H-第六章-微生物的遺傳和變異

第六章

微生物的遺傳和變異楊毅紅不被了解的大多數(shù)微生物無處不在，盡管科學(xué)家們在不斷的努力，但絕大多數(shù)微生物是無法再實驗室培養(yǎng)的。對這一類微生物我們該如何研究呢？主要內(nèi)容遺傳（保守性、穩(wěn)定性）:親代與子代相似“種瓜得瓜種豆得豆”負(fù)面：？“劣汰”“優(yōu)勝”遺傳和變異是生命的最本質(zhì)特性之一正面：繼承親代優(yōu)點，保持物種延續(xù)不適應(yīng)變化的環(huán)境條件而死亡變異（多樣性）:親代與子代、子代間不同個體不完全相同“龍生九子，各不相同”細(xì)菌變異形式如：個體形態(tài)的變化，菌落形態(tài)(光滑型／粗糙型)的變異，營養(yǎng)要求的變異，對溫度、pH要求的變異，毒性的變異，抗毒能力的變異，生理生化特性的變異及代謝途徑、產(chǎn)物的變異等。遺傳：親代的性狀在子代表現(xiàn)出來，使子代與親代有相似的現(xiàn)象。變異：親代與子代及子代各個體之間，無論在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能方面，總會有差異，這種同類型不同個體之間的差異稱為變異。一、遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)生物的各項生命活動都有它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？答案：DNA科學(xué)告訴我們，親代將各種遺傳性狀通過DNA傳遞給了子代，子代獲得DNA后形成一定的蛋白質(zhì)，將遺傳特性表現(xiàn)出來。哪些人用什么方法最終證明了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA呢？1.格里菲斯經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗（1928）及埃弗里、麥克勞德、麥卡蒂等人的轉(zhuǎn)化補(bǔ)充實驗（1941）。2.赫西和蔡斯大腸桿菌T2噬菌體感染大腸桿菌實驗。3.植物病毒的拆開與重建實驗光滑型（SⅢ）粗糙型（RⅡ）有莢膜菌落光滑分泌毒素致病無莢膜菌落粗糙無毒不致病實驗材料：肺炎鏈球菌（一）格里菲斯經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎鏈球菌活的RⅡ

肺炎鏈球菌

無毒殺死

殺死

轉(zhuǎn)化現(xiàn)象加熱殺死后的破碎細(xì)胞混合注射加熱殺死后的破碎細(xì)胞格里菲斯實驗無毒注射注射？？埃弗里、麥克勞德、麥卡蒂轉(zhuǎn)化補(bǔ)充實驗從S型肺炎球菌活體上取得蛋白質(zhì)、莢膜、DNA、RNA，分別與R型肺炎球菌混合后注入到小白鼠體內(nèi)，結(jié)果被注入DNA的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。DNA蛋白質(zhì)多糖RNADNA是遺傳物質(zhì)只有DNA引起R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化

（二）赫西和蔡斯實驗——噬菌體侵染細(xì)菌的實驗（含S）（含P）蛋白質(zhì)分子中只含硫不含磷，DNA只含磷不含硫用放射性同位素35S標(biāo)記外殼蛋白質(zhì)細(xì)菌內(nèi)無放射性用放射性同位素32P標(biāo)記內(nèi)部DNA細(xì)菌內(nèi)有放射性含RNA(核糖核酸）的煙草花葉病毒（TMV)進(jìn)行了植物病毒重建實驗。植物病毒蛋白質(zhì)和RNA可以人為地分開,同時又可把它們重新組合成具感染性的病毒粒子.植物病毒的拆開與重建實驗H.Fraenkel-Conrat(1956)

TMVHRVHRVTMV原始株拆開

重建感染分離純化TMV---煙草花葉病毒HRV---霍氏車前花葉病毒結(jié)論：煙草花葉病毒中的遺傳物質(zhì)是RNA，而不是蛋白質(zhì)。綜上所述

核酸是一切生物的遺傳物質(zhì)，核酸包括脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），絕大多數(shù)生物都是以DNA作為遺傳物質(zhì)的，因此DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

二、DAN的結(jié)構(gòu)與復(fù)制（一）DNA的結(jié)構(gòu)1.DNA的存在形式2.基因-遺傳因子3.遺傳信息的傳遞（二）DNA的復(fù)制（一）DNA結(jié)構(gòu)

最經(jīng)典的結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)，沃森、克里克1953年提出。沃森（左）和克里克與DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)：DNA有兩條核苷酸鏈彼此圍繞同一根軸互相盤繞形成。每個單鏈均由脫氧核糖－磷酸－脫氧核糖－磷酸交替排列構(gòu)成。每個核苷酸鏈上都有四個堿基：T——胸腺嘧啶A——腺嘌呤G——鳥嘌呤C——胞嘧啶彼此與另一條核苷酸鏈上的堿基組成堿基對：T—AA—TG—CC—G脫氧核糖堿基磷酸AGCT堿基基本單位－脫氧核苷酸AGCT脫氧核糖磷酸堿基腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸

胸腺嘧啶脫氧核苷酸ATGCATGC一個DNA分子可包含幾十萬到幾百萬個堿基對，每個堿基之間間距為0.34nm。每10個堿基組成一個螺旋，螺距3.4nm。堿基之間一一對應(yīng)，順序固定，所以可以保證遺傳的穩(wěn)定性，但是，如果收到干擾，個別堿基排列順序發(fā)生變化，都會導(dǎo)致微生物死亡或變異。1.DNA的存在形式主要是染色體，另外還有質(zhì)粒定義：生物體內(nèi)貯存遺傳信息、能進(jìn)行自我復(fù)制能力的遺傳功能單位。是DNA分子上的具有特定堿基排列順序的核苷酸片斷。每個細(xì)菌約有5000～10000個基因。2.基因3.遺傳信息的傳遞貯存在DNA上的遺傳信息都會轉(zhuǎn)錄到RNA上，通過RNA的翻譯作用指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，最終依靠蛋白質(zhì)體現(xiàn)遺傳性狀。DNA復(fù)制和遺傳信息傳遞的基本規(guī)則—中心法則（二）DNA的復(fù)制—半保留復(fù)制微生物為了保證遺傳的穩(wěn)定性，DNA的復(fù)制十分精確。復(fù)制過程：1.解旋：DNA雙鏈氫鍵斷裂，雙鏈分開；2.復(fù)制：以各自雙鏈為模板，進(jìn)行復(fù)制。3.分配：新復(fù)制的核苷酸鏈與原來的一條核苷酸鏈按照堿基配對原則形成新的雙鏈結(jié)構(gòu)并分給子代。DNA半保留式的復(fù)制方式1868年的某天瑞士的生物化學(xué)家米歇爾(Miescher)研究一個病人的繃帶，小心地將繃帶上粘著的病人傷口處的物質(zhì)洗下來。洗脫物中含有許多膿細(xì)胞。他向其中加入酒精，將細(xì)胞中的脂肪類物質(zhì)除去，之后又加入含有胃蛋白酶的提取液清除各種雜蛋白，這樣，他就可以拿到純的濃細(xì)胞的細(xì)胞核了。于是米歇爾開始研究這些核。結(jié)果他意外地發(fā)現(xiàn)核中有一種從未認(rèn)識到的新物質(zhì)，并起名為“核素”。這就是現(xiàn)在我們知道的DNA。經(jīng)過后人的研究，核素為酸性物質(zhì)，含有三種成分：糖、磷酸、有機(jī)堿。又發(fā)現(xiàn)糖少了一個氧。稱之為脫氧核糖。米歇爾的發(fā)現(xiàn)三、DNA的變性和復(fù)性DNA的解鏈曲線概念—變性DNA在適當(dāng)條件下，分開的兩條單鏈分子按照堿基互補(bǔ)原則重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象的現(xiàn)象。復(fù)性的DNA是隨機(jī)結(jié)合的，只能部分保持原有性狀。注意：DNA的復(fù)性是隨機(jī)的。及復(fù)性的DNA不可能完全回復(fù)到原來狀態(tài)。高溫變性緩慢冷卻熱復(fù)性急速冷卻復(fù)性失敗四、RNA1、RNA和DNA組成的區(qū)別核糖代替脫氧核糖尿嘧啶（U）代替胸腺嘧啶（T）2、RNA的種類mRNA（信使RNA）tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）rRNA（核糖體RNA）反義RNA（調(diào)節(jié)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯）mRNA：信使RNA，帶有氨基酸的信息密碼（三聯(lián)密碼子），用于翻譯氨基酸。tRNA：轉(zhuǎn)移RNA，帶有與mRNA互補(bǔ)的反密碼子，能識別氨基酸和mRNA的密碼。rRNA：與蛋白質(zhì)形成核糖體，作為蛋白質(zhì)的合成場所。(核糖體RNA)反義RNA：起調(diào)節(jié)作用，主要決定mRNA的翻譯速度。1966年，Nirenberg和Khorana全部遺傳密碼字典

64個密碼子

61個負(fù)責(zé)20種氨基酸翻譯，3個無義密碼子1968年諾貝爾獎五、遺傳密碼六、微生物生長與蛋白質(zhì)合成DNA通過轉(zhuǎn)錄作用，將其所攜帶的遺傳信息傳遞給mRNA,在三種RNA（mRNA、tRNA和rRNA）的共同作用下，完成蛋白質(zhì)的合成。微生物的生長主要是蛋白質(zhì)的合成共分成四個階段：1.DNA的復(fù)制細(xì)胞將某特定段DNA鏈進(jìn)行復(fù)制。2.mRNA的轉(zhuǎn)錄DNA雙鏈打開后，以單鏈為模板，按照堿基配對原則復(fù)制RNA。將DNA上的信息轉(zhuǎn)給RNA。蛋白質(zhì)合成的過程3.翻譯由tRNA完成。通過反密碼子與mRNA密碼子的互補(bǔ)，tRNA破譯氨基酸的密碼，進(jìn)而將所需氨基酸送到核糖體處。4.蛋白質(zhì)的合成按照特定的堿基順序密碼送到核糖體的氨基酸按照順序連接在一起，在酶的作用下形成多肽鏈，進(jìn)而形成蛋白質(zhì)，最終將遺傳信息表達(dá)出來。蛋白質(zhì)合成的過程TCATGATTAAGTACTAATDNA的平面結(jié)構(gòu)圖細(xì)胞核中AGTACTAATACGU游離的核糖核苷酸DNA解旋，一條鏈為模板合成RNA細(xì)胞核中ACGUAGTACTAATDNA與RNA的堿基互補(bǔ)配對細(xì)胞核中聚合酶ACGU游離的核糖核苷酸ACGUUUAGTACTAATDNA與RNA的堿基互補(bǔ)配對細(xì)胞核中聚合酶ACG游離的核糖核苷酸ACGUUUU

細(xì)胞質(zhì)

核孔DNAmRNA在細(xì)胞核中合成

細(xì)胞核內(nèi)UCAUGAUUAAGTACTAATmRNAUCAUGAUUAmRNAAGTACTAATUCAUGAUUAmRNA

細(xì)胞核內(nèi)

密碼子

密碼子

密碼子

密碼子

mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基UCAUGAUAmRNAUAAUACUAUG

亮氨酸

天冬氨酸

異亮氨酸

氨基酸（原料）tRNA的一端運(yùn)載著氨基酸

反密碼子

亮氨酸UAA天冬氨酸ACU

異亮氨酸AUG

核糖體UCAUGAUAmRNAU

亮氨酸UAA天冬氨酸ACU

異亮氨酸AUG細(xì)胞質(zhì)中

核糖體UCAUGAUAmRNAU

亮氨酸UAA細(xì)胞質(zhì)中

核糖體UCAUGAUAmRNAU

亮氨酸UAA天冬氨酸ACU

異亮氨酸AUG細(xì)胞質(zhì)中

核糖體UCAUGAUAmRNAU

亮氨酸UAA天冬氨酸ACU

異亮氨酸AUG縮合

亮氨酸天冬氨酸

異亮氨酸以mRNA為模板形成了有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)

細(xì)胞質(zhì)中UCAUGAUAmRNAU原核微生物和真核微生物轉(zhuǎn)錄過程的區(qū)別

真核微生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行的，而蛋白質(zhì)的合成則是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的。所以，RNA轉(zhuǎn)錄后首先必須從核內(nèi)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)內(nèi)，才能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。

真核微生物一個mRNA分子一般只含有一個基因，編碼一條多肽鏈；原核微生物的一個mRNA分子通常含有多個基因。在原核微生物中只有一種RNA聚合酶，催化所有RNA的合成；而在真核微生物中則有RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ三種不同酶，分別催化不同種類型RNA的合成。原核生物中RNA聚合酶可以直接起始轉(zhuǎn)錄合成RNA，真核生物則不能獨(dú)立轉(zhuǎn)錄RNA。在真核生物中，三種RNA聚合酶都必須在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助下才能進(jìn)行RNA的轉(zhuǎn)錄。另外，RNA聚合酶對轉(zhuǎn)錄啟動子的識別，也比原核生物更加復(fù)雜。七、微生物的細(xì)胞分裂DNA復(fù)制蛋白質(zhì)合成核物質(zhì)蛋白質(zhì)均勻分配形成橫隔膜子細(xì)胞子細(xì)胞第二節(jié)微生物的變異內(nèi)容提要一、變異的實質(zhì)—基因突變二、突變的類型(一）自發(fā)突變（二）誘發(fā)突變1.物理誘變2.化學(xué)誘變3.復(fù)合處理及其協(xié)同效應(yīng)4.定向培育和馴化變異：微生物在形態(tài)或生理生化或其他方面的性狀發(fā)生改變。基因突變：DNA中核苷酸序列發(fā)生可遺傳的改變?？蓪?dǎo)致微生物進(jìn)化和產(chǎn)生種內(nèi)不同菌株?；蛲蛔兛梢允荄NA序列中單個核苷酸或堿基發(fā)生改變（點突變），也可以是一段核酸序列的改變（移碼突變等）。一、變異的實質(zhì)—基因突變基因型：生物DNA所包含的遺傳信息。表現(xiàn)型：生物體展現(xiàn)出的特征。突變總是基因型改變，這種改變會不會反映在表現(xiàn)型，取決于突變的類型一種堿基被另一種替換

點突變——替換突變體正常體正常體同義突變錯義突變

點突變——替換鐮狀細(xì)胞貧血癥是一種血液疾病，可導(dǎo)致細(xì)胞形成特殊的形狀，從而改變其攜帶血紅蛋白的能力。正常細(xì)胞鐮刀形細(xì)胞它是最早認(rèn)識的一種分子病。流行于非洲，死亡率極高，大部分患者童年時就夭折，活過童年的壽命也不長，它是由于遺傳基因突變導(dǎo)致血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)的突變。錯義突變的例子——鐮狀細(xì)胞貧血癥突變類型及其對生物的影響突變類型對生物的影響點突變DNA中單個堿基改變，但由mRNA上密碼子決定的氨基酸沒改變對蛋白質(zhì)無影響，“沉默突變”DNA改變，由mRNA上密碼子決定的氨基酸也改變一個氨基酸被另一個氨基酸代替，蛋白質(zhì)發(fā)生變化，有可能明顯改變蛋白質(zhì)的功能。DNA改變，在mRNA中產(chǎn)生一個終止子合成對生物無用的多肽鏈，同時阻止正常蛋白質(zhì)的合成。移碼突變在DNA中移除或插入一個或多個堿基改變整個密碼子的序列，根本上改變氨基酸的序列；可能引入終止密碼子和產(chǎn)生無用的多肽，取代正常的蛋白質(zhì)。二、基因突變的類型按照突變的條件和原因劃分：突變類型自發(fā)突變誘發(fā)突變多因素低劑量的誘變

互變異構(gòu)效應(yīng)：G-T、A-C

物理誘變化學(xué)誘變定向培育和馴化在微生物生長繁殖過程中，個別基因自發(fā)突變的概率極低。如細(xì)菌突變型頻率：1×10-4~1×10-10(饑餓時，大腸桿菌的突變率增大，從而，因一些有利的突變而增加其生存的機(jī)會。)為了更快和更多地獲得突變體，可用誘發(fā)突變達(dá)到目的。根據(jù)育種目標(biāo)，從突變株中篩選出某些優(yōu)良性狀的突變株…..誘變劑1.物理誘變紫外輻射、X射線、γ射線、快中子、β射線和激光等。以紫外線為例，物理誘變機(jī)制和DNA的損傷修復(fù)機(jī)制：DNA鏈上堿基對紫外輻射敏感，DNA強(qiáng)烈吸收紫外輻射引起DNA結(jié)構(gòu)的變化。

如：DNA鏈斷裂，DNA分子內(nèi)和分子間交聯(lián)，核酸與蛋白質(zhì)交聯(lián)，G、C的水合作用及胸腺嘧啶二聚體的形成(雙鏈扭曲變形，不能正常配對)胸腺嘧啶二聚體光復(fù)活：紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下，可明顯降低死亡率的現(xiàn)象。光復(fù)活酶（光裂合酶）與二聚體結(jié)合，在可見光下獲得能量，使二聚體解聚，受損傷的DNA得到修復(fù)。暗復(fù)活：受損傷的DNA也可能在黑暗時被修復(fù)成正常DNA。某些細(xì)菌不被復(fù)活的DNA或是變異，或是死亡DNA損傷的修復(fù)紫外輻射對DNA的破壞和DNA的修復(fù)日光浴者會招致紫外線引起的二聚體，如果得不到修復(fù)，就會引起皮膚癌。著色性干皮病是一種遺傳性疾病，缺失正常修復(fù)紫外線損傷DNA所需的酶?！缃?jīng)DNA修復(fù)后有缺陷，DNA就會發(fā)生突變………發(fā)展成癌細(xì)胞盡管光復(fù)活有利于細(xì)菌的生存，但卻給微生物學(xué)家出了難題。紫外誘變的培養(yǎng)物必須培養(yǎng)在黑暗環(huán)境中，以維持突變。2.化學(xué)誘變在分子水平上改變DNA的堿基序列，誘變劑包括：（1）堿基類似物：會摻入到DNA正常堿基的位置，導(dǎo)致配對錯誤?？Х纫颍簳?dǎo)致新生兒突變，因此往往建議孕婦避免或限制攝入咖啡因。一杯咖啡中大約含有100～150毫克咖啡因。國外資料表明，咖啡因有造成胎兒腭裂以及其他畸形的危險。即使每天只攝取150毫克以下的咖啡因，但分娩出低體重兒的危險卻增加1.5倍。復(fù)合處理及其協(xié)同效應(yīng)突變率普遍比單獨(dú)處理的高：（1）兩種或多種誘變劑先后使用；（2）同一種誘變劑重復(fù)使用；（3）兩種或多種誘變劑同時使用。4.定向培育和馴化

人為用某一種特定環(huán)境長期處理某一微生物群體，同時不斷將它們進(jìn)行移種傳代，以達(dá)到累積和選擇合適的自發(fā)突變體。

環(huán)境工程中常用這種方法培育新菌種。細(xì)菌的選育與細(xì)菌的變異選育—篩選與定向培育篩選—“眾里挑一”定向培育—“教育培訓(xùn)”定向培育在水的生物處理俗稱馴化。(1)細(xì)菌的篩選方法原理：優(yōu)勝劣汰方式：選擇性培養(yǎng)基（天然+人工）天然——特殊區(qū)域采樣例如篩選能降解石油的細(xì)菌？收集長期被石油污染的土壤(天然選擇性固體培養(yǎng)基），必有適應(yīng)石油環(huán)境利用石油作為食物的細(xì)菌，將土壤樣品在實驗室用石油降解菌選擇性培養(yǎng)基，對樣品中的石油降解菌進(jìn)行進(jìn)一步的選擇培養(yǎng)，篩選分離，富集，為下一步的馴化工作奠定基礎(chǔ)。

馴化選擇性培養(yǎng)基（石油）濃度升高篩選分離23、414小考1中考高考

（2）細(xì)菌的馴化①漸變－誘導(dǎo)法(休眠的酶基因復(fù)活+自然突變)方法：待降解物通常為有機(jī)毒物或惰性物。567N選擇性培養(yǎng)基（待降解物，如石油）濃度升高5n大一→大四N+1死篩選與誘導(dǎo)馴化可以同時進(jìn)行特點:操作簡便，馴化的潛力有限，慢。結(jié)果誘變劑：溫度、紫外線、核輻射、酸、堿、化學(xué)誘變劑等等。②突變—誘變法引起基因突變的因素評價通常生產(chǎn)上更多利用的是誘導(dǎo)法。污泥培養(yǎng)初期逐步提高污水比例，有些菌種不能適應(yīng)被淘汰(篩選)，能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的菌株及自發(fā)突變體中能來降解此類廢水的菌種能夠生存而被保留下來，且能力逐步提高，使廢水達(dá)到預(yù)期的排放標(biāo)準(zhǔn)；第三節(jié)基因重組概念：兩個不同性狀的細(xì)胞DNA融合，使基因重新組合，導(dǎo)致遺傳變異，產(chǎn)生新品種的過程。形式自發(fā)基因重組與人工基因重組自發(fā)基因重組a.真核生物為雜交；精卵細(xì)胞質(zhì)融合過程中所有遺傳物質(zhì)的重組b.原核生物為轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合；部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組工業(yè)間諜（地下工作者）的拿來主義引進(jìn)

合作開發(fā)細(xì)菌亦然

轉(zhuǎn)化供體細(xì)菌研碎物中的DNA片段直接吸收進(jìn)入活的受體細(xì)菌并發(fā)生基因重新組合的方式。受體細(xì)菌獲得了供體細(xì)菌的部分遺傳性狀—“轉(zhuǎn)運(yùn)同化”格里菲斯實驗（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗之一）。目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細(xì)菌、放線菌、真菌和高等動植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。（引進(jìn)）引進(jìn)接合：直接接觸進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移

（合作）

轉(zhuǎn)導(dǎo)（間諜竊?。╅g諜？噬菌體－細(xì)菌病毒通過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移導(dǎo)手的基因重組現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)是1951年辛德爾(Zinder)和萊德貝爾格(1Jederberg)在研究鼠沙門氏傷寒桿菌重組時發(fā)現(xiàn)的。細(xì)菌有性生殖特點：利用溫和噬菌體做載體，將供體特定基因攜帶給受體細(xì)胞，使后者得到前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。注意：受體細(xì)胞和供體細(xì)胞不進(jìn)行直接接觸，靠的是溫和噬菌體的媒介作用。極少數(shù)噬菌體在成熟過程中包裹了宿主的DNA片段LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成組氨酸（A-）的沙門氏傷寒桿菌

指導(dǎo)色氨酸合成的基因超微燒結(jié)玻璃板細(xì)菌不能通過，噬菌體可以通過轉(zhuǎn)導(dǎo)能合成色氨酸間諜侵入、重組“轉(zhuǎn)移、導(dǎo)手”LA-22

是

合成色氨酸（B-）但能合成組氨酸（A+）的沙門氏傷寒桿菌一些細(xì)胞中含有繁殖速度較慢的溫和噬菌體P-22

不能轉(zhuǎn)導(dǎo)的意義從一個細(xì)胞向另一個細(xì)胞傳遞遺傳物質(zhì)并改變受體細(xì)胞的遺傳特征。前噬菌體可以在細(xì)胞中存在較長時間，提示了病毒引起癌癥的可能機(jī)制。如，可能用來解釋動物病毒如何引起腫瘤病變的（插入人類染色體的病毒基因可能會破壞某些基因的調(diào)節(jié)，使結(jié)構(gòu)基因在錯誤時間被激活…)一個有趣的聯(lián)想是一些動物病毒可能在侵染新的人類宿主時，攜帶了原宿主的基因。而那些原宿主不一定是人類。你可能是“轉(zhuǎn)基因的”….第四節(jié)突變體的檢測與篩選（1）營養(yǎng)缺陷型:野生型菌株由于發(fā)生基因突變而喪失合成一種或幾種生長因子的能力，因而無法在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的變異類型。（2）抗性突變型:由于基因突變而使原始菌株產(chǎn)生了對某種化學(xué)藥物或致死物理因子抗性的變異類型。它們可在加有相應(yīng)藥物或用相應(yīng)物理因子處理的培養(yǎng)基平板上選出。（3）條件致死突變型:某菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在某種條件下可正常地生長、繁殖并實現(xiàn)其表型，而在另一種條件下卻無法生長、繁殖的突變類型，稱為條件致死突變型。Ts突變株（溫度敏感突變株）是一類典型的條件致死突變株。突變體的類型（4）形態(tài)突變型:指由于突變而產(chǎn)生的個體或菌落形態(tài)所發(fā)生的非選擇性變異。前者如可影響孢子有無、孢子顏色、鞭毛有無或莢膜有無的突變，后者如可引起菌落表面光滑、粗糙、噬菌斑的大小或清晰度等的突變。（5）抗原突變型:指由于基因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生突變的變異類型。具體類型很多，包括細(xì)胞壁缺陷變異、莢膜變異或鞭毛變異等。（6）產(chǎn)量突變型:通過基因突變而獲得的在有用代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上高于原始菌株的突變株，稱為產(chǎn)量突變型。由于產(chǎn)量性狀是由許多遺傳因子決定的，因此，產(chǎn)量突變型的突變機(jī)制是很復(fù)雜的，產(chǎn)量的提高一般也是逐步累積的。這類突變在生產(chǎn)實踐上異常重要。一、突變體的檢測1、直接檢測表現(xiàn)型2、間接檢測法—通過控制培養(yǎng)條件獲得突變體。二、突變體的篩選

篩選方法：創(chuàng)造一種只允許突變體生長，抑制原養(yǎng)型菌生長的培養(yǎng)基或生長環(huán)境條件。一、突變體的檢測直接檢測表現(xiàn)型影印平板法

ReplicaPlatingTechnique（二）間接檢測法有許多突變體不能用直接檢測獲得，如高溫菌、嗜酸菌及營養(yǎng)缺陷型的微生物要通過控制條件而獲得。Ames試驗。第五節(jié)分子遺傳學(xué)在環(huán)境工程與環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用一、遺傳工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用a.

遺傳工程的方法遺傳工程方法包括兩個水平的研究：一種是細(xì)胞水平；另一種是基因水平。所以，又可把它分為細(xì)胞工程和基因工程。細(xì)胞工程——兩個細(xì)胞原生質(zhì)體融合

體外切割導(dǎo)入遺傳物質(zhì)基因片段受體細(xì)胞基因工程——兩個細(xì)胞DNA片段剪接拼接狹義的講，遺傳工程就是基因工程。原理：限制性核酸內(nèi)切酶你想發(fā)光嗎？水晶水母發(fā)光老鼠熒光豬圖中的小老鼠是1997年7月在大阪大學(xué)降生的，它們成為第一種能夠在夜里發(fā)光的哺乳動物。研究人員可利用熒光老鼠研究胎兒發(fā)育等。老鼠之所以發(fā)光，是因為其體內(nèi)轉(zhuǎn)入了水母熒光蛋白基因。熒光豬，這是科學(xué)家把水母綠色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入豬體內(nèi)制造出來的。在紫外線的照射下，熒光豬的蹄子、鼻尖和舌頭這些沒有被毛發(fā)遮蓋的部位都能夠發(fā)出熒光。1992年，生物學(xué)家將水母綠色熒光蛋白的基因克隆了出來。2008年諾貝爾化學(xué)獎獎得主錢永健、下村修和馬丁·沙爾菲第一次分離出的熒光基因，也就是從上面照片中的這種水晶水母體內(nèi)獲得的。來一個轉(zhuǎn)基因?qū)櫸?？美國官方批?zhǔn)的第一個轉(zhuǎn)基因?qū)櫸?！這些源自東南亞的斑馬魚，是只有英寸長的熱帶水生魚，由于已被插入一段海生珊瑚的基因，它們可以發(fā)出紅光和藍(lán)光，尤其是在紫外燈照射下。一旦發(fā)光便不能停止。1、質(zhì)粒：原核微生物中，游離于核基因組外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價閉合環(huán)狀DNA分子。2、質(zhì)粒的類型接合性質(zhì)?？顾幮再|(zhì)粒產(chǎn)細(xì)菌素和抗生素質(zhì)粒具生理功能的質(zhì)粒（如降解質(zhì)粒）產(chǎn)毒質(zhì)粒b.

遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用（一）質(zhì)粒育種簡介3.質(zhì)粒育種（1）多功能超級細(xì)菌的構(gòu)建降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴和脂烴（2）解烷抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建降解辛烷、乙烷、癸烷和耐高濃度汞（3）脫色工程菌的構(gòu)建分解兩種偶氮染料（4）Q5T工程菌的構(gòu)建在低溫下降解甲苯和二甲苯Ⅰ.降解石油的超級細(xì)菌70年代美國生物學(xué)家查克拉巴蒂針對海洋輸油，造成浮油污染。雖發(fā)現(xiàn)90多種微生物有不同程度降解烴類的能力，但不一定能在海水中大量繁殖生存，而且降解速率也較慢，查氏將能降解脂(含質(zhì)粒A)的一種假單胞菌作受體細(xì)胞，分別將能降解芳烴(質(zhì)粒B)、芳烴(質(zhì)粒C)和多環(huán)芳烴(質(zhì)粒D)的質(zhì)粒，用遺傳工程方法人工轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞，獲得多質(zhì)粒“超級細(xì)菌”，可除去原油中2／3的烴。浮油在一般條件下降解需一年以上時間，用“超級細(xì)菌”只需幾小時即可把浮油去除，速度快效率高。基因工程：有意識地把一個生物體中有用的目的基因轉(zhuǎn)入另一個生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需要的產(chǎn)物。用人工的方法把所需要的某一供體生物的DNA提取出來，在離體的條件下用限制性內(nèi)切酶將離體DNA切割成帶有目的基因的DNA片段，用DNA連接酶把它和質(zhì)粒（載體）的DNA分子在體外連接成重組DNA分子，導(dǎo)入某一受體細(xì)胞，重組體克隆的篩選和鑒定；最后對外源基因表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行分離提純，從而獲得新品種。二、基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用基因工程操作一般步驟：獲得目的基因；與載體連接形成重組DNA；將重組DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞；重組體克隆的篩選與鑒定；外源基因表達(dá)產(chǎn)物的分離與提純。獲得需要的目的基因常用的方法：（1）直接從生物體中提取總DNA，構(gòu)建基因文庫(genelibrary)，從中調(diào)用目的基因；（2）以mRNA為模板，反轉(zhuǎn)錄合成互補(bǔ)的DNA片段；（3）利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）特異性地擴(kuò)增所需要的目的基因片段。獲得需要的目的基因（外源基因）

細(xì)胞內(nèi)總DNA的提取分離與基因文庫的構(gòu)建

細(xì)胞內(nèi)總DNA的提取分離程序

紫外分光光度計測定DNA溶液的純度和濃度。

基因文庫的構(gòu)建將總DNA包含的基因組各片段分別克隆在質(zhì)?；蚴删w載體上，便構(gòu)成了該生物的基因文庫?；蛑亟M和克隆操作最重要的工具是限制性內(nèi)切酶、載體和宿主菌。微量的目的基因必須經(jīng)過基因克隆獲得大量的拷貝后，才能實現(xiàn)進(jìn)一步的重組、轉(zhuǎn)化和表達(dá)等操作。構(gòu)建重組質(zhì)