第六章

微生物的生長(zhǎng)、繁殖

及遺傳變異

微生物的生長(zhǎng)繁殖微生物的遺傳與變異

生長(zhǎng)：微生物在適宜的環(huán)境條件下，吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)，如果同化作用大于異化作用，微生物細(xì)胞質(zhì)的量的增加和個(gè)體體積加大，這種現(xiàn)象叫生長(zhǎng)。繁殖：當(dāng)單細(xì)胞個(gè)體生長(zhǎng)到一定程度時(shí)，由一個(gè)親代細(xì)胞分裂為兩個(gè)大小、形狀與親代細(xì)胞相似的子代細(xì)胞，使得個(gè)體數(shù)目增加，這是單細(xì)胞微生物的繁殖。多細(xì)胞繁殖為孢子萌發(fā)產(chǎn)生子代菌體。6.1微生物的生長(zhǎng)繁殖1、直接測(cè)定根據(jù)不同的測(cè)定方法原理，可以分成以下幾類：⑴顯微鏡直接計(jì)數(shù)法①涂片染色法；②計(jì)數(shù)器測(cè)定法；③比例計(jì)數(shù)法⑵比濁計(jì)數(shù)法一、微生物生長(zhǎng)測(cè)定方法2、間接計(jì)數(shù)法通過測(cè)定樣品中活的細(xì)菌數(shù)量間接地表示細(xì)菌的含量。分為下列幾種方法：⑴平板計(jì)數(shù)法；⑵液體計(jì)數(shù)法；⑶薄膜計(jì)數(shù)法3、重量法細(xì)菌細(xì)胞具有一定的體積和重量，藉助群體生長(zhǎng)后地細(xì)胞重量，可以采用測(cè)定重量的方法直接來(lái)表示細(xì)菌生長(zhǎng)的多少或快慢。(1)測(cè)定細(xì)胞干重(2)細(xì)胞含氮量(3)DNA含量4、其它生理生化指標(biāo)法細(xì)菌的生長(zhǎng)生命活動(dòng)過程中，會(huì)吸收和消耗一些物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生和分泌另一些物質(zhì)，測(cè)定這些物質(zhì)的變化就可以間接地來(lái)表示細(xì)菌生長(zhǎng)的情況。水處理中通常采用的生理生化指標(biāo)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（COD）的消耗，溶解氧的消耗，有機(jī)酸的產(chǎn)生（如好氧細(xì)菌的瓦呼儀測(cè)定法），H2和CH4的產(chǎn)生。

1、間歇培養(yǎng)和生長(zhǎng)曲線間歇培養(yǎng)：將少量細(xì)菌接種于一定量的液體培養(yǎng)基內(nèi)，在適宜的溫度下培養(yǎng)，并定時(shí)取樣測(cè)定活細(xì)菌數(shù)目或重量的變化。生長(zhǎng)曲線：在細(xì)菌培養(yǎng)過程中定期取樣進(jìn)行菌數(shù)測(cè)定，以活細(xì)菌個(gè)數(shù)或細(xì)菌重量為縱坐標(biāo)，培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制成的曲線

。二、微生物生長(zhǎng)特性2、連續(xù)培養(yǎng)和生長(zhǎng)曲線連續(xù)培養(yǎng)：一方面連續(xù)進(jìn)料，另一方面又連續(xù)出料的培養(yǎng)方式。分為兩種：A、恒濁連續(xù)培養(yǎng)：培養(yǎng)基提供足夠量的營(yíng)養(yǎng)元素，細(xì)菌保持最大速率生長(zhǎng)。B、恒化連續(xù)培養(yǎng)：固定恒定的進(jìn)料流速，又以同樣的速率排出，進(jìn)水組分及反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度基本不變。恒化連續(xù)培養(yǎng)中細(xì)菌的生長(zhǎng)特征曲線三、細(xì)菌生長(zhǎng)曲線在廢水生物處理中的應(yīng)用

在廢水生物處理的連續(xù)運(yùn)行過程中，活性污泥中的微生物只是處于間歇培養(yǎng)曲線的某一生長(zhǎng)階段。對(duì)數(shù)期：微生物活力強(qiáng)，但不易凝聚和沉淀；有機(jī)物出水濃度相對(duì)較高。穩(wěn)定期：污泥代謝活性和絮凝沉降性能均較好。衰老期：只是出現(xiàn)在某些特殊的水處理場(chǎng)合，如延時(shí)曝氣及污泥消化。6.2

微生物的遺傳與變異遺傳：指每種微生物所具備的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。變異：任何一種生物的親代和子代以及個(gè)體之間，在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能方面都有所差異，這種現(xiàn)象叫做變異。

定向培育：通過有計(jì)劃、有目的地控制微生物生長(zhǎng)條件，使微生物遺傳性向人類需要的方向發(fā)展。馴化：在廢水生物處理中的定向培育過程。一、微生物的遺傳1、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一切生物遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸；含有DNA的微生物中遺傳物質(zhì)是DNA，不含DNA只含RNA的微生物中，遺傳物質(zhì)是RNA。2、核酸的結(jié)構(gòu)核酸是一種多聚核苷酸，會(huì)發(fā)生水解過程水解：核酸→核苷酸→磷酸核苷→戊糖堿基⑴DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)①兩條走向相反的多核苷酸鏈，以右手方向沿同一軸心平行盤繞成雙螺旋，螺旋直徑為2nm.②兩條鏈間借堿基對(duì)的氫鍵相連。A與T之間有2個(gè)氫鍵，G與C之間有3個(gè)氫鍵。③一個(gè)DNA分子可含幾十萬(wàn)或幾百萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，兩個(gè)堿基對(duì)之間的距離為0.34nm，每個(gè)螺旋的距離為3.4nm。書圖3-5⑵RNA在細(xì)胞中的三種類型（P46圖3-6）①信使RNA（mRNA）：以DNA的一條單鏈為模板，在RNA聚合酶的催化下，按堿基互補(bǔ)原則合成的。由于傳達(dá)了DNA的遺傳信息，故稱信使RNA。②轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）：存在于細(xì)胞質(zhì)里，在蛋白質(zhì)合成過程中起轉(zhuǎn)移氨基酸的作用。③核糖體RNA：主要成分是核糖體核酸（rRNA）和蛋白質(zhì)，一個(gè)核糖體包含有大小兩個(gè)亞基，它是蛋白質(zhì)合成的主要場(chǎng)所。

復(fù)制過程包括解旋和復(fù)制。（P48圖3-9）

三、

DNA的復(fù)制原核微生物中的DNA：不與蛋白質(zhì)結(jié)合，也沒有核膜，以單獨(dú)裸露狀態(tài)存在。絕大多數(shù)微生物的DNA是雙鏈，少數(shù)為單鏈此外，有少量的DNA（約占1％）存在于細(xì)胞質(zhì)中，稱為質(zhì)粒。真核微生物中的DNA：與蛋白質(zhì)結(jié)合，主要存在于細(xì)胞核的染色體上，外面包有核膜，構(gòu)成真正的細(xì)胞核。還有少量也存在于葉綠體、線粒體等細(xì)胞器中。DNA幾乎全部集中在染色體上，每種生物的染色體數(shù)目是一定的。染色體上含有大量不同的基因，數(shù)目為幾個(gè)到幾百甚至幾千個(gè)不等，染色體是遺傳信息主要貯藏場(chǎng)所。除染色體外另有一類較小環(huán)狀DNA分子獨(dú)立存在于染色體外，也攜帶少數(shù)基因，即質(zhì)粒。

四、微生物中的DNA遺傳信息大多貯存在DNA上，只有少數(shù)病毒的遺傳信息貯存在RNA上遺傳信息的傳遞和表達(dá)分為三步：①將攜帶遺傳信息的DNA復(fù)制；②將DNA攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到RNA上；③將RNA獲得的信息翻譯成蛋白質(zhì)。（P49圖3-10）

五、

遺傳信息的傳遞和表達(dá)六、

基因表達(dá)的調(diào)控基因是具有遺傳功能的DNA分子上的片段，平均含有1000個(gè)堿基對(duì)。一個(gè)DNA分子含有許多基因。

結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因操作基因微生物的變異主要是由基因突變和基因重組造成的。1、基因突變當(dāng)后代突然表現(xiàn)和親代顯然不同的遺傳的表現(xiàn)型時(shí)，這樣的變異稱為突變。突變的主要特點(diǎn)：①無(wú)定向；②稀有性；③自發(fā)性；④獨(dú)立性；⑤穩(wěn)定性；⑥可逆性；⑦誘變性。根據(jù)突變過程是否受人為誘變劑影響可分為：

自發(fā)突變誘發(fā)突變：紫外線、亞硝酸、5-溴尿嘧啶

二、微生物的變異兩個(gè)不同性狀的個(gè)體細(xì)胞，其中一個(gè)細(xì)胞的DNA與另一個(gè)細(xì)胞的DNA融合，使基因重新排列，遺傳給后代，產(chǎn)生新品種或表達(dá)新的遺傳性狀，稱為基因重組。在基因重組時(shí)，不發(fā)生任何堿基對(duì)結(jié)構(gòu)上的變化。重組的形式：真核微生物中，基因重組是通過二個(gè)配子相互融合的有性繁殖的過程中發(fā)生的，稱為雜交。原核微生物中，通常只是部分遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，如轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合。

2、基因重組定義：狹義上講，遺傳工程就是基因工程，即在分子水平上剪接DNA片段，與同種、同屬或異種、甚至異界的基因連接成為一個(gè)新的遺傳整體，再感染受體細(xì)胞，復(fù)制出新的遺傳特性的機(jī)體。1、遺傳工程的操作過程①選擇合適的供體細(xì)胞，將其DNA取出，一般選擇性地獲取目的基因的DNA片段。②選擇何時(shí)外切酶或限制性內(nèi)切酶，它能專一地切斷目的基因DNA分子的特定部位，并在切斷處形成具有粘著活性的末端單鏈。③基因的運(yùn)載和復(fù)制。三、遺傳工程④在DNA連接酶的作用下，將目的基因DNA粘性末端與載體DNA粘性末端粘著起來(lái)，相應(yīng)的互補(bǔ)堿基對(duì)以氫鍵相聯(lián)，形成一個(gè)新的重組DNA分子。⑤將重組載體DNA