第三章细菌的生长和遗传变异-2.ppt

第三章第三章 细菌细菌(xjn)的生长和的生长和遗传变异遗传变异3.2 细菌细菌(xjn)的遗传与变异的遗传与变异1第一页，共八十一页。主要(zhyo)内容n一、遗传与变异的基本概念n二、遗传的物质基础n三、遗传信息的表达基因表达n四、微生物的基因突变n五、基因重组n六、遗传工程（Genetic engineering）n七、基因工程（Genetic engineering）n八、微生物的驯化活性污泥驯化n九、核酸(h sun)探针杂交和PCR技术在环境保护中的应用2第二页，共八十一页。自学(zxu)作业n细菌遗传的物质基础是什么？n简述DNA的复制过程？n请说明什么是点突变和染色体畸变、自发突变和诱发突变？n请分别解释转化、接合、转导，三者的区别是什么？n请简要说明遗传工程在环境工程中的应用？n废水处理中驯化(xnhu)的作用是什么？3第三页，共八十一页。n遗传性：遗传性：亲代性状在子代重现，使其子代的性状与亲代基本上一致的现象。n n“种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆”n n继承亲代优点，保持物继承亲代优点，保持物种种(wzhng)(wzhng)延续延续遗传性遗传性一、遗传(ychun)与变异的基本概念4第四页，共八十一页。n细菌(xjn)同其他生物一样，有其固有的遗传性。n细菌的遗传是在系统发育过程中形成的，系统发育愈久的细菌，其遗传的保守程度愈大，越不易受外界环境条件的影响。n老龄菌遗传保守程度比幼龄菌大。遗传性遗传性一、遗传(ychun)与变异的基本概念5第五页，共八十一页。变异：任何一种生物，亲代和子代之间在生理、形态方面都有一定的差异，这种现象叫变异（个体(gt)形态、菌落形态、生理生化特性、代谢产物）“龙生九子，各不相同龙生九子，各不相同龙生九子，各不相同龙生九子，各不相同”变异性变异性基因突变基因重组定义：细菌的遗传性状变化(binhu)称变异6第六页，共八十一页。细菌细菌(xjn)易变异易变异细菌的繁殖快，又与外界环境接触面积大环境条件在短时期内对菌体产生多次影响，在受物理、化学因素(yn s)影响后，易产生适应新环境的酶（诱导酶），从而改变原有的特性，即产生了变异。变异不一定都有遗传性变异不一定都有遗传性7第七页，共八十一页。细菌细菌(xjn)变异形式：变异形式：个体形态的变化，菌落形态个体形态的变化，菌落形态(光滑型粗光滑型粗糙型糙型)的变异，营养要求的变异，对温度、的变异，营养要求的变异，对温度、pH要求的变异，毒性的变异，抗毒能力要求的变异，毒性的变异，抗毒能力的变异，生理的变异，生理(shngl)生化特性的变异及代生化特性的变异及代谢途径、产物的变异等。谢途径、产物的变异等。8第八页，共八十一页。定向培育：有目的地控制微生物生长条件，使其向人类需要(xyo)的方向变异。在污水生物处理中称为驯化（acclimation、adaption）有毒有害废水、难降解废水处理，通过驯化，增强微生物的降解能力(nngl)，提高处理效果。9第九页，共八十一页。二、遗传(ychun)的物质基础1.细菌(xjn)的遗传物质：2.一切生物遗传的物质基础是核酸（特别是核酸（特别是DNA）10第十页，共八十一页。1928年，年，Griffith进行了以下几组实验：进行了以下几组实验：（1）动物实验）动物实验对小鼠注射对小鼠注射(zhsh)活活RII菌或死菌或死SIII菌菌 小鼠存活小鼠存活对小鼠注射活对小鼠注射活SIII菌菌小鼠死亡小鼠死亡对小鼠注射活对小鼠注射活RII菌和热死菌和热死SIII菌菌 小鼠死亡小鼠死亡抽取心血抽取心血 分离分离活的活的SIII菌菌nF.Griffith，n研究研究(ynji)对象：对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）（肺炎双球菌）nSIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性nRII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性证明核酸证明核酸(h sun)是遗传物质基础的经典转化实验是遗传物质基础的经典转化实验（transformation）11第十一页，共八十一页。Griffith转化试验转化试验(shyn)示意示意混合混合(hnh)培培养养RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型热死菌型热死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康(jinkng)健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死Griffith转化试验示意图转化试验示意图12第十二页，共八十一页。（2）细菌培养）细菌培养(piyng)实验实验（3）S型菌的无细胞型菌的无细胞(xbo)抽提液试验抽提液试验以上实验说明：以上实验说明：加热杀死的加热杀死的SIII型细菌细胞型细菌细胞(xbo)内可内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型细型细胞并使胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII型细胞。型细胞。热死热死SIII菌菌不生长不生长活活 RII 菌菌长出长出RII菌菌热死热死SIII菌菌长出大量长出大量RII菌和菌和10-6SIII菌菌活活R菌菌+S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液长出大量长出大量R菌和少菌和少量量S菌菌+活活RII菌菌平皿培养平皿培养13第十三页，共八十一页。二、遗传(ychun)的物质基础2.DNA的化学组成 DNA是一种高分子化合物，它由四种核苷酸组成，每一种 核苷酸均含环状碱基、脱氧核糖和磷酸环状碱基、脱氧核糖和磷酸(ln sun)根根三种组分。四种碱基为：腺嘌呤腺嘌呤A、鸟嘌呤、鸟嘌呤G、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶T、胞嘧啶、胞嘧啶C。核苷酸腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖碱基磷酸核苷14第十四页，共八十一页。3.DNA双螺旋结构4.DNA是由两条多核苷酸分子的长链所组成两条多核苷酸分子的长链所组成。两条长链之间靠碱基上的氢键作用相联结氢键作用相联结，遵循配对(pi du)原则：AT，GC 15第十五页，共八十一页。4.DNA复制 DNA的复制过程首先(shuxin)是DNA的双链从一端打开双链从一端打开，分离成两条单链，然后以每条单链为模板单链为模板，通过碱基配对逐渐 建立起完全互补的一套核苷酸单位完全互补的一套核苷酸单位，新连接上的多核苷 酸与原有的多核苷酸链重新形成新的双螺旋DNA。16第十六页，共八十一页。4.DNA复制 在DNA聚合酶的催化下，一个个DNA分子最终复制成两个分子最终复制成两个结构完全相同的结构完全相同的DNA，从而，从而(cng r)将遗传信息传递给子代将遗传信息传递给子代。复制后的DNA分子有一条新链和一条旧链一条新链和一条旧链组成，称为半保留复制。17第十七页，共八十一页。三、遗传信息的表达(biod)基因表达(biod)基因：具有遗传功能的DNA分子的片段，平均含有1000bp（碱基对）。一个(y)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。基因：能够表达和产生基因产物（蛋白质或基因：能够表达和产生基因产物（蛋白质或RNA）的）的DNA序列。序列。26第二十六页，共八十一页。1.核糖核酸RNA RNA核糖（DNA为脱氧核糖）尿嘧啶U代替(dit)胸腺嘧啶T三、遗传信息的表达(biod)基因表达(biod)2.三种RNA （1）信使核糖核酸信使核糖核酸(h tn h sun)mRNA：指导蛋白质的合成 （2）核蛋白体核糖核酸核蛋白体核糖核酸rRNA：rRNA与蛋白质组成核糖 体，是蛋白质（多肽）的合成场所；（3）转运核糖核酸转运核糖核酸tRNA：可识别mRNA上的信息，并将特 定的氨基酸运送到rRNA上供蛋白质合成。3.密码子 RNA上每三个碱基决定一个氨基酸细菌的繁殖体现为：DNA、RNA、蛋白质等的合成27第二十七页，共八十一页。三、遗传信息的表达(biod)基因表达(biod)4.基因表达：基因表达：基因上贮存的遗传信息需要通过一系列的变化过 程才能够(nnggu)在生理上或形态上表达出相应的遗传性状。需要经过转录转录翻译翻译表表达达三个过程。（1）转录：以DNA双链中的一条链为模板，按互补方式合成RNA，遗传信息由DNA到RNA的过程(guchng)称为转录。基因基因DNA上遗传信息转录下的上遗传信息转录下的RNA即即为为mRNA。28第二十八页，共八十一页。三、遗传信息的表达(biod)基因表达(biod)（2）翻译：转录后的mRNA作为合成蛋白质的模板，并且由mRNA的碱基排列顺序(shnx)决定多肽链中氨基酸的排列顺序(shnx)，即遗遗传信息到蛋白质的传递为翻译传信息到蛋白质的传递为翻译。29第二十九页，共八十一页。三、遗传信息的表达(biod)基因表达(biod)（3）由基因DNA所决定的酶通过代谢作用建造出某种细胞结构（如荚膜、鞭毛、细胞成分等），从而使微生物表现出某种性状(xngzhung)，称为性状表达（发育）性状表达（发育）。30第三十页，共八十一页。四、微生物的基因突变四、微生物的基因突变(j yn t bin)微生物变异突变：由于生物体DNA改变而引起的遗传性状的改变基因重组：不同个体间基因重新组合不同个体间基因重新组合 突变染色体畸变染色体畸变细胞学上可以看到染色体的变化细胞学上可以看到染色体的变化基因突变基因突变细胞学上看不到遗传物质的变化细胞学上看不到遗传物质的变化 定义：DNA链上因碱基的缺失、置换缺失、置换(zhhun)、插入而发、插入而发生的碱基排列顺序的变化生的碱基排列顺序的变化，从而导致表现形状发从而导致表现形状发生了可遗传的变化生了可遗传的变化，这种现象叫基因突变（变异）。1.基因突变(j yn t bin)31第三十一页，共八十一页。2.基因突变(j yn t bin)的原因v 自发突变：自发突变：由于自然界的某些物理化学因子的干扰（辐射、臭氧），也可由微生物体内代谢产物(chnw)（亚硝酸盐、过氧化氢）引起，自发突变频率低 10-510-9v 诱发突变：诱发突变：通过施加物理化学因素（紫外线硝酸）诱变剂可大大提高突变率）32第三十二页，共八十一页。3.微生物基因突变(j yn t bin)的特点适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。自自发发性性：突突变变可可以以在在没没有有人人为为诱诱变变因因素素(yn s)处处理理下下自自发发地地产产生。生。稀有性：突变率低且稳定。稀有性：突变率低且稳定。独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。可诱发性：诱变剂可提高突变率。可诱发性：诱变剂可提高突变率。稳定性：变异性状稳定可遗传。稳定性：变异性状稳定可遗传。可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变变（forward mutation），从突变株回到野生型的），从突变株回到野生型的 过程则称为回复突变或过程则称为回复突变或回变（回变（back mutation或或 reverse mutation）。）。33第三十三页，共八十一页。诱发突变点突变畸变缺失：添加易位：倒位：重复：插入：碱基置换移码突变转换：AG,GCTT,T颠换AACC,G缺失：添加：ABCABCAB ABCAA BCABabcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*4.微生物基因突变(j yn t bin)机制n基因突变的原因是基因突变的原因是多种多样的，可以多种多样的，可以是自发的或诱发是自发的或诱发(yuf)的，诱变又的，诱变又可可分为点突变和畸变。分为点突变和畸变。34第三十四页，共八十一页。点变异点变异(biny)：一个或数个碱基发生变化：一个或数个碱基发生变化点突变碱基置换移码突变转换：AG,GCTT,T颠换AACC,G缺失：添加：ABCABCAB ABCAA BCAB35第三十五页，共八十一页。碱基置换（碱基置换（substitution）n定义：对定义：对DNADNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤（来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤（microlesionmicrolesion），一般也称），一般也称点突变点突变(tbin)(tbin)（point mutationpoint mutation）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。n分类：转换（分类：转换（transitiontransition），即），即DNADNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；嘧啶所置换；颠换（颠换（transversiontransversion），即一个嘌呤被一个嘧啶），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。呤所置换。对某一具体诱变剂来说对某一具体诱变剂来说，即可同时引起转换与，即可同时引起转换与颠换，也可只具其中的颠换，也可只具其中的一种功能。根据化学诱一种功能。根据化学诱变剂是变剂是直接直接还是还是间接间接地地引起置换，可把置换的引起置换，可把置换的机制分成机制分成(fn chn)以下以下两类来讨论。两类来讨论。36第三十六页，共八十一页。移码突变移码突变(tbin)nframe-shift mutation frame-shift mutation 或或 phase-shift mutation phase-shift mutation，指诱变剂使指诱变剂使DNADNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。n由移码突变所产生的突变株，称为由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株移码突变株移码突变株移码突变株（frame-shift frame-shift mutantmutant）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是DNADNA分子的微小分子的微小损伤损伤(snshng)(snshng)。n丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫啶等，以及氨基丫啶等，以及一系列称为一系列称为ICRICR类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。37第三十七页，共八十一页。染色体畸变染色体畸变(jbin)（chromosomal aberration）n某些理化因子，如某些理化因子，如X X射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起除了能引起点突变外，还会引起DNADNA的大损伤的大损伤（macrolesionmacrolesion）染色体畸变染色体畸变，它包括：，它包括：n染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：n缺失缺失(qu sh)(qu sh)（deletiondeletion）n重复（重复（duplicationduplication）n易位（易位（translocationtranslocation）n倒位（倒位（inversioninversion）n染色体数目的变化染色体数目的变化38第三十八页，共八十一页。畸变缺失：添加易位：倒位：重复：插入：abcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*畸畸 变：碱基片断变：碱基片断(pindun)发生变化发生变化39第三十九页，共八十一页。作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生能产生(chnshng)新遗传型的个体。新遗传型的个体。五、基因(jyn)重组定义：两个(lin)不同性状的个体细胞（细胞水平），其中一个细胞（供体）个细胞（供体）DNADNA与另一个细与另一个细胞的胞的DNADNA融合融合，使基因重新排列遗传给后代，产生新的遗传性状产生新的遗传性状，称基因重组。42第四十二页，共八十一页。.转化转化(zhunhu)(zhunhu)Transformation（引进）（引进）n供供体体细细菌菌研研碎碎物物中中的的DNADNA片片段段直直接接吸吸收收进进入入活活的的受受体体细细菌菌并发生基因并发生基因(jyn)(jyn)重新组合的方式重新组合的方式。n n受体细菌获得受体细菌获得受体细菌获得受体细菌获得(hud)(hud)了供体细菌的部分遗传性状了供体细菌的部分遗传性状了供体细菌的部分遗传性状了供体细菌的部分遗传性状“转运同化转运同化转运同化转运同化”n n转转转转化化化化现现现现象象象象是是是是19281928年年年年英英英英国国国国的的的的细细细细菌菌菌菌学学学学家家家家格格格格里里里里菲菲菲菲斯斯斯斯首首首首先先先先发发发发现现现现的的的的,，被被被被命命命命名名名名为为为为格格格格里里里里菲菲菲菲斯斯斯斯实实实实验验验验（证明（证明（证明（证明DNADNA是生命遗传物质的经典实验之一）。是生命遗传物质的经典实验之一）。是生命遗传物质的经典实验之一）。是生命遗传物质的经典实验之一）。引进引进43第四十三页，共八十一页。老鼠体内老鼠体内提取物培提取物培养现象养现象活的活的S 肺炎双球菌肺炎双球菌活的活的R 肺炎双球菌肺炎双球菌 无毒无毒 杀死杀死 杀死杀死 转转转转化化化化(zhu(zhu(zhu(zhunhu)nhu)nhu)nhu)现现现现象象象象加热杀死后加热杀死后的破碎细胞的破碎细胞混合注射混合注射加热杀死后加热杀死后的破碎细胞的破碎细胞格里菲斯实验格里菲斯实验格里菲斯实验格里菲斯实验(shyn)(shyn)无毒无毒注射注射注射注射？44第四十四页，共八十一页。n1944年才通过试验找出了其中的原因年才通过试验找出了其中的原因(yunyn)。试验方法如下：。试验方法如下：+目前发现自然目前发现自然(zrn)(zrn)状态状态下许多其它下许多其它细菌、放细菌、放线菌、真菌和高等动线菌、真菌和高等动植物中植物中都也有转化现象。都也有转化现象。45第四十五页，共八十一页。定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离游离DNA片段片段(pin dun)，并把它整合到自己的基因组中，而获得，并把它整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受体部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受体菌称为转化子（菌称为转化子（transformant）。）。特点：特点：无需细胞接触。细菌、放线菌、真菌中有转化现无需细胞接触。细菌、放线菌、真菌中有转化现象。象。有关名词：有关名词：受体菌：受体菌：recipient/receptor，转化基因的接受者，转化基因的接受者供体菌：供体菌：donor，转化基因的提供者，转化基因的提供者转化因子：来自供体菌的转化因子：来自供体菌的DNA片段片段转化子：转化子：transformant，将转化基因重组进入自身染色体组的重，将转化基因重组进入自身染色体组的重组子组子转化转化(zhunhu)（transformation）46第四十六页，共八十一页。47第四十七页，共八十一页。人工人工(rngng)转转化化人工转化人工转化是通过人为诱导是通过人为诱导(yudo)的方法，使细胞具有的方法，使细胞具有摄取摄取DNA的能力，或人工地将的能力，或人工地将DNA导入细胞内。导入细胞内。方法：方法：CaCl2处理细胞，使其成为能摄取外源处理细胞，使其成为能摄取外源DNA的感的感受态状态受态状态.电穿孔法电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击破细胞膜，：用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括或击成小孔，使各种大分子（包括DNA）能通过这）能通过这些小孔进入细胞。些小孔进入细胞。48第四十八页，共八十一页。n到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：nStreptococcus pneumoniae、Haemophilus（嗜血（嗜血(sh xu)杆菌属）、杆菌属）、Bacillus、Neisseria（奈瑟氏球菌属）、（奈瑟氏球菌属）、Rhizobium（根瘤菌属）、（根瘤菌属）、Staphylococcus、Pseudomonas和和Xanthomonas中多见。中多见。n在若干放线菌和蓝细菌以及在若干放线菌和蓝细菌以及Saccharomyces cerevisiae、Neurospora crassa（粗糙脉胞菌）和（粗糙脉胞菌）和Aspergillus niger中，也有转化现象。中，也有转化现象。n肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面由于外来肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面由于外来DNA难以掺入到难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线形细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线形DNA的核酸酶。如果用的核酸酶。如果用CaCl2处理处理E.coli的球状体，就可以使之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的的球状体，就可以使之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的原生质体进行转化。原生质体进行转化。n两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘关系有着密切的关两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘关系有着密切的关系。但即使在转化率极高的菌种中，其不同菌株间也不一定都能发生转化。系。但即使在转化率极高的菌种中，其不同菌株间也不一定都能发生转化。自然自然(zrn)转化的普遍性：转化的普遍性：49第四十九页，共八十一页。n.接合接合(jih)（合作）（合作）n n细菌细菌(xjn)(xjn)有性生有性生殖殖细胞核质粒大肠杆菌的接合是通过性纤毛（中空）进行的。F因子、降解性质粒可通过此形式(xngsh)传递。50第五十页，共八十一页。接合接合(jih)（conjugation）n定义：定义：供体菌（供体菌（“雄雄”）通过其通过其性菌毛性菌毛与与受体菌受体菌（“雌雌”）相接触，）相接触，前者前者传递不同长度的传递不同长度的DNADNA给后者，给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交换、整合生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，称为的现象，称为(chn wi)(chn wi)接合。接合。n通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（conjugantconjugant）n特点：特点：细胞接触细胞接触51第五十一页，共八十一页。接合接合(jih)（conjugation）n存在范围：存在范围：n细菌：细菌：G G 较为多见如较为多见如E.coliE.coli、SalmonellaSalmonella、ShigellaShigella、SerratiaSerratia、Vibrio Vibrio、Azotobacter Azotobacter、KlebsiellaKlebsiella和和PseudomonasPseudomonas等最为常见等最为常见n放线菌：放线菌：Streptomyces Streptomyces、NocardiaNocardian接合还可发生在不同属的菌种之间，如接合还可发生在不同属的菌种之间，如E.coliE.coli与与Salmonella typhimuriumSalmonella typhimurium之间或之间或S.typhimuriumS.typhimurium与与Shigella dysenteriaeShigella dysenteriae之间之间nE.coliE.coli的的F F因子：决定性别的质粒，属于附加体因子：决定性别的质粒，属于附加体（episomeepisome），可以），可以(ky)(ky)通过接合作用获得，也可以通过接合作用获得，也可以(ky)(ky)通过丫啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素通过丫啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素C C的处的处理而消除。理而消除。52第五十二页，共八十一页。53第五十三页，共八十一页。（三）转导（三）转导(zhun do)（transduction）（间谍窃取）（间谍窃取）（间谍窃取）（间谍窃取）通过噬菌体噬菌体的携带而转移的基因重组，无需细胞接触细胞接触(jich)。在自然界中比较普遍。噬菌体进入供体细胞宿主的核染色体被切断成熟与包装之际形成不带噬菌体自身DNA的噬菌体（假噬菌体）（完全缺陷噬体）与受体接触感染a.完全转导(complete transduction)b.局部转导(specialized transduction)由部分缺陷(quxin)的噬菌体把少数特定的基因携带到受体菌中，并获得转导的现象。54第五十四页，共八十一页。LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是是能能合合成色氨酸成色氨酸（B+）但）但不不能能合成合成(hchng)(hchng)组氨组氨酸酸（A-）的）的沙门沙门(shmn)(shmn)氏伤寒氏伤寒杆菌杆菌(gnjn)(gnjn)指导色氨指导色氨酸合成的基酸合成的基因因超微烧结玻璃板细菌不能通过，细菌不能通过，噬菌体可以通过转转导导能合成色氨酸能合成色氨酸能合成色氨酸能合成色氨酸间间谍谍侵入、重组侵入、重组侵入、重组侵入、重组转移转移导手导手LA-22 是是不能不能 合成合成色氨酸色氨酸（B-）但）但能能合成组氨酸合成组氨酸（A+）的的沙门氏伤寒杆菌沙门氏伤寒杆菌一些细胞中含有繁一些细胞中含有繁殖速度较慢的殖速度较慢的 温和温和噬菌体噬菌体P-22 55第五十五页，共八十一页。六、人工基因重组六、人工基因重组(zhn z)遗传工程遗传工程n遗传工程遗传工程是是70年代初发展起来的生物技术。年代初发展起来的生物技术。n定定义义：对对遗遗传传物物质质进进行行改改造造（人人工工干干预预下下的的杂杂交交(zjio)、转化、接合、转导）的技术、转化、接合、转导）的技术。n工工程程：类类似似工工程程设设计计那那样样有有很很高高的的预预见见性性、精精确确性与严密性性与严密性。57第五十七页，共八十一页。a.遗传工程遗传工程(ychun gngchng)的方法的方法n遗遗传传工工程程方方法法(fngf)包包括括两两个个水水平平的的研研究究：一一种种是是细细胞胞水水平平；另另一一种种是是基基因水平因水平。所以，又可把它。所以，又可把它分为分为细胞工程和基因工程细胞工程和基因工程。n细胞工程细胞工程两个细胞原生质体融合两个细胞原生质体融合 体体 外外 切切 割割 导导 入入遗遗 传传 物物 质质 基基 因因 片片 段段 受受 体体 细细 胞胞n n基因工程基因工程基因工程基因工程两个细胞两个细胞两个细胞两个细胞DNADNA片段片段片段片段剪接剪接剪接剪接(jinji)(jinji)拼接拼接拼接拼接n n狭义的讲，遗传工程就是基因工程。狭义的讲，遗传工程就是基因工程。狭义的讲，遗传工程就是基因工程。狭义的讲，遗传工程就是基因工程。n n原理：原理：原理：原理：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶58第五十八页，共八十一页。在特殊培养基上在特殊培养基上（如（如含有含有(hn yu)青霉素）青霉素）筛筛选目的细菌选目的细菌质粒载质粒载体（具体（具有有抗性抗性基因）基因）如如如如抵抗青霉素抵抗青霉素长出必然是长出必然是重组成功重组成功(chnggng)的细的细菌菌外源基因外源基因外源基因外源基因(jyn)(jyn)片段片段片段片段59第五十九页，共八十一页。b.遗传工程遗传工程(ychun gngchng)在环境工程中的应在环境工程中的应用用n n对对对对特特特特殊殊殊殊基基基基因因因因进进进进行行行行“剪剪剪剪切切切切粘粘粘粘贴贴贴贴链链链链接接接接”制制制制造造造造“超超级细菌级细菌”+60第六十页，共八十一页。n.耐汞工程菌耐汞工程菌 n日日本本水水俣俣事事件件及及瑞瑞典典鸟鸟类类汞汞中中毒毒事事件件后后，日日本本和和瑞瑞典典对对汞汞在在自自然然界界转转化化做做了了大大量量(dling)研研究究工工作作，提提出出了了汞汞化化合合物物转转化化的的途途径径，主主要要是是某某些些微微生生物物使使水水体体汞汞元元素素甲甲基基化化形形成成甲甲基基汞汞，使使人人及及生生物物中中毒毒。另另一一面面自自然然界界中中存存在在一一些些耐耐汞汞的的微微生生物物，它它们的耐汞基因在质粒们的耐汞基因在质粒R因子上。因子上。n例例如如，恶恶臭臭假假单单胞胞菌菌一一般般在在超超过过2ugml汞汞浓浓度度中中即即将将中中毒毒死死，查查克克拉拉巴巴蒂蒂用用质质粒粒转转移移技技术术，把把嗜嗜油油假假单单胞胞菌菌的的耐耐汞汞质质粒粒(MER质质粒粒)转转移移到到恶恶臭臭假假单单胞胞菌菌中中去去，后后者者获获得得MER质质粒粒，可可在在5070ugml氯化汞中生长。氯化汞中生长。n脱色工程菌的构建脱色工程菌的构建n 将将分分别别含含有有降降解解偶偶氮氮染染料料质质粒粒的的偏偏号号Kx和和Kd两两株株假假单单胞胞菌菌通通过过质质粒粒转转移移技技术术培培育育出出兼兼有有分分解两种偶氮染料功能的脱色工程解两种偶氮染料功能的脱色工程 菌菌。61第六十一页，共八十一页。n基因工程方法看似基因工程方法看似简单简单，但在具体，但在具体实施上实施上有较大有较大(jio d)的难度的难度。62第六十二页，共八十一页。n降解石油的工程降解石油的工程(gngchng)细菌细菌n浮浮油油在在一一般般条条件件下下降降解解需需一一年年以以上上时时间间，用用“超超级级细细菌菌”只只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。见下图。见下图。64第六十四页，共八十一页。注意注意(zh y)：基因工程菌存在基因工程菌存在(cnzi)的问题：的问题：安全性安全性 混合培养系中的生存性混合培养系中的生存性 降解降解(jin ji)能力的安定性能力的安定性 大规模培养技术大规模培养技术65第六十五页，共八十一页。内容(nirng)总结第三章 细菌的生长和遗传变异。分离活的SIII菌。原核微生物：每一个核质体(zh t)中只有一个裸露的、在光学。结构：具有超级螺旋结构，分子量106108Da（道尔顿）。1）R因子R质粒。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。根据化学诱变剂是直接还是间接地引起置换，可把置换的机制分成以下两类来讨论。通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（conjugant）。遗传工程方法包括两个水平的研究：一种是细胞水平。80第八十一页，共八十一页。