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1、六章微生物的遗传与变异 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望w w所所所所谓谓谓谓微微微微生生生生物物物物的的的的遗遗遗遗传传传传性性性性是是是是指指指指每每每每种种种种微微微微生生生生物物物物所所所所具具具具备备备备的的的的亲亲亲亲代代代代性性性性状状状状在在在在子子子子代代代代重重重重现现现现，子子子子代代代代性性性性状状状状与与与与亲亲亲亲代代代代基基基基本本本本上上上上一一一一致致致致的的的的现象。现象。现象。现象。1.1.1.1.遗传性遗传性遗
2、传性遗传性“种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆种瓜得瓜种豆得豆”遗传的保守性遗传的保守性遗传的保守性遗传的保守性子代与亲代相似性（子代与亲代相似性（子代与亲代相似性（子代与亲代相似性（“大同大同大同大同”）大大大大肠肠肠肠杆杆杆杆菌菌菌菌是是是是短短短短杆杆杆杆菌菌菌菌，生生生生活活活活条条条条件件件件要要要要求求求求pHpH为为为为7.27.2，温温温温度度度度3737，在在在在糖糖糖糖类类类类物物物物质质质质存存存存在在在在的的的的条条条条件件件件下下下下产产产产酸酸酸酸、产产产产气气气气。大大大大肠肠肠肠杆杆杆杆菌菌菌菌的的的的亲亲亲亲代代代代将将将将这这这这些些些些特特特
3、特性性性性传传传传给给给给子子子子代代代代，这这这这就就就就是是是是大大大大肠杆菌遗传的保守性，其他生物也是如此。肠杆菌遗传的保守性，其他生物也是如此。肠杆菌遗传的保守性，其他生物也是如此。肠杆菌遗传的保守性，其他生物也是如此。遗传的保守性程度与遗传的保守性程度与遗传的保守性程度与遗传的保守性程度与物种差异物种差异物种差异物种差异和和和和个体生长状态个体生长状态个体生长状态个体生长状态不同不同不同不同有关，高等生物遗传保守程度比低等生物大。老龄有关，高等生物遗传保守程度比低等生物大。老龄有关，高等生物遗传保守程度比低等生物大。老龄有关，高等生物遗传保守程度比低等生物大。老龄菌遗传保守程度比幼龄
4、菌大菌遗传保守程度比幼龄菌大菌遗传保守程度比幼龄菌大菌遗传保守程度比幼龄菌大正面：正面：正面：正面：继承亲代特点，保持物种延续继承亲代特点，保持物种延续继承亲代特点，保持物种延续继承亲代特点，保持物种延续负面：负面：负面：负面：当环境条件改变，微生物会因为遗传的保守性，当环境条件改变，微生物会因为遗传的保守性，不适应改变了的外界环境条件而死亡。不适应改变了的外界环境条件而死亡。2 2微生物变异的多样性，如：微生物变异的多样性，如：微生物变异的多样性，如：微生物变异的多样性，如：个体形态的变化，菌落个体形态的变化，菌落个体形态的变化，菌落个体形态的变化，菌落形态形态形态形态(光滑型粗糙型光滑型粗
5、糙型光滑型粗糙型光滑型粗糙型)的变异，营养要求的变异，的变异，营养要求的变异，的变异，营养要求的变异，的变异，营养要求的变异，对温度、对温度、对温度、对温度、pHpH要求的变异，毒性的变异，抗毒能力要求的变异，毒性的变异，抗毒能力要求的变异，毒性的变异，抗毒能力要求的变异，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、产物的的变异，生理生化特性的变异及代谢途径、产物的的变异，生理生化特性的变异及代谢途径、产物的的变异，生理生化特性的变异及代谢途径、产物的变异等。变异等。变异等。变异等。2.2.变异性变异性变异性变异性-“龙生九子，各不相同龙生九子，各不相同龙生九子，各不相同龙生九子
6、，各不相同”n n任任任任何何何何一一一一种种种种生生生生物物物物的的的的亲亲亲亲代代代代和和和和子子子子代代代代以以以以及及及及个个个个体体体体之之之之间间间间，在在在在形形形形态态态态结结结结构构构构和和和和生生生生理理理理机机机机能能能能方方方方面面面面都都都都有有有有所所所所差差差差异异异异，这这这这一一一一现现现现象象象象叫做变异。叫做变异。叫做变异。叫做变异。变异是生物对环境能动适应性的表现。变异是生物对环境能动适应性的表现。变异是生物对环境能动适应性的表现。变异是生物对环境能动适应性的表现。3 3一、遗传和变异的物质基础一、遗传和变异的物质基础核酸是负载遗传信息的真正物质基础核酸
7、是负载遗传信息的真正物质基础二、核酸的结构与复制二、核酸的结构与复制核酸核酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖DNA:脱脱氧核糖氧核糖RNA:核糖核糖碱基碱基DNA:AGCTRNA:AGCU核苷酸核苷酸4 4变异（变异（变异（变异（variationvariation）指生物在某种外因或内因的指生物在某种外因或内因的指生物在某种外因或内因的指生物在某种外因或内因的作用下所引起的个别微生物在形态或生理作用下所引起的个别微生物在形态或生理作用下所引起的个别微生物在形态或生理作用下所引起的个别微生物在形态或生理生化或其他方面的性状发生改变，生化或其他方面的性状发生改变，生化或其他方面的性状发生改变，生化或其他
8、方面的性状发生改变，并且这并且这并且这并且这些改变了的性状可以遗传，些改变了的性状可以遗传，些改变了的性状可以遗传，些改变了的性状可以遗传，这时微生物发这时微生物发这时微生物发这时微生物发生了变异，成了变种或变株。生了变异，成了变种或变株。生了变异，成了变种或变株。生了变异，成了变种或变株。n n变异的本质变异的本质变异的本质变异的本质遗传基因发生突变遗传基因发生突变遗传基因发生突变遗传基因发生突变第二节第二节 微生物的变异微生物的变异5 5一、基因突变一、基因突变基因突变：基因突变：生物体内遗传物质的分子结构发生生物体内遗传物质的分子结构发生可遗传性的变化，即微生物的可遗传性的变化，即微生物
9、的DNA由于某种因由于某种因素引起素引起碱基的碱基的缺失、置换或插入缺失、置换或插入，改变了基因改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表现型的改变。现型的改变。6 6基因突变类型基因突变类型突变类型突变类型自发突变自发突变 诱发突变诱发突变 低剂量多因素突变低剂量多因素突变 互变异构效应互变异构效应 物理诱变物理诱变 化学诱变化学诱变 定向培育和驯化定向培育和驯化 7 7发生自发突变的原因：发生自发突变的原因：1.由背景辐射和环境因素引起的综合效应，如宇由背景辐射和环境因素引起的综合效应，如宇宙射线等。宙射线等。2.由微生物自身的有害代谢产物引
10、起，如过氧化由微生物自身的有害代谢产物引起，如过氧化氢等。氢等。3.由由DNA复制过程中碱基配对错误引起复制过程中碱基配对错误引起。据统计，据统计，DNA每次复制中每个碱基错误配对的每次复制中每个碱基错误配对的频率是频率是10-710-11，而一基因平均约含，而一基因平均约含1000bp，故自发突变的频率约为故自发突变的频率约为10-6。1.自发突变自发突变 是指某种微生物在自然条件下，是指某种微生物在自然条件下，而发生的基因突变。而发生的基因突变。8 82.诱发突变诱发突变是通过人工方法，利用物理、化学或生物因素是通过人工方法，利用物理、化学或生物因素处理微生物群体，显著提高基因自发突变频率
11、的人处理微生物群体，显著提高基因自发突变频率的人为手段。为手段。凡具有诱变效应的任何因素，称为诱变剂。凡具有诱变效应的任何因素，称为诱变剂。n n常常常常用用用用的的的的诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂：紫紫紫紫外外外外线线线线、55溴溴溴溴尿尿尿尿嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶、亚亚亚亚硝硝硝硝酸酸酸酸、染料等。染料等。染料等。染料等。9 9定定定定向向向向培培培培育育育育人人人人为为为为在在在在特特特特定定定定环环环环境境境境下下下下长长长长期期期期处处处处理理理理某某某某一一一一微微微微生生生生物物物物的的的的培养物，同时移种、传代，积累合适的自发突变体培养物，同时移种、传代，积累合适的自发突变体培养物，同时
12、移种、传代，积累合适的自发突变体培养物，同时移种、传代，积累合适的自发突变体n n定向培育定向培育定向培育定向培育在环境生物处理中俗称在环境生物处理中俗称在环境生物处理中俗称在环境生物处理中俗称驯化驯化驯化驯化。驯化驯化驯化驯化加富培养基（加富培养基（加富培养基（加富培养基（石油石油石油石油）浓度升高）浓度升高）浓度升高）浓度升高筛选分离筛选分离2 23 3、4 41 1特点特点特点特点:操作简便操作简便操作简便操作简便，驯化的潜力有限，慢。驯化的潜力有限，慢。驯化的潜力有限，慢。驯化的潜力有限，慢。成功的例子：卡介苗（成功的例子：卡介苗（成功的例子：卡介苗（成功的例子：卡介苗（230230代
13、，代，代，代，1313年）、狂犬病疫苗年）、狂犬病疫苗年）、狂犬病疫苗年）、狂犬病疫苗1010目前在环境工程更多利用的是目前在环境工程更多利用的是目前在环境工程更多利用的是目前在环境工程更多利用的是驯化驯化驯化驯化。污泥培养初期污泥培养初期污泥培养初期污泥培养初期逐步提高污水比例，逐步提高污水比例，逐步提高污水比例，逐步提高污水比例，有些菌种不有些菌种不有些菌种不有些菌种不能适应被能适应被能适应被能适应被淘汰淘汰淘汰淘汰(筛选筛选筛选筛选)，能产生能产生能产生能产生诱导诱导诱导诱导酶的菌株及自酶的菌株及自酶的菌株及自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发突变体中能来降解此类废
14、水的菌种能够生存而发突变体中能来降解此类废水的菌种能够生存而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，使废水达到预期被保留下来，且能力逐步提高，使废水达到预期被保留下来，且能力逐步提高，使废水达到预期被保留下来，且能力逐步提高，使废水达到预期的排放标准；的排放标准；的排放标准；的排放标准；1111n n另一方面，另一方面，另一方面，另一方面，国外目前正在研究针对某种废水用人国外目前正在研究针对某种废水用人国外目前正在研究针对某种废水用人国外目前正在研究针对某种废水用人工诱变方法筛选大量具有很强分解能力及絮凝能力工诱变方法筛选大量具有很强分解能力及絮凝能力工诱变方法筛
15、选大量具有很强分解能力及絮凝能力工诱变方法筛选大量具有很强分解能力及絮凝能力的菌株，并把它们做成干粉状的产品的菌株，并把它们做成干粉状的产品的菌株，并把它们做成干粉状的产品的菌株，并把它们做成干粉状的产品，如同市面出，如同市面出，如同市面出，如同市面出售的酵母干粉一样，这时细菌处于休眠状态。当工售的酵母干粉一样，这时细菌处于休眠状态。当工售的酵母干粉一样，这时细菌处于休眠状态。当工售的酵母干粉一样，这时细菌处于休眠状态。当工厂处理此类废水时，可把干粉状菌种置于厂处理此类废水时，可把干粉状菌种置于厂处理此类废水时，可把干粉状菌种置于厂处理此类废水时，可把干粉状菌种置于30 30 水中水中水中水中溶解溶解溶解溶解30min30min，使细菌恢复活性，不必再驯化，对所，使细菌恢复活性，不必再驯化，对所，使细菌恢复活性，不必再驯化，对所，使细菌恢复活性，不必再驯化，对所需处理的废水有较好效果。需处理的废水有较好效果。需处理的废水有较好效果。需处理的废水有较好效果。1212