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文檔簡介
細菌的遺傳變異第1頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月一、幾個概念1、遺傳
生物的上一代將自己的遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能,具有極其穩(wěn)定的特性。
2、遺傳型某一生物所含有的遺傳信息即DNA中正確的核苷酸序列。生物體通過這個核苷酸序列控制蛋白質(zhì)或RNA的合成,一旦功能性蛋白合成,可調(diào)控基因表達。第2頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月3、表型某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和,是遺傳型在合適環(huán)境條件下的具體體現(xiàn)。是一種現(xiàn)實性。4、變異是生物體在某種外因或內(nèi)因作用下引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變,亦即遺傳型的改變。特點:幾率極低(一般為10-5~10-6);性狀變化幅度大;變化后的新性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。第3頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)微生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一、基因組和質(zhì)粒(一)基因組細菌的基因組位于核體,是遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。核體又稱染色體,是由雙條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈組成的,含有的遺傳基因,控制著細菌的遺傳與變異。第4頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)質(zhì)粒質(zhì)粒是細菌染色體外的遺傳物質(zhì),多為環(huán)狀雙螺旋DNA分子。質(zhì)??梢宰陨韽?fù)制,隨宿主菌分裂傳到子代菌體。在一定條件下,質(zhì)??梢赞D(zhuǎn)移,也可丟失。質(zhì)粒是自行復(fù)制單位,有的需與核質(zhì)染色體的復(fù)制同步,稱為嚴緊型復(fù)制。第5頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒示意圖第6頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月細菌的質(zhì)粒第7頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月二、轉(zhuǎn)座因子和毒力島(一)轉(zhuǎn)座因子近年來發(fā)現(xiàn)微生物的某些DNA片段作為一個獨立單位可以在染色體上移動,此種移動甚至發(fā)生在不同種細菌之間。這種可移動的DNA片段稱之為轉(zhuǎn)座因子。細菌的轉(zhuǎn)座因子有三種類型:插入序列、轉(zhuǎn)座子以及某些特殊的噬菌體。第8頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)毒力島毒力島是20世紀90年代提出的一個新概念。毒力島是指病原菌的某個或某些毒力基因群,分子結(jié)構(gòu)與功能有別于細菌染色體,但位于細菌染色體之內(nèi),因此稱之為“島”。第9頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的主要變異
一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異(一)形態(tài)變異
自然形成或誘導(dǎo)產(chǎn)生的L型細菌,老齡培養(yǎng)物中出現(xiàn)的衰老型,都屬于形態(tài)變異。在特定組織器官中發(fā)生形態(tài)的改變,如炭疽在豬咽部不呈竹節(jié)狀而呈彎曲且粗細不均勻;豬丹毒在慢性病豬心臟內(nèi)不呈桿菌而為長絲狀。第10頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月菌落變異R菌落S菌落第11頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)、莢膜變異:有莢膜細菌在特定條件下喪失形成莢膜的能力。炭疽桿菌在營養(yǎng)豐富且CO2達10%~20%培養(yǎng)條件下,產(chǎn)生莢膜,在普通培養(yǎng)基中不產(chǎn)生莢膜。無毒炭疽芽胞菌的弱毒株失去成形莢膜能力。(三)、芽胞變異強毒疽炭桿菌——在42.5℃高溫下培養(yǎng)——毒力變?nèi)?,且失去形成芽孢能力?/p>
第12頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(四)、鞭毛變異:環(huán)境條件的改變而使細菌失去形成鞭毛的能力。也叫H→O變異。
在普通瓊脂上生長——有鞭毛且呈彌漫性薄膜狀生稱H型細菌變形桿菌
在0.1%碳酸瓊脂中生長——不形成鞭毛而生成局限性孤立菌落叫O型細菌第13頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月二、培養(yǎng)特性變異(一)光滑型→粗糙型變異
S型(smooth)菌落:光滑,濕潤,邊緣整齊。
R型(rough)菌落:菌落表面粗糙,枯干,邊緣不整齊。一般來說,S→R毒力由強變?nèi)酰烤覘U菌,結(jié)核分支桿菌,正常菌落為R型→S型,毒力減弱(二)D菌落的變異當細菌接觸某些化學(xué)物質(zhì)時如CuSO4,LiCl形成細小菌落叫D菌落。(dwarfclone,侏儒菌落)第14頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月三、毒力變異(一)增強毒力的方法1.連續(xù)通過易感動物2.和其他微生物共生或被溫和噬菌體感染。例如魏氏梭菌與八疊球菌共生時毒力變強,無毒的白喉棒狀桿菌被溫和β-噬菌體感染后產(chǎn)生白喉毒素,成為有毒細菌。3.實驗動物腹腔內(nèi)放置膠囊病原菌。
第15頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)減弱毒力的方法1.通過非易感動物例如:馬爾他強毒布氏桿菌連續(xù)通過雞育成弱毒株;豬丹毒苗GC42系將強毒株通過豚鼠傳370代后又通過雞傳42代育成弱毒。2.在較高溫度下培養(yǎng)。強毒炭疽——42.5℃下培養(yǎng)——弱毒3.在含有某些特殊化學(xué)物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。法國學(xué)者卡-介二氏將有毒的牛型結(jié)核桿菌菌株——在含膽汁的甘油馬鈴薯培養(yǎng)基中培養(yǎng)——13年傳230代(每15天/代)——而獲得的一株毒性低而抗原性完整的變異菌株,可作成活疫苗給人接種以預(yù)防結(jié)核病。即著名的卡介苗BCG第16頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月4.在含有抗血清,噬菌體或抗生素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。5.長期的人工培養(yǎng)。6.在特殊氣體條件下培養(yǎng)。如無莢膜炭疽芽胞苗是半強毒株在含50%血清的培養(yǎng)基上,在50%CO2的條件下選育的。7.通過基因工程的方法。去除毒力基因可獲得無毒力株。
第17頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月四、生化特性變異(一)營養(yǎng)缺陷型變異由于細菌代謝過程缺陷所造成的必須加入某種物質(zhì)才能生長,這種變異叫營養(yǎng)缺陷型變異。例鼠傷寒沙門氏菌野生型→以銨鹽為氮源合成氨基酸和蛋白質(zhì)變異株→須供給色氨酸或組氨酸方能生長。(二)誘導(dǎo)酶產(chǎn)生大腸桿菌本身不生半乳糖苷酶,但培養(yǎng)基中加入乳糖后,產(chǎn)生半乳糖苷酶,分解乳糖。第18頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(三)終末產(chǎn)物阻遏細菌合成氨基酸的酶類可被自身的合成產(chǎn)物所抑制而不能生成。例:大腸桿菌產(chǎn)生色AA合成酶→合成色aa→,但培養(yǎng)物中加入色aa時,色aa合成酶類被抑制。(四)耐藥性變異。原來對某種藥物敏感的細菌,可發(fā)生變異而形成能耐受該藥的耐藥性,有的甚至形成必須有該藥方能生長的“依藥性”。含鏈霉素培基
痢疾桿菌依鏈株(耐藥菌株)
長期培養(yǎng)
第19頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物變異的機理一、非遺傳性變異非遺傳性變異,即基因無變化,只因外界環(huán)境暫時的影響而表現(xiàn)出的變異。例如炭疽桿菌菌落正常表現(xiàn)為粗糙型,但有人證明在厭氧的條件下,在含有血清或血液的培養(yǎng)基中,菌落變?yōu)楣饣?。如果在有氧的條件下,普通瓊脂培養(yǎng)又可見到粗糙型菌落。目前對非遺傳變異的機理還不太清楚。第20頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月二、遺傳性變異由于微生物基因發(fā)生了改變,使其相應(yīng)的性狀也發(fā)生改變,并可以遺傳下去,這種變異稱為遺傳性變異。遺傳性變異的機理包括基因突變和基因重組兩方面。第21頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(一)基因突變又稱為突變。是基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細微變化,如DNA分子上排列的堿基對發(fā)生的變化。基因突變可分為堿基置換和移碼兩種類型。第22頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月在細菌突變中,以基因突變較為常見。按其發(fā)生的原因,可分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變兩類。自發(fā)突變是指沒有人為影響的外界條件下,自然發(fā)生的突變,突變率一般是10-6~10-9。誘發(fā)突變是指微生物受某些物理、化學(xué)因素的作用發(fā)生了突變,這種現(xiàn)象稱為誘變。第23頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)基因重組將一個不同性狀個體細胞內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到另一個個體細胞內(nèi)并使之發(fā)生遺傳變異的過程,稱為基因重組。細菌的基因重組有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和接合等四種方式。第24頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月1、轉(zhuǎn)化:受體菌直接由外界環(huán)境中攝取供體菌游離DNA,整合于自身的基因組中,因而獲得該供體菌的遺傳信息的過程。研究對象:Streptococcuspneumoniae(肺炎雙球菌)S型菌株:有致病性,菌落表面光滑,有莢膜R型菌株:無致病性,菌落表面粗糙,無莢膜1928年,Griffith進行了以下幾組實驗:(1)動物實驗
對小鼠注射活R菌或死S菌————小鼠存活
對小鼠注射活S菌————————小鼠死亡
對小鼠注射活R菌和熱死S菌———小鼠死亡抽取心血分離活的S菌第25頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(2)細菌培養(yǎng)實驗
熱死S菌—————不生長
活R菌—————長出R菌
熱死S菌+活R菌—————長出大量R菌和10-6S菌(3)S型菌的無細胞抽提液試驗
活R菌+S菌無細胞抽提液————長出大量R菌和少量S菌以上實驗說明:加熱殺死的S型細菌細胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì),它能通過某種方式進入R型細胞并使R型細胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀第26頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分,在離體條件下進行了轉(zhuǎn)化試驗:只有S型細菌的DNA才能將S.Pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高,轉(zhuǎn)化效率也越高。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的,是遺傳因子。第27頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月2.轉(zhuǎn)導(dǎo):以溫和噬菌體為媒介,將供體菌的部分遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移給受體細菌的過程叫轉(zhuǎn)導(dǎo)。Pr只含S不含PDNA只含P不含S原理步驟1:用含同位素S35,
P32的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌吸附10分鐘后攪動離心上清液沉淀結(jié)果:上清液中含15%放射擊性;沉淀中含85%放射性2:讓T2感染上述大腸桿菌使其具有S35P32標記3:第28頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月3.接合:細菌之間通過性柔毛的直接接觸,由供體細菌將質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移給受體細胞的過程。質(zhì)粒有F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、CoL質(zhì)粒(細菌素的合成基因)。(1)F+菌:F因子也叫致育因子或性因子,此因子含有使細菌產(chǎn)生性柔毛的基因,具有F因子的細菌體即具有性柔毛,被稱為雄性菌或F+菌。(2)F-菌:沒有F因子的菌體不具有性柔毛叫雌性菌或F-菌。F+菌與F-菌通過性柔毛接觸時,F(xiàn)+菌中的F因子環(huán)狀雙股DNA的一條鏈裂開,由游離端進入F-菌,再復(fù)制成雙股環(huán)狀DNA,使原來F-菌變成F+菌。第29頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(3)Hfr菌(高頻重組菌):少數(shù)F+菌的F因子還可整合到受體菌的染色體上,與染色體一起復(fù)制,整合后的細菌能以高效率轉(zhuǎn)移染色體上的基因,叫Hfr菌。(4)F′菌:高頻重組菌中的F質(zhì)粒有時會從染色體上脫離下來,終止其Hfr狀態(tài),脫離下的F質(zhì)粒有時可帶有染色體上幾處鄰近的基因,這種質(zhì)粒叫F′質(zhì)粒。具有F′質(zhì)粒細菌叫F′菌。第30頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月接合第31頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)人工獲得變異品系的方法一、篩選:采用一定的方法篩選出天然的強毒或弱毒株二、人工誘變1.物理因素:溫度,紫外線,激光,α射線2.化學(xué)因素:5-溴(氟)尿嘧啶,2-氨基嘌呤,可滲入到DNA中,從而使DNA的堿基對發(fā)生置換。3.生物因素:噬菌體、實驗動物。三、基因工程的方法1.目的基因的分離;2.目的基因與載體DNA的體外重組;3.重組載體導(dǎo)入受體細胞;4.外源基因的復(fù)制與表達;5.表達產(chǎn)物的檢測。第32頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月四、基因工程(一)基因工程的概念基因工程,也稱遺傳工程?;蚬こ碳夹g(shù)是用人工方法將所需某一供體生物的遺傳物質(zhì)-DNA分子提出,在離體條件下進行切割后,與作為載體的DNA分子連接,然后導(dǎo)入某一受體細胞中,使外來的遺傳物質(zhì)在受體細胞中進行復(fù)制和表達,從而產(chǎn)生一種新物種。第33頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)基因工程的應(yīng)用1.醫(yī)學(xué)方面:人類的遺傳性疾病已發(fā)現(xiàn)多達2000多種。根據(jù)推理,可利用基因移植的方法,使健康基因代替遺傳病人的缺失基因,實現(xiàn)這個理想尚需20-25年。
第34頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月2.農(nóng)業(yè)方面
可以通過基因工程手段將固氮菌的固氮基因移植到玉米、小麥等作物根際土壤細菌中去,或直接轉(zhuǎn)移到小麥、玉米等細胞內(nèi),使之具有固氮能力,這樣可以大大減少氮肥供應(yīng)。第35頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月3.環(huán)境保護方面
美國Chakrabartz等經(jīng)過多年研究,在1978年獲得能降解多種烴類的新菌株。4.其他
利用基因工程的方法生產(chǎn)基因工程苗、合成肽苗等。第36頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月一、理論上的意義(一)奠定了分子生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)①細菌結(jié)構(gòu)簡單,為單倍體的單細胞生物,一旦基因突變,即能表達出來。第五節(jié)微生物變異在理論和實踐上的意義第37頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月②細菌生長繁殖迅速。細菌在液體培養(yǎng)基中,周圍環(huán)境對其作用直接而均勻。在固體培養(yǎng)上能形成肉眼可見的具有一定特征的菌落。③細菌營養(yǎng)要求簡單,有利于作營養(yǎng)需要分析和代謝途徑的研究,容易獲得營養(yǎng)缺陷。④細菌種類較多,其生物性狀又很豐富,便于選擇。第38頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)定向培育優(yōu)良菌種(毒種)掌握微生物變異的規(guī)律,是育種工作的基礎(chǔ)。定向培育是指用某一特定環(huán)境長期處理某一微生物群體,同時不斷對它們進行移種、傳代,以達到積累和選擇理想的新菌株(毒種)的目的。近年來已開始用基因重組的方法,人工創(chuàng)造一些新菌種。第39頁,課件共45頁,創(chuàng)作于2023年2月二、實際應(yīng)用(一)診斷、防治傳染病1.在診斷方面細菌發(fā)生變異后,其形態(tài)、生理各種特性都與原來的菌種不同,往往出現(xiàn)一些非典型菌株,診斷
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