2022年医学专题—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DNA16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。