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1、第八章 微生物的遗传与变异,返回,遗传和变异是一切生物最本质的属性。 微生物的遗传：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生的一定反应，或出现的一定性状(例如：生态、生理生化特性等)传给后代，并相对稳定地一代一代传下去。 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，无法适应而死亡。,遗传的变异：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件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶(适应酶)，从而适应新环境并生长良好。 变异了的微生物不同于原来的微生物，称变种。,遗传变异性使微生物得到发展，为人类改造微生物提供理
2、论依据。微生物的变异很普遍。,1.种瓜得瓜，种豆得豆； 2.龙生龙，凤生凤，老鼠儿子会打洞； 3.虎父无犬子； 4.一母生九子，母子十不同。,遗传是相对的，变异是绝对的。遗传中有变异，变异中有遗传。遗传和变异的辩证关系使微生物不断进化。 工农业生产和污（废）水、有机固体废物生物处理过程中，可利用自然条件或物理、化学因素来促进微生物变异，使它符合生产实践的需要。 利用物理因素、化学药物处理微生物可提高其变异频率。通过一定的筛选方法可获得生产上所需要的高产、优质的变异株。 在工业废水生物处理中，用含有某些污染物的工业废水筛选、培养来自处理其他废水的菌种，使它们适应该种工业废水，并产生高效降解其中污
3、染物能力的方法叫驯化。经验证明：驯化是选育优良微生物品种的普通而有效的方法和途径。,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？ 答案是DNA，科学告诉我们，亲代将各种遗传性状通过DNA传递给了子代，子代获得DNA后形成一定的蛋白质，将遗传特性表现出来。 不含 DNA ，只含有 RNA （核糖核酸）的微生物中，遗传物质是 RNA 。,第一节微生物的遗传,遗传的物质基础,哪些人用什么方法最终证明了 遗传的物质基础是DNA呢？,1.格里菲斯经典转化实（1928）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（1941）。 2.赫西和蔡斯大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌实验。,格里菲
4、斯肺炎双球菌转化实验,将R型活菌注入小鼠体内,一段时间后,将S型活菌注入小鼠体内,一段时间后,将杀死的S型菌注入小鼠体内,一段时间后,将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内,一段时间后,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,从S型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、DNA、RNA，分别与R型肺炎球菌混合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。,DNA 是 遗 传 物 质,只 有DNA引 起 R 型 肺 炎 球 菌 转 化,DNA主要的遗传物质,注：DNA不是唯一的遗传物质，较少的微生物也靠RNA进行遗传。,沃森（左）和克里克与DNA分子双
5、螺旋结构模型,1953年的克里克（Francis Crick,1916-2004)（右）和沃森(James Watson,1928-)在实验室里，他们两人因为发现了DNA的分子结构，而在1962年与威尔金斯一起获得诺贝尔生理学和医学奖。,DNA 双螺旋分子结构模型,DNA的双螺旋结构是两条走向相反的多核苷酸链，以右手方向沿同一轴心平行盘绕成双螺旋。,每个单链均由脱氧核糖磷酸脱氧核糖磷酸交替排列构成。每个核苷酸链上都有四个碱基： T胸腺嘧啶 A腺嘌呤 G鸟嘌呤 C胞嘧啶 彼此与另一条核苷酸链上的碱基组成碱基对：TA AT GC CG,DNA的电子显微镜照片,一个DNA分子可包含几十万到几百万个碱
6、基对，每个碱基之间间距为0.34nm。每10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，所以可以保证遗传的稳定性，但是，如果受到干扰，个别碱基排列顺序发生变化，都会导致微生物死亡或变异。,DNA的存在形式染色体,真核生物中DNA以染色体存在于细胞核内，而在原核生物中，DNA存在于细胞质内。,真核微生物和原核微生物的染色体有着明显的如下区别： （1）真核生物的遗传物质是DNA，原核生物的遗传物质是DNA或RNA。 （2）真核生物的染色体由DNA及蛋白质（组蛋白）构成，原核生物的染色体是单纯的DNA或RNA。 （3）真核生物的染色体不止一个，呈线形，而原核生物的染色体往往只有
7、一个，呈环形。 （4）真核生物的多条染色体形成核仁并为核膜所包被，膜上有孔，而原核微生物的染色体无膜包围。,微生物为了保证遗传的稳定性，DNA的复制十分精确。 复制过程： 1.解旋：DNA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。 3.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结构并分给子代。,DNA的复制,注意： 1.复制过程必须有酶的参与； 如：解旋酶、聚合酶等。 2.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。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个DNA单链。,DNA的复制,即核糖核酸。
8、 RNA与DNA相似，不同之处是核糖及碱基。 RNA的碱基也有四个，为 A腺嘌呤 G鸟嘌呤 C胞嘧啶 U尿嘧啶（DNA为T：胸腺嘧啶） 碱基对： UA AU GC CG,RNA 与遗传表达,RNA有四种：tRNA、rRNA、mRNA、反义RNA。 mRNA：信使RNA，带有氨基酸的信息密码（三联密码子），用于翻译氨基酸。 tRNA：转移RNA，带有与mRNA互补的反密码子，能识别氨基酸和mRNA的密码。 rRNA：与蛋白质形成核糖体，作为蛋白质的合成场所。(核糖体RNA) 反义RNA：起调节作用，主要决定mRNA的翻译速度。,规则的双螺旋结构,通常呈单链结构,脱氧核苷酸,核糖核苷酸,腺嘌呤（A
9、） 鸟嘌呤（G）,腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T）,胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）,脱氧核糖,核糖,磷酸,磷酸,DNA与RNA分子的比较,“DNARNA蛋白质”的遗传信息流,贮存在DNA上的遗传信息都会转录到RNA上，通过RNA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。,基因遗传因子,基因是具有遗传功能的 DNA 分子上的片段，平均含有 1000 个碱基对。一个 DNA 分子中含有许多基因，不同基因分子含碱基对的数量和排列序列不同，并具有自我复制能力。 各种基因在染色体上均有其特定的位置称为位点，如果染色体上基因缺失、重复或在新的位置上和别的基因相邻，改变了原
10、有的排列序列，都会引起某些性状的变异。由于基因的功能差异，又可分为结构基因，调节基因和操纵基因。,细菌的变异即是微生物子代的表型特征与其亲代的表型特征发生较大的差异，这种差异是由于子代的基因发生了突变和基因进行重组所引起的。 基因突变即遗传物质 DNA 或 RNA 链上碱基序列发生了一种稳定的和可遗传的变化。 基因重组即两个不同性状的个体细胞，其中一个细胞的DNA 与另一个细胞的DNA融合，使基因重新排列，遗传给后代，产生新品种或表达新的遗传性状。,第二节 微生物的突变,突变类型,自发突变,诱发突变,低剂量多因素突变,互变异构效应,物理诱变,化学诱变,定向培育和驯化,1.物理诱变 利用物理因素导致的基因突变。UV、电离辐射等。,2.化学诱变 利用化学物质对微生物进行诱变，引起基因突变或染色体畸变。 3.复合处理 4.定向培育和驯化,遗传工程在水处理工程中的应用,利用遗传工程，把具有降解某些特殊物质的质粒剪切后，连接到受体细胞中，使之带有一种或多种功能用以处理废水，这种用人工方法选出的多质粒、一多功能的新菌种称“超级细菌”。 1.降解石油的超级细菌 2.耐汞细菌 3.降解染料的质粒 4.除草剂的降解 5.尼龙的降解,
