微生物的遗传和变异学生课件.ppt

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1、关于微生物的遗传和变异学生第1页，此课件共31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即基因组所携带基因组所携带的的遗传信息遗传信息。phenotype：指指某一生物个体所某一生物个体所具有的一切具有的一切外表外表特征和内在特特征和内在特性性的总和，是其的总和，是其遗传型在合适环遗传型在合适环境条件下通过代境条件下通过代谢和发育而得到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

2、遗传物质结构传物质结构或或数量数量的改变，即的改变，即遗传型的改变。遗传型的改变。modification：指指外表外表的的修饰性改变，修饰性改变，意即一种不意即一种不涉及遗传物涉及遗传物质结构改变质结构改变而只发生在而只发生在转录、转译转录、转译水平上的水平上的表表型变化型变化。第2页，此课件共31页哦31.1.遗传的物质基础遗传的物质基础DNA一、遗传变异的物质基础一、遗传变异的物质基础第3页，此课件共31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4页，此课件共31页哦52 2）噬菌体感染实验）噬菌体感染实验第5页，此课件

3、共31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6页，此课件共31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7页，此课件共31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？n n DNA第8页，此课件共31页哦9复制传递的复制传递的复制传递的复制传递的稳定性稳定性稳定性稳定性遗传的保守性遗传的保守性遗传的保守性遗传的保守性DNA复制传递的复制传递的复制传递的复制传递的差错性差错性差错性差错性变异的多样性变异的多样性变异的多样性变异的多样性第9页，此课件共3

4、1页哦10 1.1.遗传的保守性遗传的保守性 遗传性遗传性遗传性遗传性“种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆”正面：继承亲代优点，保持物种延续正面：继承亲代优点，保持物种延续正面：继承亲代优点，保持物种延续正面：继承亲代优点，保持物种延续 子代与亲代相似性（子代与亲代相似性（子代与亲代相似性（子代与亲代相似性（“大同大同大同大同”）负面：？负面：？负面：？负面：？“劣汰劣汰劣汰劣汰”“优胜优胜优胜优胜”第10页，此课件共31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

5、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要求的要求的变异，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。变异及代谢途径、产物的变异等。转基因生物转基因生物第11页，此课件共31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

6、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12页，此课件共31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”定向培育定向培育定向培育定向培育“教育培训教育培训教育培训教育培训”定向培育定向培育定向培育定向培育在水的生物处理俗称在水的生物处理俗称在水的生物处理俗称在水的生物处理俗称驯化驯化。第13页，此课件共31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

7、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？收收收收集集集集长长长长期期期期被被被被石石石石油油油油污污污污染染染染的的的的土土土土壤壤壤壤(天天天天然然然然选选选选择择择择性性性性固固固固体体体体培培培培养养养养基基基基），必必必必有有有有适适适适应应应应石石石石油油油油环环环环境境境境利利利利用用用用石石石石油油油油作作作作为为为为食食食食物物物物的的的的细细细细菌菌菌菌，将将将将土土土土壤壤壤壤样样样样品品品品在在在在实实实实验验验验室室室室用用用用石石石石油油油油降降降降解解解

8、解菌菌菌菌选选选选择择择择性性性性培培培培养养养养基基基基，对对对对样样样样品品品品中中中中的的的的石石石石油油油油降降降降解解解解菌菌菌菌进进进进行行行行进进进进一一一一步步步步的的的的选选选选择择择择培培培培养养养养，筛筛筛筛选选选选分分分分离离离离，富富富富集集集集，为为为为下下下下一一一一步步步步的的的的驯驯驯驯化化化化工工工工作作作作奠奠奠奠定基础。定基础。定基础。定基础。第14页，此课件共31页哦15 驯化驯化驯化驯化选择性培养基（选择性培养基（选择性培养基（选择性培养基（石油石油石油石油）浓）浓）浓）浓度升高度升高度升高度升高筛选分离筛选分离2 23 3、4 414小考小考小考小

9、考1 1中考中考中考中考高考高考高考高考第15页，此课件共31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。5 56 67 7N N选择性培养基（选择性培养基（选择性培养基（选择性培养基（待降解物，待降解物，如石油如石油）浓度升高）浓度升高）浓度升高）浓度升高5n大一大一大一大一 大四大四大四大四N N+1 1死死死死 筛选与诱导驯化筛选与诱导驯化筛选与诱导驯化筛选与诱导驯化可以同时进行可以同时进行可以同时进行可以同时进行 特点特点特点特点:操作简便操作简便

10、操作简便操作简便，驯化的潜力有限，慢。驯化的潜力有限，慢。驯化的潜力有限，慢。驯化的潜力有限，慢。结果结果第16页，此课件共31页哦17 诱变剂：诱变剂：诱变剂：诱变剂：温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化学诱变温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化学诱变温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化学诱变温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化学诱变剂等等剂等等剂等等剂等等。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？基因突变的分子机制？基因突变的分子机制？基因突变的分子机制？基因突变的分子机制？DNADNA碱基丢失碱基丢失碱基丢失碱基丢失、增多、错配增多、错配增多、错配增多、错配等等等等

11、点突变点突变染色体畸变染色体畸变 基因突变有这样几个特点。基因突变有这样几个特点。基因突变有这样几个特点。基因突变有这样几个特点。第17页，此课件共31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 基基因因突突变变在在哪哪一一个个细细菌菌中中发发生生是是随随机机的的，突突变变基基因因的的部部位位也是随机的。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.诱变性诱变性突突变变率率（每每一一细细菌菌在在每每一一世世代代中中发发生生某某一一性性状状突突变变的的机机率率）通通常常为为1010-5-51010-10

12、-10。十十万万至至一一百百亿亿个个细细菌菌中中才才可可能能有有一一个个细细菌菌的的基因发生突变。基因发生突变。人工诱变人工诱变可提高可提高10105倍倍第18页，此课件共31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。利利用用基基因因突突变变的的特特点点，可可以以通通过过人人工工诱变进行细菌的基因改造。诱变进行细菌的基因改造。第19页，此课件共31页哦20常常用用的的诱诱变变剂剂：紫紫外外线线、5溴溴尿尿嘧嘧啶啶、亚亚硝硝酸酸、卟卟啶啶染染料料等等。诱变的步骤诱变的步骤诱变的步骤诱变的步骤.制出发菌株

13、的单细菌悬浮液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？为什么？如何在整个过程中尽量使细菌分散呢？为什么？如何在整个过程中尽量使细菌分散呢？为什么？如何在整个过程中尽量使细菌分散呢？诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂与与与与细细细细菌菌菌菌充充充充分分分分接接接接触触触触；向向向向细细细细菌菌菌菌培培培培养养养养液液液液中中中中加加加加入入入入玻玻玻玻璃璃璃璃珠珠珠珠，并并并并保保保保持持持持在在在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诱变过程中始终进行振荡搅

14、拌形成出发细菌的单细菌悬浮液；B方法方法第20页，此课件共31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。例例如如在在进进行行细细菌菌紫紫外外诱诱变变时时，通通常常使使用用15或或20W的的紫紫外外灯灯距距离离细细菌菌单单细细菌菌悬悬浮液浮液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21页，此课件共31页哦22评价评价诱诱变变法法潜潜力力要要远远大大于于诱诱导导法

15、法，但但操操作作复复杂杂。在在实实际际诱诱变变中中，往往往往要要经经过过几几次次不不同同诱诱变变方方法法的的诱诱变变处处理理以以及及大大量量繁繁琐琐的的筛筛选选分分离离工工作作才才有有可可能能获获得得理理想想的的突突变变体体。最最后后这这些些突突变变体体将将会会在在实实验室小试、中试的基础上被投放到生产实践中。验室小试、中试的基础上被投放到生产实践中。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22页，此课件共31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淘汰汰(筛

16、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，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；使废水达到预期的排放标准；*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?目前国内外有哪目前国内外有哪些主要的此类公司些主要的此类公司?第23页，此课件共31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

17、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 b.b.原原原原 核核核核 生生生生 物物物物 为为为为 转转转转 化化化化 、转转转转 导导导导 、接合、接合、接合、接合；部分遗传物质的转移和重组部分遗传物质的转移和重组部分遗传物质的转移和重组部分遗传物质的转移和重组第24页，此课件共31页哦25.转化转化Transformation（引进）（引进）供供体体细细菌菌研研碎碎物物中中的的DNADNA片片段段直直接接吸吸收收进进入入活活的的受体细菌受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。受体细菌获得了供体细菌的部分遗传性状受体细菌获得了供体细菌的部分

18、遗传性状受体细菌获得了供体细菌的部分遗传性状受体细菌获得了供体细菌的部分遗传性状“转运同化转运同化转运同化转运同化”转转转转化化化化现现现现象象象象是是是是19281928年年年年英英英英国国国国的的的的细细细细菌菌菌菌学学学学家家家家格格格格里里里里菲菲菲菲斯斯斯斯首首首首先先先先发发发发现现现现的的的的,，被被被被命命命命名名名名为为为为格格格格里里里里菲菲菲菲斯实验斯实验斯实验斯实验（证明（证明（证明（证明DNADNA是生命遗传物质的经典实验之一）是生命遗传物质的经典实验之一）是生命遗传物质的经典实验之一）是生命遗传物质的经典实验之一）。第25页，此课件共31页哦26.接合接合（合作）（

19、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在研究鼠沙门氏伤寒杆菌重组时发现的。杆菌重组时发现的。细菌有性生殖细菌有性生殖第26页，此课件共31页哦27 a.遗传工程的方法遗传工程的方法遗遗传传工工程程方方法法包包括括两两个个水水平平的的研研究究：一一种种是是细细胞胞水水平平；另另一一种种是是基基因因水水平平。所所以以，又可把它又可把它分为分为

20、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 基因工程基因工程基因工程基因工程两个细胞两个细胞两个细胞两个细胞DNADNA片段片段片段片段剪接拼接剪接拼接剪接拼接剪接拼接 狭义的讲，遗传工程就是基因工程狭义的讲，遗传工程就是基因工程狭义的讲，遗传工程就是基因工程狭义的讲，遗传工程就是基因工程。原理：原理：原理：原理：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶第27页，此课件共31页哦28 b.b.遗传工程在环境工程中的

21、应用遗传工程在环境工程中的应用 对对对对特特特特殊殊殊殊基基基基因因因因进进进进行行行行“剪剪剪剪切切切切粘粘粘粘贴贴贴贴链链链链接接接接”制制制制造造造造“超超级细菌级细菌”+第28页，此课件共31页哦29.降解石油的工程细菌降解石油的工程细菌 70年年代代美美国国生生物物学学家家查查克克捡捡巴巴蒂蒂(Chakrabarty)针针对对海海洋洋输输油油，造造成成浮浮油油污污染染，影影响响海海洋洋生生态态等等问问题题进进行行了了研研究究。石石油油成成分分复复杂杂，是是由由饱饱和和、不不饱饱和和、直直链链、支支链链、芳芳香香烃烃类类组组成成，不不溶溶于于水水。而而海海水水含含盐盐量量高高，虽虽发发

22、现现90多多种种微微生生物物有有不不同同程程度度降降解解烃烃类类的的能能力力，但但不不一一定定能能在在海海水水中中大大量量繁繁殖殖生生存存，而而且且降降解解速速率率也也较较馒馒，查查氏氏将将能能降降解解脂脂(含含质质粒粒A)的的一一种种假假单单胞胞菌菌作作受受体体细细菌菌，分分别别将将能能降降解解芳芳烃烃(质质粒粒B)、芳芳烃烃(质质粒粒C)和和多多环环芳芳烃烃(质质粒粒D)的的质质粒粒，用用遗遗传传工工程程方方法法人人工工转转入入受受体体细细菌菌，获获得得多多质质粒粒“超超级级细细菌菌”，可可除除去去原原油油中中23的的烃烃。浮浮油油在在一一般般条条件件下下降降解解需需一一年年以以上上时时间

23、间，用用“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。见下图。只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。见下图。第29页，此课件共31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难实施上有较大的难度。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能稳定（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。）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30页，此课件共31页哦感谢大家观看第31页，此课件共31页哦