微生物的遗传和变异学生讲稿.ppt

关于微生物的遗传和变异学生第一页，讲稿共三十一页哦2几个概念遗传型遗传型表型表型变异变异饰变饰变genotype：又又称基因型，指称基因型，指某一生物个体某一生物个体所含有的所含有的全部全部遗传因子遗传因子即基即基因组所携带的因组所携带的遗传信息遗传信息。phenotype：指指某一生物个体所具某一生物个体所具有的一切有的一切外表特征外表特征和内在特性和内在特性的总和的总和，是其遗传型在合，是其遗传型在合适环境条件下通过适环境条件下通过代谢和发育而得到代谢和发育而得到的的具体体现具体体现。variation：指指生物个体在某种生物个体在某种外因或内因的作外因或内因的作用下所引起的用下所引起的遗遗传物质结构传物质结构或或数数量量的改变，即的改变，即遗传型的改变遗传型的改变。modification：指指外表外表的修的修饰性改变，意饰性改变，意即一种不涉及即一种不涉及遗传物质结构遗传物质结构改变而只发生改变而只发生在转录、转译在转录、转译水平上的水平上的表型表型变化变化。第二页，讲稿共三十一页哦31.1.遗传的物质基础遗传的物质基础一、遗传变异的物质基础一、遗传变异的物质基础第三页，讲稿共三十一页哦42 2 证明证明DNADNA为遗传物质的三个经典实验为遗传物质的三个经典实验1 1）转化实验）转化实验第四页，讲稿共三十一页哦52 2）噬菌体感染实验）噬菌体感染实验第五页，讲稿共三十一页哦63 3）病毒的拆开和重组实验病毒的拆开和重组实验第六页，讲稿共三十一页哦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 3 遗传物质在细胞内的存在部位和方式遗传物质在细胞内的存在部位和方式第七页，讲稿共三十一页哦8 二二.遗传与变异及其表现遗传与变异及其表现 根源？根源？第八页，讲稿共三十一页哦9第九页，讲稿共三十一页哦10 第十页，讲稿共三十一页哦11 2.2.变异的多样性变异的多样性 细菌变异形式，细菌变异形式，如：如：个体形态的变化，菌落形态个体形态的变化，菌落形态(光滑型光滑型粗糙型粗糙型)的变异，营养要求的变异，对温度、的变异，营养要求的变异，对温度、pHpH要求要求的变异，毒性的变异，抗毒能力的变异，生理生化特性的变异，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。的变异及代谢途径、产物的变异等。转基因生物转基因生物第十一页，讲稿共三十一页哦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第十二页，讲稿共三十一页哦13三、三、细菌的选育细菌的选育*（重点）（重点）与细菌的变异与细菌的变异 选育选育筛选筛选与与定向培育定向培育 筛选筛选“众里挑一众里挑一”第十三页，讲稿共三十一页哦14 (1)(1)细菌的筛选方法细菌的筛选方法原理：原理：优胜劣汰优胜劣汰方式：方式：选择性培养基选择性培养基（天然（天然+人工）人工）天然天然特殊区域采样特殊区域采样 例如例如 筛选能降解石油的细菌筛选能降解石油的细菌？第十四页，讲稿共三十一页哦15第十五页，讲稿共三十一页哦16（2）细菌的驯化）细菌的驯化 渐变渐变诱导法诱导法(休眠的酶基因复活休眠的酶基因复活+自然突变自然突变)方法：方法：待降解物通常为待降解物通常为有机毒物或惰性物有机毒物或惰性物。待降解物待降解物，如石油，如石油第十六页，讲稿共三十一页哦17 突变突变诱变法诱变法 哪些因素可以引起基因突变呢？哪些因素可以引起基因突变呢？第十七页，讲稿共三十一页哦18 A基因突变的特点基因突变的特点发生发生.随机性随机性结果结果.无定向性无定向性 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。也是随机的。突变的发生没有固定的方向。突变的发生没有固定的方向。频率频率.稀有性稀有性 可可.诱变性诱变性突变率（每一细菌在每一世代中发生某一性状突变的突变率（每一细菌在每一世代中发生某一性状突变的机率机率）通常）通常为为1010-5-51010-10-10。十万至一百亿个细菌中才可能有一个细菌的基因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。发生突变。人工诱变人工诱变可提高可提高10105倍倍第十八页，讲稿共三十一页哦19.可逆性可逆性修复成功修复成功.稳定性稳定性修复失败修复失败产生的变异性状是稳定的、可遗传的。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。工诱变进行细菌的基因改造。第十九页，讲稿共三十一页哦20常用的诱变剂：常用的诱变剂：紫外线、紫外线、5溴尿嘧啶、亚硝酸、卟啶染料等溴尿嘧啶、亚硝酸、卟啶染料等。第二十页，讲稿共三十一页哦21.选择合适的诱变剂剂量进行诱变选择合适的诱变剂剂量进行诱变为什么要有剂量限制呢？为什么要有剂量限制呢？少少,效率低效率低;过高过高“是药三分毒是药三分毒”会造成细菌大量死亡。会造成细菌大量死亡。例如在进行细菌紫外诱变时，通常使用例如在进行细菌紫外诱变时，通常使用15或或20W的紫外灯距离细菌单细菌悬浮液的紫外灯距离细菌单细菌悬浮液1530cm，照射照射1520min。.筛选突变出的高效菌筛选突变出的高效菌如何筛？如何筛？选择性培养基选择性培养基第二十一页，讲稿共三十一页哦22评价评价 诱变法诱变法潜力要远大于诱导法，但操作复杂潜力要远大于诱导法，但操作复杂。在实际在实际诱变中，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践突变体将会在实验室小试、中试的基础上被投放到生产实践中。中。参见参见 环境微生物学技术手册环境微生物学技术手册第二十二页，讲稿共三十一页哦23 通常生产上更多利用的是通常生产上更多利用的是诱导法诱导法。污泥培养初期污泥培养初期逐步提高污水比例逐步提高污水比例，有些菌种不能适应被，有些菌种不能适应被淘汰淘汰(筛选筛选)，能产生，能产生诱导诱导酶的菌株及自发突变体中能来降解此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；到预期的排放标准；*诱变诱变菌株环保市场的开发前景如何菌株环保市场的开发前景如何?目前国内外有目前国内外有哪些主要的此类公司哪些主要的此类公司?第二十三页，讲稿共三十一页哦24 基因重组法基因重组法不同个体基因重新组合不同个体基因重新组合 形式形式自发基因重组与人工基因重组自发基因重组与人工基因重组 自发基因重组自发基因重组a.真真 核核 生生 物物 为为 杂杂 交交；精卵细胞质融合过程中精卵细胞质融合过程中所有遗传物质的重组所有遗传物质的重组第二十四页，讲稿共三十一页哦25.转化转化Transformation（引进）（引进）供体细菌研碎物中的供体细菌研碎物中的DNADNA片段片段直接直接吸收进入活的受吸收进入活的受体细菌体细菌并发生基因重新组合的方式并发生基因重新组合的方式。第二十五页，讲稿共三十一页哦26.接合接合（合作）（合作）.转导转导（间谍窃取）（间谍窃取）间谍？间谍？噬菌体噬菌体细菌病毒细菌病毒通过噬菌体的携带而通过噬菌体的携带而转转移移导导手手的基因重组现象称为转导。的基因重组现象称为转导。转导是转导是1951年辛德尔年辛德尔(Zinder)和莱德贝和莱德贝尔格尔格(1Jederberg)在研究鼠沙门氏伤寒杆在研究鼠沙门氏伤寒杆菌重组时发现的。菌重组时发现的。第二十六页，讲稿共三十一页哦27 a.遗传工程的方法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；另一种是基因水平。所以，遗传工程方法包括两个水平的研究：一种是细胞水平；另一种是基因水平。所以，又可把它又可把它分为分为细胞工程和基因工程细胞工程和基因工程。细胞工程细胞工程两个细胞两个细胞原生质体原生质体融合融合 体体 外外 切切 割割 导导 入入遗遗 传传 物物 质质 基基 因因 片片 段段 受受 体体 细细 胞胞第二十七页，讲稿共三十一页哦28 b.b.遗传工程在环境工程中的应用遗传工程在环境工程中的应用第二十八页，讲稿共三十一页哦29.降解石油的工程细菌降解石油的工程细菌 70年代美国生物学家查克捡巴蒂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、芳香链、芳香烃类组成，不溶于水。而海水含盐量高，虽发现烃类组成，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，查氏将能降解脂也较馒，查氏将能降解脂(含质粒含质粒A)的一种假单胞菌作受体细菌的一种假单胞菌作受体细菌，分别将能降解芳烃分别将能降解芳烃(质粒质粒B)、芳烃芳烃(质粒质粒C)和多环芳烃和多环芳烃(质粒质粒D)的质粒，用遗传工程方法人工转入受体细菌，获的质粒，用遗传工程方法人工转入受体细菌，获得多质粒得多质粒“超级细菌超级细菌”，可除去原油中，可除去原油中23的烃。浮油在一般条件下降解需一年的烃。浮油在一般条件下降解需一年以上时间，用以上时间，用“超级细菌超级细菌”只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。见下只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。见下图。图。第二十九页，讲稿共三十一页哦30基因工程方法看似简单，但在具体基因工程方法看似简单，但在具体实施上有较大的实施上有较大的难度。难度。A.细菌的质粒本身容易丢失或转移细菌的质粒本身容易丢失或转移 B.质粒具有不相容性质粒具有不相容性（只有在一定条件下，属于不同的不相容种群的质粒才（只有在一定条件下，属于不同的不相容种群的质粒才能稳定地共存于同一宿主中。）能稳定地共存于同一宿主中。）*使用哪些方法有利于不同质粒的相容使用哪些方法有利于不同质粒的相容?国内那国内那些科研院校进行基因重组工程菌的开发研究些科研院校进行基因重组工程菌的开发研究?第三十页，讲稿共三十一页哦感谢大家观看第三十一页，讲稿共三十一页哦