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1、现代环境工程微生物学思考题及参考答案一、名词解释1.孟德尔定律孟德尔定律是指孟德尔第一定律和孟德尔第二定律，即分离定律和自由组合定律。分离定律是指：遗传性状由遗传因子决定，遗传因子在体细胞中成对出现，而在产生配子时彼此分离，并独立地分配到不同的性细胞中；自由组合定律是指：各种配子的数目相等，并且在形成配子的过程中两对或更多对遗传因子的组合是随机的。2.连锁和连锁群连锁是指：来自同一亲本的两个基因在配子形成过程中有保留原来组合的倾向，这是由于这两个基因处在同一条染色体上的缘故，这种现象称为连锁。同一染色体上相互连锁的基因称为连锁群，连锁群的数目等于单倍染色体的数目。 3.诱发突变诱发突变是利用物
2、理的或化学因素处理微生物群体，促使少数个体细胞的DNA分子结构发生改变，在基因内部碱基配对发生差错，引起微生物的遗传性状发生突变。诱发突变并非新的突变，而是通过不同的方式提高突变频率。4.转化转化是指：同源或异源的游离DNA分子（质粒和染色体DNA）被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。根据感受态建立的方式，转化可分为自然遗传转化和人工转化。5.温和噬菌体当噬菌体侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主细胞染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体称作温和噬菌体。6.普遍性转导噬菌体可误包供体菌中的任何基因（包括质粒），并使
3、受体菌获得各种性状的转导称为普遍性转导。普遍性转导可分为两种：完全普遍转导和流产普遍转导。7.F因子F因子是一种核外质粒，决定着细菌的性别，即含有控制性菌毛合成的遗传信息，故称为致育因子或性质粒。F因子可整合到宿主染色体基因组上去而称为附加体，且可以正常或异常脱落而成为各类菌株。8.溶源化溶源化是指：以温和噬菌体感染非溶源性细菌细胞，并在附着位点的某一特定部位将噬菌体附加到细菌染色体上以建立溶源现象。噬菌体基因组整合入细菌染色体以及与之发生的被动复制称为稳定性溶源化。若温和噬菌体不能附着在细菌染色体上，并在感染细胞后代中进行单方向遗传（最后从群体中释出），此称为流产性溶源化。9.结构基因和调控
4、基因编码细胞各组分的合成的基因称为结构基因，凡是编码酶或头部蛋白、血红蛋白、抗体蛋白等肽链的基因均为结构基因。结构基因也包括编码核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)的染色体部分。调控基因: 从广义上说，指任何能调节或限制其他基因活性的一类基因。通常是指为某一（异构的）蛋白质（阻遏物）进行编码的某一基因。调控基因用于调节酶的合成等。结构基因只是使细胞可能产生某一种蛋白质，而调控基因才使细胞在某一特定条件下实际上合成这种蛋白质。10.遗传密码子遗传密码子是指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序。每个密码子（Cdon）是由三个核苷酸顺序或称三联密码所决定，它是负载遗传信息的基本单位。二、问
5、答题1.叙述DNA的特点及其在生物体内的存在状态。(1)DNA的特点DNA是由大量的脱氧核糖核苷酸组成的细长的线状或环状大分子。DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，它由碱基、脱氧核糖和磷酸基三部分组成。碱基有四种：即腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA中的嘌呤和嘧啶碱基携带遗传信息，其中的糖和磷酸基则起结构作用。DNA分子中的骨架由磷酸二脂键连接的多个脱氧核酸组成，在整个分子中不变。一个脱氧核糖核苷酸中五碳糖的3羟基，通过一个磷酸二脂键与邻近五碳糖的5羟基相连。1953年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型，这一理论的要点是：两条链平行反向且右旋
6、；两链之间碱基以氢键配对互补，A=T，G=C；螺旋每周含10个碱基对，每周垂直升高3.4nm，螺旋直径2nm；磷酸核糖主链在螺旋外侧，碱基对平面在内侧且与主链垂直。这一理论的核心是碱基互补配对。此理论模型的意义在于，通过碱基配对互补，可以解释：细胞减数分裂和有性生殖配子与受精卵的形成，即DNA双链分开和来自双方配子的单链DNA分子重新组合成双链；个体发育：一个受精卵的DNA双链通过互补复制而重复合成；遗传与变异：DNA分子碱基序列具有保守性、可变性，碱基是突变的最小单位；性状控制：蛋白质生物合成时，密码与反密码的配对识别。DNA分子除了具有结构的多样性外，还能进行自体复制，而蛋白质却不能。对遗
7、传物质的关键性要求是它必须能够准确底复制。DNA复制具有以下的特点：DNA的复制从特定的位点开始，这个特定的位点称为复制起始点，在复制起始点双链DNA解旋，形成复制叉；半保留复制：即双链DNA分子在复制过程中，DNA的两条链各自作为合成时的模板。复制后，每一双链体都是由一条亲链和一条新合成的子链组成；DNA复制具有高度的忠实性，其复制的忠实性同DNA聚合酶的自我校正功能密不可分；虽然DNA聚合酶是DNA复制的主酶，然而，DNA复制是多种酶和蛋白质因子协同有序工作的结果。(2)DNA在生物体内的存在状态DNA在生物体内的存在状态有两种：染色体DNA和染色体外DNA。真核生物的遗传物质是DNA，其
8、染色体由DNA及蛋白质构成，少的几个，多的几十或更多，染色体呈丝状结构。真核生物的许多染色体为核膜所包被。真核生物的染色体DNA含量高于原核生物。真核生物的染色体外DNA主要以细胞器的形式存在。这些细胞器的DNA常呈环状，细胞器DNA的含量一般只占染色体DNA的1%以下。细胞器包括叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等。这些细胞器具有以下特点：成分复杂，包括DNA、蛋白质、糖类、脂质类、RNA等成份；结构复杂而多样。叶绿体和线粒体具有复杂的膜结构，中心粒和毛基体都具有微管或微纤丝结构；功能不一，而且对于生命活动常时不可少的。叶绿体为依靠光合作用生活的生物所必需，线粒体为细胞呼吸所必需，中心粒为细胞分
9、裂所必需；数目多少不一；自体复制。实验证明线粒体DNA和叶绿体DNA都进行半保留复制；一旦消失后，后代细胞中不再出现。原核生物的遗传物质是DNA或RNA。原核生物的染色体往往只有一个，是单纯的DNA或RNA，染色体外没有膜包着。原核生物的染色体DNA的量远较真核生物为少。细菌和放线菌等的遗传物质都是双链DNA，在病毒中则有DNA或RNA，是双链或单链，呈线状或环状。病毒的核酸都不和蛋白质相结合。大肠杆菌和沙门氏菌等的染色体都呈环状，DNA的复制是从某一点开始，然后进行双向复制。原核生物的染色体外的DNA称为细菌质粒。细菌质粒和真核生物自体复制的细胞器的相同的地方是：自体复制；一旦消失后，后代细
10、胞中不再出现；它们的DNA只占染色体DNA的一小部分。细菌质粒和真核生物自体复制的细胞器的不同之处主要是：成分和结构简单，一般都是较小的DNA环状分子，并不和其他物质在一起构成一些复杂的结构；它们的功能比自体复制的细胞器更为多样化，可是一般并不是必需的。例如研究得最多的细菌质粒如致育因子（F）质粒、抗药性因子（R）质粒和大肠杆菌素因子（Col）质粒等等，它们分别决定细菌的致育性、抗药性和产生大肠杆菌素的能力等。它们的存在赋予宿主细菌以这些遗传特性，它们的消失并不影响宿主细菌的生存；许多细菌质粒能通过细胞的接触而自动地由一个细菌转移到另一细菌，使两个细菌都成为带有质粒的细菌。2.叙述突变的类型与
11、突变的规律。(2-1)突变包括基因突变和染色体畸变两大类。(1)基因突变：又称点突变，因为对于DNA的结构来讲，这些突变只涉及一对碱基或少数几对碱基。从突变所带来的表形的改变来讲，突变型可分为以下几类：形态突变型：造成形态改变的突变型，包括影响细胞形态的突变型以及影响细菌、霉菌、放线菌等的菌落形态以及影响噬菌体的噬菌斑的突变型；致死突变型：造成个体死亡或生活能力下降的突变型，后者称为半致死突变型；条件致死突变型：在某一条件下具有致死效应而在另一条件下没有致死效应的突变型；生化突变型：指没有形态效应的生化突变型。最常见的是营养缺陷型。从遗传物质的结构改变来区分，基因突变包括碱基置换、移码、DNA
12、片段的缺失和插入。从突变所引起的遗传信息的意义改变来看，基因突变又可以区分为同义突变、错义突变和无义突变三种。(2) 染色体畸变：染色体畸变涉及染色体的较大范围的结构改变，包括缺失、重复、易位和倒位。一类移码突变由一对或少数几对核苷酸的失去所造成。缺失的失去部分则包括许多对核苷酸。另一类移码突变是由一对或少数几对核苷酸的增加所造成。重复指染色体的较大范围内的一部分的两次出现。重复部分同样包括许多对核苷酸。倒位是染色体一部分的顺序的颠倒。在一个倒位杂合体中，染色体联会时出现一个倒位环。易位是指非同源染色体间的部分的交换。相互易位是指两个非同源染色体相互交换一个部分。一个相互易位杂合体在染色体联会
13、时出现一个十字图像。(2-2)以细菌的抗药性突变为例，突变有以下规律：(1)抗药性突变的发生和药物的存在无关。(2)抗药性突变以一定的突变率发生在个别细菌中。突变是随机的，细菌的突变率一般在108106之间。(3)对于各种药物的抗性突变的发生彼此独立无关。(4)抗药性突变型的稳定性。由于基因突变所造成的抗药性是稳定的，即使药物不存在，抗药性依旧保持。而由于生理适应而造成的抗药性则是不稳定的，当药物不存在时，抗药性便很快消失。(5)抗药性基因的回复突变。野生型基因变为突变型基因的过程称为正向突变，突变型基因变为野生型基因的过程称为回复突变。抗药性突变型的回复突变率同样是很低的。(6)抗药性突变的
14、突变率可以通过某些理化因素的处理而提高。能够提高突变率的因素称为诱变剂。接触诱变剂而发生的突变称为诱发突变，没有接触诱变剂而发生的突变称为自发突变。(7)抗药性突变是DNA分子的某一特定位置的结构改变的结果。以上这些规律不限于抗药性突变，也不限于细菌，实际上一切生物的一切突变都符合于这些规律。这些规律是有关突变过程的规律，不涉及到突变型的表型效应。根据以上这些基因突变的规律，可以把基因突变过程概括为三个特性：稀有性、随机性和可逆性。3.突变型的类型有哪几种？谈谈它们在微生物遗传学研究中的作用。从突变所带来的表形的改变来讲，突变型可分为以下几类：形态突变型：造成形态改变的突变型，包括影响细胞形态
15、的突变型以及影响细菌、霉菌、放线菌等的菌落形态以及影响噬菌体的噬菌斑的突变型。前者例如影响孢子颜色、鞭毛的有无等等突变型，后者例如影响细菌菌落表面光滑或粗糙、影响噬菌斑的大小和清晰程度等突变型。致死突变型：造成个体死亡或生活能力下降的突变型，后者称为半致死突变型。一个隐性的致死突变基因可以在二倍体生物中以杂合状态保存下来，可是不能在单倍体生物中保存下来，所以致死突变在微生物中研究得不多。条件致死突变型：在某一条件下具有致死效应而在另一条件下没有致死效应的突变型。广泛应用的一类是温度敏感突变型。这些突变型在一个温度中并不致死，所以可以在这温度中保存下来。它们在另一温度中是致死的，通过它们的致死作
16、用，可以用来研究基因的作用等问题。生化突变型：指没有形态效应的生化突变型。最常见的是营养缺陷型。营养缺陷型是由于代谢过程的缺陷而成为必需某种物质才能生长的突变型。它们在微生物遗传学研究中应用非常广泛。抗药性突变也是微生物遗传学中常用的一类生化突变型。这几类突变型并不是彼此排斥的。某些营养缺陷型具有明显的形态改变。例如粗糙脉孢菌和酵母菌的某些腺嘌呤缺陷型分泌红色色素。营养缺陷型也可以认为是一种条件致死突变型，因为在没有补充给它们所需要的物质的培养基上它们不能生长。所有的突变型可以认为都是生化突变型，因为任何突变，不论是影响形态的或是致死的，都必然有它的生化基础。突变型的这一区分不是本质性的。4.您认为爱姆斯试验能否监测污水的毒性？其中应该
