微生物的遗传与变异课件.ppt

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1、第六章第六章 微生物的遗传与变异微生物的遗传与变异遗传和变异是一切生物最本质的属性。遗传和变异是一切生物最本质的属性。微生物将其生长发育所需要的营养类型和环微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界环境条件产境条件，以及对这些营养和外界环境条件产生的一定反应，或出现的一定性状生的一定反应，或出现的一定性状(例如：生例如：生态、生理生化特性等态、生理生化特性等)传给后代，并相对稳定传给后代，并相对稳定地一代一代传下去。地一代一代传下去。这就是微生物的遗传。这就是微生物的遗传。遗传具有保守性，优点：保障优良性状稳定遗传具有保守性，优点：保障优良性状稳定遗传；缺点：环境变化，

2、无法适应而死亡。遗传；缺点：环境变化，无法适应而死亡。金丝猴的后代仍然是金丝猴金丝猴的后代仍然是金丝猴当微生物从它适应的环境迁移到不适应的当微生物从它适应的环境迁移到不适应的环境后，微生物改变自己对营养和环境条环境后，微生物改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶环境的酶(适应酶适应酶)，从而适应新环境并生，从而适应新环境并生长良好，这是遗传的变异。长良好，这是遗传的变异。遗传变异性使微生物得到发展，为人类遗传变异性使微生物得到发展，为人类改造微生物提供理论依据。微生物的变改造微生物提供理论依据。微生物的变异很普遍。异很普遍。1.种

3、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？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DNA生物的各项生命活动都有它的物质基础。生物的各项生命活动都有它的物质基础。生物遗传的物质基础是什么呢？生物遗传的物质基础是什么呢？答案是答案是DNA，科学告诉我们，亲代将各种，科学告诉我们，亲代将各种遗传性状通过遗传性状通过D

4、NA传递给了子代，子代获传递给了子代，子代获得得DNA后形成一定的蛋白质，将遗传特性后形成一定的蛋白质，将遗传特性表现出来。表现出来。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是遗传的物质基础是DNA呢？呢？1.1.格里菲斯经典转化实（格里菲斯经典转化实（19281928）及埃弗）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（实验（19411941）。）。2.2.赫西和蔡斯大肠杆菌赫西和蔡斯大肠杆菌T2T2噬菌体感染大噬菌体感染大肠杆菌实验。肠杆菌实验。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）

5、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杀死的将杀死的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型活菌与杀死的型活菌与杀死的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、荚膜、型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、DNA、RNA，分别与，分别与R

6、型肺炎球菌混合型肺炎球菌混合后注入到小白鼠体内，结果被注入后注入到小白鼠体内，结果被注入DNA的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。DNA蛋白质蛋白质多糖多糖RNADNA是是遗遗传传物物质质只只有有DNA引引起起R型型肺肺炎炎球球菌菌转转化化 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DNA是是真真正正的的遗遗传传物物质质DNA主要的遗传物质主要的遗传

7、物质综上所述综上所述注：注：DNA不是唯一的遗传物质，不是唯一的遗传物质，较少的微生物也靠较少的微生物也靠RNA进行遗进行遗传。传。课堂课堂小结小结 核酸是一切生物的遗传物质，核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（核酸包括脱氧核糖核酸（DNADNA）和和核糖核酸（核糖核酸（RNARNA），），绝大多数生物绝大多数生物都是以都是以DNADNA作为遗传物质的，因此作为遗传物质的，因此DNADNA是主要的遗传物质。是主要的遗传物质。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

8、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.脱氧核糖核酸或核糖核酸脱氧核糖核酸或核糖核酸 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：B A 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

9、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分子双螺旋结分子双螺旋结构模型构模型DNA有两条核苷酸链彼此围绕同一根轴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。互相盘绕形成，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。每个核苷酸链糖磷酸交替排列构成。每个核苷酸链上都有四个碱基：上都有四个碱基：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

10、胞嘧啶彼此与另一条核苷酸链上的碱基组成碱彼此与另一条核苷酸链上的碱基组成碱基对：基对：TA AT GC CG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个碱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，所以可以碱基之间一一对应，顺序固定，所以可以保证遗传的稳定性，但是，如果收到干扰，保证遗传的稳定性，但是，如果收到干扰，个别碱基排列顺序发生变化，都会导

11、致微个别碱基排列顺序发生变化，都会导致微生物死亡或变异。生物死亡或变异。1.DNA1.DNA的存在形式的存在形式主要是染色体，另外还有质粒等。主要是染色体，另外还有质粒等。2.2.基因基因基因：生物体内贮存遗传信息、能进基因：生物体内贮存遗传信息、能进行自我复制能力的遗传功能单位。是行自我复制能力的遗传功能单位。是DNADNA分子上的具有特定碱基排列顺序的分子上的具有特定碱基排列顺序的核苷酸片断。核苷酸片断。每个细菌约有每个细菌约有500050001000010000个基因。个基因。3.3.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RNAR

12、NA上，通过上，通过RNARNA的翻译作用指导蛋白质的合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。成，最终依靠蛋白质体现遗传性状。DNARNA转录转录蛋白质蛋白质翻译翻译（二）（二）DNA的复制的复制微生物为了保证遗传的稳定性，微生物为了保证遗传的稳定性，DNA的的复制十分精确。复制十分精确。复制过程：复制过程：1.解旋：解旋：DNA双链氢键断裂，双链分开；双链氢键断裂，双链分开；2.复制：以各自双链为模板，进行复制。复制：以各自双链为模板，进行复制。3.分配：新复制的核苷酸链与原来的一条分配：新复制的核苷酸链与原来的一条核苷酸链按照碱基配对原则形成新的双链核苷酸链按照碱基配对原

13、则形成新的双链结构并分给子代。结构并分给子代。注意：注意：1.复制过程必须有酶的参与；复制过程必须有酶的参与；如：解旋酶、聚合酶等。如：解旋酶、聚合酶等。2.解旋过程中，并不是完全断开后才开解旋过程中，并不是完全断开后才开始复制，而是解开一段后，就进行复制。始复制，而是解开一段后，就进行复制。复制好的就开始形成双螺旋。复制好的就开始形成双螺旋。3.每个子代细胞都获得了亲代细胞的一每个子代细胞都获得了亲代细胞的一个个DNA单链。单链。18681868年的某天瑞士的生物化学家米歇尔年的某天瑞士的生物化学家米歇尔(MiescherMiescher)研究一个病人的绷带，小心地将绷带上粘着的病人研究一个

14、病人的绷带，小心地将绷带上粘着的病人伤口处的物质洗下来。洗脱物中含有许多脓细胞。伤口处的物质洗下来。洗脱物中含有许多脓细胞。他向其中加入酒精，将细胞中的脂肪类物质除去，他向其中加入酒精，将细胞中的脂肪类物质除去，之后又加入含有胃蛋白酶的提取液清除各种杂蛋白，之后又加入含有胃蛋白酶的提取液清除各种杂蛋白，这样，他就可以拿到纯的浓细胞的细胞核了。于是这样，他就可以拿到纯的浓细胞的细胞核了。于是米歇尔开始研究这些核。结果他意外地发现核中有米歇尔开始研究这些核。结果他意外地发现核中有一种从未认识到的新物质，并起名为一种从未认识到的新物质，并起名为“核素核素”。这。这就是现在我们知道的就是现在我们知道的

15、DNADNA。经过后人的研究，核素为酸性物质，含有三种成分：经过后人的研究，核素为酸性物质，含有三种成分：糖、磷酸、有机碱。又发现糖少了一个氧。称之为糖、磷酸、有机碱。又发现糖少了一个氧。称之为脱氧核糖。脱氧核糖。小资料小资料米歇尔的发现米歇尔的发现三、三、DNADNA的变性和复性的变性和复性1.DNA1.DNA变性变性DNADNA双链受到外界作用（受热、提高双链受到外界作用（受热、提高pHpH），），氢键被破坏而形成单链的现象。氢键被破坏而形成单链的现象。2.DNA2.DNA的复性的复性变性变性DNADNA重新形成天然重新形成天然DNADNA的过程。也称的过程。也称为退火。如：高温条件下变性

16、的为退火。如：高温条件下变性的DNADNA在降在降温后回重新形成双链结构。温后回重新形成双链结构。注意：注意：DNA的复性是随机的。及复性的的复性是随机的。及复性的DNA不可能完全回复到原来状态。不可能完全回复到原来状态。复性实验：复性实验：用非放射性同位素用非放射性同位素N15标记的标记的DNA和用放和用放射性同位素射性同位素N14标记的标记的DNA同时变性与复同时变性与复性实验，最终得到性实验，最终得到3种双链种双链DNA。a.25含含N14的双链；的双链；b.25含含N15的双链；的双链；c.50含有含有N14和和N15的双链。的双链。四、四、RNA 即核糖核酸。即核糖核酸。RNA与与D

17、NA相似，不同之处是核糖及碱相似，不同之处是核糖及碱基。基。RNA的碱基也有四个，为的碱基也有四个，为U尿嘧啶（尿嘧啶（DNA为为T：胸腺嘧啶）：胸腺嘧啶）A腺嘌呤腺嘌呤G鸟嘌呤鸟嘌呤 C胞嘧啶胞嘧啶碱基对：碱基对：UA AU GC CGRNA有四种：有四种：tRNA、rRNA、mRNA、反、反义义RNA。mRNA：信使：信使RNA，带有氨基酸的信息密，带有氨基酸的信息密码（三联密码子），用于翻译氨基酸。码（三联密码子），用于翻译氨基酸。幻灯幻灯片片 51tRNA：转移：转移RNA，带有与，带有与mRNA互补的反互补的反密码子，能识别氨基酸和密码子，能识别氨基酸和mRNA的密码。的密码。rRN

18、A：与蛋白质形成核糖体，作为蛋白质：与蛋白质形成核糖体，作为蛋白质的合成场所。的合成场所。(核糖体核糖体RNA)反义反义RNA：起调节作用，主要决定：起调节作用，主要决定mRNA的翻译速度。的翻译速度。规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构通常呈单链结构脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖磷酸磷酸磷酸磷酸DNA与与RNA分子的比较分子的比较五、蛋白质合成五、蛋白质合成共分成四个阶段共分成四个阶段1

19、.DNA1.DNA的复制的复制细胞将某特定段细胞将某特定段DNADNA链进行复制。链进行复制。2.mRNA2.mRNA的转录的转录DNADNA双链打开后，以单链为模板，按照双链打开后，以单链为模板，按照碱基配对原则复制碱基配对原则复制RNARNA。将。将DNADNA上的信上的信息转给息转给RNARNA。五、蛋白质合成五、蛋白质合成3.3.翻译翻译由由tRNAtRNA完成。通过反密码子与完成。通过反密码子与mRNAmRNA密密码子的互补，码子的互补，tRNAtRNA破译氨基酸的密码，破译氨基酸的密码，进而将所需氨基酸送到核糖体处。进而将所需氨基酸送到核糖体处。4.4.蛋白质的合成蛋白质的合成按照

20、特定的碱基顺序密码送到核糖体的按照特定的碱基顺序密码送到核糖体的氨基酸按照顺序连接在一起，在酶的作氨基酸按照顺序连接在一起，在酶的作用下形成多肽链，进而形成蛋白质，最用下形成多肽链，进而形成蛋白质，最终将遗传信息表达出来。终将遗传信息表达出来。TCATG A TT AAG T AC T A A T DNADNA的平面结构图的平面结构图细细胞胞核核中中AG T AC T A A T ACGU游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸DNA DNA 解旋，一条链为模板合成解旋，一条链为模板合成RNARNA细细胞胞核核中中ACGUAG T AC T A A T DNA DNA与与RNARNA的碱基互补配对的碱

21、基互补配对细细胞胞核核中中聚合酶聚合酶ACGU游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸ACGUUUAG T AC T A A T DNA DNA与与RNARNA的碱基互补配对的碱基互补配对细细胞胞核核中中聚合酶聚合酶ACG游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸ACGUUUU 细胞质细胞质 核孔核孔DNADNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成 细细胞胞核核内内UCAUG A UUAAG T AC T A A T mRNAmRNAUCAUG A UUAmRNAmRNAAG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNAmRNA 细细胞胞核核内内 密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子 密

22、码子密码子 mRNAmRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基UCAUG A UAmRNAmRNAUA A UAC UAUG 亮氨酸亮氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 氨基酸氨基酸（原料）（原料）tRNAtRNA的一端运载着氨基酸的一端运载着氨基酸 反密码子反密码子 亮氨酸亮氨酸UA A天冬氨酸天冬氨酸AC U 异亮氨酸异亮氨酸AUG 核糖体核糖体UCAUG A UAmRNAmRNAU 亮氨酸亮氨酸UA A天冬氨酸天冬氨酸AC U 异亮氨酸异亮氨酸AUG细细胞胞质质中中 核糖体核糖体UCAUG A UAmRNAmRNAU 亮氨酸亮氨酸UA A细细胞胞质质中

23、中 核糖体核糖体UCAUG A UAmRNAmRNAU 亮氨酸亮氨酸UA A天冬氨酸天冬氨酸AC U 异亮氨酸异亮氨酸AUG细细胞胞质质中中 核糖体核糖体UCAUG A UAmRNAmRNAU 亮氨酸亮氨酸UA A天冬氨酸天冬氨酸AC U 异亮氨酸异亮氨酸AUG缩合缩合 亮氨酸亮氨酸天冬氨酸天冬氨酸 异亮氨酸异亮氨酸以以mRNAmRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质 细细胞胞质质中中单击画面继续UCAUG A UAmRNAmRNAU第二节第二节 微生物的变异微生物的变异一、变异的本质一、变异的本质基因突变基因突变DNA双链间靠精密的碱基配对互相连接。双

24、链间靠精密的碱基配对互相连接。但是，偶尔也会出现差错。如碱基丢失、但是，偶尔也会出现差错。如碱基丢失、置换、插入。这样就改变了碱基的原有顺序，置换、插入。这样就改变了碱基的原有顺序，引发后代的表现类型变异。引发后代的表现类型变异。如如:R型均型均 S型均。型均。二、基因突变类型二、基因突变类型突变类型突变类型自发突变自发突变 诱发突变诱发突变 低剂量多因素突变低剂量多因素突变 互变异构效应互变异构效应 物理诱变物理诱变 化学诱变化学诱变 定向培育和驯化定向培育和驯化 物理诱变物理诱变利用物理因素导致的基因突变。利用物理因素导致的基因突变。UV、电离辐射、电离辐射等。等。重点：诱变机制及重点：诱

25、变机制及DNA损伤的修复损伤的修复(1)机制机制DNA的碱基对于的碱基对于UV敏感，当有敏感，当有UV辐射时，就辐射时，就会进行吸收，从而发生会进行吸收，从而发生DNA结构变化。如：胸结构变化。如：胸腺嘧啶聚会形成胸腺嘧啶二聚体。腺嘧啶聚会形成胸腺嘧啶二聚体。(2)DNA的修复（有的修复（有5种）只讲种）只讲a.光复活光复活需要需要PHr酶酶b.切除修复切除修复需要需要UVR、AUVRB、UVRC酶及酶及DNA连连接酶接酶三、基因突变的特点三、基因突变的特点1.自发性自发性概率极低。每概率极低。每1041010繁殖才有一次出现繁殖才有一次出现基因突变体。基因突变体。2.可诱变性可诱变性3.可逆

26、性可逆性4.不对应性不对应性 指多种因素导致一种性状的出指多种因素导致一种性状的出现。现。四、基因突变的表现类型四、基因突变的表现类型1.1.形态突变形态突变发生可见的形态变化。如大小、结构变化。发生可见的形态变化。如大小、结构变化。正常人的红细胞为圆饼状，可是贫血的人的红正常人的红细胞为圆饼状，可是贫血的人的红细胞为镰刀状，很容易破碎。细胞为镰刀状，很容易破碎。2.生化突变生化突变指原有的特定功能的改变或丧失，但形态指原有的特定功能的改变或丧失，但形态不一定变化。不一定变化。如野生菌如野生菌 营养缺陷型菌营养缺陷型菌3.致死突变致死突变由于突变，无法生存由于突变，无法生存4.条件致死突变条件

27、致死突变经突变后，在某些条件下可以生存，换了经突变后，在某些条件下可以生存，换了就无法生存。就无法生存。如：温度敏感型如：温度敏感型对于温度要求严格，超出范围就会死亡。对于温度要求严格，超出范围就会死亡。某菌在某菌在37可以生存，但降到可以生存，但降到34则药死则药死亡。亡。第三节第三节 基因重组基因重组概念：两个不同性状的细胞概念：两个不同性状的细胞DNA融合，使融合，使基因重新组合，导致遗传变异，产生新品基因重新组合，导致遗传变异，产生新品种的过程。种的过程。重组手段：杂交、转化、转导。重组手段：杂交、转化、转导。1.1.杂交杂交通过双亲细胞的融合，使整套或部分染色体通过双亲细胞的融合，使

28、整套或部分染色体的基因重组。的基因重组。通过杂交可以获得有目的的新品种。通过杂交可以获得有目的的新品种。2.2.转化转化受体细胞直接吸收供体细胞的受体细胞直接吸收供体细胞的DNADNA片断，并将其片断，并将其整合到自己的基因组里，从而获得供体细胞部分整合到自己的基因组里，从而获得供体细胞部分遗传性状的现象。遗传性状的现象。转化过程：感受态细胞出现；转化过程：感受态细胞出现；DNADNA吸附；吸附；DNADNA进入进入细胞内；细胞内；DNADNA解链；形成受体解链；形成受体DNADNA供体供体DNADNA复合复合物；物；DNADNA复制和分离。复制和分离。3.转导转导利用到温和噬菌体做载体，将供体特定基利用到温和噬菌体做载体，将供体特定基因携带给受体细胞，使后者得到前者部分因携带给受体细胞，使后者得到前者部分遗传性状的现象。遗传性状的现象。注意：受体细胞和供体细胞不进行直接接注意：受体细胞和供体细胞不进行直接接触，靠的是温和噬菌体的媒介作用。触，靠的是温和噬菌体的媒介作用。