第7章：微生物的遗传与变异课件.ppt

水处理微生物学水处理微生物学主讲人：吴声东主讲人：吴声东给水排水专业基础课程：给水排水专业基础课程：第七章第七章 微生物的遗传与变异微生物的遗传与变异内容提要遗传、变异、遗传型、表型等概念遗传、变异、遗传型、表型等概念遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础三个经典实验三个经典实验DNA的结构及性质的结构及性质遗传和变异是一切生物体最遗传和变异是一切生物体最本质的属性之一。本质的属性之一。指上一代生物如何将自身的一整套遗传基指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因传递给下一代的行为或功能。因传递给下一代的行为或功能。遗传遗传遗传具有保守性遗传具有保守性优点：保障优良性状稳定遗传；优点：保障优良性状稳定遗传；缺点：环境变化，无法适应而死亡。缺点：环境变化，无法适应而死亡。几个重要概念：遗传、遗传型、表型、几个重要概念：遗传、遗传型、表型、变异、饰变变异、饰变金金丝丝猴猴的的后后代代仍仍然然是是金金丝丝猴猴遗传型遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传又称基因型，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。是一种内在的因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力可能性或潜力。表型表型u指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的综合，是其遗传性在合适环境条件下通过代谢性的综合，是其遗传性在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体表现。是一种和发育而得到的具体表现。是一种现实性现实性。遗传型遗传型（可能性）（可能性）+环境条件环境条件表型表型（现实性）（现实性）代谢，发育代谢，发育指生物体在某种外因或内因的作用下所引起指生物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，也是遗传型的遗传物质结构或数量的改变，也是遗传型的改变。的改变。特点：特点：出现几率低出现几率低性状变化幅度大性状变化幅度大新性状稳定、可遗传新性状稳定、可遗传变异变异饰变饰变外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传物质结构改外表的修饰性改变，即一种不涉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。变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。u特点：特点：群体中的个体几乎都同样变化群体中的个体几乎都同样变化性状变化的幅度小性状变化的幅度小不遗传不遗传1.种瓜得瓜，种豆得豆；种瓜得瓜，种豆得豆；2.龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞；龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞；3.虎父无犬子；虎父无犬子；4.一母生九子，母子十不同。一母生九子，母子十不同。请大家想一想，与遗传请大家想一想，与遗传变异有关的俗语或谚语变异有关的俗语或谚语有哪些？有哪些？微生物遗传变异的应用微生物遗传变异的应用遗传是相对的，变异是绝对的。遗传是相对的，变异是绝对的。利用物理因素、化学药物处理微生物提高其变异频利用物理因素、化学药物处理微生物提高其变异频率，可获得具有优异特性的变异菌株。率，可获得具有优异特性的变异菌株。工业废水生物处理中，可以用含有某些污染物的废工业废水生物处理中，可以用含有某些污染物的废水筛选、培养菌种，使其适应并有高效降解其中污水筛选、培养菌种，使其适应并有高效降解其中污染物能力。染物能力。驯化驯化第一节第一节 微生物的遗传微生物的遗传 一、遗传和变异的物质基础一、遗传和变异的物质基础1866年奧地利孟德尔发表论文植物杂交实验，提出分离律、自由配合律等遗传定律。1879年德国生物学家弗来明在细胞核內发现了染色质1903年美国细胞学家萨顿发现，细胞染色体的活动方式，与孟德尔所描述的遗传因子极为类似。1909年丹麦的丹麦的植物遗传学家约翰逊开始以“基因”取代“遗传因子”1910年美国遗传学家摩根通过果蝇的研究，证明了基因存在染色体上真正确立遗传物质：1944年后的年后的3个著名实验。个著名实验。哪些人用什么方法最终证明了哪些人用什么方法最终证明了遗传的物质基础？遗传的物质基础？1.1.格里菲斯经典转化实验（格里菲斯经典转化实验（19281928）及埃弗里、麦）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（19411941）。）。2.2.赫西和蔡斯大肠杆菌赫西和蔡斯大肠杆菌T2T2噬菌体感染大肠杆菌实噬菌体感染大肠杆菌实验。验。3.H.Fraenkel-Conrat3.H.Fraenkel-Conrat植物病毒的重建实验植物病毒的重建实验R型菌型菌（粗糙、（粗糙、无毒性）无毒性）S型菌型菌（光滑、（光滑、有毒性）有毒性）多多糖糖类类荚荚膜膜格里菲斯格里菲斯肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验将将R型活菌注入小鼠体内型活菌注入小鼠体内一段时间后一段时间后将将S型活菌注入小鼠体内型活菌注入小鼠体内一段时间后一段时间后将灭活的将灭活的S型菌注入小鼠体内型菌注入小鼠体内一段时间后一段时间后将将R型活菌与灭活的型活菌与灭活的S型菌注入小鼠体内型菌注入小鼠体内一段时间后一段时间后细菌发生转化，性状的转化可以遗传。细菌发生转化，性状的转化可以遗传。埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充实验埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充实验从从S型肺炎球菌活体上取得蛋白质、型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、荚膜、DNA、RNA，分别与，分别与R型肺炎球型肺炎球菌混合后注入到小白鼠体内菌混合后注入到小白鼠体内结果被注入结果被注入DNA的小白鼠死亡，其它的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。小白鼠存活。DNA蛋白质蛋白质多糖多糖RNA只有只有DNA引起引起R型肺炎球菌转化，型肺炎球菌转化，DNA是其遗传物质是其遗传物质 赫西和蔡斯实验赫西和蔡斯实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验（含（含S）（含（含P）用放射性同位素用放射性同位素35S标记外壳标记外壳蛋白质蛋白质细菌内无放射性细菌内无放射性用放射性同位素用放射性同位素32P标记内部标记内部DNA细菌内有放射性细菌内有放射性表明表明DNA是遗传物质是遗传物质植物病毒的重建试验植物病毒的重建试验H.Fraenkel-Conrat（1956）用含）用含RNA的烟草花叶的烟草花叶病毒（病毒（TMV）进行植物病毒重建实验：）进行植物病毒重建实验：将将TMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将它放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将它的蛋白质外壳和的蛋白质外壳和RNA核心分离，发现裸露的核心分离，发现裸露的RNA能能感染烟草，而蛋白质不感染烟草。感染烟草，而蛋白质不感染烟草。选用一株与选用一株与TMV近缘的霍氏车前花叶病毒近缘的霍氏车前花叶病毒HRV进行进行实验。实验。TMV重建试验重建试验红蓝箭头表示遗传信息的走向红蓝箭头表示遗传信息的走向正常花叶病上述三个实验可以证明核酸是遗传上述三个实验可以证明核酸是遗传物质。物质。课堂课堂小结小结核酸是一切生物的遗传物质，核酸核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（包括脱氧核糖核酸（DNADNA）和核糖核酸和核糖核酸（RNARNA），），绝大多数生物都是以绝大多数生物都是以DNADNA作为作为遗传物质的，因此遗传物质的，因此DNADNA是主要的遗传物质。是主要的遗传物质。如流感病毒、爱滋病病毒、烟草花叶病毒等以RNA为遗传物质仅含仅含RNA的生物的生物：噬菌体噬菌体 流感病毒流感病毒艾滋病毒艾滋病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒含含DNA的生物：的生物：以DNA为遗传物质如真核生物、原核生物和只含DNA的病毒等生物的遗传物质：生物的遗传物质：蓝藻蓝藻细菌细菌动植物动植物噬菌体噬菌体流感病毒流感病毒 艾滋病毒艾滋病毒 烟草花叶病毒烟草花叶病毒1、蛋白质不是遗传物质的原因之一是蛋白质不是遗传物质的原因之一是()：A.它的含量很少它的含量很少B.它不能自我复制它不能自我复制C.它与新陈代谢无关它与新陈代谢无关D.它的种类很多它的种类很多2、地球上的一切生物的遗传物质都是、地球上的一切生物的遗传物质都是()：A.核酸核酸B.核糖核酸核糖核酸C.脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸D.脱氧核糖核酸和核糖核酸脱氧核糖核酸和核糖核酸课堂练习课堂练习一、选择题：一、选择题：BA3、噬菌体侵染细菌后，合成新噬菌体的蛋白质外壳需要噬菌体侵染细菌后，合成新噬菌体的蛋白质外壳需要（）（）A.细菌的细菌的DNA和氨基酸和氨基酸B.噬菌体的噬菌体的DNA及氨基酸及氨基酸C.细菌的细菌的DNA和噬菌体的氨基酸和噬菌体的氨基酸D.噬菌体的噬菌体的DNA和细菌的氨基酸和细菌的氨基酸4、用噬菌体去感染体内含有、用噬菌体去感染体内含有32P的细菌，在细菌解体后，的细菌，在细菌解体后，含含32P的是（的是（）A、所有子代噬菌体所有子代噬菌体DNAB、子代噬菌体蛋白质外壳子代噬菌体蛋白质外壳C、子代噬菌体的所有部分子代噬菌体的所有部分D、两个子代噬菌体两个子代噬菌体DNADA二、判断题二、判断题1、由于染色体位于细胞核内，所以生物、由于染色体位于细胞核内，所以生物的遗传就是指细胞核遗传。的遗传就是指细胞核遗传。2、噬菌体侵染细菌的时候，整个进入细噬菌体侵染细菌的时候，整个进入细菌的体内，其蛋白质和菌的体内，其蛋白质和DNA共同进行子代共同进行子代噬菌体的复制。噬菌体的复制。二、二、DANDAN的结构与复制的结构与复制（一）（一）DNA结构结构最经典的结构：双螺旋结构。最经典的结构：双螺旋结构。沃森、克里克沃森、克里克1953年提出。年提出。沃森（左）和克里克与沃森（左）和克里克与DNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型DNA有两条核苷酸链彼此围绕同一根轴互相有两条核苷酸链彼此围绕同一根轴互相盘绕形成，为双螺旋结构。盘绕形成，为双螺旋结构。每个单链均由脱氧核糖磷酸脱氧核糖每个单链均由脱氧核糖磷酸脱氧核糖磷酸交替排列构成。每个核苷酸链上都有四磷酸交替排列构成。每个核苷酸链上都有四个碱基：个碱基：T胸腺嘧啶胸腺嘧啶A腺嘌呤腺嘌呤G鸟嘌呤鸟嘌呤C胞嘧啶胞嘧啶彼此与另一条核苷酸链上的碱基组成碱基对：彼此与另一条核苷酸链上的碱基组成碱基对：TAATGCCG1.DNA的结构的结构脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A G C T碱基碱基AGCT脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸碱基碱基ATGCATGC一个一个DNA分子可包含几十万到几百万分子可包含几十万到几百万个碱基对，每个碱基之间间距为个碱基对，每个碱基之间间距为0.34nm。每每10个碱基组成一个螺旋，螺距个碱基组成一个螺旋，螺距3.4nm。碱基之间一一对应，顺序固定，可以碱基之间一一对应，顺序固定，可以保证遗传的稳定性。保证遗传的稳定性。如果受到干扰，个别碱基排列顺序发如果受到干扰，个别碱基排列顺序发生变化，会导致微生物死亡或变异。生变化，会导致微生物死亡或变异。2.DNA2.DNA的存在形式的存在形式 主要在细胞核中，以染色体形式存在，主要在细胞核中，以染色体形式存在，酸性。酸性。另外还有质粒等。另外还有质粒等。存在染色存在染色体上，是一切生体内储存遗传信息体上，是一切生体内储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。的、有自我复制能力的遗传功能单位。基因特別是指在基因特別是指在DNADNA序列上，能序列上，能够够表現出表現出功能的部分功能的部分基因按功能可分三类：结构基因、操纵区、基因按功能可分三类：结构基因、操纵区、调控基因调控基因在人在人类类的所有染色的所有染色体体上，上，约约存在存在30,00030,000个个基基因因有有时单时单一一个个基因便能控制一基因便能控制一种种性狀的表現，性狀的表現，然而，大部分的生理性狀，都是由一系列然而，大部分的生理性狀，都是由一系列相相关关的基因一同的基因一同调控调控而表現而表現3.3.基因基因細胞細胞染色體染色體DNA蛋白質蛋白質基因基因4.4.遗传信息的传递遗传信息的传递 贮存在贮存在DNADNA上的遗传信息都会转录到上的遗传信息都会转录到RNARNA上，上，通过通过RNARNA的翻译作用指导蛋白质的合成，最终依的翻译作用指导蛋白质的合成，最终依靠蛋白质体现遗传性状。靠蛋白质体现遗传性状。遗传信息流动的方向遗传信息流动的方向:中心法则中心法则思考思考1.微生物的遗传和变异的概念？遗传和微生物的遗传和变异的概念？遗传和变异的物质基础是什么？如何证明？变异的物质基础是什么？如何证明？2.微生物的遗传信息是如何传递的？微生物的遗传信息是如何传递的？3.解释分子遗传学的中心法则？解释分子遗传学的中心法则？