微生物的遗传和变异TO 学生.pptx

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1、1几个概念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。第1页/共31页21.1.遗传的物质基础遗传的物质基础DNADNA一、遗传变异的物质基础一、遗传变异的物质基础第2页/共31页

2、32 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3页/共31页42）噬菌体感染实验第4页/共31页53）病毒的拆开和重组实验第5页/共31页6七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6页/共31页7 二二.遗传与变异及其表现遗传与变异及其表现根源？n n DNA第7页/共31页8复制传递的复制传递的稳定性稳定性遗传的保守性遗传的保守性DNA复制传递的复制传递的差错性差错性变异的多样性变异的多样性第8页/共31页9 1.1.遗传的保守

3、性遗传的保守性n n遗传性遗传性n n“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n n子代与亲代相似性（子代与亲代相似性（“大同大同”）负面：？负面：？“劣汰劣汰”“优胜优胜”第9页/共31页10 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(光滑型粗糙型光滑型粗糙型)的变异，营的变异，营养要求的变异，对温度、养要求的变异，对温度、pHpH要求的变异，毒性的变异，抗毒能力的变异，生要求的变异，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。理生

4、化特性的变异及代谢途径、产物的变异等。转基因生物转基因生物第10页/共31页11正确态度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11页/共31页12三、三、细菌的选育细菌的选育

5、*（重点）（重点）与细菌的变与细菌的变异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”n n定向培育定向培育“教育培训教育培训”n n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驯化。第12页/共31页13 (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？n n收收集集长长期期被被石石油油污污染染的的土土壤壤(天天然然选选择择性性固固体体培培养养基基），必必有有适适应应石石油油环环境境利利用用石石油油作

6、作为为食食物物的的细细菌菌，将将土土壤壤样样品品在在实实验验室室用用石石油油降降解解菌菌选选择择性性培培养养基基，对对样样品品中中的的石石油油降降解解菌菌进进行行进进一一步步的的选选择择培培养养，筛筛选选分分离离，富富集集，为为下一步的驯化工作奠定基础。下一步的驯化工作奠定基础。第13页/共31页14 驯化驯化选择性培养基（选择性培养基（石油石油）浓度升高浓度升高筛选分离2 23 3、4 414小考小考1 1中考中考高考高考第14页/共31页15（2）细菌的驯化渐变诱导法诱导法(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：待降解物通常为有机毒物或惰性物。5 56 67 7N N选

7、择性培养基（选择性培养基（待降解物，如石油）浓度升高）浓度升高5n大一大一 大四大四N N+1 1死死n n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n n特点特点:操作简便操作简便，驯化的潜力有限，慢。驯化的潜力有限，慢。结果第15页/共31页16n n诱变剂：诱变剂：温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化学诱变剂等等学诱变剂等等。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？n n基因突变的分子机制？基因突变的分子机制？n nDNADNA碱基丢失碱基丢失、增多、错配增多、错配等等 n n点突变染色体畸变n n基因突变有这样几个特

8、点。基因突变有这样几个特点。第16页/共31页17 A基因突变的特点发生.随机性结果.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位也是随机的。部位也是随机的。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.稀有性 可.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1010-5-51010-10-10。十十万万至至一一百百亿亿个个细细菌菌中中才才可能有一个细菌的基因发生突变。可能有一个细菌的基因发生突变。人工诱变人工诱变可提高10105倍第17页/共31页

9、18.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工诱变进行细菌的基因改造。人工诱变进行细菌的基因改造。第18页/共31页19常用的诱变剂：紫外线、5溴尿嘧啶、亚硝酸、卟啶染料等。n n诱变的步骤诱变的步骤n n.制出发菌株的单细菌悬浮液制出发菌株的单细菌悬浮液n n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？n n诱诱变变剂剂与与细细菌菌充充分分接接触触；向向细细菌菌培培养养液液中中加加入入玻玻璃璃珠珠，并并保保持持在在诱诱变变过过程程中中始始终终进进行行振振荡荡搅搅拌拌形形成

10、成出出发发细细菌菌的的单单细细菌悬浮液菌悬浮液；B方法第19页/共31页20.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？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筛选突变出的高效菌如何筛？选择性培养基第20页/共31页21评价评价诱诱变变法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

11、生产实践中。参见 环境微生物学技术手册第21页/共31页22通常生产上更多利用的是诱导法。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，有些菌种不能适应被适应被淘汰淘汰(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；来，且能力逐步提高，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?目前国目前国内外有哪些主要的此类公司内外有哪些主要的此类公司?第22页/共31页23 基因

12、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n n b.b.原原 核核 生生 物物 为为 转转 化化 、转转 导导 、接合、接合；n n 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23页/共31页24.转化转化Transformation（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。n n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

13、同化转运同化”n n转转化化现现象象是是19281928年年英英国国的的细细菌菌学学家家格格里里菲菲斯斯首首先先发发现现的的,，被被命命名名为为格里菲斯实验格里菲斯实验（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）。第24页/共31页25.接合（合作）.转导（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。n n细菌有性生殖第25页/共31页26 a.遗传工程的方法遗传工程方法包括两个水平的研究：

14、一种是细胞水平；另一种是基因水平。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 体 外 切 割 导 入遗 传 物 质 基 因 片 段 受 体 细 胞n n基因工程基因工程两个细胞两个细胞DNADNA片段片段剪接拼接剪接拼接n n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。n n原理：原理：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶第26页/共31页27 b.b.遗传工程在环境工程中的应遗传工程在环境工程中的应用用n n对对特特殊殊基基因因进进行行“剪剪切切粘粘贴贴链链接接”制制造造“超级细菌”+第27页/共31页28.降解石油的工程细菌 70年代美国生物学家查克捡

15、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油去除，速度快效率高。见下图。第28页/共31页29基因工程方法看似简单，但在具体实施上有较大的难度。A.细菌的质粒本身容易丢失或转移 B.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?国内国内那些科研院校进行基因重组工程菌的开发研那些科研院校进行基因重组工程菌的开发研究究?第29页/共31页THE END!第30页/共31页31感谢您的观看。第31页/共31页