【正文】 合在一起，在特定廢水中有些菌種不能適應(yīng)被淘汰，能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶的菌株及自發(fā)突變體中能來降解此類廢水的菌種能夠生存而被保留下來，同時大量繁殖，使廢水達到預(yù)期的排放標準； 另一方面，國外目前正在研究針對某種廢水用人工誘變方法篩選大量具有很強分解能力及絮凝能力的菌株，并把它們做成干粉狀的產(chǎn)品，如同市面出售的酵母干粉一樣，這時細菌處于休眠狀態(tài)。當工廠處理(chǔlǐ)此類廢水時，可把干粉狀菌種置于30 ℃水中溶解30min，使細菌恢復(fù)活性，不必再馴化，對所需處理的廢水有較好效果。,第八十頁，共九十八頁。,③基因(jīyīn)重組法,A. 定義 基因重組法是利用人工手段，將供體細胞DNA融合入另一個細胞(x236。bāo)的DNA中，使受體細胞基因重新排列，并出現(xiàn)植入DNA基因?qū)?yīng)生物特性的細胞改造方法?；蛑亟M是兩種DNA的拼接，不發(fā)生任何堿基對結(jié)構(gòu)上的變化。這是與基因突變最大的不同之處。 B．重組形式 基因重組同樣有自發(fā)的基因重組與人工的基因重組之分，二者的原理本質(zhì)上是完全相同的。微生物中基因重組的形式很多。在真核微生物中，基因重組是通過二個配子相互融合的有性繁殖的過程中發(fā)生的，故稱為雜交。在細菌等原核微生物中通常只是部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，如轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合等都是基因重組在細胞水平上的反映。,第八十一頁，共九十八頁。,Ⅰ.轉(zhuǎn)化(zhuǎnhu224。),轉(zhuǎn)化(Transformation)是供體細胞研碎物中的DNA片段直接吸收進入(j236。nr249。)活的受體細胞的基因重組方式。受體細胞獲得了供體細胞的部分遺傳性狀。 轉(zhuǎn)化現(xiàn)象是1928年英國的細菌學(xué)家格里菲斯首先發(fā)現(xiàn)的。為紀念格里菲思先生當時發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的實驗被命名為格里菲斯實驗。,第八十二頁，共九十八頁。,格里菲斯實驗(sh237。y224。n),第八十三頁，共九十八頁。,1928年英國細菌學(xué)家格里菲斯(Grifftll)發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌中S Ⅲ型菌株，菌落光滑，產(chǎn)生(chǎnshēng)莢膜，當它感染人、小白鼠或家免等時均可致病。其中R Ⅱ型菌株菌落粗糙，不產(chǎn)生莢膜物質(zhì)，感染人、小白鼠或家免均不致病。當將R Ⅱ型活菌注射小白鼠，小白鼠健康不致病，并可從健康的鼠體分離到RⅡ型肺炎雙球菌菌落；將S Ⅲ型的肺炎雙球菌注射小白鼠，小白鼠被殺死，從小鼠體內(nèi)會分離出S Ⅲ型的肺炎雙球菌；將加熱殺死的S Ⅲ型細菌破碎細胞注射入小鼠細胞，小白鼠健康不致病，小鼠體內(nèi)沒有S Ⅲ型細菌；將加熱殺死的S Ⅲ型細菌與R Ⅱ型活細菌混合后注射小白鼠，小白鼠死亡，并可從死鼠體內(nèi)分離到S Ⅲ型活細菌。 當時雖然發(fā)現(xiàn)了這一有趣的現(xiàn)象，但并不知道其中的原因。,第八十四頁，共九十八頁。,1944年才通過試驗找出了其中的原因(yu225。nyīn)。試驗方法如下：,第八十五頁，共九十八頁。,細菌轉(zhuǎn)化過程可大體分為以下幾步： 感受態(tài)細胞(x236。bāo)的出現(xiàn) 吸附外源DNA片段 外源DNA進入細胞內(nèi) 受體DNA解鏈 形成受體DNA—供體DNA復(fù)合物 DNA復(fù)制和分離 其中感受態(tài)細胞的出現(xiàn)是關(guān)鍵。所謂感受態(tài)細胞是能吸收外來的DNA片段，并能把它整合到自己的染色體組上以實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的細胞。感受態(tài)細胞是由遺傳性決定的，也受細胞的生理狀態(tài)、菌齡、培養(yǎng)條件的影響。 目前發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下許多其它細菌、放線菌、真菌和高等動植物中都也有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。,第八十六頁，共九十八頁。,Ⅱ.接合 細菌的接合是細菌遺傳物質(zhì)染色體DNA片段或質(zhì)粒DNA通過細菌與細菌的直接接觸而進行的轉(zhuǎn)移和重組的現(xiàn)象。在第一章細菌的繁殖一節(jié)中，細菌的有性繁殖實際上就是這里(zh232。lǐ)所說的結(jié)合，有關(guān)內(nèi)容在此不再重復(fù)。,Ⅲ.轉(zhuǎn)導(dǎo) 遺傳物質(zhì)通過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組現(xiàn)象(xi224。nxi224。ng)稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)是1951年辛德爾(Zinder)和萊德貝爾格(1Jederberg)在研究鼠沙門氏傷寒桿菌重組時發(fā)現(xiàn)的。,第八十七頁，共九十八頁。,第八十八頁，共九十八頁。,實驗中L22細菌這一側(cè)出現(xiàn)（A+B+）菌，L22菌是如何獲得色氨酸合成功能的呢？研究發(fā)現(xiàn)LA—22在培養(yǎng)過程釋放溫和的噬菌體P—22，P—22通過濾板侵染供體LA—2，當LA—2裂解后，產(chǎn)生“濾過因子”大部分是P—22，其中極少數(shù)在成熟過程包裹了LA—2的DNA片段(含合成色氨酸的基因)，并通過濾板再度感染LA—22，使LA—22獲得合成Tru—能力，由噬菌體攜帶來的DNA片段與受體細胞的基因重組，這個現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(有關(guān)溫和噬菌體的內(nèi)容(n232。ir243。ng)將在第四章病毒中介紹)。 基因重組的3種形式，其中細菌的接合必需兩個細胞直接接觸，而轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)無需細胞直接接觸，轉(zhuǎn)化沒有噬菌體作媒介；轉(zhuǎn)導(dǎo)必須通過噬菌體轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)。基因重組率均很低。,第八十九頁，共九十八頁。,6．遺傳工程(y237。chu225。n gōngch233。ng)與細菌改造,遺傳工程是70年代初發(fā)展起來的生物技術(shù)。按照人們(r233。n men)預(yù)先設(shè)計的生物藍圖，通過對遺傳物質(zhì)的直接操縱、改組、重建，實現(xiàn)對遺傳性狀定向改造的方法稱為遺傳工程。 目前采用的基本方法是：把遺傳物質(zhì)從一種生物細胞中提取出來，在體外施行“外科手術(shù)”，然后再把它導(dǎo)入另一種生物細胞中，改變其遺傳結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)生符合人類需要的新遺傳特性，定向地創(chuàng)造新生物類型。之所以稱其為遺傳工程是由于，它的操作方法采用了對遺傳物質(zhì)體外加工，類似工程設(shè)計那樣很高的預(yù)見性、精確性與嚴密性。,第九十頁，共九十八頁。,①遺傳工程(y237。chu225。n gōngch233。ng)的方法,遺傳工程方法包括(bāoku242。)兩個水平的研究：一種是細胞水平；另一種是基因水平。所以，又可把它分為細胞工程和基因工程。細胞水平主要指的是兩個細胞的原生質(zhì)體融合，實驗操作停留在細胞的處理層次。相比而言目前研究的主要內(nèi)容是基因工程。因此，狹義的講，遺傳工程就是基因工程。 基因工程是70年代發(fā)展起來的，在分子水平上剪接DNA片段，與同種、同屬或異種、甚至異界的基因連接成為一個新的遺傳整體，再感染受體細胞，復(fù)制出新的遺傳特性的機體。我們在生物化學(xué)課中的對基因工程原理已作了比較詳細地介紹，此處只作一簡單回顧，基因工程操作方法如下圖所示,第九十一頁，共九十八頁。,第九十二頁，共九十八頁。,基因工程方法看似簡單，但在具體實施上有較大的難度。因為細菌的質(zhì)粒本身容易丟失或轉(zhuǎn)移，重組的質(zhì)粒也會面臨這個問題(w232。nt237。)； 另一方面質(zhì)粒具有不相容性，兩種不同的質(zhì)粒不能穩(wěn)定地共存于同一宿主內(nèi)。只有在一定條件下，屬于不同的不相容群的質(zhì)粒才能穩(wěn)定地共存于同一宿主中。 但無論如何基因工程為培育高效的廢物降解菌提供了一條成功的捷徑。,第九十三頁，共九十八頁。,②遺傳工程(y237。chu225。n gōngch233。ng)在環(huán)境工程中的應(yīng)用,由于(y243。uy)新的化學(xué)物質(zhì)的不斷發(fā)現(xiàn)，難降解污染物的增多，廢水處理情況日趨復(fù)雜。帶有降解某些物質(zhì)時質(zhì)粒的微生物往往不一定能在某一廢水環(huán)境中生存，而能在此種廢水條件下生存的細菌又不一定具有降解其中某些物質(zhì)的質(zhì)粒，因而各國科學(xué)家正試圖利用遺傳工程，把具有降解某些特殊物質(zhì)的質(zhì)粒剪切后，連接到受體細胞中，使之帶有一種或多種功能用以處理廢水。這種用人工方法選出的多質(zhì)粒、多功能的新菌種稱“超級細菌”。,第九十四頁，共九十八頁。,Ⅰ.降解石油的超級細菌 70年代美國生物學(xué)家查克撿巴蒂(Chakrabarty)針對海洋輸油，造成浮油污染，影響海洋生態(tài)等問題進行了研究。石油成分復(fù)雜，是由飽和、不飽和、直鏈、支鏈、芳香(fāngxiāng)……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，而且降解速率也較饅，查氏將能降解脂(含質(zhì)粒A)的一種假單胞菌作受體細胞，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)入受體細胞，獲得多質(zhì)?！俺壖毦保沙ピ椭?／3的烴。浮油在一般條件下降解需一年以上時間，用“超級細菌”只需幾小時即可把浮油去除，速度快效率高。見下圖。,第九十五頁，共九十八頁。,Ⅱ.耐汞質(zhì)粒 日本水俁事件及瑞典鳥類汞中毒事件后，日本和瑞典對汞在自然界轉(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，它們的耐汞基因質(zhì)粒R因子上。 例如，惡臭假單胞菌一般在超過2ug／ml汞濃度中即將中毒死，查克拉(k232。lā)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。 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Kx和Kd兩株假單胞菌通過質(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茵。,第九十六頁，共九十八頁。,復(fù)習(xí)(f249。x237。)思考題,1. 細菌計數(shù)有哪些常用方法？ 2．細菌的生長曲線規(guī)律對生物處理工藝有何指導(dǎo)意義? 3．什么叫基因突變，可分為幾類? 4．什么叫遺傳工程?在廢水生物處理中如何(rh233。)應(yīng)用?,第九十七頁，共九十八頁。,內(nèi)容(n232。ir243。ng)總結(jié),第三章 細菌的生長和遺傳變異。培養(yǎng)，每一個細菌會 生成一個菌落。W1 W2。（2）親代DNA 子代DNA。將S Ⅲ型的肺炎(f232。iy225。n)雙球菌注射小白鼠，小白鼠被殺死，從小鼠體內(nèi)會分離出S Ⅲ型的肺炎(f232。iy225。n)雙球菌,第九十八頁，共九十