7第七章微生物的遗传和变异TO 学生

1、chap 7 microbial heredity and variation,微生物的遗传变异和育种,李 祝 e-mail: tel环境微生物,2,几个概念,遗传型,表型,变异,饰变,genotype：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。,phenotype：指某一生物个体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是其遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体体现。,variation：指生物个体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，即遗传型的改变。,modification：指外表的修饰性改变，意即一种不涉

2、及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。,attention:,3,1. 遗传的物质基础dna,一、遗传变异的物质基础,4,2 证明dna为遗传物质的三个经典实验,1）转化实验,5,2）噬菌体感染实验,6,3） 病毒的拆开和重组实验,7,七个水平 细胞水平 细胞核水平 染色体水平 核酸水平 基因水平 密码子水平 核苷酸水平,3 遗传物质在细胞内的存在部位和方式,8,二.遗传与变异及其表现,根源？,dna,9,复制传递的 稳定性 遗传的保守性,dna,复制传递的 差错性 变异的多样性,10,1.遗传的保守性,遗传性 “种瓜得瓜种豆得豆”,正面：继承亲代优点，保持物种延续,子代与亲

3、代相似性（“大同”）,负面：？,“劣汰”,“优胜”,11,2.变异的多样性,细菌变异形式，如：个体形态的变化，菌落形态(光滑型粗糙型)的变异，营养要求的变异，对温度、ph要求的变异，毒性的变异，抗毒能力的变异，生理生化特性的变异及代谢途径、产物的变异等。,转基因生物,12,正确态度,理性看待转基因技术。 某些新闻媒体和科学家的过激倾向已给生命科学的发展带来很大的负面压力。正确的社会舆论导向有利于决策者做出正确的决策，从而促进科技发展。 在对待转基因生物问题上，不能因出现一些问题而因噎废食，也不能对可能出现的问题掉以轻心。 生物安全是近年来才出现的新问题, 应该对研究人员、普通公众、政府部门的管

4、理者和决策者等进行生物安全的教育和培训, 将科学的生物安全知识完整地告诉公众, 树立公众的生物安全风险意识和遵守生物安全法规意识。,a long way,13,三、 细菌的选育*（重点）与细菌的变异,选育筛选与定向培育 筛选“众里挑一”,定向培育“教育培训”,定向培育在水的生物处理俗称驯化。,14,(1)细菌的筛选方法,原理：优胜劣汰 方式：选择性培养基（天然+人工） 天然特殊区域采样 例如 筛选能降解石油的细菌？,收集长期被石油污染的土壤(天然选择性固体培养基），必有适应石油环境利用石油作为食物的细菌，将土壤样品在实验室用石油降解菌选择性培养基，对样品中的石油降解菌进行进一步的选择培养，筛选

5、分离，富集，为下一步的驯化工作奠定基础。,15,驯化,选择性培养基（石油）浓度升高,筛选分离,2,3、4,1,4,小考,中考,高考,16,（2）细菌的驯化,渐变诱导法(休眠的酶基因复活+自然突变) 方法：,待降解物通常为有机毒物或惰性物。,5,选择性培养基（待降解物，如石油）浓度升高,5,n,大一 大四,死,筛选与诱导驯化可以同时进行 特点:操作简便，驯化的潜力有限，慢。,结果,17,诱变剂：温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化学诱变剂等等。,突变诱变法,哪些因素可以引起基因突变呢？,基因突变的分子机制？ dna碱基丢失、增多、错配等 点突变染色体畸变 基因突变有这样几个特点。,18,a基因突变的

6、特点,发生.随机性结果.无定向性 基因突变在哪一个细菌中发生是随机的，突变基因的部位也是随机的。突变的发生没有固定的方向。 频率.稀有性 可.诱变性 突变率（每一细菌在每一世代中发生某一性状突变的机率）通常为10-510-10。十万至一百亿个细菌中才可能有一个细菌的基因发生突变。 人工诱变可提高10105倍,19,. 可逆性 修复成功 .稳定性 修复失败 产生的变异性状是稳定的、可遗传的。 利用基因突变的特点，可以通过人工诱变进行细菌的基因改造。,20,常用的诱变剂：紫外线、5溴尿嘧啶、亚硝酸、卟啶染料等。,诱变的步骤 .制出发菌株的单细菌悬浮液 为什么？如何在整个过程中尽量使细菌分散呢？ 诱

7、变剂与细菌充分接触；向细菌培养液中加入玻璃珠，并保持在诱变过程中始终进行振荡搅拌形成出发细菌的单细菌悬浮液；,b方法,21,.选择合适的诱变剂剂量进行诱变 为什么要有剂量限制呢？ 少,效率低;过高“是药三分毒” 会造成细菌大量死亡。 例如在进行细菌紫外诱变时，通常使用15或20w的紫外灯距离细菌单细菌悬浮液1530cm，照射1520min。 .筛选突变出的高效菌 如何筛？ 选择性培养基,22,评价,诱变法潜力要远大于诱导法，但操作复杂。在实际诱变中，往往要经过几次不同诱变方法的诱变处理以及大量繁琐的筛选分离工作才有可能获得理想的突变体。最后这些突变体将会在实验室小试、中试的基础上被投放到生产实

8、践中。 参见 环境微生物学技术手册,23,通常生产上更多利用的是诱导法。 污泥培养初期逐步提高污水比例，有些菌种不能适应被淘汰(筛选)，能产生诱导酶的菌株及自发突变体中能来降解此类废水的菌种能够生存而被保留下来，且能力逐步提高，使废水达到预期的排放标准； *诱变菌株环保市场的开发前景如何?目前国内外有哪些主要的此类公司?,24,基因重组法,不同个体基因重新组合 形式 自发基因重组与人工基因重组 自发基因重组 a. 真 核 生 物 为 杂 交； 精卵细胞质融合过程中所有遗传物质的重组,b. 原 核 生 物 为 转 化 、 转 导 、接合； 部分遗传物质的转移和重组,25,.转化transform

9、ation （引进）,供体细菌研碎物中的dna片段直接吸收进入活的受体细菌并发生基因重新组合的方式。,受体细菌获得了供体细菌的部分遗传性状“转运同化” 转化现象是1928年英国的细菌学家格里菲斯首先发现的,，被命名为格里菲斯实验（证明dna是生命遗传物质的经典实验之一）。,26,.接合 （合作）,.转导（间谍窃取） 间谍？ 噬菌体细菌病毒 通过噬菌体的携带而转移导手的基因重组现象称为转导。 转导是1951年辛德尔(zinder)和莱德贝尔格(1jederberg)在研究鼠沙门氏伤寒杆菌重组时发现的。,细菌有性生殖,27,a.遗传工程的方法,遗传工程方法包括两个水平的研究：一种是细胞水平；另一种

10、是基因水平。所以，又可把它分为细胞工程和基因工程。 细胞工程两个细胞原生质体融合,基因工程两个细胞dna片段剪接拼接,狭义的讲，遗传工程就是基因工程。 原理：限制性核酸内切酶,28,b.遗传工程在环境工程中的应用,29,.降解石油的工程细菌 70年代美国生物学家查克捡巴蒂(chakrabarty)针对海洋输油，造成浮油污染，影响海洋生态等问题进行了研究。石油成分复杂，是由饱和、不饱和、直链、支链、芳香烃类组成，不溶于水。而海水含盐量高，虽发现90多种微生物有不同程度降解烃类的能力，但不一定能在海水中大量繁殖生存，而且降解速率也较馒，查氏将能降解脂(含质粒a)的一种假单胞菌作受体细菌，分别将能降解芳烃(质粒b)、芳烃(质粒c)和多环芳烃(质粒d)的质粒，用遗传工程方法人工转入受体细菌，获得多质粒“超级细菌”，可除去原油中23的烃。浮油在一般条件下降解需一年以上时间，用“超级细菌”只需几小时即可把浮