第三章細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異-2

第三章細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異

3.2細(xì)菌的遺傳與變異1主要內(nèi)容一、遺傳與變異的基本概念二、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)四、微生物的基因突變五、基因重組六、遺傳工程（Geneticengineering）七、基因工程（Geneticengineering）八、微生物的馴化——活性污泥馴化九、核酸探針雜交和PCR技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用2自學(xué)作業(yè)細(xì)菌遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？簡(jiǎn)述DNA的復(fù)制過(guò)程？請(qǐng)說(shuō)明什么是點(diǎn)突變和染色體畸變、自發(fā)突變和誘發(fā)突變？請(qǐng)分別解釋轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)，三者的區(qū)別是什么？請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用？廢水處理中馴化的作用是什么？3遺傳性：親代性狀在子代重現(xiàn)，使其子代的性狀與親代基本上一致的現(xiàn)象?！胺N瓜得瓜種豆得豆”繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)遺傳性一、遺傳與變異的基本概念4細(xì)菌同其他生物一樣，有其固有的遺傳性。細(xì)菌的遺傳是在系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中形成的，系統(tǒng)發(fā)育愈久的細(xì)菌，其遺傳的保守程度愈大，越不易受外界環(huán)境條件的影響。老齡菌遺傳保守程度比幼齡菌大。遺傳性一、遺傳與變異的基本概念5變異：任何一種生物，親代和子代之間在生理、形態(tài)方面都有一定的差異，這種現(xiàn)象叫變異（個(gè)體形態(tài)、菌落形態(tài)、生理生化特性、代謝產(chǎn)物）“龍生九子，各不相同”變異性基因突變基因重組定義：細(xì)菌的遺傳性狀變化稱變異6細(xì)菌易變異∵細(xì)菌的繁殖快，又與外界環(huán)境接觸面積大∴環(huán)境條件在短時(shí)期內(nèi)對(duì)菌體產(chǎn)生多次影響，在受物理、化學(xué)因素影響后，易產(chǎn)生適應(yīng)新環(huán)境的酶（誘導(dǎo)酶），從而改變?cè)械奶匦?，即產(chǎn)生了變異。變異不一定都有遺傳性7細(xì)菌變異形式：個(gè)體形態(tài)的變化，菌落形態(tài)(光滑型／粗糙型)的變異，營(yíng)養(yǎng)要求的變異，對(duì)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。8定向培育：有目的地控制微生物生長(zhǎng)條件，使其向人類需要的方向變異。在污水生物處理中稱為馴化（acclimation、adaption）有毒有害廢水、難降解廢水處理，通過(guò)馴化，增強(qiáng)微生物的降解能力，提高處理效果。9二、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌的遺傳物質(zhì)：一切生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸（特別是DNA）

101928年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

對(duì)小鼠注射活RII菌或死SIII菌————小鼠存活

對(duì)小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡

對(duì)小鼠注射活RII菌和熱死SIII菌———小鼠死亡

抽取心血 分離

活的SIII菌F.Griffith，研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）SIII型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性RII型菌株：無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病性證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）11Griffith

轉(zhuǎn)化試驗(yàn)示意混合培養(yǎng)RII型活菌SIII型活菌SIII型熱死菌RII型活菌SIII型活菌健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死Griffith

轉(zhuǎn)化試驗(yàn)示意圖12（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（3）S型菌的無(wú)細(xì)胞抽提液試驗(yàn)以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：加熱殺死的SIII型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過(guò)某種方式進(jìn)入RII型細(xì)胞并使RII型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)镾III型細(xì)胞。熱死SIII菌—————不生長(zhǎng)

活RII

菌—————長(zhǎng)出RII菌

熱死SIII菌—————長(zhǎng)出大量RII菌和10-6SIII菌活R菌+S菌無(wú)細(xì)胞抽提液——長(zhǎng)出大量R菌和少量S菌+活RII菌平皿培養(yǎng)13二、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)2.DNA的化學(xué)組成

DNA是一種高分子化合物，它由四種核苷酸組成，每一種核苷酸均含環(huán)狀堿基、脫氧核糖和磷酸根三種組分。

四種堿基為：腺嘌呤A、鳥(niǎo)嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C。核苷酸腺嘌呤A鳥(niǎo)嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖堿基磷酸核苷14DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA是由兩條多核苷酸分子的長(zhǎng)鏈所組成。兩條長(zhǎng)鏈之間靠堿基上的氫鍵作用相聯(lián)結(jié)，遵循配對(duì)原則：A—T，

G—C

154.DNA復(fù)制

DNA的復(fù)制過(guò)程首先是DNA的雙鏈從一端打開(kāi)，分離成 兩條單鏈，然后以每條單鏈為模板，通過(guò)堿基配對(duì)逐漸 建立起完全互補(bǔ)的一套核苷酸單位，新連接上的多核苷 酸與原有的多核苷酸鏈重新形成新的雙螺旋DNA。164.DNA復(fù)制

在DNA聚合酶的催化下，一個(gè)DNA分子最終復(fù)制成兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的DNA，從而將遺傳信息傳遞給子代。

復(fù)制后的DNA分子有一條新鏈和一條舊鏈組成，稱為半保留復(fù)制。17遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)存在部位和方式（七個(gè)水平）：（1）細(xì)胞水平：DNA集中在核質(zhì)體中。（真核微生物：細(xì)胞核）桿菌細(xì)胞內(nèi)大多存在兩個(gè)核質(zhì)體，而球菌一般只有一個(gè)。（2）細(xì)胞核水平：原核微生物：無(wú)核膜包裹，呈松散無(wú)定型狀態(tài)，核基團(tuán)不與蛋白質(zhì)結(jié)合真核微生物：有核膜，DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成染色體（genome）核外染色體（能自主復(fù)制）：廣義上講稱質(zhì)粒（plasmid）18（3）染色體水平原核微生物：每一個(gè)核質(zhì)體中只有一個(gè)裸露的、在光學(xué)顯微鏡下無(wú)法看到的環(huán)狀染色體。真核微生物：往往有不同數(shù)目的染色體。酵母菌屬（saccharomycs）17染色體的套數(shù)：只有一套相同功能的染色體時(shí)稱之為

單倍體，有兩套時(shí)稱雙倍體。（4）核酸水平絕大多數(shù)的微生物的遺傳物質(zhì)為DNA，只有部分病毒才是RNA。19（5）基因水平（功能單位）基因：具有遺傳功能的DNA分子的片段，平均含有1000bp（堿基對(duì)）。一個(gè)DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對(duì)的數(shù)量和排列序列不同?；虻姆诸愓{(diào)節(jié)基因（regulator）：控制結(jié)構(gòu)基因的活性結(jié)構(gòu)基因（structuregene）操縱基因（operator）啟動(dòng)基因（promotor）操縱子（operon）20遺傳密碼：DNA上各個(gè)核苷酸的特定排列順序。每個(gè)密碼子由3個(gè)核苷酸順序來(lái)決定。（7）核苷酸水平（最低交換單位、突變單位）核苷酸腺嘌呤A鳥(niǎo)嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖堿基磷酸核苷（6）密碼水平（信息單位）21質(zhì)粒（plasmid）定義：游離于染色體外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA（circularcovalentlyclosedDNA）結(jié)構(gòu)：具有超級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)，分子量106－108Da（道爾頓）

100－10000kbp可移動(dòng)性：異種間轉(zhuǎn)移GentherF.J.(1998):69種環(huán)境中的細(xì)菌中，38％能從實(shí)驗(yàn)室的細(xì)菌接受R因子。22幾種典型的質(zhì)粒50年代在日本發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒（從患痢疾但被抗生素治療后的病人中分離出的痢疾志賀式菌中），而且能把抗藥性轉(zhuǎn)移到E.coli。后來(lái)在沙門(mén)氏菌屬（Salmonalla）芽孢桿菌屬（Bacillus）假單胞菌屬（Pseudomonas）葡萄球菌屬（Staphulococcus）中找到。

R因子在細(xì)胞中的數(shù)目1~2—幾十個(gè)。對(duì)多種抗生素有抗性，也可作為基因載體。具有R因子的細(xì)菌在自然界中的存活率高。1）R因子－R質(zhì)粒232）F因子（Fertilityfactor）、致育因子、性因子是E.coli中決定性別的質(zhì)粒。62×106Da，94.5kbpF+F+F+F-接合（conjugation）特點(diǎn)：能夠插入染色體，使染色體的長(zhǎng)度增長(zhǎng)。有F因子的細(xì)菌：F+雄菌沒(méi)有F因子的細(xì)菌：F-雌菌243）降解性質(zhì)粒二甲苯質(zhì)粒：XYL（Xylene）辛烷質(zhì)粒：OCT（Octane）甲苯質(zhì)粒：TOL（Toluene）萘質(zhì)粒：NAP（Napthalene）樟腦質(zhì)粒：CAM（Camphor）水楊酸質(zhì)粒：SAL（Salicylate）在環(huán)保中有重要的意義：超級(jí)工程菌的獲得。含有能降解復(fù)雜物質(zhì)的基因，從而使細(xì)菌能降解難降解有機(jī)物。大多在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。至今發(fā)現(xiàn)的主要降解質(zhì)粒（以其所能分解的底物命名）25三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)基因：具有遺傳功能的DNA分子的片段，平均含有1000bp（堿基對(duì)）。一個(gè)DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對(duì)的數(shù)量和排列序列不同?；颍耗軌虮磉_(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的DNA序列。261.核糖核酸RNA RNA——核糖（DNA為脫氧核糖） 尿嘧啶U代替胸腺嘧啶T三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)2.三種RNA

（1）信使核糖核酸mRNA：指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（2）核蛋白體核糖核酸rRNA：rRNA與蛋白質(zhì)組成核糖 體，是蛋白質(zhì)（多肽）的合成場(chǎng)所；（3）轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸t(yī)RNA：可識(shí)別mRNA上的信息，并將特 定的氨基酸運(yùn)送到rRNA上供蛋白質(zhì)合成。3.密碼子

RNA上每三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸細(xì)菌的繁殖體現(xiàn)為：DNA、RNA、蛋白質(zhì)等的合成27三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)4.基因表達(dá)：基因上貯存的遺傳信息需要通過(guò)一系列的變化過(guò) 程才能夠在生理上或形態(tài)上表達(dá)出相應(yīng)的遺傳性狀。需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄——翻譯——表達(dá)三個(gè)過(guò)程。（1）轉(zhuǎn)錄：以DNA雙鏈中的一條鏈為模板，按互補(bǔ)方式合成RNA，遺傳信息由DNA到RNA的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄?；駾NA上遺傳信息轉(zhuǎn)錄下的RNA即為mRNA。

28三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)（2）翻譯：轉(zhuǎn)錄后的mRNA作為合成蛋白質(zhì)的模板，并且由mRNA的堿基排列順序決定多肽鏈中氨基酸的排列順序，即遺傳信息到蛋白質(zhì)的傳遞為翻譯。29三、遺傳信息的表達(dá)——基因表達(dá)（3）由基因DNA所決定的酶通過(guò)代謝作用建造出某種細(xì)胞結(jié)構(gòu)（如莢膜、鞭毛、細(xì)胞成分等），從而使微生物表現(xiàn)出某種性狀，稱為性狀表達(dá)（發(fā)育）。30四、微生物的基因突變微生物變異突變：由于生物體DNA改變而引起的遺傳性狀的改變基因重組：不同個(gè)體間基因重新組合

突變?nèi)旧w畸變——細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化基因突變——細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化定義：DNA鏈上因堿基的缺失、置換、插入而發(fā)生的堿基排列順序的變化，從而導(dǎo)致表現(xiàn)形狀發(fā)生了可遺傳的變化，這種現(xiàn)象叫基因突變（變異）。基因突變312.基因突變的原因

自發(fā)突變：由于自然界的某些物理化學(xué)因子的干擾（輻射、臭氧），也可由微生物體內(nèi)代謝產(chǎn)物（亞硝酸鹽、過(guò)氧化氫）引起，自發(fā)突變頻率低10-5～10-9

誘發(fā)突變：通過(guò)施加物理化學(xué)因素（紫外線硝酸）誘變劑可大大提高突變率）323.微生物基因突變的特點(diǎn)適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。不對(duì)應(yīng)性：突變的性狀與突變?cè)蛑g無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。自發(fā)性：突變可以在沒(méi)有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會(huì)互相影響。可誘發(fā)性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳?？赡嫘裕簭脑嫉囊吧突虻阶儺愔甑耐蛔兎Q為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的 過(guò)程則稱為回復(fù)突變或回變（backmutation或 reversemutation）。33誘發(fā)突變點(diǎn)突變畸變?nèi)笔В禾砑右孜唬旱刮唬褐貜?fù)：插入：堿基置換移碼突變轉(zhuǎn)換：AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCABabcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*4.微生物基因突變機(jī)制基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或誘發(fā)的，誘變又可分為點(diǎn)突變和畸變。34點(diǎn)變異：一個(gè)或數(shù)個(gè)堿基發(fā)生變化點(diǎn)突變堿基置換移碼突變轉(zhuǎn)換：AG,GCTT,T顛換AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCAB35堿基置換（substitution）定義：對(duì)DNA來(lái)說(shuō)，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（microlesion），一般也稱點(diǎn)突變（pointmutation）。它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換；顛換（transversion），即一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶,或是一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換。對(duì)某一具體誘變劑來(lái)說(shuō)，即可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機(jī)制分成以下兩類來(lái)討論。36移碼突變frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。37染色體畸變（chromosomalaberration）某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：染色體結(jié)構(gòu)上的變化：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的變化38畸變?nèi)笔В禾砑右孜唬旱刮唬褐貜?fù)：插入：abcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*畸變：堿基片斷發(fā)生變化39★染色體結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來(lái)的一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到原來(lái)染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；易位--------是指斷裂下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間的易位。40自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒(méi)有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。幾種自發(fā)突變的可能機(jī)制★微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)★互變異構(gòu)效應(yīng)★環(huán)出效應(yīng)41作用：重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產(chǎn)生新遺傳型的個(gè)體。五、基因重組定義：兩個(gè)不同性狀的個(gè)體細(xì)胞（細(xì)胞水平），其中一個(gè)細(xì)胞（供體）DNA與另一個(gè)細(xì)胞的DNA融合，使基因重新排列遺傳給后代，產(chǎn)生新的遺傳性狀，稱基因重組。

42Ⅰ.轉(zhuǎn)化Transformation

（引進(jìn)）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”轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國(guó)的細(xì)菌學(xué)家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的,，被命名為格里菲斯實(shí)驗(yàn)（證明DNA是生命遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一）。引進(jìn)43老鼠體內(nèi)提取物培養(yǎng)現(xiàn)象活的SⅢ肺炎雙球菌活的RⅡ

肺炎雙球菌

無(wú)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(shí)驗(yàn)無(wú)毒注射注射？？441944年才通過(guò)試驗(yàn)找出了其中的原因。試驗(yàn)方法如下：+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(dòng)植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。45定義：受體菌自然或在人工技術(shù)作用下直接攝取來(lái)自供體菌的游離DNA片段，并把它整合到自己的基因組中，而獲得部分新的遺傳性狀的基因轉(zhuǎn)移過(guò)程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。特點(diǎn)：無(wú)需細(xì)胞接觸。細(xì)菌、放線菌、真菌中有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。有關(guān)名詞：受體菌：recipient/receptor，轉(zhuǎn)化基因的接受者供體菌：donor，轉(zhuǎn)化基因的提供者轉(zhuǎn)化因子：來(lái)自供體菌的DNA片段轉(zhuǎn)化子：transformant，將轉(zhuǎn)化基因重組進(jìn)入自身染色體組的重組子轉(zhuǎn)化（transformation）4647人工轉(zhuǎn)化人工轉(zhuǎn)化——是通過(guò)人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取DNA的能力，或人工地將DNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)。方法：①CaCl2處理細(xì)胞，使其成為能攝取外源DNA的感受態(tài)狀態(tài).②電穿孔法electroporation：用高壓脈沖電流擊破細(xì)胞膜，或擊成小孔，使各種大分子（包括DNA）能通過(guò)這些小孔進(jìn)入細(xì)胞。48到目前為止，已發(fā)現(xiàn)能發(fā)生轉(zhuǎn)化作用的菌屬主要有：Streptococcuspneumoniae、Haemophilus（嗜血桿菌屬）、Bacillus、Neisseria（奈瑟氏球菌屬）、Rhizobium（根瘤菌屬）、Staphylococcus、Pseudomonas和Xanthomonas中多見(jiàn)。在若干放線菌和藍(lán)細(xì)菌以及Saccharomycescerevisiae、Neurosporacrassa（粗糙脈胞菌）和Aspergillusniger中，也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。腸桿菌科的一些細(xì)菌很難進(jìn)行轉(zhuǎn)化，主要原因一方面由于外來(lái)DNA難以摻入到細(xì)胞中，另一方面在受體細(xì)胞內(nèi)常存在可降解線形DNA的核酸酶。如果用CaCl2處理E.coli的球狀體，就可以使之發(fā)生低頻率的轉(zhuǎn)化。另外，可利用霉菌的原生質(zhì)體進(jìn)行轉(zhuǎn)化。兩個(gè)菌種或菌株之間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，與它們?cè)谶M(jìn)化過(guò)程中的親緣關(guān)系有著密切的關(guān)系。但即使在轉(zhuǎn)化率極高的菌種中，其不同菌株間也不一定都能發(fā)生轉(zhuǎn)化。自然轉(zhuǎn)化的普遍性：49Ⅱ.接合

（合作）

細(xì)菌有性生殖細(xì)胞核質(zhì)粒大腸桿菌的接合是通過(guò)性纖毛（中空）進(jìn)行的。

F因子、降解性質(zhì)?？赏ㄟ^(guò)此形式傳遞。50接合（conjugation）定義：供體菌（“雄”）通過(guò)其性菌毛與受體菌（“雌”）相接觸，前者傳遞不同長(zhǎng)度的DNA給后者，并在后者細(xì)胞中進(jìn)行雙鏈化或進(jìn)一步與核染色體發(fā)生交換、整合，從而使后者獲得供體菌的遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為接合。通過(guò)接合而獲得新性狀的受體細(xì)胞就是接合子（conjugant）特點(diǎn)：細(xì)胞接觸51接合（conjugation）存在范圍：細(xì)菌：G–較為多見(jiàn)如E.coli、Salmonella、Shigella、Serratia、Vibrio、Azotobacter、Klebsiella和Pseudomonas等最為常見(jiàn)放線菌：Streptomyces、Nocardia接合還可發(fā)生在不同屬的菌種之間，如E.coli與Salmonellatyphimurium之間或S.typhimurium與Shigelladysenteriae之間E.coli的F因子：決定性別的質(zhì)粒，屬于附加體（episome），可以通過(guò)接合作用獲得，也可以通過(guò)丫啶類化合物、溴化乙錠或絲裂霉素C的處理而消除。5253（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）（間諜竊?。┩ㄟ^(guò)噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組，無(wú)需細(xì)胞接觸。在自然界中比較普遍。噬菌體進(jìn)入供體細(xì)胞宿主的核染色體被切斷成熟與包裝之際形成不帶噬菌體自身DNA的噬菌體（假噬菌體）（完全缺陷噬體）與受體接觸感染a.完全轉(zhuǎn)導(dǎo)(completetransduction)b.局部轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction)由部分缺陷的噬菌體把少數(shù)特定的基因攜帶到受體菌中，并獲得轉(zhuǎn)導(dǎo)的現(xiàn)象。54LA-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(mén)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(guò)，噬菌體可以通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)能合成色氨酸間諜侵入、重組轉(zhuǎn)移導(dǎo)手LA-22是不能

合成色氨酸（B-）但能合成組氨酸（A+）的沙門(mén)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

55（四）原生質(zhì)體融合（protoplastfusion）通過(guò)人為的方法使兩個(gè)遺傳性狀不同的細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，得到同時(shí)具有雙親性狀的、遺傳穩(wěn)定的融合子（fusion），該過(guò)程稱原生質(zhì)體融合。（20世紀(jì)70年代）原核、真核高等植物、人體細(xì)胞能進(jìn)行原生質(zhì)體融合的細(xì)胞非常廣泛步驟：用脫壁酶去除細(xì)胞壁混合（加聚二醇PEG），或電脈沖促進(jìn)融合培養(yǎng)，使之稱為完整細(xì)胞鑒定特點(diǎn)：1）重組頻率>10-1.（遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于誘變育種）

2）不同屬、科間亦可融合。56六、人工基因重組—遺傳工程遺傳工程是70年代初發(fā)展起來(lái)的生物技術(shù)。定義：對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行改造（人工干預(yù)下的雜交、轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)）的技術(shù)。工程：類似工程設(shè)計(jì)那樣有很高的預(yù)見(jiàn)性、精確性與嚴(yán)密性。57

a.遺傳工程的方法遺傳工程方法包括兩個(gè)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(gè)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(gè)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58在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細(xì)菌質(zhì)粒載體（具有抗性基因）如抵抗青霉素長(zhǎng)出必然是重組成功的細(xì)菌外源基因片段59

b.遺傳工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用對(duì)特殊基因進(jìn)行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級(jí)細(xì)菌”++60Ⅱ.耐汞工程菌

日本水俁事件及瑞典鳥(niǎo)類汞中毒事件后，日本和瑞典對(duì)汞在自然界轉(zhuǎn)化做了大量研究工作，提出了汞化合物轉(zhuǎn)化的途徑，主要是某些微生物使水體汞元素甲基化形成甲基汞，使人及生物中毒。另一面自然界中存在一些耐汞的微生物，它們的耐汞基因在質(zhì)粒R因子上。例如，惡臭假單胞菌一般在超過(guò)2ug／ml汞濃度中即將中毒死，查克拉巴蒂用質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)，把嗜油假單胞菌的耐汞質(zhì)粒(MER質(zhì)粒)轉(zhuǎn)移到惡臭假單胞菌中去，后者獲得MER質(zhì)粒，可在50~70ug／ml氯化汞中生長(zhǎng)。Ⅲ．脫色工程菌的構(gòu)建

將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的偏號(hào)Kx和Kd兩株假單胞菌通過(guò)質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。61基因工程方法看似簡(jiǎn)單，但在具體實(shí)施上有較大的難度。62降解石油的工程細(xì)菌

70年代美國(guó)生物學(xué)家查克撿巴蒂(Chakrabarty)針對(duì)海洋輸油，造成浮油污染，影響海洋生態(tài)等問(wèn)題進(jìn)行了研究。石油成分復(fù)雜，是由飽和、不飽和、直鏈、支鏈、芳香……烴類組成，不溶于水。而海水含鹽量高，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)菌，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)菌，獲得多質(zhì)?！俺?jí)細(xì)菌”，可除去原油中2／3的烴。63降解石油的工程細(xì)菌浮油在一般條件下降解需一年以上時(shí)間，用“超級(jí)細(xì)菌”只需幾小時(shí)即可把浮油去除，速度快效率高。見(jiàn)下圖。64注意：基因工程菌存在的問(wèn)題：安全性混合培養(yǎng)系中的生存性降解能力的安定性大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)65六、遺傳工程（Geneticengineering）50年代——遺傳物質(zhì)的研究70年代——基因工程誕生遺傳工程包括根據(jù)微生物在遺傳過(guò)程中發(fā)生的生物變異現(xiàn)象，獲得有利于人類的某些遺傳性狀。包括誘變育種（基因突變）、質(zhì)粒育種、DNA重組。1.誘變育種：就是利用物理化學(xué)等因素，誘發(fā)基因突變，并從中篩選出具有某一優(yōu)良性狀的突變體。出發(fā)菌株的選擇誘變劑的選擇：紫外線、X射線、亞硝酸鹽等誘變劑量的選擇：殺菌率為70～75%的紫外線突變體的篩選2.誘變育種的主要步驟66六、遺傳工程（Geneticengineering）3.誘變育種應(yīng)用微生物馴化獲得某些難降解物質(zhì)的優(yōu)良降解菌5.質(zhì)粒育種應(yīng)用石油降解功能菌的構(gòu)建烴類和抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建4.質(zhì)粒育種質(zhì)粒是原核微生物中除染色體外一類攜帶遺傳物質(zhì)的環(huán)狀DNA片斷，它能夠決定微生物的某些性狀。可以將兩種或多種微生物通過(guò)細(xì)胞結(jié)合或細(xì)胞融合技術(shù)，使供體菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體均體內(nèi)，使受體菌同時(shí)具有多種功能。67誘變育種：是用物理或化學(xué)的誘變劑使誘變對(duì)象內(nèi)的遺傳物質(zhì)（DNA）的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起性狀變異并通過(guò)篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方法。誘變育種具有極其重要的實(shí)踐意義。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)和其他微生物生產(chǎn)部門(mén)所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎毫無(wú)例外地都是通過(guò)誘變育種而明顯提高其生產(chǎn)性能的。誘變育種68誘變育種的步驟：原始菌種純化斜面/肉湯培養(yǎng)單孢子/單細(xì)胞懸液誘變劑處理平板分離移至斜面小試中試初篩復(fù)篩計(jì)算存活率觀察形態(tài)變異，挑單菌落良種保藏原菌種特性鑒定69誘變育種的基本過(guò)程：選擇選擇合適的出發(fā)菌株↓制備待處理的菌懸液↓誘變處理↓篩選↓保藏和擴(kuò)大試驗(yàn)70七、基因工程（Geneticengineering）50年代——遺傳物質(zhì)的研究70年代——基因工程誕生1.定義：用人為的方法把供體生物DNA導(dǎo)入受體生物中，并在其中“安家落戶”，進(jìn)行正常的復(fù)制表達(dá)，從而獲新物種的一種育種技術(shù)。是一種分子水平上的遺傳重組技術(shù)。對(duì)特殊基因進(jìn)行“剪切－粘貼－鏈接”制造“超級(jí)細(xì)菌”++71

①用人為的方法，把供體生物的DNA大分子提取出來(lái)，②在離體的條件下，用工具酶進(jìn)行切割后，③把它與載體（vector）的DNA分子連接起來(lái)，④然后與載體一起導(dǎo)入受體生物。2.步驟：72<1>目的基因的取得：供體細(xì)胞中提取分離合成<2>載體的選擇：對(duì)載體的要求具