課程名稱：《水處理生物學》第工講次，總16講

摘要

第章細菌的生長和遺傳變異

授課題目（章、節(jié)）3

第一節(jié)細菌的生長及其特性

本講目的要求及重點難點:

【目的要求】

?細菌生長量的測定方法：計數(shù)法與生長量測定法，各種方法的使用情況；

?間歇培養(yǎng)方式下細菌的生長曲線；

?生物膜的生長特點。

【重點】間歇培養(yǎng)方式下細菌生長各個階段的特點。

【難點】理解間歇培養(yǎng)方式下細菌生長各個階段的特點以及生長曲線的應用。

內容

【本講課程的引入】

在營養(yǎng)充分的條件下，細菌每二十分鐘就會繁殖一代，細菌數(shù)量增長迅速。那

在細菌數(shù)量會無限度增長嗎，細菌的增長遵循什么樣的規(guī)律呢？

【本講課程的內容】

3.1細菌的生長及特性

3.1.1生長與繁殖

同化作用大于異化作用E寸，細胞質的量增加，表現(xiàn)在細胞體積或重量的不斷增

加，這種現(xiàn)象稱生長。

生長一定程度后細胞分裂，這就是繁殖。

個體的生長和繁殖體現(xiàn)為群體的生長（微生物重量或數(shù)目的增加）。

群體生長=個體生長+個體繁殖

在微生物學中“只有群體的重復''才有意義，因此“生長”一般指群體生長。

3.1.2細菌的生長測定方法

（一）計數(shù)法

1、直接計數(shù)法（顯微鏡）

匚涂片染色法：一定量樣品涂布在載玻片上（紅血球計數(shù)板），染色后計數(shù)。

匚濾膜染色法：一定量樣品過'濾到濾膜上，然后染色計數(shù)。

?一定最樣品過濾到濾膜上，然后染色計數(shù)。

?需要知道濾液的體積和濾膜的面積。

?在顯微鏡下計數(shù)，方法相同。

(c)Numberdcellsper

milliliterUbacterialwspensioft：

14oilsX20,000,000-

ISX10lcril$/mL

inseveralUrgesquaresare

countedandthenumbers

imaged.Thelargesquare

shownh?ehM14bacterial

比例計數(shù)法——將已知顆粒濃度的液體與待測菌液按一定比例混合后在顯微鏡

下，測各自的數(shù)目。

比例——樣品菌液與等體積（或成一定比例）的血液混合，觀測二者比例

紅血球數(shù)已知（男性400-500萬個/mL,女性350?450萬個/mL）,平均400

萬個/mL

?全細胞染色法（死活不分〉：DAPI染色，DTAF

有必要區(qū)分細菌的死活嗎？飲用水中衛(wèi)生細菌學標準是TBCU00個/mL（平板

計數(shù)的標準），如果我們采用染色顯微鏡檢測技術對剛剛加氯消毒的飲用水進行檢

測，可能會發(fā)現(xiàn)細菌數(shù)量會遠遠超過100個/mL,是不是飲用水就是不合格的飲用

水呢？

?活菌直接計數(shù)（DVC,DirectViableCounts）

?美藍染色法（酵母活細胞計數(shù)）（活細胞：無色，死細胞：藍色）

?町咤橙（AO）染色直接計數(shù)

?BacLight染色直接計數(shù)法

?NA法

?CTC染色直接計數(shù)

?FISH（熒光原位雜交法）FluorescenceInsituhybridzalion16sRNA的堿基

組成一設計特異的探針（probe）

2、間接計數(shù)法——一種活菌計數(shù)法

匚平板計數(shù)法：

?描述：CFU（colonyfbnnationunit）/tnL

?將一定體積的菌液，均勻涂布在固體培養(yǎng)基上（例如水中細菌總數(shù)采用的

營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基），一定溫度下培養(yǎng)，計數(shù)平板形成的菌落，一個菌落代表

一個細菌。

?計數(shù)活細菌，死細菌不能夠生長

?注意：一般可培養(yǎng)的微生物很少，計數(shù)結果與采用顯微鏡直接計數(shù)的結果

差幾百倍，甚至千、萬。

濾膜法：過濾到濾膜上（把膜放在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)），然后把濾膜貼到培養(yǎng)基上,

細菌獲得營養(yǎng)而生長，形成菌落?！竽c菌群測定

匚液體計數(shù)法（MPN法，mastprobablenumber法）最可能數(shù)法

?特點：液體培養(yǎng)、統(tǒng)計學查表計數(shù)

?主要用于不能在平板培養(yǎng)基上形成菌落的菌（硝化菌、反硝化菌、硫酸

還原菌)

?將菌接種于液體培養(yǎng)基，經(jīng)過一段時間培養(yǎng)，采用一定的技術來檢測是否

有細菌生長。例如硫酸鹽還原菌的檢測是利用它們生長時產(chǎn)生的硫化亞鐵

黑色特征進行檢測，按MPN法進行計數(shù)。

(二)測生長量法

(1)測體積：粗放的方法，離心或自然沉降后觀察體積；

(2)測細胞干重：離心法、過游法兩種：105?110。(2下干燥后稱重(干重約為濕重

的10?20%)

活性污泥濃度測定方法：MLSS(mixedliquidsuspendedsolid)混合懸浮固體；

MLVSS(mixedliquidvolatilesuspendedsolid)550℃、2h、馬福爐

(3)比濁法/光密度法ODCopticaldensity)A=450?660nm,可見光

細菌不完全透光，一定范圍內菌溶液的混濁度與菌數(shù)量成正比

(4)測細胞含碳量POC(particulateorganiccarbon)TOC(totalorganiccarbon)：

總有機碳；DOC(dissolvedorganiccarbon)：溶解性有機碳

(5)細胞含氮量：細菌含氮量12.5%、酵母為7.5%；粗蛋白量=6.25xN量

(6)DNA、蛋白質：同一細菌所DNA和蛋白質的量相對穩(wěn)定，所以

可以測DNA、蛋白質。

(7)ATP、RNA可以反映活性微生物的量

(8)微生物醍類：1g細胞平均含"imol醍類。

3.1.3細菌的生長特性

(一)幾種培養(yǎng)方式

(I)間歇培養(yǎng)(Batchcultivation)：將少量細菌接種于一定量的液體培養(yǎng)基

內，在一定條件下培養(yǎng)。培養(yǎng)過程不投加或取出任何東西。這種培養(yǎng)方式叫間歇培

養(yǎng)。

接種

(2)連續(xù)培養(yǎng)(continuouscultivation)是一種連續(xù)進料又連續(xù)出料的培養(yǎng)方式,

根據(jù)控制因素的不同分為

恒濁連續(xù)培養(yǎng)(lurbidostat)：培養(yǎng)基提供足夠量的營養(yǎng)元素，細菌保持最大速

率生長，通過控制進料流速保持細菌濁度一定，使其處于對數(shù)生長期。

恒化連續(xù)培養(yǎng)(chemostat)：固定恒定的進料流速，同樣的流速排出，反應器

中營養(yǎng)物質濃度不變，為限制性營養(yǎng)因子控制生長。

(3)半連續(xù)培養(yǎng)(semi-batchcultivation半間歇式

(4)分批補料式培養(yǎng)(fedbatch)：以低速把高濃度的營養(yǎng)物質連續(xù)加入培養(yǎng)器中，

但不出料。特點：能任意控制培養(yǎng)液中的底物濃度，所以沒有流出。供應速度與微

生物消費速度達到平衡，所以能保持一定的濃度，體積是隨時間變化的。

illanddraw

（二）間歇培養(yǎng)（Batchcultivation）條件下細菌的生長曲線（growthcun?e）

細胞量隨時間的變化曲線稱生長曲線。

<1）細菌生長曲線（按細筐重量繪制）

生

長

速

度

細

菌

數(shù)

的

對

粉

時間

細菌生長各個階段的特點為：

□緩慢期（適應期））

底物特點：底物充足（重要）

細菌特點：

?生長速率常數(shù)近于零（重要）

?細胞形態(tài)變大，但基本不分裂（重要）

?rRNA含量增高

?合成代謝較活躍

□對數(shù)生長期

底物特點：底物充足，大量被細菌消耗，降解速率最高（重要）

細菌特點：

?生長速率最大，呈對數(shù)生長，世代時間（generationtime）最短（重要）

?酶系活躍、代謝旺盛

?細胞進行平衡生長，體內各成分最為均勻

□穩(wěn)定期（平衡器、靜止期）

?底物特點：底物被大量消耗，不能夠維持對數(shù)期細菌高生長速率所需要的

有機物質，導致細菌生K率下降（重要）

?細菌特點：細菌數(shù)量增多，由于底物被大量消耗，很難維持細菌的對數(shù)生

長速率。生長和死亡處于平衡狀態(tài)，凈增長速度為零（重要）

?□衰老期（內源呼吸期）

?底物特點：底物被微生物大量耗盡，微生物因得不到營養(yǎng)，而進行內源呼

吸。（重要）

細菌特點

?由于食物大量被消耗，細菌由于得不到營養(yǎng)而利用自身的營養(yǎng)物質來維持

生理活動，細胞會發(fā)生自溶現(xiàn)象（autolysis）（重要）

?往往產(chǎn)生芽抱

（三）細菌生長的數(shù)學描述

生長與基質濃度的關系公1

微生物比增長速度：單位時間，單位微生物量的增加量"二幫二

（四）細菌生長期與廢水生物處理：

水處理中如何避免緩慢期？

?接種對數(shù)期或代謝旺盛的污泥

?增加接種量

?污泥馴化（以后詳細講）

微生物維持到對數(shù)期可茯得高的處理能力，即分解速度高，但處理效果不一定

好？

?菌活力大，不易凝聚和沉淀

?需要充足的營養(yǎng)物，故得不到好的水質

處于穩(wěn)定期污泥雖然生長速度有所下降，但有?定的代謝活性，絮凝沉降性能

好。故傳統(tǒng)的活性污泥法常運行在這個范圍。

衰亡期只出現(xiàn)在某些特殊的水處理場合，如延時曝氣及污泥消化，出水水質好。

3.1.4微生物膜的生長特性

（-）生物膜的生長

液體培養(yǎng)基中加入固體物質（載體），微生物在其表面吸附、生長、繁殖形成

形成膜，這種膜叫微生物膜C

?生物膜的生長，膜厚的增加，密度也將發(fā)生變化

從單位固體表面積上的微生物量（mg/cm2）上看可分為6個階段

?延滯期、加速增長期、恒速增長期、減速增長期、安定期、脫落期

d

e院宅及咕范

，好久性網(wǎng)生枷00死艙

01.4生物成片（D模式倒

〈出殃CWRJ1.3U向1>>

（1）延滯期：細胞吸附在固體表面上的過程（沉降）

影響吸附速度的因子：材質、表面性質、形狀、細胞的性質、操作條件

（2）加速增長期：還沒有形成完整的膜

（3）恒速增長期：活性細胞量達到最大，形成完整的膜。膜表面凹凸不平。

（4）減速增長期：恒速增長期與安定期的過渡期，持續(xù)時間短。

（5）安定期：增長速度與脫落速度相平衡，膜量及膜厚達到最大值。

（6）脫落期：外因：流體的剪切力；內因：細菌的死亡、氣泡的形成，細胞外高

分子量的變化。

（二）生物膜的特性

（1）有效膜厚：并不是全部有活性，70?200pm（平均100pm）,并不是越厚越

好。

（2）密度（與膜厚有關）

微生物膜的濕密度：密度有時小于水，一般接近于1。（因為有氣泡的存在）

（3）組成：（g?/g-生物膜）

濕生物膜組成（體積比）：細胞5-15%,氣泡2-18%,水70—90%

生物膜干組成：（g-/g-生物膜）COD：0.47、TOC：0.46、T-N：0.11、T-P：0.22

（4）生物膜的測量方法

膜厚=膜體積/載體表面積=生物膜濕重/表面積

生物膜濕重=（載體+膜）一載體

生物膜生物量的測定方法：超聲波脫落，按照細菌數(shù)量測定。

【本講課程的小結】

本講主要介紹了細菌生長的測定方法以及間歇培養(yǎng)方式下細菌的生長曲線，主

要掌握各個階段細菌生長與底物利用的特點。

【本講課程的作業(yè)與復習】

作業(yè)：間歇培養(yǎng)方式下細菌的生長曲線（按照對數(shù)繪制），并介紹各個階段細

菌生長與底物利用的特點？

課下兔習：了解細菌生長量的測定方法，理解細菌生長曲線。

課程名稱：《水處理生物學》第二講次，總16講

摘要

第章細菌的生長和遺傳變異

授課題目（章、節(jié)）3

第二節(jié)細菌的遺傳與變異

本講目的要求及重點難點：

【目的要求】

?細菌遺傳與變異的基本知識、遺傳的物質基礎；

?遺傳性狀的表達——基因表達：

?基因突變的機制、基因重組的方式；

?誘變育種與質粒育種；

?基因工程、基因工程在環(huán)境工程中的應用。

【重點】基因突變的機制、基因重組的方式、誘變育種與質粒育種、基因工程、基因工程

在環(huán)境工程中的應用。

【難點】理解基因工程與遺傳工程在水處理中的應用

內容

【本講課程的引入】

“種瓜得瓜，種豆得豆”、“龍生九子，各不相同”這都是關于遺傳變異的諺

語。微生物的遺傳變異又是如何發(fā)生的呢？

【本講課程的內容】

3.2.1遺傳與變異的基本概念

遺傳性：親代性狀在子代重現(xiàn)，使其子代的性狀與親代基本上一-致的現(xiàn)象。

?“種瓜得瓜種豆得豆”

?繼承親代優(yōu)點，保持物種延續(xù)

?細菌同其他生物一樣，有其固有的遺傳性。

?細菌的遺傳是在系統(tǒng)發(fā)育過程中形成的，系統(tǒng)發(fā)育愈久的細菌，其遺傳的

保守程度愈大，越不易受外界環(huán)境條件的影響。

?老齡菌遺傳保守程度比幼齡菌大。

變異：任何--種生物，親代和子代之間在生理、形態(tài)方面都有一定的差異，這種現(xiàn)

象叫變異（個體形態(tài)、菌落形態(tài)、生理生化特性、代謝產(chǎn)物）。細菌的變異包括基

因突變和基因重組。

?“龍生九子，各不相同”

?細菌易變異

細菌的繁殖快，又與外界環(huán)境接觸面積大，匚環(huán)境條件在短時期內對菌體產(chǎn)

生多次影響，在受物理、化學因素影響后，易產(chǎn)生適應新環(huán)境的酶（誘導酶），從

而改變原有的特性，即產(chǎn)生了變異。

細菌變異形式：個體形態(tài)的變化，菌落形態(tài)（光滑型/粗糙型）的變異，營養(yǎng)要

求的變異，對溫度、pH要求的變異，毒性的變異，抗毒能力的變異，生理生化特

性的變異及代謝途徑、產(chǎn)物A勺變異等。

定向培育：有目的地控制微生物生長條件，使其向人類需要的方向變異。在污

水生物處理中稱為馴化(acclimation>adaption)o有毒有害廢水、難降解廢水處理,

通過馴化，增強微生物的降解能力，提高處理效果。

3.2.2遺傳的物質基礎

(1)細菌的遺傳物質：一-切生物遺傳的物質基礎是核酸(特別是DNA)。

證明核酸是遺傳物質基礎的經(jīng)典轉化實驗(transformation)----EGriffith,

研究對象：Streptococcuspneumoniae(肺炎雙球菌)

SHI型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性

RH型菌株：無莢膜，菌落表面粗糙，無致病性

Griffith

轉化試驗示意圖

(2)DNA的化學組成

DNA是一種高分子化合物，它由四種核甘酸組成，每一種核甘酸均含環(huán)狀堿

基、脫氧核糖和磷酸根三種組分。四種堿基為：腺喋吟A、鳥喋吟G、胸腺喀咤T、

胞喀嚏Co

磷酸腺嚓吟A

核苜酸f戊糖

核昔t堿基<鳥噂吟G

胞嘴咤C

胸腺喀咤T

(3)DNA雙螺旋結構

DNA是由兩條多核甘酸分子的長鏈所組成。兩條長鏈之間靠堿基上的氫鍵作用相

聯(lián)結，遵循配對原則：A—T,G―C

(4)DNA復制

DNA的復制過程首先是DNA的雙鏈從一端打開，分離成兩條單鏈，然后以

每條單鏈為模板，通過堿基配對逐漸建立起完全互補的一套核甘酸單位，新連接上

的多核苜酸與原有的多核甘酸鏈重新形成新的雙螺旋DNAo在DNA聚合酶的催化

下，一個DNA分子最終復制成兩個結構完全相同的DNA,從而將遺傳信息傳遞給

子代。復制后的DNA分子有一條新鏈和一條舊鏈組成，稱為半保留復制。

（5）遺傳物質在細胞內存在部位和方式（七個水平）：

①細胞水平：

?DNA集中在核質體口。（真核微生物：細胞核）

?桿菌細胞內大多存在兩個核質體，而球菌一般只有一個。

②細胞核水平：

?原核微生物：無核膜包裹，呈松散無定型狀態(tài)，核基團不與蛋白質結合

?真核微生物：有核膜，DNA與蛋白質結合，形成染色體（genome）

?核外染色體（能自主復制）：廣義上講稱質粒（plasmid）

③染色體水平

?原核微生物：每一個核質體中只有一個裸露的、在光學顯微鏡下無法看到

的環(huán)狀染色體。

?真核微生物：往往有不同數(shù)目的染色體。酵母菌屬（saccharomycs）17

?染色體的套數(shù)：只有一套相同功能的染色體時稱之為單倍體，有兩套時稱

雙倍體。

④核酸水平

?絕大多數(shù)的微生物的遺傳物質為DNA,只有部分病毒才是RNA。

⑤基因水平（功能單位）

基因：具有遺傳功能的DNA分子的片段，平均含有l(wèi)OOObp（堿基對）。一個

DNA分子中含有許多基因，不同基因分子含堿基對的數(shù)策和排列序列不同。

基因的分類

?結構基因（structuregene）

?操縱基因（operator）

?啟動基因（promotor）

?調節(jié)基因（regulator）：控制結構基因的活性

⑥密碼水平（信息單位）

?遺傳密碼：DNA上各個核甘酸的特定排列順序。每個密碼子由3個核甘酸

順序來決定。

⑦核苜酸水平（最低交換單位、突變單位）

（4）質粒（plasmid）

定義：游離于染色體外，具有獨立復制能力的小型共價閉合環(huán)狀DNA分子，

即cccDNA（circularcovalentlyclosedDNA）

結構：具有超級螺旋結構,分子量106—108Da（道爾頓）100-10000kbp

可移動性：異種間轉移

R因子一R質粒

50年代在日本發(fā)現(xiàn)的一種質粒（從患痢疾但被抗生素治療后的病人中分離出的痢疾

志賀式菌中），而且能把抗藥性轉移到E.coli。

?R因子在細胞中的數(shù)目1?2—幾十個。

?對多種抗生素有抗性，也可作為基因載體。

?具有R因子的細菌在自然界中的存活率高。

F因子（Fertilityfactor）、致育因子、性因子

F因子是E.coli中決定性別的質粒。62x106Da,94.5kbp。

?有F因子的細菌：F-雄菌

?沒有F因子的細菌：F-雌菌

降解性質粒

含有能降解復雜物質的基因，從而使細菌能降解難降解有機物。大多在假單胞

菌屬中發(fā)現(xiàn)。至今發(fā)現(xiàn)的主要降解質粒(以其所能分解的底物命名)：

二甲苯質粒：XYL(Xylene)

辛烷質粒：OCT(Octane)

甲苯質粒：TOL(Toluene)

素質粒;NAP(Napthalene)

樟腦質粒：CAM(Camphor)

水楊酸質粒：SAL(Salicylate)

(5)生物分子的合成

細菌的繁殖體現(xiàn)為：DNA、RNA、蛋白質等的合成

(6)DNA體外擴增技術

PCR(PolymeraseChainReaction)DNA多聚酶鏈式反應

3.2.3遺傳信息的表達一基因表達

細菌的繁殖體現(xiàn)為：DNA、RNA、蛋白質等的合成

(I)核糖核酸RNA：RNA——核糖(DNA為脫氧核糖)尿喘咤U代替胸腺啥咤

T

(3)三種RNA

?信使核糖核酸mRNA：指導蛋白質的合成

?核蛋白體核糖核酸rRNA：rRNA與蛋白質組成核糖體，使蛋

白質(多肽)的合成場所；

?轉運核糖核酸t(yī)RNA：可識別mRNA上的信息，并將特定的氨基酸運送

到rRNA上供蛋白質合成。

(3)密碼子：RNA上每三個堿基決定一個氨基酸。

(4)基因表達：基因上貯存的遺傳信息需要通過一系列的變化過程才能夠在

生理上或形態(tài)上表達出相應的遺傳性狀。

?轉錄：以DNA雙鏈中的一條鏈為模板，按互補方式合成RNA,遺傳信

息由DNA到RNA的過程稱為轉錄?；駾NA上遺傳信息轉錄下的RNA

即為mRNA。

?翻譯：轉錄后的mRNA作為合成蛋白質的模板，/且由mRNA的堿基

排列順序決定多肽鏈中氨基酸的排列順序，即遺傳信息到蚩白質的傳遞

為翻譯。

?由基因DNA所決定的酶通過代謝作用建造出某種細胞結構(如莢膜、鞭

毛、細胞成分等)，從而使微生物表現(xiàn)出某種性狀，稱為性狀表達(發(fā)

育)。

3.2.4微生物的基因突變

微生物變異

?突變：由于生物體DNA改變而引起的遺傳性狀的改變

?基因重組：不同個體基因重新組合

（1）基因突變

定義：DNA鏈上因堿基的缺失、置換、插入而發(fā)生的堿基排列順序的變化，

從而導致表現(xiàn)形狀發(fā)生了可遺傳的變化,這種現(xiàn)象叫基因突變（變異）。

?染色體畸變——細胞學上可以看到染色體的變化

?基因突變——細胞學上看不到遺傳物質的變化

（2）基因突變的原因

?白發(fā)突變：由于臼然界的某些物理化學因子的干擾（輻射、良氧），也可由

微生物體內代謝產(chǎn)物（亞硝酸鹽、過氧化氫）引起，自發(fā)突變頻率低10-5?

10-9

?誘發(fā)突變：通過施加物理化學因素（紫外線硝酸）誘變劑可大大提高突變

率）

（3）微生物基因突變的特點

適用于整個生物界，以細菌的抗藥性為例。

?不對應性：突變的性狀與突變原因之間無直接的對應關系。

?自發(fā)性：突變可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。

?稀有性：突變率低且穩(wěn)定。

?獨立性：各種突變獨立發(fā)生，不會互相影響。

?可誘發(fā)性：誘變劑可提高突變率。

?穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳。

?可逆性：從原始的野生型基因到變異株的突變稱為正向突變（fonvard

mutation）,從突變株回到野生型的過程則稱為回復突變或回變（back

mutation或reversemutation）<>

（4）微生物基因突變機制

基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或誘發(fā)的，誘變又可分為點突變

和畸變。

轉換：A-G,T—C

「堿基置換<A—T,A—C

顛換

（點突變,

G—C,G-T

〔移碼突變缺失：ABCABtABCA

誘發(fā)突變〉時加添加：ABCA，BCAB

1C缺失：abcghijkl*

重復:abcabcdef

添加，

［插入:abcPqrdef

易位：abcPqrghi

l倒位：abcfdeghi

點變異：一個或數(shù)個堿基發(fā)生變化

?堿基置換(substitution)

定義:對DNA來說，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷(microlesion),

一般也稱點突變(pointmutation)。它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。

分類：

轉換(transition),即DNA鏈中的一個噪吟被另一個哽吟或是一個嚅嚏被另一

個崎咤所置換；

顛換(transversion),即一個噂吟被一個口密咤,或是一個哨咤被一個噂吟所置換▽

?移碼突變

frame-shiftmutation或phase-shiftmutation,指誘變劑使DNA分子中增加(插

入)或缺失一個或少數(shù)幾個核甘酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉錄和

轉譯錯誤的一類突變。

由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株(frame-shiftmutant)。與染色體

畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。

丫咤類染料，包括原黃素、丫咤黃、丫咤橙和a-氨基丫咤等，以及一系列稱為

ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。

染色體畸變(chromosomalaberration)

某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點突變外，還

會引起DNA的大損傷(macrolesion)------染色體畸變，它包括：

染色體結構上的變化：

?缺失(deletion)

?重夏(duplication)

?易位(translocation)

?倒位(inversion)

?染色體數(shù)目的變化

自發(fā)突變機制

自發(fā)突變是指在沒有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。

3.2.5基因重組

定義：兩個不同性狀的個體細胞(細胞水平)，其中一個細胞(供體)DNA與

另一個細胞的DNA融合，使基因重新排列遺傳給后代，產(chǎn)生新的遺傳性狀,稱基

因重組。作用：重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產(chǎn)生新遺傳型的個

體。

(一)轉化(transformation)

定義：受體菌自然或在人工技術作用下直接攝取來自供體菌的游離DNA片段,

并把它整合到自己的基因組中，而獲得部分新的遺傳性狀的基因轉移過程，稱為轉

化。轉化后的的受體菌稱為轉化子(transformant)6

?發(fā)現(xiàn)：R型活菌+S型死菌-TS型活菌

?無需細胞接觸。細菌、放線菌、真菌中有轉化現(xiàn)象。

有關名詞：

受體菌：recipient/receptor,轉化基因的接受者

供體菌：donor,轉化基因的提供者

轉化因子：來自供體菌的DNA片段

轉化子：transformant,將轉化基因重組進入自身染色體組的重組子

轉化于非轉化于CH）

.圖8-25轉化過程示意圖

人工轉化——是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人工

地將DNA導入細胞內。方法：

□CaC12處理細胞，使其成為能攝取外源DNA的感受態(tài)狀態(tài).

□電穿孔法electroporation：用高壓脈沖電流擊破細胞膜，或擊成小孔，使各種大分

子（包括DNA）能通過這些小孔進入細胞。

（二）接合（conjugation）

定義：供體菌（“雄”）通過其性菌毛與受體菌（“雌”）相接觸，前者傳遞不同

長度的DNA給后者，并在后者細胞中進行雙鏈化或進一步與核染色體發(fā)生交換、

整合，從而使后者獲得供體菌的遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為接合。

?通過接合而獲得新性狀的受體細胞就是接合子（conjugant）

?研究方法：1946年J.Lederberg等采用E.coli的兩根營養(yǎng)缺陷型進行實驗，

奠定了方法學基礎;也為以后的微生物遺傳學提供了必要的條件。

存在范圍：

細菌：G-較為多見如E.colixSalmonella>ShigcJa>ScrratiaVibrio、

Azotobacter、Klebsiella和Pseudomonas等最為常見

放線菌：Streptomyces、Nocardia

接合還可發(fā)生在不同屬的菌種之間，如E.coli與Salmonellatyphimurium之間

或S.typhimurium與Shigelladysenteriae之間

E.coli的F因子：決定性別的質粒，屬于附加體（episome）,可以通過接合作

用獲得，也可以通過丫咤類化合物、澳化乙錠或絲裂霉素C的處理而消除。

接合（conjugation）：細胞直接接觸而進行的基因重組。大腸桿菌的接合是通過性纖

毛（中空）進行的。

F因子、降解性質?？赏ㄟ^此形式傳遞

閨3-224片不同修解購接合在川-爻體鍛單胞由巾的模式

（三）轉導（transduction）（間諜竊取）

通過噬菌體的攜帶而轉移的基因重組,無需細胞接觸,在自然界中比較普遍。

噬菌體進入供體細胞|匚＞|宿主的核染色體被切斷

口

a完全轉導||成熟與包裝之際形成不帶噬菌體自身DNA的噬菌體（假噬

（complete|菌體）（完全缺陷噬體）_________________________________

transduction）。

與受體接觸~|匚＞|感染

b.局部轉導（specializedtransduction）

由部分缺陷的噬菌體把少數(shù)特定的基因攜帶到受體菌中，并獲得轉導的現(xiàn)象。

（四）原生質體融合（protoplastfusion）

通過人為的方法使兩個遺傳性狀不同的細胞的原生質體發(fā)生融合，得到同時具

有雙親性狀的、遺傳穩(wěn)定的融合子（fusion）,該過程稱原生質體融合。（20世紀70

年代）

3.2.6遺傳工程（Geneticengineering）

50年代——遺傳物質的研究

70年代——基因工程誕生

遺傳工程包括根據(jù)微生物在遺傳過程中發(fā)生的生物變異現(xiàn)象，獲得有利于人類

的某些遺傳性狀。包括誘變育種(基因突變)、質粒育種、DNA重組。

1.誘變育種：

誘變育種：是用物理或化學的誘變劑使誘變對象內的遺傳物質(DNA)的分子

結構發(fā)生改變，引起性狀變異并通過篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方

法。

2.誘變育種的主要步驟

?出發(fā)菌株的選擇

?誘變劑的選擇：紫外線、X射線，亞石肖酸鹽等

?誘變劑量的選擇：殺菌率為70?75%的紫外線

?突變體的篩選

3.誘變育種應用

?微生物馴化

?獲得某些難降解物質的優(yōu)良降解菌

4.質粒育種

質粒是原核微生物中除染色體外一類攜帶遺傳物質的環(huán)狀DNA片斷，它能夠

決定微生物的某些性狀?？梢詫煞N或多種微生物通過細胞結合或細胞融合技術，

使供體菌的質粒轉移到受體均體內，使受體菌同時具有多種功能。

5.質粒育種應用

?石油降解功能菌的構建

?燒類和抗汞質粒菌的構建

3.2.6基因工程(Geneticengineering)

50年代——遺傳物質的研究

70年代——基因工程誕生

(1)基因工程定義：用人為的方法把供體生物DNA導入受體生物中，并在其中“安

家落戶“，進行正常的復制表達，從而獲新物種的一種育種技術。是一種分子水平

上的遺傳重組技術。

■對擷集基因進行"剪切一粘貼一健接”制造

“超級細菌”

(2)步驟：□用人為的方法，把供體生物的DNA大分子提取出來，□在離體的條

件下，用工具酶進行切割后，口把它與載體(v