环境工程微生物学-微生物的遗传和变异3课件

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SR噬菌体感染实验噬菌体1952.赫尔希和切斯

1952年赫尔希和切斯噬菌体侵染大肠杆菌实验噬菌体感染实验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的结构与复制核苷酸的结构DNA的结构DNA分子结构DNA的结构DNA的结构A~T,G~C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？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mRNAmRNA+tRNAmRNA+tRNA+rRNA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①从细胞中分离出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥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50—70mg/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pseudomounasputdapawl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：