全国年月高等教育自学考试物理工试题省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第七章第七章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异uu 微生物遗传微生物遗传微生物遗传微生物遗传uu 微生物变异微生物变异微生物变异微生物变异uu 基因重组基因重组基因重组基因重组uu 突变体检测与筛选突变体检测与筛选突变体检测与筛选突变体检测与筛选uu 分子遗传学新技术在环分子遗传学新技术在环分子遗传学新技术在环分子遗传学新技术在环 境工程与环境保护中应用境工程与环境保护中应用境工程与环境保护中应用境工程与环境保护中应用第1页1.1.种瓜得瓜,种豆得豆;种瓜得瓜,种豆得豆;2.2.龙生龙,凤生凤,老鼠儿子会打洞;龙生龙,凤生凤,老鼠儿子会打洞;3.3.虎父无犬子;虎父无犬子;4.4.一母生九子,
2、母子十不一样。一母生九子,母子十不一样。请大家想一想,与遗传请大家想一想,与遗传变异相关俗语或谚语有变异相关俗语或谚语有哪些?哪些?第七章第七章微生物遗传与变异微生物遗传与变异第2页第七章第七章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异遗传(遗传(heredity)和和变异(变异(variation)是生物是生物界最本质属性之一。界最本质属性之一。在应用微生物加工制造和发酵生产各种食品及微生物污染治在应用微生物加工制造和发酵生产各种食品及微生物污染治理过程中,要想有效地大幅度提升产品产量、质量和处理效果,理过程中,要想有效地大幅度提升产品产量、质量和处理效果,首先必须选育优良生产菌种,才能到达目标。而
3、优良菌种选育是首先必须选育优良生产菌种,才能到达目标。而优良菌种选育是在微生物遗传变异基础上进行。遗传和变异是相互关联,同时又在微生物遗传变异基础上进行。遗传和变异是相互关联,同时又相互矛盾对立两个方面,在一定条件下,二者是相互转化。认识相互矛盾对立两个方面,在一定条件下,二者是相互转化。认识和掌握微生物遗传变异规律是搞好菌种选育关键。和掌握微生物遗传变异规律是搞好菌种选育关键。第3页第七章第七章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异u遗传:微生物在繁殖延续后代过程中,亲代与子代之间在形遗传:微生物在繁殖延续后代过程中,亲代与子代之间在形态、结构、生态、生理生化特征等方面含有一定相同性,称态、结构
4、、生态、生理生化特征等方面含有一定相同性,称为微生物遗传。为微生物遗传。u遗传保守性:相对稳定遗传保守性:相对稳定有利:选育出优良菌种属性稳定地遗传。有利:选育出优良菌种属性稳定地遗传。不利:环境条件改变,微生物会不适应外界环境条件。不利:环境条件改变,微生物会不适应外界环境条件。u保持物种延续。保持物种延续。第4页第七章第七章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异u变异:在微生物繁殖过程中,在世代之间、同代个体之间存变异:在微生物繁殖过程中,在世代之间、同代个体之间存在差异现象,称为变异。在差异现象,称为变异。u变异多样性变异多样性 个体形态改变,菌落形态个体形态改变,菌落形态(光滑型粗糙型光滑
5、型粗糙型)变异,营养要求变异,营养要求变异,对温度、变异,对温度、pHpH要求变异,毒性变异,抗毒能力变异,生理生要求变异,毒性变异,抗毒能力变异,生理生化特征变异及代谢路径、产物变异等。化特征变异及代谢路径、产物变异等。u二二者者关关系系:遗遗传传是是相相正正确确,变变异异是是绝绝正正确确,遗遗传传中中有有变变异异,变异中有遗传,遗传和变异辨证关系使微生物不停进化。变异中有遗传,遗传和变异辨证关系使微生物不停进化。第5页第七章第七章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异u意义:意义:遗传和变异是一切生物存在和进化基本要素遗传和变异是一切生物存在和进化基本要素育种育种环境保护领域环境保护领域第6页
6、第七章第七章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异两组基本概念:两组基本概念:u遗传型(遗传型(genotype)又又称称基基因因型型,指指某某一一生生物物个个体体所所含含有有全全部部遗遗传传因因子子即即基基因因组所携带遗传信息。组所携带遗传信息。u表型(表型(phenotype)指某一生物体所含有一切外表特征及内在特征总和。指某一生物体所含有一切外表特征及内在特征总和。遗传型遗传型遗传型遗传型(可能性)(可能性)(可能性)(可能性)表型表型表型表型(现实性)(现实性)(现实性)(现实性)环境条件环境条件环境条件环境条件代谢、发育代谢、发育代谢、发育代谢、发育第7页第七章第七章 微生物遗传与变异微
7、生物遗传与变异两组基本概念:两组基本概念:u变异(变异(variationvariation)生生物物体体在在某某种种外外因因或或内内因因作作用用下下引引发发遗遗传传物物质质结结构构或或数数量量改改变变,即即遗遗传传型型改改变。变。特点:群体中几率低,性状改变幅度大,新性状稳定可遗传。特点:群体中几率低,性状改变幅度大,新性状稳定可遗传。u饰变(饰变(modificationmodification)修修饰饰性性改改变变,即即不不包包括括遗遗传传物物质质结结构构改改变变而而只只发发生生在在转转录录、翻翻译译水水平平上上表表型型改变。改变。特特点点:群群体体中中几几乎乎每每一一个个体体都都一一样
8、样改改变变,性性状状改改变变幅幅度度小小,不不遗遗传传,引引发发饰饰变原因消失后,表型即可恢复。变原因消失后,表型即可恢复。比如:粘质沙雷氏菌:比如:粘质沙雷氏菌:在在2525下培养,产生深红色灵杆下培养,产生深红色灵杆菌素;在菌素;在3737下培养,不产生色素;假如重新将温度降下培养,不产生色素;假如重新将温度降到到2525,又恢复产色素能力。,又恢复产色素能力。第8页7.1 7.1 微生物遗传微生物遗传遗传变异物质基础遗传变异物质基础DNA(脱氧核糖核酸)(脱氧核糖核酸)遗传变异物质基础是蛋白质还是核酸,曾是生物学中激遗传变异物质基础是蛋白质还是核酸,曾是生物学中激烈争论重大问题之一。直至
9、烈争论重大问题之一。直至1944年后因为连续利用微生物这年后因为连续利用微生物这一有利试验对象设计了一有利试验对象设计了3个著名试验,才以确凿事实证实了核个著名试验,才以确凿事实证实了核酸尤其是酸尤其是DNA才是遗传变异真正物质基础。才是遗传变异真正物质基础。三个经典试验与遗传物质三个经典试验与遗传物质第9页7.1.1 7.1.1 遗传变异物质基础遗传变异物质基础DNADNA1、经典转化试验、经典转化试验vv以肺炎链球菌以肺炎链球菌以肺炎链球菌以肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae)作为研究对象,肺炎链作为研究对象,肺炎链
10、作为研究对象,肺炎链作为研究对象,肺炎链球菌能够使人患肺炎,球菌能够使人患肺炎,球菌能够使人患肺炎,球菌能够使人患肺炎,也能够使小白鼠患败血也能够使小白鼠患败血也能够使小白鼠患败血也能够使小白鼠患败血病而死亡;病而死亡;病而死亡;病而死亡;vv有荚膜者是致病性,它有荚膜者是致病性,它有荚膜者是致病性,它有荚膜者是致病性,它菌落表面光滑菌落表面光滑菌落表面光滑菌落表面光滑(smooth)(smooth)(smooth)(smooth),称为,称为,称为,称为S S S S型;型;型;型;vv有不形成荚膜,无致病有不形成荚膜,无致病有不形成荚膜,无致病有不形成荚膜,无致病性,菌落外观粗糙性,菌落外
11、观粗糙性,菌落外观粗糙性,菌落外观粗糙(rough)(rough)(rough)(rough),故称,故称,故称,故称R R R R型。型。型。型。第10页离体转化试验离体转化试验v19441944年,年,O.T.AveryO.T.Avery、C.M.MacleodC.M.Macleod和和M.McCartyM.McCarty从热死从热死S S型肺炎链球菌中提纯了可型肺炎链球菌中提纯了可能作为转化因子各种成份,并在离体条件下进行了转化试验。能作为转化因子各种成份,并在离体条件下进行了转化试验。Avery等体外培养试验等体外培养试验(1944)分离后分离后S型细胞物质对型细胞物质对R型细胞转化型
12、细胞转化第11页u分分析析:S型型细细菌菌DNA能能将将肺肺炎炎链链球球菌菌R型型转转化化为为S型型。而而DNA纯纯度度越越高高,转转化化效效率率也也越越高高,只只取取纯纯DNA610-8量量时时,仍仍有有转转化化能能力力。这这说说明明,S型型菌菌株转移给株转移给R型菌株是以型菌株是以DNA为基础遗传因子。为基础遗传因子。第12页7.1.1 7.1.1 遗传变异物质基础遗传变异物质基础DNADNA2 2、噬菌体感染试验、噬菌体感染试验v19521952年,年,A.D.HersheyA.D.Hershey和和M.ChaseM.Chase发表了证实噬菌体发表了证实噬菌体遗传物质基础著名试验噬菌体感
13、染试验。遗传物质基础著名试验噬菌体感染试验。v首先,他们将首先,他们将E.coliE.coli培养在以放射性培养在以放射性3232P P3 3O O4 4或或3535S S2 2O O4 4作为磷源或硫源合成培养基中。结果作为磷源或硫源合成培养基中。结果,能够取得含能够取得含3232P-DNAP-DNA(噬菌体关键噬菌体关键)噬菌体或含噬菌体或含3535S-S-蛋白质蛋白质(噬菌噬菌体外壳体外壳)两种试验用噬菌体。两种试验用噬菌体。第13页第14页7.1.1 7.1.1 遗传变异物质基础遗传变异物质基础DNADNA3 3、烟花草叶病毒拆开与重组试验、烟花草叶病毒拆开与重组试验vH.Fraenk
14、el-Conrat(1956)用含RNA烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)(TMV)进行了著名植物病毒重建试验。v把TMV和HRV(霍氏车前花叶病毒)蛋白质外壳与RNA相分离。v用TMVRNA与HRV蛋白质外壳,HRVRNA与TMV蛋白质外壳重建后杂合病毒去感染烟草。第15页第16页三个经典试验结果三个经典试验结果 细胞生物遗传物质是双链细胞生物遗传物质是双链DNADNA;病毒遗传物质能够是单链或双链病毒遗传物质能够是单链或双链DNADNA或或RNARNA,即:即:ssDNAssDNA,dsDNAdsDNA,ssRNAssRNA或或dsRNAdsRNA。v三个经典试验结果三个经典试验结果第17
15、页v朊病毒发觉和思索朊病毒发觉和思索 不论是不论是DNADNA还是还是RNARNA作为遗传物质基础已是无作为遗传物质基础已是无可辨驳事实。但朊病毒发觉对可辨驳事实。但朊病毒发觉对“蛋白质不是遗传蛋白质不是遗传物质物质”定论也带来一些疑云。定论也带来一些疑云。PrPPrP是含有传染性蛋是含有传染性蛋白质致病因子,迄今未发觉蛋白内有核酸,但已白质致病因子,迄今未发觉蛋白内有核酸,但已知传染性疾病传输必须有核酸组成遗传物质,才知传染性疾病传输必须有核酸组成遗传物质,才能感染宿主并在宿主体内自然繁殖。那么这是生能感染宿主并在宿主体内自然繁殖。那么这是生命界又一特例呢?还是因为当前人们认识和技术命界又一
16、特例呢?还是因为当前人们认识和技术所限而还未揭示生命之谜呢?还有待于生命科学所限而还未揭示生命之谜呢?还有待于生命科学家去认识和探索。家去认识和探索。第18页7.1.2 DNA7.1.2 DNA结构与复制结构与复制1953年克里克(年克里克(Francis Crick)(右)和沃森(右)和沃森(James Watson)在试验室里,在试验室里,他们两人因为发觉了他们两人因为发觉了DNA分子结构,而在分子结构,而在1962年与威尔金斯一起取得诺年与威尔金斯一起取得诺贝尔生理学和医学奖。贝尔生理学和医学奖。DNA(脱氧核糖核酸):(脱氧核糖核酸):高分子化合物高分子化合物第19页7.1.2 DNA
17、7.1.2 DNA结构与复制结构与复制 DNA DNA结构结构vDNADNA由两条多个核苷酸组成链配由两条多个核苷酸组成链配对而成,两条链彼此互补,以对而成,两条链彼此互补,以右手螺旋方式围绕一根主轴而右手螺旋方式围绕一根主轴而相互盘绕形成。四种碱基相互盘绕形成。四种碱基A A(腺(腺嘌呤)、嘌呤)、T T(胸腺嘧啶)、(胸腺嘧啶)、G G(鸟嘌呤)、(鸟嘌呤)、C C(胞嘧啶)相互(胞嘧啶)相互配对。配对。A A T,G CT,G C相互间经过相互间经过氢键连接。氢键连接。第20页7.1.2 DNA7.1.2 DNA结构与复制结构与复制 DNA DNA结构结构 每条核苷酸链均由脱氧每条核苷酸
18、链均由脱氧核糖磷酸脱氧核糖磷核糖磷酸脱氧核糖磷酸交替排列而成(磷酸二酯酸交替排列而成(磷酸二酯键)。键)。第21页7.1.2 DNA7.1.2 DNA结构与复制结构与复制 DNA DNA结构结构四种碱基结构四种碱基结构第22页7.1.2 DNA7.1.2 DNA结构与复制结构与复制 DNA DNA结构结构碱基配对(依靠氢键连接)碱基配对(依靠氢键连接)G CG CA TA T第23页ATGCATGC脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸碱基碱基第24页第25页7.1.2 DNA7.1.2 DNA结构与复制结构与复制 DNA DNA存在形式存在形式 除除部部分分病病毒毒遗遗传传物物质质是是RNARNA外外,其
19、其余余病病毒毒和和全全部部含含有有经经典典细细胞胞结结构构生生物物体体遗遗传传物物质质都都是是DNADNA。按按其其在在细细胞胞中中存存在在形形式式可可分分成成染染色色体体DNADNA、染染色色体体外外DNADNA、RNARNA作作为为遗遗传传物物质、朊病毒遗传物质。质、朊病毒遗传物质。第26页7.1.2 DNA7.1.2 DNA结构与复制结构与复制u真核生物与原核生物染色体主要区分有:真核生物与原核生物染色体主要区分有:(1 1)真核生物染色体主要由)真核生物染色体主要由DNADNA、组蛋白组成,原核生物染色体是单纯、组蛋白组成,原核生物染色体是单纯DNADNA或或RNARNA分子;分子;(
20、2 2)真核生物染色体不止一个,而原核生物染色体往往只有一个)真核生物染色体不止一个,而原核生物染色体往往只有一个;(3 3)真核生物染色体为核膜所包被,原核生物染色体外没有膜包被。)真核生物染色体为核膜所包被,原核生物染色体外没有膜包被。1.1.染色体染色体DNADNAu真核生物染色体。真核生物染色体主要由真核生物染色体。真核生物染色体主要由DNADNA和组蛋白组成,其次含和组蛋白组成,其次含有少许非组蛋白和有少许非组蛋白和RNARNA。u原核生物染色体。原核生物染色体普通是裸露原核生物染色体。原核生物染色体普通是裸露DNADNA或或RNARNA分子。它们大分子。它们大多是双链,呈环状或线状
21、。多是双链,呈环状或线状。第27页7.1.2 DNA7.1.2 DNA结构与复制结构与复制2.2.染色体外染色体外DNADNAvv真核微生物中真核微生物中真核微生物中真核微生物中细胞器细胞器细胞器细胞器DNADNA:叶绿体、线粒体、中心粒、叶绿体、线粒体、中心粒、叶绿体、线粒体、中心粒、叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等毛基体等毛基体等毛基体等vv原核微生物和真核微生物原核微生物和真核微生物原核微生物和真核微生物原核微生物和真核微生物酵母菌:酵母菌:酵母菌:酵母菌:质粒质粒质粒质粒vv插入序列、转座子、插入序列、转座子、插入序列、转座子、插入序列、转座子、MuMu病毒等病毒等病毒等病毒等第28页
22、v染色体染色体指携带细胞功效所必备基因遗传单元。v病毒病毒是非细胞生物,它们全套遗传基因称为基因组,但不足以形成染色体。v原核生物原核生物染色体常为一个环状DNA分子。v真核生物真核生物细胞有几条至几十条染色体,各含一个线状DNA分子。第29页真核生物染色体结构细菌染色体DNA大小和结构第30页原核生物质粒原核生物质粒v游离于原核生物染色体外,含有独立复制能力小型共价闭游离于原核生物染色体外,含有独立复制能力小型共价闭合环状合环状DNADNA分子,即分子,即cccDNA(circular covalently cccDNA(circular covalently closed DNA)clos
23、ed DNA),称为,称为质粒质粒。v质粒含有超螺旋状结构,携带着一些染色体所没有基因,质粒含有超螺旋状结构,携带着一些染色体所没有基因,赋予原核生物一些对其生存必不可少特殊功效。赋予原核生物一些对其生存必不可少特殊功效。第31页质粒特征质粒特征v自我复制能力,为复制子,单拷贝或多拷贝自我复制能力,为复制子,单拷贝或多拷贝v编码产物赋予细菌一些性状特征编码产物赋予细菌一些性状特征v可自行丢失与消除(可自行丢失与消除(含质粒细胞在正常培养基上遇化学、物理原因处理时,质粒复制受到抑制而核染色体复制继续进行,子代细胞中质粒消除)v有转移性(有转移性(能够经过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到
24、另一个细菌细胞中,使两个细胞都成为带有质粒细胞;质粒转移时,它能够单独转移,也能够携带着染色体(片段)一起进行转移,所以它可成为基因工程载体)v能够在细胞质中独立于染色体之外独立存在(游离态),也能够经过能够在细胞质中独立于染色体之外独立存在(游离态),也能够经过交换掺入染色体上,以附加体(交换掺入染色体上,以附加体(episomeepisome)形式存在)形式存在)v对于细菌生存并不是必要对于细菌生存并不是必要v功效多样化功效多样化v功效:进行细胞间接合,并带有一些基因,如产生毒素、抗药性、固功效:进行细胞间接合,并带有一些基因,如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功效等。氮、产生酶类、
25、降解功效等。第32页质粒主要类型质粒主要类型v致育因子致育因子Fertilityfactor,F因子因子(致(致育因子,性因子,约育因子,性因子,约2%核染色体,核染色体,94.5kb,编码基因约,编码基因约1/3与接合相关与接合相关)v抗性因子抗性因子Resistancefactor,R因子因子(抗药性因子,其基因编码物质反抗生抗药性因子,其基因编码物质反抗生素有抗性素有抗性)vTi因子因子诱癌质粒,可同植物细胞中核染色体整合,破坏控制细胞分裂激素调整系统,从而使其变诱癌质粒,可同植物细胞中核染色体整合,破坏控制细胞分裂激素调整系统,从而使其变成癌细胞。成癌细胞。vCol因子因子大肠杆菌素因
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