗传物质的基础专家讲座第30页营养体只能以二倍体形式存在，路德类酵母是这类型代表。遗传物质的基础专家讲座第31页真菌生活周期包含无性繁殖、有性繁殖或准性繁殖。有性繁殖往往比无性繁殖少得多，只在特定条件下才出现。不产生有性孢子半知菌纲中真菌，往往以准性繁殖来完成它们生活史。有真菌本身能产生有性孢子，但也有可能进行准性繁殖。遗传物质的基础专家讲座第32页霉菌生殖霉菌基因重组普通也能够经过有性生殖或准性生殖过程完成准性生殖是指不经过减数分裂就能造成基因重组生殖过程异核体形成、二倍体形成以及体细胞交换和单倍体化遗传物质的基础专家讲座第33页霉菌有性生殖有性孢子繁殖两个性细胞结合产生新个体过程a）质配：两个性细胞结合，细胞质融合，成为双核细胞，每个核均含单倍染色体（n+n）。b）核配：两个核融合，成为二倍体接合子核，此时核染色体数是二倍（2n）。c）减数分裂：含有双倍体细胞核经过减数分裂，