医学专题-第三章细菌的生长和遗传变异-22

第三章细菌(xìjūn)的生长和遗传变异

3.2细菌的遗传(yíchuán)与变异第一页，共八十一页。1编辑课件主要(zhǔyào)内容一、遗传与变异的基本概念二、遗传的物质基础三、遗传信息的表达——基因表达四、微生物的基因突变(jīyīntūbiàn)五、基因重组六、遗传工程（Geneticengineering）七、基因工程（Geneticengineering）八、微生物的驯化——活性污泥驯化九、核酸探针杂交和PCR技术在环境保护中的应用第二页，共八十一页。2编辑课件自学(zìxué)作业细菌遗传的物质基础是什么？简述DNA的复制过程？请说明什么是点突变和染色体畸变、自发突变和诱发(yòufā)突变？请分别解释转化、接合、转导，三者的区别是什么？请简要说明遗传工程在环境工程中的应用？废水处理中驯化的作用是什么？第三页，共八十一页。3编辑课件遗传性：亲代(qīndài)性状在子代重现，使其子代的性状与亲代(qīndài)基本上一致的现象。“种瓜得瓜种豆得豆”继承亲代优点，保持物种延续遗传性一、遗传(yíchuán)与变异的基本概念第四页，共八十一页。4编辑课件细菌同其他生物一样，有其固有的遗传性。细菌的遗传是在系统发育过程中形成(xíngchéng)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。老龄菌遗传保守程度比幼龄菌大。遗传性一、遗传(yíchuán)与变异的基本概念第五页，共八十一页。5编辑课件变异(biànyì)：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(biànyì)（个体形态、菌落形态、生理生化特性、代谢产物）“龙生九子，各不相同”变异性基因突变基因重组定义(dìngyì)：细菌的遗传性状变化称变异第六页，共八十一页。6编辑课件细菌(xìjūn)易变异∵细菌的繁殖快，又与外界环境(huánjìng)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第七页，共八十一页。7编辑课件细菌(xìjūn)变异形式：个体形态的变化，菌落形态(光滑型／粗糙型)的变异，营养要求的变异，对温度(wēndù)、pH要求的变异，毒性的变异，抗毒能力的变异，生理生化特性的变异及代谢途径、产物的变异等。第八页，共八十一页。8编辑课件定向培育：有目的地控制微生物生长条件，使其向人类需要的方向变异(biànyì)。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(chǔlǐ)，通过驯化，增强微生物的降解能力，提高处理(chǔlǐ)效果。第九页，共八十一页。9编辑课件二、遗传(yíchuán)的物质基础细菌的遗传物质：一切生物(shēngwù)遗传的物质基础是核酸（特别是DNA）

第十页，共八十一页。10编辑课件1928年，Griffith进行了以下几组实验：（1）动物实验

对小鼠注射活RII菌或死SIII菌————小鼠存活

对小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡

对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌———小鼠死亡

抽取(chōuqǔ)心血 分离

活的SIII菌F.Griffith，研究对象：Streptococcuspneumoniae（肺炎双球菌）SIII型菌株：有荚膜，菌落表面(biǎomiàn)光滑，有致病性RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性证明核酸(hésuān)是遗传物质基础的经典转化实验（transformation）第十一页，共八十一页。11编辑课件Griffith

转化(zhuǎnhuà)试验示意混合(hùnhé)培养RII型活菌SIII型活菌SIII型热死菌RII型活菌SIII型活菌健康(jiànkāng)健康健康健康健康健康健康病死病死病死Griffith

转化试验示意图第十二页，共八十一页。12编辑课件（2）细菌培养(péiyǎng)实验（3）S型菌的无细胞(xìbāo)抽提液试验以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式(fāngshì)进入RII型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII型细胞。热死SIII菌—————不生长

活RII菌—————长出RII菌

热死SIII菌—————长出大量RII菌和10-6SIII菌活R菌+S菌无细胞抽提液——长出大量R菌和少量S菌+活RII菌平皿培养第十三页，共八十一页。13编辑课件二、遗传(yíchuán)的物质基础2.DNA的化学组成(zǔchénɡ)

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、脱氧核糖和磷酸根三种组分。四种碱基为：腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C。核苷酸腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T戊糖碱基磷酸核苷第十四页，共八十一页。14编辑课件DNA双螺旋结构(jiégòu)DNA是由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，遵循配对原则：A—T，G—C

第十五页，共八十一页。15编辑课件4.DNA复制 DNA的复制过程首先是DNA的双链从一端打开，分离成 两条单链，然后以每条单链为模板，通过碱基配对逐渐 建立起完全互补的一套核苷酸单位(dānwèi)，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DNA。第十六页，共八十一页。16编辑课件4.DNA复制在DNA聚合酶的催化下，一个DNA分子最终复制成两个结构完全相同的DNA，从而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组成，称为(chēnɡwéi)半保留复制。第十七页，共八十一页。17编辑课件遗传物质在细胞内存在(cúnzài)部位和方式（七个水平）：（1）细胞水平：DNA集中在核质体中。（真核微生物：细胞核）杆菌细胞内大多存在两个核质体，而球菌一般(yībān)只有一个。（2）细胞核水平(shuǐpíng)：原核微生物：无核膜包裹，呈松散无定型状态，核基团不与蛋白质结合真核微生物：有核膜，DNA与蛋白质结合，形成染色体（genome）核外染色体（能自主复制）：广义上讲称质粒（plasmid）第十八页，共八十一页。18编辑课件（3）染色体水平(shuǐpíng)原核微生物：每一个(yīɡè)核质体中只有一个(yīɡè)裸露的、在光学显微镜下无法看到的环状染色体。真核微生物：往往(wǎngwǎng)有不同数目的染色体。酵母菌属（saccharomycs）17染色体的套数：只有一套相同功能的染色体时称之为

单倍体，有两套时称双倍体。（4）核酸水平绝大多数的微生物的遗传物质为DNA，只有部分病毒才是RNA。第十九页，共八十一页。19编辑课件（5）基因水平（功能(gōngnéng)单位）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(páiliè)序列不同。基因(jīyīn)的分类调节基因（regulator）：控制结构基因的活性结构基因（structuregene）操纵基因（operator）启动基因（promotor）操纵子（operon）第二十页，共八十一页。20编辑课件遗传密码：DNA上各个核苷酸的特定排列顺序(shùnxù)。每个密码子由3个核苷酸顺序来决定。（7）核苷酸水平(shuǐpíng)（最低交换单位、突变单位）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（6）密码水平(shuǐpíng)（信息单位）第二十一页，共八十一页。21编辑课件质粒（plasmid）定义：游离于染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA（circularcovalentlyclosedDNA）结构：具有超级螺旋结构，分子量106－108Da（道尔顿）100－10000kbp可移动性：异种(yìzhǒnɡ)间转移GentherF.J.(1998):69种环境中的细菌中，38％能从实验室的细菌接受(jiēshòu)R因子。第二十二页，共八十一页。22编辑课件几种(jǐzhǒnɡ)典型的质粒50年代在日本发现的一种质粒（从患痢疾但被抗生素治疗后的病人(bìngrén)中分离出的痢疾志贺式菌中），而且能把抗药性转移到E.coli。后来在沙门氏菌属（Salmonalla）芽孢(yábāo)杆菌属（Bacillus）假单胞菌属（Pseudomonas）葡萄球菌属（Staphulococcus）中找到。R因子在细胞中的数目1~2—几十个。对多种抗生素有抗性，也可作为基因载体。具有R因子的细菌在自然界中的存活率高。1）R因子－R质粒第二十三页，共八十一页。23编辑课件2）F因子(yīnzǐ)（Fertilityfactor）、致育因子(yīnzǐ)、性因子(yīnzǐ)是E.coli中决定性别的质粒。62×106Da，94.5kbpF+F+F+F-接合（conjugation）特点：能够插入染色体，使染色体的长度(chángdù)增长。有F因子的细菌：F+雄菌没有F因子的细菌：F-雌菌第二十四页，共八十一页。24编辑课件3）降解(jiànɡjiě)性质粒二甲苯质粒：XYL（Xylene）辛烷质粒：OCT（Octane）甲苯(jiǎběn)质粒：TOL（Toluene）萘质粒：NAP（Napthalene）樟脑质粒：CAM（Camphor）水杨酸质粒：SAL（Salicylate）在环保中有重要的意义：超级(chāojí)工程菌的获得。含有能降解复杂物质的基因，从而使细菌能降解难降解有机物。大多在假单胞菌属中发现。至今发现的主要降解质粒（以其所能分解的底物命名）第二十五页，共八十一页。25编辑课件三、遗传信息的表达(biǎodá)——基因表达(biǎodá)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(páiliè)序列不同。基因：能够表达和产生基因产物（蛋白质或RNA）的DNA序列。第二十六页，共八十一页。26编辑课件1.核糖核酸(hétánɡhésuān)RNA RNA——核糖（DNA为脱氧核糖） 尿嘧啶U代替胸腺嘧啶T三、遗传信息的表达(biǎodá)——基因表达(biǎodá)2.三种RNA（1）信使核糖核酸mRNA：指导蛋白质的合成（2）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tRNA：可识别mRNA上的信息(xìnxī)，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、蛋白质等的合成第二十七页，共八十一页。27编辑课件三、遗传信息的表达(biǎodá)——基因表达(biǎodá)4.基因表达：基因上贮存的遗传信息需要通过一系列的变化(biànhuà)过 程才能够在生理上或形态上表达出相应的遗传性状。需要经过转录——翻译——表达三个过程。（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的过程称为(chēnɡwéi)转录。基因DNA上遗传信息转录下的RNA即为mRNA。

第二十八页，共八十一页。28编辑课件三、遗传信息的表达(biǎodá)——基因表达(biǎodá)（2）翻译(fānyì)：转录后的mRNA作为合成蛋白质的模板，并且由mRNA的碱基排列顺序决定多肽链中氨基酸的排列顺序，即遗传信息到蛋白质的传递为翻译。第二十九页，共八十一页。29编辑课件三、遗传信息的表达(biǎodá)——基因表达(biǎodá)（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(cóngér)使微生物表现出某种性状，称为性状表达（发育）。第三十页，共八十一页。30编辑课件四、微生物的基因突变(jīyīntūbiàn)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

突变染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化基因突变——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、插入(chārù)而发生的碱基排列顺序的变化，从而导致表现形状发生了可遗传的变化，这种现象叫基因突变（变异）。基因突变(jīyīntūbiàn)第三十一页，共八十一页。31编辑课件2.基因突变(jīyīntūbiàn)的原因

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(chǎnwù)（亚硝酸盐、过氧化氢）引起，自发突变频率低10-5～10-9

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）第三十二页，共八十一页。32编辑课件3.微生物基因突变(jīyīntūbiàn)的特点适用于整个生物界，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。自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生(chǎnshēng)。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。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。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（forwardmutation），从突变株回到野生型的 过程则称为回复突变或回变（backmutation或 reversemutation）。第三十三页，共八十一页。33编辑课件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：ABCABCABABCAABCABabcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*4.微生物基因突变(jīyīntūbiàn)机制基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变又可分为点突变(tūbiàn)和畸变。第三十四页，共八十一页。34编辑课件点变异(biànyì)：一个或数个碱基发生变化点突变碱基置换移码突变转换：AG,GCTT,T颠换AACC,G缺失：添加：ABCABCABABCAABCAB第三十五页，共八十一页。35编辑课件碱基置换（substitution）定义：对DNA来说，碱基的置换属于(shǔyú)一种染色体的微小损伤（microlesion），一般也称点突变（pointmutation）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。分类：转换（transition），即DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；颠换（transversion），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。对某一具体诱变剂来说，即可同时引起转换与颠换，也可只具其中的一种功能。根据化学诱变剂是直接(zhíjiē)还是间接地引起置换，可把置换的机制分成以下两类来讨论。第三十六页，共八十一页。36编辑课件移码突变(tūbiàn)frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指诱变剂使DNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株（frame-shiftmutant）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是DNA分子的微小损伤(sǔnshāng)。丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列称为ICR类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。第三十七页，共八十一页。37编辑课件染色体畸变(jībiàn)（chromosomalaberration）某些(mǒuxiē)理化因子，如X射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起DNA的大损伤（macrolesion）——染色体畸变，它包括：染色体结构上的变化：缺失（deletion）重复（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色体数目的变化第三十八页，共八十一页。38编辑课件畸变缺失：添加易位：倒位：重复：插入：abcabcabcabcabcabcdefpqrdefpqrghighifdeghijkl*畸变：碱基片断(piànduàn)发生变化第三十九页，共八十一页。39编辑课件★染色体结构(jiégòu)上的变化分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。染色体内畸变：只涉及一条染色体上的变化，如发生染色体的部分缺失或重复(chóngfù)时，其结果可造成基因的减少或增加；如发生倒位或易位时，则可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。倒位--------是指断裂下来的一段染色体旋转180后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与其它的基因顺序相反；易位--------是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。染色体间畸变：指非同源染色体间的易位。第四十页，共八十一页。40编辑课件自发(zìfā)突变机制自发(zìfā)突变是指在没有人工参与下生物体自然发生的突变。几种自发突变的可能机制★微生物自身有害代谢产物的诱变效应★互变异构效应★环出效应第四十一页，共八十一页。41编辑课件作用：重组可使生物体在未发生突变(tūbiàn)的情况下，也能产生新遗传型的个体。五、基因(jīyīn)重组定义：两个不同性状的个体细胞（细胞水平），其中一个细胞（供体）DNA与另一个细胞的DNA融合，使基因重新排列遗传给后代(hòudài)，产生新的遗传性状，称基因重组。

第四十二页，共八十一页。42编辑课件Ⅰ.转化(zhuǎnhuà)Transformation

（引进）供体细菌研碎物中的DNA片段直接(zhíjiē)吸收进入活的受体细菌并发生基因重新组合的方式。受体细菌获得了供体细菌的部分遗传性状—“转运同化”转化现象是1928年英国(yīnɡɡuó)的细菌学家格里菲斯首先发现的,，被命名为格里菲斯实验（证明DNA是生命遗传物质的经典实验之一）。引进第四十三页，共八十一页。43编辑课件老鼠体内提取物培养现象活的SⅢ肺炎双球菌活的RⅡ

肺炎双球菌

无毒

杀死

杀死

转化(zhuǎnhuà)现象加热杀死后的破碎细胞混合注射加热杀死后的破碎细胞格里菲斯实验(shíyàn)无毒注射注射？？第四十四页，共八十一页。44编辑课件1944年才通过试验找出了其中的原因。试验方法(fāngfǎ)如下：+目前发现自然(zìrán)状态下许多其它细菌、放线菌、真菌和高等动植物中都也有转化现象。第四十五页，共八十一页。45编辑课件定义：受体菌自然或在人工技术(jìshù)作用下直接摄取来自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受体菌称为转化子（transformant）。特点：无需细胞接触。细菌、放线菌、真菌中有转化现象。有关名词：受体菌：recipient/receptor，转化基因的接受者供体菌：donor，转化基因的提供者转化因子：来自供体菌的DNA片段转化子：transformant，将转化基因重组进入自身染色体组的重组子转化(zhuǎnhuà)（transformation）第四十六页，共八十一页。46编辑课件第四十七页，共八十一页。47编辑课件人工(réngōng)转化人工转化——是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人工地将DNA导入细胞内。方法：①CaCl2处理细胞，使其成为能摄取外源DNA的感受态状态.②电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括DNA）能通过这些(zhèxiē)小孔进入细胞。第四十八页，共八十一页。48编辑课件到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：Streptococcuspneumoniae、Haemophilus（嗜血杆菌属）、Bacillus、Neisseria（奈瑟氏球菌属）、Rhizobium（根瘤菌属）、Staphylococcus、Pseudomonas和Xanthomonas中多见。在若干放线菌和蓝细菌以及Saccharomycescerevisiae、Neurosporacrassa（粗糙脉胞菌）和Aspergillusniger中，也有转化现象。肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因(yuányīn)一方面由于外来DNA难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线形DNA的核酸酶。如果用CaCl2处理E.coli的球状体，就可以使之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的原生质体进行转化。两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘关系有着密切的关系。但即使在转化率极高的菌种中，其不同菌株间也不一定都能发生转化。自然(zìrán)转化的普遍性：第四十九页，共八十一页。49编辑课件Ⅱ.接合(jiēhé)

（合作）

细菌(xìjūn)有性生殖细胞核质粒大肠杆菌的接合是通过性纤毛（中空）进行的。

F因子、降解性质(xìngzhì)粒可通过此形式传递。第五十页，共八十一页。50编辑课件接合(jiēhé)（conjugation）定义：供体菌（“雄”）通过其性菌毛与受体菌（“雌”）相接触，前者传递不同长度的DNA给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。通过接合而获得新性状的受体细胞就是(jiùshì)接合子（conjugant）特点：细胞接触第五十一页，共八十一页。51编辑课件接合(jiēhé)（conjugation）存在范围：细菌：G–较为多见如E.coli、Salmonella、Shigella、Serratia、Vibrio、Azotobacter、Klebsiella和Pseudomonas等最为常见放线菌：Streptomyces、Nocardia接合还可发生在不同属的菌种之间，如E.coli与Salmonellatyphimurium之间或S.typhimurium与Shigelladysenteriae之间E.coli的F因子：决定性别的质粒，属于附加体（episome），可以通过接合作用获得(huòdé)，也可以通过丫啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素C的处理而消除。第五十二页，共八十一页。52编辑课件第五十三页，共八十一页。53编辑课件（三）转导（transduction）（间谍(jiàndié)窃取）通过噬菌体的携带而转移的基因重组，无需(wúxū)细胞接触。在自然界中比较普遍。噬菌体进入供体细胞宿主的核染色体被切断成熟与包装之际形成不带噬菌体自身DNA的噬菌体（假噬菌体）（完全缺陷噬体）与受体接触感染a.完全转导(completetransduction)b.局部转导(specializedtransduction)由部分缺陷的噬菌体把少数特定的基因携带到受体菌中，并获得(huòdé)转导的现象。第五十四页，共八十一页。54编辑课件LA-2A-B+LA-22A+B-LA-2是能合成色氨酸（B+）但不能合成(héchéng)组氨酸（A-）的沙门(shāmén)氏伤寒杆菌(gǎnjūn)

指导色氨酸合成的基因超微烧结玻璃板细菌不能通过，噬菌体可以通过转导能合成色氨酸间谍侵入、重组转移导手LA-22是不能

合成色氨酸（B-）但能合成组氨酸（A+）的沙门氏伤寒杆菌一些细胞中含有繁殖速度较慢的温和噬菌体P-22

第五十五页，共八十一页。55编辑课件（四）原生质体融合(rónghé)（protoplastfusion）通过人为的方法使两个(liǎnɡɡè)遗传性状不同的细胞的原生质体发生融合，得到同时具有双亲性状的、遗传稳定的融合子（fusion），该过程称原生质体融合。（20世纪70年代）原核、真核高等植物、人体细胞能进行原生质体融合的细胞(xìbāo)非常广泛步骤：用脱壁酶去除细胞壁混合（加聚二醇PEG），或电脉冲促进融合培养，使之称为完整细胞鉴定特点：1）重组频率>10-1.（远远大于诱变育种）2）不同属、科间亦可融合。第五十六页，共八十一页。56编辑课件六、人工基因重组(zhònɡzǔ)—遗传工程遗传工程是70年代初发展起来的生物技术。定义：对遗传物质进行改造（人工干预下的杂交(zájiāo)、转化、接合、转导）的技术。工程：类似工程设计那样有很高的预见性、精确性与严密性。第五十七页，共八十一页。57编辑课件a.遗传工程(yíchuángōngchéng)的方法遗传工程方法包括两个水平的研究：一种是细胞水平；另一种是基因(jīyīn)水平。所以，又可把它分为细胞工程和基因工程。细胞工程——两个细胞原生质体融合体外切割导入遗传物质基因片段受体细胞基因工程(jīyīngōngchéng)——两个细胞DNA片段剪接拼接狭义的讲，遗传工程就是基因工程。原理：限制性核酸内切酶第五十八页，共八十一页。58编辑课件在特殊培养基上（如含有青霉素）筛选目的(mùdì)细菌质粒载体（具有抗性基因）如抵抗青霉素长出必然(bìrán)是重组成功的细菌外源基因(jīyīn)片段第五十九页，共八十一页。59编辑课件b.遗传工程(yíchuángōngchéng)在环境工程中的应用对特殊基因进行“剪切－粘贴－链接”制造“超级细菌”++第六十页，共八十一页。60编辑课件Ⅱ.耐汞工程菌

日本水俣事件及瑞典鸟类汞中毒事件后，日本和瑞典对汞在自然界转化做了大量研究工作，提出了汞化合物转化的途径，主要是某些微生物使水体汞元素(yuánsù)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，它们的耐汞基因在质粒R因子上。例如，恶臭假单胞菌一般在超过2ug／ml汞浓度中即将中毒死，查克拉巴蒂用质粒转移技术，把嗜油假单胞菌的耐汞质粒(MER质粒)转移到恶臭假单胞菌中去，后者获得MER质粒，可在50~70ug／ml氯化汞中生长。Ⅲ．脱色工程菌的构建

将分别含有降解偶氮染料质粒的偏号Kx和Kd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。第六十一页，共八十一页。61编辑课件基因工程(jīyīngōngchéng)方法看似简单，但在具体实施上有较大的难度。第六十二页，共八十一页。62编辑课件降解石油的工程细菌

70年代美国(měiɡuó)生物学家查克捡巴蒂(Chakrabarty)针对海洋输油，造成浮油污染，影响海洋生态等问题进行了研究。石油成分复杂，是由饱和、不饱和、直链、支链、芳香……烃类组成，不溶于水。而海水含盐量高，虽发现90多种微生物有不同程度降解烃类的能力，但不一定能在海水中大量繁殖生存，而且降解速率也较慢。查氏将能降解脂(含质粒A)的一种假单胞菌作受体细菌，分别将能降解芳烃(质粒B)、芳烃(质粒C)和多环芳烃(质粒D)的质粒，用遗传工程方法人工转入受体细菌，获得多质粒“超级细菌”，可除去原油中2／3的烃。第六十三页，共八十一页。63编辑课件降解(jiànɡjiě)石油的工程细菌浮油在一般条件下降解需一年以上时间，用“超级细菌”只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。见下图。第六十四页，共八十一页。64编辑课件注意(zhùyì)：基因工程菌存在(cúnzài)的问题：安全性混合培养系中的生存性降解能力(nénglì)的安定性大规模培养技术第六十五页，共八十一页。65编辑课件六、遗传工程(yíchuángōngchéng)（Geneticengineering）50年代——遗传物质的研究70年代——基因工程诞生遗传工程(yíchuángōngchéng)包括根据微生物在遗传过程中发生的生物变异现象，获得有利于人类的某些遗传性状。包括诱变育种（基因突变）、质粒育种、DNA重组。1.诱变(yòubiàn)育种：就是利用物理化学等因素，诱发基因突变，并从中筛选出具有某一优良性状的突变体。出发菌株的选择诱变剂的选择：紫外线、X射线、亚硝酸盐等诱变剂量的选择：杀菌率为70～75%的紫外线突变体的筛选2.诱变育种的主要步骤第六十六页，共八十一页。66编辑课件六、遗传工程(yíchuángōngchéng)（Geneticengineering）3.诱变育种应用微生物驯化(xùnhuà)获得某些难降解物质的优良降解菌5.质粒育种应用石油(shíyóu)降解功能菌的构建烃类和抗汞质粒菌的构建4.质粒育种质粒是原核微生物中除染色体外一类携带遗传物质的环状DNA片断，它能够决定微生物的某些性状。可以将两种或多种微生物通过细胞结合或细胞融合技术，使供体菌的质粒转移到受体均体内，使受体菌同时具有多种功能。第六十七页，共八十一页。67编辑课件诱变育种(yùzhǒng)：是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（DNA）的分子结构发生改变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。诱变育种具有极其重要的实践意义。当前发酵工业和其他微生物生产部门(bùmén)所使用的高产菌株，几乎毫无例外地都是通过诱变育种而明显提高其生产性能的。诱变(yòubiàn)育种第六十八页，共八十一页。68编辑课件诱变(yòubiàn)育种的步骤：原始(yuánshǐ)菌种纯化(chúnhuà)斜面/肉汤培养单孢子/单细胞悬液诱变剂处理平板分离移至斜面小试中试初筛复筛计算存活率观察形态变异，挑单菌落良种保藏原菌种特性鉴定第六十九页，共八十一页。69编辑课件诱变育种(yùzhǒng)的基本过程：选择选择合适的出发菌株↓制备(zhìbèi)待处理的菌悬液↓诱变处理↓筛选↓保藏和扩大试验第七十页，共八十一页。70编辑课件七、基因工程(jīyīngōngchéng)（Geneticengineering）50年代——遗传物质的研究(yánjiū)70年代——基因工程诞生1.定义(dìngyì)：用人为的方法把供体生物DNA导入受体生物中，并在其中“安家落户”，进行正常的复制表达，从而获新物种的一种育种技术。是一种分子水平上的遗传重组技术。对特殊基因进行“剪切－粘贴－链接”制造“超级细菌”++第七十一页，共八十一页。71编辑课件①用人为的方法，把供体生物的DNA大分子提取出来(chūlái)，②在离体的条件下，用工具酶进行切割后，③把它与载体（vector）的DNA分子连接起来，④然后与载体一起导入受体生物。2.步骤(bùzhòu)：第七十二页，共八十一页。72编辑课件<1>目的基因(jīyīn)的取得：供体细胞中提取分离(fēnlí)合成<2>载体(zàitǐ)的选择：对载体的要求具有自我复制能力能在受体细胞内大量增殖最好只有一个限制性内切酶的切口（使供体DNA接合在一定位置上）有一种选择性遗传标志，以便追踪常用：细菌质粒、噬菌体。最常用：PBR322、抗四环素、青霉素性基因。表达抗药性可以用选择性培养基检出它们。第七十三页，共八十一页。73编辑课件<4>重组(zhònɡzǔ)载体引入受体细胞最广泛(guǎngfàn)被应用的是E.coli、