微生物的遗传和变异

2020/6/4,1,第六章微生物的遗传和变异,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,2,本章内容,第一节遗传DNA结构、存在形式、基因、遗传信息的传递、复制方式RNA四种，tRNA、mRNA、rRNA、反义RNA蛋白质的合成过程第二节微生物的变异基因突变突变类型第三节遗传工程在环境保护中的应用质粒育种技术在环境保护中的应用基因工程技术在环境保护中的应用DNA重组PCR技术在环境保护中的应用,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,3,微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界环境条件产生的一定反应，或出现的一定性状，传给后代，并相对稳定的一代一代传下去，这就是微生物的遗传。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,遗传,传递,下一代,2020/6/4,4,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,当微生物从它适应的环境迁移到不适应的环境后，微生物改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶，从而适应新的环境并生长良好，这就是变异。,变异,改变,下一代,2020/6/4,5,遗传育种,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,人工培育和驯化,遗传,遗传中有变异，变异中有遗传。,变异,相对,绝对,2020/6/4,6,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,第一节遗传,一、遗传和变异的物质基础DNA,生物遗传的物质基础是什么？答案是DNA。亲代将各种遗传性状通过DNA传递给子代，子代获得DNA后形成一定的蛋白质，将遗传特性表现出来。,2020/6/4,7,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,什么方法最终证明了遗传的物质基础是DNA呢？,1.格里菲斯经典转化实验（1928）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（1941）。2.赫西和蔡斯大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌实验。（1952）3.植物病毒拆分重建，Fraenkel-Conrat（1956）,三个经典转化实验,2020/6/4,8,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,格里菲斯经典转化实验（1928）,肺炎双球菌转化实验,R型菌（粗糙、无毒性）,S型菌（光滑、有毒性）,2020/6/4,9,将R型活菌注入小鼠体内,一段时间后,2020/6/4,10,将S型活菌注入小鼠体内,一段时间后,2020/6/4,11,将杀死的S型菌注入小鼠体内,一段时间后,2020/6/4,12,将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内,一段时间后,细菌发生转化，性状的转化可以遗传。,2020/6/4,13,DNA是遗传物质,只有DNA引起R型肺炎球菌转化,2020/6/4,14,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,赫西和蔡斯实验噬菌体侵染细菌的实验,2020/6/4,15,用放射性同位素35S标记外壳蛋白质,细菌内无放射性,2020/6/4,16,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,用放射性同位素32P标记内部DNA,细菌内有放射性,2020/6/4,17,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,DNA的结构,1953年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构。,两条多核苷酸链彼此互补并排列方向相反的，以右手螺旋的方式围绕同一根主轴的互相盘绕而成。,2020/6/4,18,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,脱氧核糖,碱基,磷酸,腺嘌呤-A,鸟嘌呤-G,C-胞嘧啶,T-胸腺嘧啶,2020/6/4,19,2020/6/4,20,DNA与少量的蛋白质结合，没有核膜包围，单纯由一条DNA细丝构成环状的染色体，在细胞质内，高度折叠形成具有空间结构的核区。或质粒的形式。DNA和组蛋白等组成染色体，染色体呈丝状结构，细胞内所有的染色体由一个核膜包裹成细胞核。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2.DNA的存在形式,原核微生物,真核微生物,2020/6/4,21,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,基因：生物体内贮存遗传信息、能进行自我复制能力的遗传功能单位。是DNA分子上的具有特定碱基排列顺序的核苷酸片断。每个细菌约有500010000个基因。,3.基因,结构基因，编码蛋白质或酶的结构。操纵区，操纵结构基因的表达。调节基因，控制结构基因。,按功能分为三种：,2020/6/4,22,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,4.遗传信息的传递。,DNA,RNA,转录,蛋白质,翻译,反向转录,分子遗传学的中心法则,2020/6/4,23,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,5.DNA的复制,半保留式的自我复制,碱基互补配对原则,2020/6/4,24,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,二、RNA,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,RNA,遗传信息,蛋白质,核糖体,翻译,腺嘌呤-A,鸟嘌呤-G,C-胞嘧啶,U-尿嘧啶,2020/6/4,25,A,C,G,游离的核糖核苷酸,DNA解链，一条链为模板合成RNA,细胞核中,A,C,G,1.信使RNA，mRNA(messengerRNA),无义链,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,26,A,G,T,A,C,T,A,A,T,DNA与RNA的碱基互补配对,细胞核中,聚合酶,A,C,G,游离的核糖核苷酸,A,C,G,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,27,A,G,T,A,C,T,A,A,T,DNA与RNA的碱基互补配对,细胞核中,聚合酶,A,C,G,游离的核糖核苷酸,A,C,G,U,U,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,28,细胞质,核孔,DNA,mRNA在细胞核中合成,细胞核内,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,29,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,细胞核内,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,30,密码子,mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,31,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,32,2.转移RNA，tRNA(transferRNA)。,蛋白质合成中的适配器分子（adapter）,tRNA的一端运载着氨基酸,天冬氨酸,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,氨酰-tRNA,2020/6/4,33,是核糖体结构的组成成分，与蛋白质结合成核糖体，是合成蛋白质的场所。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,3.rRNA（ribosomeRNA）核糖体RNA,2020/6/4,34,与mRNA碱基配对的RNA，由DNA转录而成，起到调节的作用。决定mRNA翻译合成速度。它是阻止，干扰复制转录和翻译的短小的RNA。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,4.反义RNA,2020/6/4,35,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,3.微生物体内蛋白质的合成过程。,DNA的复制,转录mRNA,翻译,蛋白质的合成,2020/6/4,36,转录mRNA,DNA的复制,2020/6/4,37,核糖体,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,翻译,形成氨酰-tRNA的过程,核糖体与mRNA复合过程,2020/6/4,38,核糖体,亮氨酸,U,天冬氨酸,A,C,U,异亮氨酸,A,U,G,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,翻译,2020/6/4,39,细胞质中,核糖体,亮氨酸,U,天冬氨酸,A,C,U,异亮氨酸,缩合,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,40,亮氨酸,天冬氨酸,异亮氨酸,以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质,细胞质中,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2020/6/4,41,由于某种因素引起的微生物DNA链上的碱基的缺失，置换，插入，改变了基因内部的原有的碱基顺序，从而引起其后代表现型的改变。,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,第二节微生物的变异,1.基因突变,2020/6/4,42,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,2.突变的类型,变异,基因突变,基因重组,诱变,自发突变,点突变染色体畸变,碱基置换移码突变,转换颠换,缺失添加,缺失添加易位倒位,2020/6/4,43,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,自发突变,自发突变是某种微生物在自然条件下，没有人工参与的而发生的基因突变。,几率10-410-10,宇宙空间的短波辐射微生物自身代谢活动的低剂量诱变物质，H2O2互变异构效应,原因：,2020/6/4,44,环境微生物基础教学课件,天津工业大学,诱发突变,物理诱变,化学诱变,诱变,点突变染色体畸变,碱基置换移码突变,转换颠换,缺失碱基添加碱基,缺失添加易位倒位,紫外辐射、X-射线、-射线、射线、快中子、激光,亚硝酸，硫酸二乙酸，甲基磺酸乙酯，硝基胍,2020/6/4,45,人为用某一特定环境条件处理某一种微生物群体，同时不断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古老的育种方法。,环境微生物基