【正文】 第七章 微生物的遺傳與變異 ? 微生物的遺傳 ? 微生物的變異 ? 基因重組 ? 突變體的檢測與篩選 ? 分子遺傳學新技術在環(huán) 境工程與環(huán)境保護中的應用 ，種豆得豆； ，鳳生鳳，老鼠兒子會打洞； ； ，母子十不同。 請大家想一想，與遺傳變異有關的俗語或諺語有哪些？ 第七章 微生物的遺傳與變異 第七章 微生物的遺傳與變異 遺傳（ heredity） 和 變異（ variation） 是生物界最本質的屬性之一。 在應用微生物加工制造和發(fā)酵生產各種食品及微生物污染治理過程中，要想有效地大幅度提高產品的產量、質量和處理效果，首先必須選育優(yōu)良的生產菌種，才能達到目的。而優(yōu)良菌種的選育是在微生物遺傳變異的基礎上進行的。遺傳和變異是相互關聯(lián)，同時又相互矛盾對立的兩個方面，在一定條件下，二者是相互轉化的。認識和掌握微生物遺傳變異的規(guī)律是搞好菌種選育的關鍵。 第七章 微生物的遺傳與變異 ? 遺傳：微生物在繁殖延續(xù)后代的過程中，親代與子代之間在形態(tài)、結構、生態(tài)、生理生化特性等方面具有一定的相似性，稱為微生物的遺傳。 ? 遺傳的保守性：相對穩(wěn)定 有利：選育出的優(yōu)良菌種屬性穩(wěn)定地遺傳。 不利：環(huán)境條件改變，微生物會不適應外界環(huán)境條件。 ? 保持物種延續(xù)。 第七章 微生物的遺傳與變異 ? 變異：在微生物繁殖過程中，在世代之間、同代個體之間存在差異的現(xiàn)象，稱為變異。 ? 變異的多樣性 個體形態(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、產物的變異等。 ? 兩者的關系： 遺傳是相對的 ， 變異是絕對的 ， 遺傳中有變異 ，變異中有遺傳 ， 遺傳和變異的辨證關系使微生物不斷進化 。 第七章 微生物的遺傳與變異 ? 意義： 遺傳和變異是一切生物存在和進化的基本要素 育種 環(huán)境保護領域 第七章 微生物的遺傳與變異 兩組基本概念： ?遺傳型 （ genotype） 又稱基因型 ， 指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息 。 ?表型 （ phenotype） 指某一生物體所具有的一切外表特征及內在特性的總和 。 遺傳型 （可能性） 表型 （現(xiàn)實性） 環(huán)境條件 代謝、發(fā)育 第七章 微生物的遺傳與變異 兩組基本概念： ? 變異 （ variation） 生物體在某種外因或內因的作用下引起的 遺傳物質結構或數(shù)量的改變 ， 即遺傳型的改變 。 特點：群體中幾率低 ， 性狀變化幅度大 ， 新性狀穩(wěn)定可遺傳 。 ? 飾變 （ modification） 修飾性改變 ， 即 不涉及遺傳物質結構改變 而只發(fā)生在轉錄 、 翻譯水平上的表型變化 。 特點：群體中幾乎每一個體都同樣變化 ， 性狀變化幅度小 ， 不遺傳 ， 引起飾變的因素消失后 ， 表型即可恢復 。 例如：粘質沙雷氏菌： 在 25℃ 下培養(yǎng)，產生深紅色的靈桿菌素；在 37℃ 下培養(yǎng)，不產生色素；如果重新將溫度降到 25℃ ，又恢復產色素的能力。 微生物的遺傳 遺傳變異的物質基礎 —— DNA（ 脫氧核糖核酸 ） 遺傳變異的物質基礎是蛋白質還是核酸，曾是生物學中激烈爭論的重大問題之一。直至 1944年后由于連續(xù)利用微生物這一有利的實驗對象設計了 3個著名的實驗，才以確鑿的事實證實了核酸尤其是 DNA才是遺傳變異的真正物質基礎。 三個經典實驗與遺傳物質 遺傳變異的物質基礎 —— DNA 經典轉化實驗 ?以肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)作為研究對象，肺炎鏈球菌可以使人患肺炎，也可以使小白鼠患敗血病而死亡； ?有莢膜者是致病性的，它的菌落表面光滑(smooth)，稱為 S型； ?有的不形成莢膜，無致病性，菌落外觀粗糙(rough)，故稱 R型。 離體轉化實驗 ? 1944年， 、 S型肺炎鏈球菌中提純了可能作為轉化因子的各種成分，并在離體條件下進行了轉化實驗。 Avery等的體外培養(yǎng)實驗(1944) 分離后的 S型細胞物質對 R型細胞的轉化 ?分析： S型細菌的 DNA能將肺炎鏈球菌的 R型轉化為 S型 。 而 DNA純度越高 ， 轉化效率也越高 ， 只取純 DNA的 6Χ108的量時 ， 仍有轉化能力 。 這說明 ， S型菌株轉移給 R型菌株的是以 DNA為基礎的遺傳因子 。 遺傳變異的物質基礎 —— DNA 噬菌體感染實驗 ?1952年， 的遺傳物質基礎的著名實驗－噬菌體感染實驗。 ?首先，他們將 32P3O4或 35S2O4作為磷源或硫源的合成培養(yǎng)基中。結果 ,可以獲得含 32PDNA(噬菌體核心 )的噬菌體或含 35S蛋白質(噬菌體外殼 )的兩種實驗用噬菌體。 遺傳變異的物質基礎 —— DNA 煙花草葉病毒的拆開與重組實驗 ?(1956)用含 RNA的 煙草花葉病毒 (TMV)進行了著名的植物病毒重建實驗。 ?把 TMV和 HRV（霍氏車前花葉病毒） 的蛋白質外殼與 RNA相分離。 ?用 TMV的 RNA與 HRV的蛋白質外殼， HRV的 RNA與 TMV的蛋白質外殼重建后的雜合病毒去感染煙草。 三個經典試驗結果 細胞生物的遺傳物質是雙鏈 DNA； 病毒的遺傳物質可以是單鏈的或雙鏈的 DNA或 RNA， 即： ssDNA， dsDNA， ssRNA或 dsRNA。 ?三個經典試驗結果 ? 朊病毒的發(fā)現(xiàn)和思考 無論是 DNA還是 RNA作為遺傳物質的基礎已是無可辨駁的事實。但朊病毒的發(fā)現(xiàn)對 “ 蛋白質不是遺傳物質 ” 的定論也帶來一些疑云。 PrP是具有傳染性的蛋白質致病因子，迄今未發(fā)現(xiàn)蛋白內有核酸，但已知的傳染性疾病的傳播必須有核酸組成的遺傳物質，才能感染宿主并在宿主體內自然繁殖。那么這是生命界的又一特例呢？還是因為目前人們的認識和技術所限而尚未揭示的生命之謎呢？還有待于生命科學家去認識和探索。 DNA的結構與復制 1953年的克里克（ Francis Crick)（右）和沃森 (James Watson)在實驗室里，他們兩人因為發(fā)現(xiàn)了 DNA的分子結構，而在 1962年與威爾金斯一起獲得諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。 DNA（ 脫氧核糖核酸 ） ： 高分子化合物 DNA的結構與復制 DNA的結構 ? DNA由兩條多個核苷酸組成的鏈配對而成，兩條鏈彼此互補，以右手螺旋的方式圍繞一根主軸而互相盤繞形成。四種堿基 A（腺嘌呤）、 T（胸腺嘧啶）、G（鳥嘌呤）、 C（胞嘧啶）相互配對。 A T,G C互相間通過氫鍵連接。 DNA的結構與復制 DNA的結構 每條核苷酸鏈均由脫氧核糖－磷酸－脫氧核糖－磷酸交替排列而成（磷酸二酯鍵）。 DNA的結構與復制 DNA的結構 四種堿基結構 DNA的結構與復制 DNA的結構 堿基配對（依靠氫鍵連接） G C A T A T G C A T G C 脫氧 核糖 磷酸 堿基 DNA的結構與復制 DNA的存在形式 除部分病毒的遺傳物質是 RNA外 ， 其余病毒和全部具有典型細胞結構的生物體的遺傳物質都是 DNA。 按其在細胞中的存在形式可分成 染色體 DNA、 染色體外 DNA、 RNA作為遺傳物質 、 朊病毒的遺傳物質 。 DNA的結構與復制 ?真核生物與原核生物染色體的主要區(qū)別有： （ 1）真核生物的染色體主要由 DNA、組蛋白組成，原核生物的染色體是單純的 DNA或 RNA分子； （ 2）真核生物的染色體不止一個，而原核生物的染色體往往只有一個 。 （ 3）真核生物的染色體為核膜所包被，原核生物的染色體外沒有膜包被。 DNA ?真核生物的染色體。真核生物的染色體主要由 DNA和組蛋白構成，其次含有少量非組蛋白和 RNA。 ?原核生物的染色體。原核生物的染色體一般是裸露的 DNA或 RNA分子。它們大多是雙鏈的，呈環(huán)狀或線狀。 DNA的結構與復制 DNA ?真核微生物中的 細胞器 DNA： 葉綠體、線粒體、中心粒、 毛基體等 ?原核微生物和真核微生物的 酵母菌： 質粒 ?插入序列、轉座子、 Mu病毒等 ?染色體 指攜帶細胞功能所必備的基因的遺傳單元。 ?病毒 是非細胞生物，它們的全套遺傳基因稱為基因組，但不足以形成染色體。 ?原核生物 的染色體常為一個環(huán)狀的 DNA分子。 ?真核生物 的細胞有幾條至幾十條染色體，各含一個線狀的DNA分子。 真核生物的染色體結構 細菌染色體DNA的大小和結構 原核