微生物遗传与变异

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1、第九章微生物的遗传和变异遗传和变异是生物的本质各种生物亲代的性状传给下一代的现象称为遗传。亲代与子代之间，子代各个体之间在形态结构或生理机能方面的差异称为变异。遗传是相对的，而变异是绝对的。研究生物遗传与变异的科学称为遗传学。微生物的遗传在本质上与高等生物基本相同，但又有其自身的特点，主要表现在：1.微生物细胞个体小，结构简单，容易受环境条件影响，个体容易发生变异，加之微生物繁殖速度快，有利于自然选择或人工选择变异株。2.微生物的化学组成简单（如病毒只有蛋白质，核酸，部分有脂质和多糖）有利于从分子水平进行遗传本质的研究。3.微生物繁殖快，世代时间短，可大大缩短实验时间。4.微生物

2、的变异容易识别，例如营养缺陷型突变体较容易在不同营养成分的培养基上培养检出。基于上述特点，微生物被广泛用作分子生物学和分子遗传学的研究材料，这些研究结果又大大推动了微生物学的发展。因此，微生物学目前已成为生物科学的前沿学科。第一节遗传变异的物质基础决定微生物遗传的物质是什么，这个生物学上的重要问题直到本世纪40年代通过用细菌和病毒作实验，才从根本上解决。一、细菌的转化实验：证明遗传物质是核酸的实验有三个：1.细菌的转化实验2.噬菌体的侵染3.病毒的拆开和重建实验（TMV）1928年英国的细菌学家格里菲斯首先发现了肺炎球菌的转化现39象。格里菲斯（Griffith）做了如下试验：肺

3、炎球菌有光滑型（S型）和粗糙型(R型)两种不同类型，每类型中又有不同血清型：SⅠRⅠS（光滑型）SⅡR（粗糙型）RⅡSⅢRⅢRⅡ型活菌注射健康的小白鼠鼠不死SⅢ型活菌注射健康的小白鼠鼠死亡SⅢ型60℃加热杀死菌体注射健康小白鼠鼠不死SⅢ型60℃加热杀死菌体混合注射健康白鼠鼠死亡RⅡ型活菌从中分离出活的SⅢ型菌Griffith称这一现象为转化现象，至于转化因子是什么，Griffith没有作出回答。1944年美国科学家Avery等人在Griffith的工作基础上，做了如下实验:培养后分离出现SⅢ型菌<有荚膜>RⅡ菌多种蛋白酶处理SⅢ型菌灭活细胞破碎液++出现SⅢ型菌<有荚膜>培养后分

4、离RⅡ菌不处理SⅢ型菌灭活细胞破碎液++SⅢ型菌灭活细胞破碎液没有SⅢ型菌出现培养后分离RⅡ菌DNA酶处理++上述试验证明了生物体内决定遗传的物质是DNA。二、DNA的结构与复制：华特生和克里格（WatsonandCrick）1953年提出了DNA双螺旋的结构模型，对DNA分子的空间结构，DNA的自我复制，DNA39的相对稳定性与变异性以及DNA对遗传信息的储存与传递等都有了较好的解释，从而为分子遗传学奠定了基础。DNA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。四种核苷酸的差异仅在于碱基不同。四种碱基即：腺嘌呤（A），乌嘌呤（G），胸腺嘧啶（T），胞嘧

5、啶（C）。四种碱基构成四种核苷酸：腺苷酸、乌苷酸、胸腺嘧啶核苷酸和胞嘧啶核苷酸。DNA分子就是许多由单个核苷核形成的多核苷酸长链。两条多核苷酸链彼此以一定空间距离，在同一轴上互相盘旋而形成一个双螺旋式扶梯，扶手代表两条磷酸、糖链，每条链均由脱氧核糖——磷酸——脱氧核糖——磷酸交替排列构成。每条长链的侧面是碱基，由脱氧核糖同它们连接，两条链的两个碱基之间则以氢键连接，宛如一个梯蹬。氢键的连接很弱，但数量很大，可以维持稳定的螺旋结构。由氢键连接的碱基组合称为碱基配对，即A-T配对，G-C配对，表现为特异性的互补关系，DNA分子中共有四种碱基对，即A-T,T-A,G-C,C-G。A-T

6、之间有两个氢键，G-C之间有三个氢键。一个DNA分子含有几十万或几百万碱基对。各对碱基上下之间的距离为0.34nm。每个螺旋包含10对碱基，共长3.4nm。为了确保细胞DNA中的核苷酸碱基顺序在传代中精确不变，以保持所有属性的遗传，在细胞分裂前，DNA必须精确复制。其复制过程首先是DNA的双链从一端开始，氢键逐渐裂开，分离成两条单链，通过碱基配对逐渐建立起完全互补的一套核苷酸单位，新连接上的多核苷酸链与原有的多核苷酸链重新形成新的双螺旋，这样在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分子，从而准确控制了物种的遗传性状。复制后的DNA分子，各由一条新链

7、和一条旧链构成双螺旋，所以称为半保留复制。三、遗传因子——基因1.什么是基因：在生物学上，细胞是生命的基本单位，而基因则是遗传的基本单位。一切具有自主复制能力的遗传功能单位都称为基因。它的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的DNA片段。一个DNA39分子含有许多基因，不同基因分子所含碱基对的数量，（一个基因平均一般约含1000个碱基对）和排列顺序都不相同，从而控制了不同的遗传性状。如果一个基因的碱基组成或排列顺序发生变化，那么这个基因将失去其正常功能，并导致生理缺陷，性状改变或死亡