环境工程微生物学-微生物的遗传和变异3课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,环境工程微生物学,主要内容,微生物的遗传,(,重点,),微生物的变异,基因重组,遗传工程技术在环保中的应用,(,重点,),微生物的遗传和变异（,重点,）,微生物的遗传,遗传和变异是一切生物,最本质,的属性。,遗传,（,保守性,/,相对性,）,变异,（,绝对性,）,育种,/,废水（气、固废）降解菌的筛选,遗传和变异,进化,遗传学,：研究生物遗传和变异现象的学科。,微生物的遗传,遗传和变异的物质基础,DNA,DNA,的结构与复制,DNA,的,变性和复性,RNA,的类型和结构,蛋白质的合成,微生物的遗传,一、遗传和变异的物质基础,DNA,三个经典实验,（一）,经典转化实验,（,transformation,）：,（二）,噬菌体感染实验,（三）,植物病毒的重建实验,经典转化实验,S,R,为了证明核酸是遗传物质，,H.Fraenkel-Conrat,（,1956,）用含,RNA,的烟草花叶病毒,（,TMV,）进行了著名的植物病毒重建实验。,将,TMV,在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与,RNA,核心相分离。,分离后的,RNA,在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状,，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。,植物病毒的重建实验,1,、,DNA,的结构,DNA,由两条多个,核苷酸,组成的链配对而成，两条链彼此互补，以,右手,螺旋的方式围绕一根主轴而互相盘绕形成。,DNA,的结构与复制,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。,核苷酸的结构,DNA,的结构,四种碱基,A,（腺嘌呤）,T,（胸腺嘧啶）,G,（鸟嘌呤）,C,（胞嘧啶）,DNA,的结构,DNA,分子结构,DNA,的结构,DNA,的结构,AT,GC,互相间通过,氢键,连接。,DNA,的存在形式,染色体（,DNA,和蛋白,）,1.,基因,是一个具有遗传因子效应的,DNA,片段,，它是遗传物质的最小功能单位。,是生物染色体上的,一段,DNA,，,它储存了遗传信息，又具有自我复制的能力。,基因具有特定的碱基顺序，即核苷酸顺序，它不仅可以决定生物的某一个性状，而且还具有调控其他基因表达活性的功能。基因既是一个结构单位，也是一个功能单位。,基因,遗传因子,基因,控制,遗传性状，但,不等于,遗传性状。任何一个遗传性状的表达都是在基因控制下的个体发育的结果。,从基因型到表现型需要通过,酶催化,的代谢活动来实现。基因直接控制酶的合成，控制,新陈代谢,，从而决定遗传性状的表现。,基因,遗传因子,？,遗传信息的传递分子生物学中心法则,遗传信息通过,DNA,的复制,和,蛋白质的表达,1,、,DNA,的复制,DNA,具有独特的,半保留式,的自我复制能力，确保了,DNA,复制精确，并保证一切生物遗传性的相对稳定。,DNA,的复制,DNA,的复制,2,、,DNA,的复制的酶,（,1,）解旋酶,（,2,）,DNA,聚合酶,（,3,）,DNA,连接酶,能使细胞中游离的四种脱氧核糖核苷三磷酸（,dATP,dCTP,dTTP.dGTP,）,合成,DNA,(,有适量,DNA,和,Mg2+),；,性质：,模板,指导性的酶,5-3,产物,DNA,和天然的,DNA,性质相同,DNA,的,变性,：,解链温度,Tm,：,DNA,的,复性,：,DNA,的变性和复性,DNA,的变性,DNA,复性,mRNA,叫信使,RNA,，,tRNA,叫转移,RNA,，,rRNA,（核糖体,RNA,）,反义,RNA,起,调节作用,，决定,mRNA,翻译合成速度。,由,mRNA,、,tRNA,、反义,RNA,和,rRNA,协作合成蛋白质,。,RNA,及其作用,DNA,分子的四种碱基,A,（腺嘌呤）,T,（胸腺嘧啶）,G,（鸟嘌呤）,C,（胞嘧啶）,RNA,分子的四种碱基,A,（腺嘌呤）,U,（尿嘧啶）,G,（鸟嘌呤）,C,（胞嘧啶）,蛋白质合成,蛋白质合成,mRNA,mRNA,+,tRNA,mRNA+tRNA+rRNA,蛋白质合成,碱基配对,遗传密码,-,氨基酸,mRNA,tRNA,蛋白质合成,64,蛋白质合成,mRNA,合成,mRNA,合成,1.,识别功能,（,起始；终止,）,2.,解旋功能,特点：,1.RNA,很短,2.,单链,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质的合成,蛋白质合成过程：,转录,mRNA,：由,DNA,转录成,mRNA,，同时也转录成其他几种,RNA,；,翻译,：由,tRNA,完成；,蛋白质合成,：依托核糖体，合成,多肽,，,经修饰、折叠、加工,，最终生成具有特定功能的蛋白质。,蛋白质的合成,第二节 微生物的变异一、变异的实质,在微生物遗传过程中，由于某种因素的影响，,DNA,上的,碱基,对发生差错,，出现碱基的缺失、置换或插入，,改变,了基因内原有的,碱基顺序,，导致后代性状的改变。当这种改变可以遗传时，就是发生了突变。所以说,基因突变,是微生物发生变异的实质。,“嵌入染料”,：,吖啶橙，原黄素、溴化乙锭,二、突变的类型,突变的类型,自发突变,诱发突变,第二节 微生物的变异,物理诱变，如,紫外线,。,化学诱变，利用化学物质促进突变。,紫外线的作用机理：形成,T,的二聚体,，,从而导致,DNA,复制出现错误。,光复活性：,核苷酸切除修复酶,遗传病、癌症,突变的应用,可进行,定向培育和驯化,。,在环境工程中，常采用定向培育的方法来培育菌种（,驯化,）。,第二节 微生物的变异,诱变育种,三、基因重组,基因重组是改变微生物遗传性状的另一途径。把,来自不同性状的个体细胞的遗传物质转移到一起，使基因重新组合，产生新品种,，称为基因重组或遗传重组,。,重组是,分子水平,上的一个概念，可以理解为遗传物质,分子水平,的杂交。,第三节 基因重组,基因工程,基因工程过程示意图,从细胞中分离出,DNA,限制酶截取,DNA,片断,分离大肠杆菌中的质粒,DNA,重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,剪切酶,连接酶,修饰酶,遗传工程技术在环保中的应用,（,1,）,石油,降解功能菌的构建,（,2,）烃类和抗汞,质粒菌的构建,（,3,）,脱色工程菌,的构建,（,4,）,特殊环境,下的,Q5T,工程菌的构建,（,5,）,人工合成有机物,工程菌的构建,（,6,）,重金属,污染的基因工程修复,基因工程在环保方面的应用,（,1,）石油降解功能菌的构建,环境污染净化,20,世纪,70,年代,美国生物学家,Chakrabarty,等对,假单胞杆菌属,的不同菌种分解烃类化台物的遗传学进行了大量研究，发现,假单胞杆菌属的许多菌种的细胞内含有,某种降解质粒,，它们控制,着石油中,烃类,降解菌酶,的合成。,基因工程在环保方面的应用,(2),烃类和抗汞质粒菌的构建,Chakrabartv,等人同时将著油的假单胞菌体内能够阵解,辛烷、乙烷、癸烷,功能的,0CT,质粒,和,抗汞质粒,MER,向时转移,到对,20mg/L,汞敏感的,恶臭假单胞菌体,内，结果使对汞敏感,的恶臭假单胞菌转变成了能抗,5070mg/L,汞，且能同时,分解烷烃的抗汞质粒菌。,基因工程在环保方面的应用,（,3,）脱色工程菌的构建,基因工程在环保方面的应用,目前，已经将含有降解偶氮染料质粒的编号,K24,和,K46,两株,假单胞菌,通过质粒转移技术培育出兼有分解两种偶氮染料,功能的,脱色工程菌,。,（,4,）特殊环境下的,Q5T,工程菌的构建,基因工程在环保方面的应用,Q5T,工程菌,是由将嗜温菌,pseudomounas putda pawl,中能,降解甲苯和二甲苯的质粒,TOL,转移到,嗜冷菌,Q5,菌株体内构建而成的。,该,Q5T,工程菌在,0,摄氏度时仍能正常利用浓度为,1000mg/L,的甲苯作为碳源，这对寒冷地区进行废水生物处理既有十分重要的意义。,（,5,）,人工合成有机物,工程菌的构建,A.,多氯联苯,PCBs,基因工程在环保方面的应用,基因工程在环保方面的应用,B.,除草剂：,阿特拉津,B.,除草剂：,阿特拉津,B.,除草剂：,阿特拉津,基因工程在环保方面的应用,C.,有机磷,农药,（中国期刊网）,基因工程在环保方面的应用,国外,国外,（中国期刊网）,基因工程在环保方面的应用,国内,基因工程在环保方面的应用,（,6,）重金属污染,的基因工程修复,基因工程在环保方面的应用,DNA,的结构与复制,蛋白质的合成,DNA,的变性和复性,重点提示！,