第三章遗传物质基础

1、第二章第二章 微生物细胞的结构与分裂微生物细胞的结构与分裂 本章内容：本章内容： 微生物的细胞结构与功能微生物的细胞结构与功能 细胞分裂细胞分裂 真核微生物的生活史真核微生物的生活史 原核微生物原核微生物 无核膜包围，只有裸露无核膜包围，只有裸露 DNA，无有丝分裂，缺少，无有丝分裂，缺少 由膜包围的其他细胞器由膜包围的其他细胞器 （如线粒体、内质网、叶（如线粒体、内质网、叶 绿体等）的原始单细胞生绿体等）的原始单细胞生 物。物。 真核微生物真核微生物 细胞核有核膜包围成一个细胞核有核膜包围成一个 明确的核，能进行有丝分明确的核，能进行有丝分 裂，还具有由膜包围的其裂，还具有由膜包围的其 他细

2、胞器的生物。他细胞器的生物。 细菌细胞结构与功能细菌细胞结构与功能 v一般构造一般构造：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是 所有细菌都有的构造所有细菌都有的构造 v特殊构造特殊构造：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被和芽孢等，并非所：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被和芽孢等，并非所 有细菌都有的构造有细菌都有的构造 一般构造：一般构造： 一般细菌都一般细菌都 有的构造有的构造 特殊构造：特殊构造： 部分细菌具部分细菌具 有的或一般有的或一般 细菌在特殊细菌在特殊 环境下才有环境下才有 的构造的构造 细菌细胞壁细菌细胞壁cell wall:c

3、ell wall: 细胞壁的功能：细胞壁的功能： 细胞壁赋予细胞以硬度和形状，为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，并能细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需，并能 阻拦某些大分子物质进入细胞，保护细胞阻拦某些大分子物质进入细胞，保护细胞 免受有害物质的损伤，它还决定了细菌具免受有害物质的损伤，它还决定了细菌具 有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和 噬菌体的敏感性等特有的生理功能。噬菌体的敏感性等特有的生理功能。 G G 与 与GG细菌细菌cwcw的模式结构的模式结构 细胞壁是位于菌体的外层，内侧细胞壁是位于菌体的外层，内侧 紧贴细胞膜的

4、一层无色透明，坚韧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧 而有弹性的结构。细胞壁约占细胞而有弹性的结构。细胞壁约占细胞 干重的干重的10%10%25%25%。主要由主要由肽聚糖肽聚糖构构 成。成。 （肽聚糖） （肽聚糖） 概念：肽聚糖是由概念：肽聚糖是由 N乙酰胞壁酸（乙酰胞壁酸（NAM）和）和N 乙酰葡糖胺（乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链）以及短肽链 （主要是四肽）组成的亚单位聚（主要是四肽）组成的亚单位聚 合而成的大分子聚合物。合而成的大分子聚合物。 细胞壁的基本骨架细胞壁的基本骨架肽聚糖肽聚糖 NAG NAG 与与 NAM NAM 残基以残基以-1,4-1,4糖苷键交替连接，形成糖苷键交替连接，

5、形成 聚糖的骨架（主链）；一组相同的短肽侧链接于聚糖的骨架（主链）；一组相同的短肽侧链接于NAMNAM上；上； 相连主链上的短肽侧链通过一条肽桥、或直接相连，从相连主链上的短肽侧链通过一条肽桥、或直接相连，从 而形成网状分子结构。而形成网状分子结构。 肽聚糖单体肽聚糖单体网状结构网状结构 G+菌肽聚糖单体 G菌肽聚糖单体 溶菌酶对细胞壁的作用溶菌酶对细胞壁的作用 可切断可切断NAMNAM和和NAGNAG之之 间的间的 1 1，4 4糖苷键，糖苷键， 引起细菌裂解。引起细菌裂解。 对对GG菌，在菌，在EDTAEDTA存存 在下，受溶菌酶作用。在下，受溶菌酶作用。 溶菌酶处理后的菌溶菌酶处理后的菌

6、 细胞应保存在弱高渗细胞应保存在弱高渗 （0.1 0.2M0.1 0.2M）蔗糖液）蔗糖液 中。中。 青霉素对细菌细胞壁的作用青霉素对细菌细胞壁的作用 Penicillium Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，与转肽酶结合，而使该酶失活， 抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了 细菌细胞壁的完整性（即抑制肽聚糖的合成），因细菌细胞壁的完整性（即抑制肽聚糖的合成），因 此，此， PenicilliumPenicillium仅对正在生长着的细菌，仅对正在生长着的细菌，且主要且主要 是对是对G G+ +菌菌有效有效。 细胞壁缺损型细菌

7、细胞壁缺损型细菌 概念：概念：自发突变或人为得到缺壁细菌。自发突变或人为得到缺壁细菌。 缺壁细菌缺壁细菌 实验室或宿主体内形成实验室或宿主体内形成 自然界长期进化形成自然界长期进化形成支原体支原体 缺壁突变缺壁突变L L型细菌型细菌 人工去壁人工去壁 基本去尽基本去尽 原生质体（原生质体（G G ） ） 部分去掉部分去掉 球状体球状体（G G- -） 原生质体：人为用溶菌酶除原生质体：人为用溶菌酶除CWCW或青霉素抑制或青霉素抑制CWCW合成得到合成得到 CMCM包裹的球状细胞，一般包裹的球状细胞，一般G G 最易形成原生质体。 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

8、其是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）的原生质体。细菌外膜层）的原生质体。 共同特点：共同特点： 对环境条件变化敏感；对环境条件变化敏感； 即使有鞭毛，也不能运动；即使有鞭毛，也不能运动； 对噬菌体不敏感；对噬菌体不敏感； 外源基因容易导入，有利于遗传学基本研究；外源基因容易导入，有利于遗传学基本研究； 不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞融合，因而可不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞融合，因而可 用于杂交育种。用于杂交育种。 酵母菌的细胞结构酵母菌的细胞结构 与其他真核生物基与其他真核生物基 本相同，右图是电本相同，右图是电 子显微镜下的酿酒子显微镜下的酿酒

9、 酵母细胞结构示意酵母细胞结构示意 图。图。 酵母菌细胞的构造酵母菌细胞的构造 酵母细胞的细胞壁酵母细胞的细胞壁 (1)(1)细胞壁结构细胞壁结构： 酵母细胞壁呈酵母细胞壁呈“三明三明 治治”结构结构 外层：甘露聚糖（外层：甘露聚糖（约占约占40%-45%40%-45%，以，以-糖苷键联结（并非所有酵母菌都有）糖苷键联结（并非所有酵母菌都有）) ) 内层：葡聚糖（内层：葡聚糖（约占约占30-40%30-40%，由，由D-D-葡萄糖以葡萄糖以-糖苷键联结）糖苷键联结） 中间层：蛋白质（中间层：蛋白质（含含5-10%5-10%，多为酶类），多为酶类） 细胞壁 （2 2）壁外成分：）壁外成分： 有些

10、菌壁外含有由多糖构成的类似荚膜的结构。有些菌壁外含有由多糖构成的类似荚膜的结构。 包括异多糖、甘露聚糖和包括异多糖、甘露聚糖和 淀粉类物质淀粉类物质。 （3 3）细胞壁的少量组分）细胞壁的少量组分脂类脂类(3%-8%)(3%-8%)和几丁质（和几丁质（1%-2%)1%-2%)和灰分和灰分. . 蜗牛酶蜗牛酶 ：水解酵母菌细胞壁制备原生质体或水解酵母子囊：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。壁以释放单倍体子囊孢子。 霉菌的构造霉菌的构造 细胞膜细胞膜液泡液泡 内质网内质网 细胞壁细胞壁 线粒体线粒体 细胞核细胞核 核糖体核糖体 由由细胞壁、细胞膜、细胞壁、细胞膜、

11、 细胞质、细胞核、细胞质、细胞核、 线粒体、核糖体、线粒体、核糖体、 内质网内质网及各种及各种内含内含 物物（肝糖、脂肪滴、（肝糖、脂肪滴、 异染粒等）等组成。异染粒等）等组成。 幼龄菌往往幼龄菌往往液泡液泡小小 而少，老龄菌具有而少，老龄菌具有 较大的液泡。较大的液泡。 除少数低等水生霉菌细胞壁含除少数低等水生霉菌细胞壁含纤维素纤维素外外, ,大部分霉菌细胞壁主大部分霉菌细胞壁主 要由要由几丁质几丁质组成组成. . 霉菌细胞壁：霉菌细胞壁： 霉菌的细胞壁可用蜗牛消化酶等消化霉菌的细胞壁，制备霉菌霉菌的细胞壁可用蜗牛消化酶等消化霉菌的细胞壁，制备霉菌 的原生质体。的原生质体。 细胞壁以内的构造

12、（略）细胞壁以内的构造（略） 细胞壁以外的构造（略）细胞壁以外的构造（略） 核质体核质体(nuclear body;nucleoid)(nuclear body;nucleoid) 细菌细菌DNADNA： 长度：一般为：长度：一般为：0.250.253 3mmmm 例：大肠杆菌的例：大肠杆菌的DNADNA长约长约1 1mmmm。 生长迅速的细菌在核分裂之后细胞生长迅速的细菌在核分裂之后细胞 往往来不及分裂往往来不及分裂, ,所以细胞中常有所以细胞中常有 2 24 4个核质体，而生长缓慢的细菌个核质体，而生长缓慢的细菌 细胞中一般只有细胞中一般只有1 12 2个核区，不在个核区，不在 染色体复制

13、时期一般是单倍体。染色体复制时期一般是单倍体。 功能：功能：负载遗传信息。负载遗传信息。 又叫又叫核区核区、拟核、类核等，、拟核、类核等，由大型环状双链由大型环状双链DNADNA纤丝不规则地纤丝不规则地 折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域 质粒质粒(plasmids)(plasmids) 细菌染色体外的共价闭合环状双链的小型细菌染色体外的共价闭合环状双链的小型DNADNA分分 子分子量约为子分子量约为100 100 10 106 6 D. D. 一个菌细胞可有一个菌细胞可有 一或多个质粒一或多个质粒, ,每个质粒上有几十个基因每个质粒上有几十个基因 。 S

14、tructure of a bacterium highlighting the bacterial plasmid. 质粒的特点：质粒的特点： 1 1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以 游离状态）存在，也可以插入到染色体上以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以 附加体的形式存在；附加体的形式存在； 2 2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体 而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染 色体中与染色体一道进行复制；色体中与染色体一道进行复制； 3 3、质粒可以通过转化或接合作用

15、而由一个细、质粒可以通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胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带 有质粒的细胞；有质粒的细胞； 4 4、质粒对于细胞生存并不是必要的。、质粒对于细胞生存并不是必要的。 质粒已作为基因工程中的克隆载体质粒已作为基因工程中的克隆载体 质粒的种类质粒的种类: : 1、大肠杆菌的大肠杆菌的F F因子因子 2 2、细菌抗药质粒（细菌抗药质粒（R R因子）因子） 3 3、大肠杆菌素质粒（、大肠杆菌素质粒（ColCol因子）因子） 4 4、降解质粒、降解质粒 5 5、TiTi质粒质粒 第二节第二节 细胞分裂细胞分裂 任何生物细胞的生命都是有一定限

16、度的，要延续细胞生任何生物细胞的生命都是有一定限度的，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的一种必要方式。殖以及世代之间物质与机能连续性的一种必要方式。 细胞分裂细胞分裂 无丝分裂无丝分裂 有丝分裂有丝分裂 减数分裂减数分裂 一、细胞的有丝分裂一、细胞的有丝分裂 有丝分裂是细胞分裂的主要形式。有丝分裂是细胞分裂的主要形式。 多细胞生物体的细胞由有丝分裂而增多，即有丝分裂是多细胞生物体的细胞由有丝分裂而增多，即有丝分裂是 生物体的体细胞分裂，生物体的体细胞分裂，分裂结果分裂结果使生物体变粗、

17、变长、变大。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。细胞核的分裂在有丝分裂使细胞核和细胞质各分成两半。细胞核的分裂在 染色体开始分裂前已经复制成一倍。染色体开始分裂前已经复制成一倍。染色体数目的正确分裂染色体数目的正确分裂 是有丝分裂的关键，而细胞质的分裂不一定十分正确。是有丝分裂的关键，而细胞质的分裂不一定十分正确。 有丝分裂的过程按如下几个时期进行： 间期、前期、中期、后期、末期 二、细胞的减数分裂二、细胞的减数分裂 减数分裂是生物个体数增加，它是有丝分裂的一种减数分裂是生物个体数增加，它是有丝分裂的一种 特殊形式。特殊形式。 这种分裂是二倍细胞变成单倍细胞或生殖细

18、胞成熟这种分裂是二倍细胞变成单倍细胞或生殖细胞成熟 时的一种分裂方式，它要进行时的一种分裂方式，它要进行连续二次的分裂。连续二次的分裂。 在二次分裂中，染色体仅分裂一次，而细胞则分裂在二次分裂中，染色体仅分裂一次，而细胞则分裂 二次，结果产生二次，结果产生4个子细胞，使每个子细胞的染色体个子细胞，使每个子细胞的染色体 数目减少一半。数目减少一半。 对高等生物来讲，生殖细胞的前身是二倍的卵母和精母细对高等生物来讲，生殖细胞的前身是二倍的卵母和精母细 胞。胞。要形成单倍的精子和卵子必须经过减数分裂方能进行要形成单倍的精子和卵子必须经过减数分裂方能进行 结合、遗传而成二倍的体细胞，否则倍数会不断增加

19、，生结合、遗传而成二倍的体细胞，否则倍数会不断增加，生 物就无法维持其遗传稳定性。物就无法维持其遗传稳定性。 对低等生物，如衣藻、真菌等有性世代的有性生殖过程中对低等生物，如衣藻、真菌等有性世代的有性生殖过程中 的合子是二倍体，而它们的孢子和营养体（植株、菌丝体）的合子是二倍体，而它们的孢子和营养体（植株、菌丝体） 是单倍的。是单倍的。由于这些生物有性世代的二倍体阶段是很短的，由于这些生物有性世代的二倍体阶段是很短的， 也必须进行减数分裂回到单倍体世代。也必须进行减数分裂回到单倍体世代。 减数分裂的过程：减数分裂的过程：第一次分裂，染色体和细胞都分裂。第第一次分裂，染色体和细胞都分裂。第 二次

20、分裂，染色体不分裂仅细胞分裂。二次分裂，染色体不分裂仅细胞分裂。 减数分裂的意义：减数分裂的意义： 各种生物由于减数分裂和两性细胞结合（受精作用）各种生物由于减数分裂和两性细胞结合（受精作用） 过程的交替进行，使染色体数目和遗传性状有规律地过程的交替进行，使染色体数目和遗传性状有规律地 保持相对稳定；保持相对稳定； 在减数分裂过程中，通过同源非姐妹染色体单体之间的在减数分裂过程中，通过同源非姐妹染色体单体之间的 交换和重组，引起变异的发生，这为杂交育种提供了理论交换和重组，引起变异的发生，这为杂交育种提供了理论 和实践基础，在生物界的遗传和进化上具有重要意义。和实践基础，在生物界的遗传和进化上

21、具有重要意义。 第三节第三节 真核微生物的生活史真核微生物的生活史 生活史：生活史：生物在生长发育一个循环周期中的一系列变化。生物在生长发育一个循环周期中的一系列变化。 例如，丝状真菌从一种孢子开始，经过一定的生长繁殖，包例如，丝状真菌从一种孢子开始，经过一定的生长繁殖，包 括无性繁殖和有性繁殖两个阶段，最后有产生同一种孢子，括无性繁殖和有性繁殖两个阶段，最后有产生同一种孢子， 这一循环称为这一循环称为丝状真菌的生活史丝状真菌的生活史。 高等动植物高等动植物只有有性生殖，从性细胞受精后，经过生长发育，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。直至生命结束。 低等生物（包括真核

22、微生物）低等生物（包括真核微生物）繁殖后代，通过有性生殖、无繁殖后代，通过有性生殖、无 性生殖或准性生殖来完成的。性生殖或准性生殖来完成的。 u生物在整个生活周期中可以从形态、细胞功能和染色生物在整个生活周期中可以从形态、细胞功能和染色 体倍数变化的几个方面来完成它们的生长发育过程，但不体倍数变化的几个方面来完成它们的生长发育过程，但不 同生物其生活史在以下几方面的表现是不同的。同生物其生活史在以下几方面的表现是不同的。 多细胞的高等动植物是二倍体生物，它们的体细胞为二多细胞的高等动植物是二倍体生物，它们的体细胞为二 倍体，通过减数分裂产生两性生殖细胞，即精、卵细胞。倍体，通过减数分裂产生两性

23、生殖细胞，即精、卵细胞。 两性细胞相互融合，形成二倍体的受精卵，经过有丝分裂两性细胞相互融合，形成二倍体的受精卵，经过有丝分裂 产生许多二倍体的体细胞。产生许多二倍体的体细胞。 真核微生物，多数属于单倍体生物。它们的体细胞是单真核微生物，多数属于单倍体生物。它们的体细胞是单 倍的，用来接合的两个体细胞不需要进行减数分裂就可以倍的，用来接合的两个体细胞不需要进行减数分裂就可以 成为接合子。它们是二倍体的体细胞，经过减数分裂产生成为接合子。它们是二倍体的体细胞，经过减数分裂产生 单倍体的有性孢子，有性孢子萌发后产生单倍的营养体。单倍体的有性孢子，有性孢子萌发后产生单倍的营养体。 典型担子菌的生活史典型担子菌的生活史 根霉生活史根霉生活史 接合孢子 孢囊孢子 酵母菌有两个类型生活史较为特别。酵母菌有两个类型生活史较为特别。 营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，酿酒酵母酿酒