转基因生物
7第七章微生物的遗传和变异TO
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正确态度——
• 理性看待转基因技术。
A long way…
• 某些新闻媒体和科学家的过激倾向已给生命科学的发展带 来很大的负面压力。正确的社会舆论导向有利于决策者做 出正确的决策，从而促进科技发展。
• 在对待转基因生物问题上，不能因出现一些问题而因噎废 食，也不能对可能出现的问题掉以轻心。
——环境微生物
Chap 7 microbial heredity and variation
微生物的遗传变异和育种
李祝 7第E七-m章微a生il物: 的遗传T和e变l：异TO
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几个概念
遗传型
表型
变异
饰变
phenotype：
genotype： 指某一生物个 又称基因型， 体所具有的一 指某一生物 切外表特征和 个体所含有 内在特性的总 的全部遗传 和，是其遗传 因子即基因 型在合适环境 组所携带的 条件下通过代 遗传信息。 谢和发育而得
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a.遗传工程的方法
• 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
基因工程——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
体外切割
导入
遗传物质
基因片段
受体细胞
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THE END!
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③基因重组法
• 不同个体基因重新组合 • 形式 • 自发基因重组与人工基因重组
• 自发基因重组
• a. 真 核 生 物 为 杂 交； • 精卵细胞质融合过程中所有遗传物质的重组
b. 原 核 生 物 为 转 化 、 转 导 、接合；
部分遗传物质的转移和重组
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诱变剂：温度、紫外线、核辐射、酸、碱、化 学诱变剂等等。
基因突变的分子机制？ DNA碱基丢失、增多、错配等
点突变→染色体畸变
基因突变有这样几个特点。
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A．基因突变的特点
• 发生Ⅰ.随机性结果Ⅱ.无定向性
• 基因突变在哪一个细菌中发生是随机的，突变基因的部 位也是随机的。突变的发生没有固定的方向。
遗传的保守性
变异的多样性
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1.遗传的保守性
遗传性— “种瓜得瓜种豆得豆”
——子代与亲代相似性（“大同”）
正面：继“承优胜亲代优点，保持物种延续 负面：？“”劣汰
”
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2.变异的多样性
• 细菌变异形式，如：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、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。
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• 通常生产上更多利用的是诱导法。
• 污泥培养初期逐步提高污水比例，有些菌种不能适 应被淘汰(筛选)，能产生诱导酶的菌株及自发突变体
中能来降解此类废水的菌种能够生存而被保留下来，且 能力逐步提高，使废水达到预期的排放标准；
• *诱变菌株环保市场的开发前景如何?目前国内
外有哪些主要的此类公司?
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b.遗传工程在环境工程中的应用
++
“超 对特殊基因进行“剪切－粘贴－链接”制造 级细菌”
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• Ⅰ.降解石油的工程细菌
• 70年代美国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，而且降解速率也较馒，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。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。
• 筛选—“众里挑一” 定向培育—“教育培训”
定向培育在水的生物处理俗称驯化。
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(1)细菌的筛选方法
• 原理：优胜劣汰 • 方式：选择性培养基（天然+人工） • 天然——特殊区域采样
• 例如 筛选能降解石油的细菌？
收集长期被石油污染的土壤(天然选择性固体培养基），
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（2）细菌的驯化
• ①渐变－诱导法(休眠的酶基因复活+自然突变) • 方法：
选择性培养基（待降解 物，如石油）浓度升高
5
n
5
67
N
N死
大一
→
大四
待降解物通常为有机毒物或惰性物。
+
结1 果
筛选与诱导驯化可以同时进行
特点:操作简便，驯化的潜力有限，慢。
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②突变—诱变法 • 哪些因素可以引起基因突变呢？
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评价
• 诱变法潜力要远大于诱导法，但操作复杂。在
实际诱变中，往往要经过几次不同诱变方法的诱变处理 以及大量繁琐的筛选分离工作才有可能获得理想的突变 体。最后这些突变体将会在实验室小试、中试的基础上 被投放到生产实践中。 • 参见 《环境微生物学技术手册》
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• 频率Ⅲ.稀有性 可Ⅳ.诱变性
• 突变率（每一细菌在每一世代中发生某一性状突变的机 率）通常为10-5~10-10。十万至一百亿个细菌中才可能 有一个细菌的基因发生突变。
• 人工诱变可提高10～105倍
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• Ⅴ. 可逆性
• 修复成功
• Ⅵ.稳定性
• 修复失败 • 产生的变异性状是稳定的、可遗传的。
一、遗传变异的物质基础
1. 遗传的物质基础——DNA
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2 证明DNA为遗传物质的三个经典实验 1）转化实验
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2）噬菌体感染实验
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Байду номын сангаас
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3） 病毒的拆开和重组实验
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• Ⅱ.选择合适的诱变剂剂量进行诱变 • 为什么要有剂量限制呢？ • 少,效率低;过高“是药三分毒” 会造成细菌大量死亡。
• 例如在进行细菌紫外诱变时，通常使用15或20W的紫外灯距离细菌 单细菌悬浮液15~30cm，照射15~20min。
• Ⅲ.筛选突变出的高效菌 • 如何筛？ • 选择性培养基
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• 基因工程方法看似简单，但在具体实施上有较大 的难度。A.细菌的质粒本身容易丢失或转移
B.质粒具有不相容性
• （只有在一定条件下，属于不同的不相容种群的质粒 才能稳定地共存于同一宿主中。）
• *使用哪些方法有利于不同质粒的相容? 国内那 些科研院校进行基因重组工程菌的开发研究?
• 利用基因突变的特点，可以通过 人工诱变进行细菌的基因改造。
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B．方法
• 常用的诱变剂：紫外线、5—溴尿嘧啶、亚硝酸、卟啶染 料等。 诱变的步骤 Ⅰ.制出发菌株的单细菌悬浮液 为什么？如何在整个过程中尽量使细菌分散呢？ 诱变剂与细菌充分接触；向细菌培养液中加入玻璃珠，并 保持在诱变过程中始终进行振荡搅拌形成出发细菌的单细 菌悬浮液；
必有适应石油环境利用石油作为食物的细菌，将土壤样
品在实验室用石油降解菌选择性培养基，对样品中的石
油降解菌进行进一步的选择培养，筛选分离，富集，为
下一步的驯化工作奠定基础。
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筛选分离
选择性培养基（石油） 浓度升高
1
4
1 小考
2 中考
3、4 高考
驯化
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• 生物安全是近年来才出现的新问题, 应该对研究人员、普通 公众、政府部门的管理者和决策者等进行生物安全的教育 和培训, 将科学的生物安全知识完整地告诉公众, 树立公众 的生物安全风险意识和遵守生物安全法规意识。
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三、 细菌的选育*（重点）与细菌的变异
• 选育—筛选与定向培育
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• Ⅲ.转导（间谍窃取）
• 间谍？
• Ⅱ.接合 （合作） • 噬菌体－细菌病毒
• 通过噬菌体的携带而转移
导手的基因重组现象称为
转导。
• 转导是1951年辛德尔(Zinder)和
莱德贝尔格(1Jederberg)在研究
鼠沙门氏伤寒杆菌重组时发现