華北理工水處理生物學(xué)教案03細(xì)菌的生長和遺傳變異

課程名稱：《水處理生物學(xué)》第工講次，總16講

摘要

第章細(xì)菌的生長和遺傳變異

授課題目（章、節(jié)）3

第一節(jié)細(xì)菌的生長及其特性

本講目的要求及重點(diǎn)難點(diǎn):

【目的要求】

?細(xì)菌生長量的測定方法：計(jì)數(shù)法與生長量測定法，各種方法的使用情況；

?間歇培養(yǎng)方式下細(xì)菌的生長曲線；

?生物膜的生長特點(diǎn)。

【重點(diǎn)】間歇培養(yǎng)方式下細(xì)菌生長各個(gè)階段的特點(diǎn)。

【難點(diǎn)】理解間歇培養(yǎng)方式下細(xì)菌生長各個(gè)階段的特點(diǎn)以及生長曲線的應(yīng)用。

內(nèi)容

【本講課程的引入】

在營養(yǎng)充分的條件下，細(xì)菌每二十分鐘就會(huì)繁殖一代，細(xì)菌數(shù)量增長迅速。那

在細(xì)菌數(shù)量會(huì)無限度增長嗎，細(xì)菌的增長遵循什么樣的規(guī)律呢？

【本講課程的內(nèi)容】

3.1細(xì)菌的生長及特性

3.1.1生長與繁殖

同化作用大于異化作用E寸，細(xì)胞質(zhì)的量增加，表現(xiàn)在細(xì)胞體積或重量的不斷增

加，這種現(xiàn)象稱生長。

生長一定程度后細(xì)胞分裂，這就是繁殖。

個(gè)體的生長和繁殖體現(xiàn)為群體的生長（微生物重量或數(shù)目的增加）。

群體生長=個(gè)體生長+個(gè)體繁殖

在微生物學(xué)中“只有群體的重復(fù)''才有意義，因此“生長”一般指群體生長。

3.1.2細(xì)菌的生長測定方法

（一）計(jì)數(shù)法

1、直接計(jì)數(shù)法（顯微鏡）

匚涂片染色法：一定量樣品涂布在載玻片上（紅血球計(jì)數(shù)板），染色后計(jì)數(shù)。

匚濾膜染色法：一定量樣品過'濾到濾膜上，然后染色計(jì)數(shù)。

?一定最樣品過濾到濾膜上，然后染色計(jì)數(shù)。

?需要知道濾液的體積和濾膜的面積。

?在顯微鏡下計(jì)數(shù)，方法相同。

(c)Numberdcellsper

milliliterUbacterialwspensioft：

14oilsX20,000,000-

ISX10lcril$/mL

inseveralUrgesquaresare

countedandthenumbers

imaged.Thelargesquare

shownh?ehM14bacterial

比例計(jì)數(shù)法——將已知顆粒濃度的液體與待測菌液按一定比例混合后在顯微鏡

下，測各自的數(shù)目。

比例——樣品菌液與等體積（或成一定比例）的血液混合，觀測二者比例

紅血球數(shù)已知（男性400-500萬個(gè)/mL,女性350?450萬個(gè)/mL）,平均400

萬個(gè)/mL

?全細(xì)胞染色法（死活不分〉：DAPI染色，DTAF

有必要區(qū)分細(xì)菌的死活嗎？飲用水中衛(wèi)生細(xì)菌學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是TBCU00個(gè)/mL（平板

計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)），如果我們采用染色顯微鏡檢測技術(shù)對(duì)剛剛加氯消毒的飲用水進(jìn)行檢

測，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌數(shù)量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100個(gè)/mL,是不是飲用水就是不合格的飲用

水呢？

?活菌直接計(jì)數(shù)（DVC,DirectViableCounts）

?美藍(lán)染色法（酵母活細(xì)胞計(jì)數(shù)）（活細(xì)胞：無色，死細(xì)胞：藍(lán)色）

?町咤橙（AO）染色直接計(jì)數(shù)

?BacLight染色直接計(jì)數(shù)法

?NA法

?CTC染色直接計(jì)數(shù)

?FISH（熒光原位雜交法）FluorescenceInsituhybridzalion16sRNA的堿基

組成一設(shè)計(jì)特異的探針（probe）

2、間接計(jì)數(shù)法——一種活菌計(jì)數(shù)法

匚平板計(jì)數(shù)法：

?描述：CFU（colonyfbnnationunit）/tnL

?將一定體積的菌液，均勻涂布在固體培養(yǎng)基上（例如水中細(xì)菌總數(shù)采用的

營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基），一定溫度下培養(yǎng)，計(jì)數(shù)平板形成的菌落，一個(gè)菌落代表

一個(gè)細(xì)菌。

?計(jì)數(shù)活細(xì)菌，死細(xì)菌不能夠生長

?注意：一般可培養(yǎng)的微生物很少，計(jì)數(shù)結(jié)果與采用顯微鏡直接計(jì)數(shù)的結(jié)果

差幾百倍，甚至千、萬。

濾膜法：過濾到濾膜上（把膜放在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)），然后把濾膜貼到培養(yǎng)基上,

細(xì)菌獲得營養(yǎng)而生長，形成菌落?！竽c菌群測定

匚液體計(jì)數(shù)法（MPN法，mastprobablenumber法）最可能數(shù)法

?特點(diǎn)：液體培養(yǎng)、統(tǒng)計(jì)學(xué)查表計(jì)數(shù)

?主要用于不能在平板培養(yǎng)基上形成菌落的菌（硝化菌、反硝化菌、硫酸

還原菌)

?將菌接種于液體培養(yǎng)基，經(jīng)過一段時(shí)間培養(yǎng)，采用一定的技術(shù)來檢測是否

有細(xì)菌生長。例如硫酸鹽還原菌的檢測是利用它們生長時(shí)產(chǎn)生的硫化亞鐵

黑色特征進(jìn)行檢測，按MPN法進(jìn)行計(jì)數(shù)。

(二)測生長量法

(1)測體積：粗放的方法，離心或自然沉降后觀察體積；

(2)測細(xì)胞干重：離心法、過游法兩種：105?110。(2下干燥后稱重(干重約為濕重

的10?20%)

活性污泥濃度測定方法：MLSS(mixedliquidsuspendedsolid)混合懸浮固體；

MLVSS(mixedliquidvolatilesuspendedsolid)550℃、2h、馬福爐

(3)比濁法/光密度法ODCopticaldensity)A=450?660nm,可見光

細(xì)菌不完全透光，一定范圍內(nèi)菌溶液的混濁度與菌數(shù)量成正比

(4)測細(xì)胞含碳量POC(particulateorganiccarbon)TOC(totalorganiccarbon)：

總有機(jī)碳；DOC(dissolvedorganiccarbon)：溶解性有機(jī)碳

(5)細(xì)胞含氮量：細(xì)菌含氮量12.5%、酵母為7.5%；粗蛋白量=6.25xN量

(6)DNA、蛋白質(zhì)：同一細(xì)菌所DNA和蛋白質(zhì)的量相對(duì)穩(wěn)定，所以

可以測DNA、蛋白質(zhì)。

(7)ATP、RNA可以反映活性微生物的量

(8)微生物醍類：1g細(xì)胞平均含"imol醍類。

3.1.3細(xì)菌的生長特性

(一)幾種培養(yǎng)方式

(I)間歇培養(yǎng)(Batchcultivation)：將少量細(xì)菌接種于一定量的液體培養(yǎng)基

內(nèi)，在一定條件下培養(yǎng)。培養(yǎng)過程不投加或取出任何東西。這種培養(yǎng)方式叫間歇培

養(yǎng)。

接種

(2)連續(xù)培養(yǎng)(continuouscultivation)是一種連續(xù)進(jìn)料又連續(xù)出料的培養(yǎng)方式,

根據(jù)控制因素的不同分為

恒濁連續(xù)培養(yǎng)(lurbidostat)：培養(yǎng)基提供足夠量的營養(yǎng)元素，細(xì)菌保持最大速

率生長，通過控制進(jìn)料流速保持細(xì)菌濁度一定，使其處于對(duì)數(shù)生長期。

恒化連續(xù)培養(yǎng)(chemostat)：固定恒定的進(jìn)料流速，同樣的流速排出，反應(yīng)器

中營養(yǎng)物質(zhì)濃度不變，為限制性營養(yǎng)因子控制生長。

(3)半連續(xù)培養(yǎng)(semi-batchcultivation半間歇式

(4)分批補(bǔ)料式培養(yǎng)(fedbatch)：以低速把高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)連續(xù)加入培養(yǎng)器中，

但不出料。特點(diǎn)：能任意控制培養(yǎng)液中的底物濃度，所以沒有流出。供應(yīng)速度與微

生物消費(fèi)速度達(dá)到平衡，所以能保持一定的濃度，體積是隨時(shí)間變化的。

illanddraw

（二）間歇培養(yǎng)（Batchcultivation）條件下細(xì)菌的生長曲線（growthcun?e）

細(xì)胞量隨時(shí)間的變化曲線稱生長曲線。

<1）細(xì)菌生長曲線（按細(xì)筐重量繪制）

生

長

速

度

細(xì)

菌

數(shù)

的

對(duì)

粉

時(shí)間

細(xì)菌生長各個(gè)階段的特點(diǎn)為：

□緩慢期（適應(yīng)期））

底物特點(diǎn)：底物充足（重要）

細(xì)菌特點(diǎn)：

?生長速率常數(shù)近于零（重要）

?細(xì)胞形態(tài)變大，但基本不分裂（重要）

?rRNA含量增高

?合成代謝較活躍

□對(duì)數(shù)生長期

底物特點(diǎn)：底物充足，大量被細(xì)菌消耗，降解速率最高（重要）

細(xì)菌特點(diǎn)：

?生長速率最大，呈對(duì)數(shù)生長，世代時(shí)間（generationtime）最短（重要）

?酶系活躍、代謝旺盛

?細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，體內(nèi)各成分最為均勻

□穩(wěn)定期（平衡器、靜止期）

?底物特點(diǎn)：底物被大量消耗，不能夠維持對(duì)數(shù)期細(xì)菌高生長速率所需要的

有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)菌生K率下降（重要）

?細(xì)菌特點(diǎn)：細(xì)菌數(shù)量增多，由于底物被大量消耗，很難維持細(xì)菌的對(duì)數(shù)生

長速率。生長和死亡處于平衡狀態(tài)，凈增長速度為零（重要）

?□衰老期（內(nèi)源呼吸期）

?底物特點(diǎn)：底物被微生物大量耗盡，微生物因得不到營養(yǎng)，而進(jìn)行內(nèi)源呼

吸。（重要）

細(xì)菌特點(diǎn)

?由于食物大量被消耗，細(xì)菌由于得不到營養(yǎng)而利用自身的營養(yǎng)物質(zhì)來維持

生理活動(dòng)，細(xì)胞會(huì)發(fā)生自溶現(xiàn)象（autolysis）（重要）

?往往產(chǎn)生芽抱

（三）細(xì)菌生長的數(shù)學(xué)描述

生長與基質(zhì)濃度的關(guān)系公1

微生物比增長速度：單位時(shí)間，單位微生物量的增加量"二幫二

（四）細(xì)菌生長期與廢水生物處理：

水處理中如何避免緩慢期？

?接種對(duì)數(shù)期或代謝旺盛的污泥

?增加接種量

?污泥馴化（以后詳細(xì)講）

微生物維持到對(duì)數(shù)期可茯得高的處理能力，即分解速度高，但處理效果不一定

好？

?菌活力大，不易凝聚和沉淀

?需要充足的營養(yǎng)物，故得不到好的水質(zhì)

處于穩(wěn)定期污泥雖然生長速度有所下降，但有?定的代謝活性，絮凝沉降性能

好。故傳統(tǒng)的活性污泥法常運(yùn)行在這個(gè)范圍。

衰亡期只出現(xiàn)在某些特殊的水處理場合，如延時(shí)曝氣及污泥消化，出水水質(zhì)好。

3.1.4微生物膜的生長特性

（-）生物膜的生長

液體培養(yǎng)基中加入固體物質(zhì)（載體），微生物在其表面吸附、生長、繁殖形成

形成膜，這種膜叫微生物膜C

?生物膜的生長，膜厚的增加，密度也將發(fā)生變化

從單位固體表面積上的微生物量（mg/cm2）上看可分為6個(gè)階段

?延滯期、加速增長期、恒速增長期、減速增長期、安定期、脫落期

d

e院宅及咕范

，好久性網(wǎng)生枷00死艙

01.4生物成片（D模式倒

〈出殃CWRJ1.3U向1>>

（1）延滯期：細(xì)胞吸附在固體表面上的過程（沉降）

影響吸附速度的因子：材質(zhì)、表面性質(zhì)、形狀、細(xì)胞的性質(zhì)、操作條件

（2）加速增長期：還沒有形成完整的膜

（3）恒速增長期：活性細(xì)胞量達(dá)到最大，形成完整的膜。膜表面凹凸不平。

（4）減速增長期：恒速增長期與安定期的過渡期，持續(xù)時(shí)間短。

（5）安定期：增長速度與脫落速度相平衡，膜量及膜厚達(dá)到最大值。

（6）脫落期：外因：流體的剪切力；內(nèi)因：細(xì)菌的死亡、氣泡的形成，細(xì)胞外高

分子量的變化。

（二）生物膜的特性

（1）有效膜厚：并不是全部有活性，70?200pm（平均100pm）,并不是越厚越

好。

（2）密度（與膜厚有關(guān)）

微生物膜的濕密度：密度有時(shí)小于水，一般接近于1。（因?yàn)橛袣馀莸拇嬖冢?/p>

（3）組成：（g?/g-生物膜）

濕生物膜組成（體積比）：細(xì)胞5-15%,氣泡2-18%,水70—90%

生物膜干組成：（g-/g-生物膜）COD：0.47、TOC：0.46、T-N：0.11、T-P：0.22

（4）生物膜的測量方法

膜厚=膜體積/載體表面積=生物膜濕重/表面積

生物膜濕重=（載體+膜）一載體

生物膜生物量的測定方法：超聲波脫落，按照細(xì)菌數(shù)量測定。

【本講課程的小結(jié)】

本講主要介紹了細(xì)菌生長的測定方法以及間歇培養(yǎng)方式下細(xì)菌的生長曲線，主

要掌握各個(gè)階段細(xì)菌生長與底物利用的特點(diǎn)。

【本講課程的作業(yè)與復(fù)習(xí)】

作業(yè)：間歇培養(yǎng)方式下細(xì)菌的生長曲線（按照對(duì)數(shù)繪制），并介紹各個(gè)階段細(xì)

菌生長與底物利用的特點(diǎn)？

課下兔習(xí)：了解細(xì)菌生長量的測定方法，理解細(xì)菌生長曲線。

課程名稱：《水處理生物學(xué)》第二講次，總16講

摘要

第章細(xì)菌的生長和遺傳變異

授課題目（章、節(jié)）3

第二節(jié)細(xì)菌的遺傳與變異

本講目的要求及重點(diǎn)難點(diǎn)：

【目的要求】

?細(xì)菌遺傳與變異的基本知識(shí)、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)；

?遺傳性狀的表達(dá)——基因表達(dá)：

?基因突變的機(jī)制、基因重組的方式；

?誘變育種與質(zhì)粒育種；

?基因工程、基因工程在環(huán)境工程中的應(yīng)用。

【重點(diǎn)】基因突變的機(jī)制、基因重組的方式、誘變育種與質(zhì)粒育種、基因工程、基因工程

在環(huán)境工程中的應(yīng)用。

【難點(diǎn)】理解基因工程與遺傳工程在水處理中的應(yīng)用

內(nèi)容

【本講課程的引入】

“種瓜得瓜，種豆得豆”、“龍生九子，各不相同”這都是關(guān)于遺傳變異的諺

語。微生物的遺傳變異又是如何發(fā)生的呢？

【本講課程的內(nèi)容】

3.2.1遺傳與變異的基本概念

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。

?“種瓜得瓜種豆得豆”

?繼承親代優(yōu)點(diǎn)，保持物種延續(xù)

?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。

變異：任何--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）。細(xì)菌的變異包括基

因突變和基因重組。

?“龍生九子，各不相同”

?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，匚環(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。

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A勺變異等。

定向培育：有目的地控制微生物生長條件，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)o有毒有害廢水、難降解廢水處理,

通過馴化，增強(qiáng)微生物的降解能力，提高處理效果。

3.2.2遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

(1)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)。

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)----EGriffith,

研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae(肺炎雙球菌)

SHI型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性

RH型菌株：無莢膜，菌落表面粗糙，無致病性

Griffith

轉(zhuǎn)化試驗(yàn)示意圖

(2)DNA的化學(xué)組成

DNA是一種高分子化合物，它由四種核甘酸組成，每一種核甘酸均含環(huán)狀堿

基、脫氧核糖和磷酸根三種組分。四種堿基為：腺喋吟A、鳥喋吟G、胸腺喀咤T、

胞喀嚏Co

磷酸腺嚓吟A

核苜酸f戊糖

核昔t堿基<鳥噂吟G

胞嘴咤C

胸腺喀咤T

(3)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA是由兩條多核甘酸分子的長鏈所組成。兩條長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

(4)DNA復(fù)制

DNA的復(fù)制過程首先是DNA的雙鏈從一端打開，分離成兩條單鏈，然后以

每條單鏈為模板，通過堿基配對(duì)逐漸建立起完全互補(bǔ)的一套核甘酸單位，新連接上

的多核苜酸與原有的多核甘酸鏈重新形成新的雙螺旋DNAo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。

（5）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)體口。（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：無核膜包裹，呈松散無定型狀態(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）

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。

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l(wèi)OOObp（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)策和排列序列不同。

基因的分類

?結(jié)構(gòu)基因（structuregene）

?操縱基因（operator）

?啟動(dòng)基因（promotor）

?調(diào)節(jié)基因（regulator）：控制結(jié)構(gòu)基因的活性

⑥密碼水平（信息單位）

?遺傳密碼：DNA上各個(gè)核甘酸的特定排列順序。每個(gè)密碼子由3個(gè)核甘酸

順序來決定。

⑦核苜酸水平（最低交換單位、突變單位）

（4）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

R因子一R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。

?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。

F因子（Fertilityfactor）、致育因子、性因子

F因子是E.coli中決定性別的質(zhì)粒。62x106Da,94.5kbp。

?有F因子的細(xì)菌：F-雄菌

?沒有F因子的細(xì)菌：F-雌菌

降解性質(zhì)粒

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)：

二甲苯質(zhì)粒：XYL(Xylene)

辛烷質(zhì)粒：OCT(Octane)

甲苯質(zhì)粒：TOL(Toluene)

素質(zhì)粒;NAP(Napthalene)

樟腦質(zhì)粒：CAM(Camphor)

水楊酸質(zhì)粒：SAL(Salicylate)

(5)生物分子的合成

細(xì)菌的繁殖體現(xiàn)為：DNA、RNA、蛋白質(zhì)等的合成

(6)DNA體外擴(kuò)增技術(shù)

PCR(PolymeraseChainReaction)DNA多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

3.2.3遺傳信息的表達(dá)一基因表達(dá)

細(xì)菌的繁殖體現(xiàn)為：DNA、RNA、蛋白質(zhì)等的合成

(I)核糖核酸RNA：RNA——核糖(DNA為脫氧核糖)尿喘咤U代替胸腺啥咤

T

(3)三種RNA

?信使核糖核酸mRNA：指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

?核蛋白體核糖核酸rRNA：rRNA與蛋白質(zhì)組成核糖體，使蛋

白質(zhì)(多肽)的合成場所；

?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。

(4)基因表達(dá)：基因上貯存的遺傳信息需要通過一系列的變化過程才能夠在

生理上或形態(tài)上表達(dá)出相應(yīng)的遺傳性狀。

?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的過程稱為轉(zhuǎn)錄?；駾NA上遺傳信息轉(zhuǎn)錄下的RNA

即為mRNA。

?翻譯：轉(zhuǎn)錄后的mRNA作為合成蛋白質(zhì)的模板，/且由mRNA的堿基

排列順序決定多肽鏈中氨基酸的排列順序，即遺傳信息到蚩白質(zhì)的傳遞

為翻譯。

?由基因DNA所決定的酶通過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)。

3.2.4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)體基因重新組合

（1）基因突變

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）。

?染色體畸變——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

（2）基因突變的原因

?白發(fā)突變：由于臼然界的某些物理化學(xué)因子的干擾（輻射、良氧），也可由

微生物體內(nèi)代謝產(chǎn)物（亞硝酸鹽、過氧化氫）引起，自發(fā)突變頻率低10-5?

10-9

?誘發(fā)突變：通過施加物理化學(xué)因素（紫外線硝酸）誘變劑可大大提高突變

率）

（3）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無直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

?自發(fā)性：突變可以在沒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。

?可逆性：從原始的野生型基因到變異株的突變稱為正向突變（fonvard

mutation）,從突變株回到野生型的過程則稱為回復(fù)突變或回變（back

mutation或reversemutation）<>

（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。

轉(zhuǎn)換：A-G,T—C

「堿基置換<A—T,A—C

顛換

（點(diǎn)突變,

G—C,G-T

〔移碼突變?nèi)笔В篈BCABtABCA

誘發(fā)突變〉時(shí)加添加：ABCA，BCAB

1C缺失：abcghijkl*

重復(fù):abcabcdef

添加，

［插入:abcPqrdef

易位：abcPqrghi

l倒位：abcfdeghi

點(diǎn)變異：一個(gè)或數(shù)個(gè)堿基發(fā)生變化

?堿基置換(substitution)

定義:對(duì)DNA來說，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)噪吟被另一個(gè)哽吟或是一個(gè)嚅嚏被另一

個(gè)崎咤所置換；

顛換(transversion),即一個(gè)噂吟被一個(gè)口密咤,或是一個(gè)哨咤被一個(gè)噂吟所置換▽

?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)核甘酸，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。

丫咤類染料，包括原黃素、丫咤黃、丫咤橙和a-氨基丫咤等，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。

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)

?重夏(duplication)

?易位(translocation)

?倒位(inversion)

?染色體數(shù)目的變化

自發(fā)突變機(jī)制

自發(fā)突變是指在沒有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。

3.2.5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。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。

(一)轉(zhuǎn)化(transformation)

定義：受體菌自然或在人工技術(shù)作用下直接攝取來自供體菌的游離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)移過程，稱為轉(zhuǎn)

化。轉(zhuǎn)化后的的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子(transformant)6

?發(fā)現(xiàn)：R型活菌+S型死菌-TS型活菌

?無需細(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)化于非轉(zhuǎn)化于CH）

.圖8-25轉(zhuǎn)化過程示意圖

人工轉(zhuǎn)化——是通過人為誘導(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：

□CaC12處理細(xì)胞，使其成為能攝取外源DNA的感受態(tài)狀態(tài).

□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）能通過這些小孔進(jìn)入細(xì)胞。

（二）接合（conjugation）

定義：供體菌（“雄”）通過其性菌毛與受體菌（“雌”）相接觸，前者傳遞不同

長度的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。

?通過接合而獲得新性狀的受體細(xì)胞就是接合子（conjugant）

?研究方法：1946年J.Lederberg等采用E.coli的兩根營養(yǎng)缺陷型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，

奠定了方法學(xué)基礎(chǔ);也為以后的微生物遺傳學(xué)提供了必要的條件。

存在范圍：

細(xì)菌：G-較為多見如E.colixSalmonella>ShigcJa>ScrratiaVibrio、

Azotobacter、Klebsiella和Pseudomonas等最為常見

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）,可以通過接合作

用獲得，也可以通過丫咤類化合物、澳化乙錠或絲裂霉素C的處理而消除。

接合（conjugation）：細(xì)胞直接接觸而進(jìn)行的基因重組。大腸桿菌的接合是通過性纖

毛（中空）進(jìn)行的。

F因子、降解性質(zhì)?？赏ㄟ^此形式傳遞

閨3-224片不同修解購接合在川-爻體鍛單胞由巾的模式

（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）（間諜竊?。?/p>

通過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組,無需細(xì)胞接觸,在自然界中比較普遍。

噬菌體進(jìn)入供體細(xì)胞|匚＞|宿主的核染色體被切斷

口

a完全轉(zhuǎn)導(dǎo)||成熟與包裝之際形成不帶噬菌體自身DNA的噬菌體（假噬

（complete|菌體）（完全缺陷噬體）_________________________________

transduction）。

與受體接觸~|匚＞|感染

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。

（四）原生質(zhì)體融合（protoplastfusion）

通過人為的方法使兩個(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）,該過程稱原生質(zhì)體融合。（20世紀(jì)70

年代）

3.2.6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：

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篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方

法。

2.誘變育種的主要步驟

?出發(fā)菌株的選擇

?誘變劑的選擇：紫外線、X射線，亞石肖酸鹽等

?誘變劑量的選擇：殺菌率為70?75%的紫外線

?突變體的篩選

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

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。

5.質(zhì)粒育種應(yīng)用

?石油降解功能菌的構(gòu)建

?燒類和抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建

3.2.6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)基因工程定義：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)擷集基因進(jìn)行"剪切一粘貼一健接”制造

“超級(jí)細(xì)菌”

(2)步驟：□用人為的方法，把供體生物的DNA大分子提取出來，□在離體的條

件下，用工具酶進(jìn)行切割后，口把它與載體(v