8.-微生物的遗传变异和育种

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1、8.微生物的遗传变异和育种遗传和变异是一切生物最本质的特征。细胞是遗传和变异的基本单位，生物个体的遗传信息随着细胞分裂，由一个细胞传递到子代细胞。这些遗传指令储存于每个活细胞内的基因中。基因的化学本质是DNA分子，DNA并不直接指导蛋白质的合成，遗传信息的流向是从DNA到RNA再到蛋白质。细胞将DNA转录成RNA．随后利用RNA上的信息翻译成蛋白质。1质粒是一类很特别的亚细胞有机体。质粒携带着功能不同的许多基因。并能稳定地游离于细胞染色体之外，这一特性被广泛应用于选育难降解污染物的降解菌株等环境工程中。遗传是相对的，变异是绝对的；遗

2、传中有变异，变异中有遗传。遗传和变异的辩证关系使微生物不断进化，2所谓微生物的遗传性是指每种微生物所具备的亲代性状在子代重现，子代性状与亲代基本上一致的现象。1.遗传的保守性遗传的作用在于保持生物物种的存在和延续，并保持物种的相对稳定性。遗传引起的亲代与子代严格的相似性，称为遗传的保守性。32.变异的多样性任何一种生物的亲代和子代以及个体之间，在形态结构和生理机能方面都有所差异，这一现象叫做变异。变异是生物对环境能动适应性的表现。在新的生活条件下细菌基因突变，有些突变会产生适应新环境的酶(适应酶)，从而适应新环境并生长良好，基因突变

3、是变异的分子本质。内在的变化必然带来外在的变化，细菌变异外在表现形式很多，例如：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。43.遗传与变异的辩证关系遗传与变异是所有生物包括细菌最基本的属性，两者相辅相成，相互依存，遗传中有变异，变异中有遗传，遗传是相对的，变异是绝对的，有些变异了的形态或性状，又会以相对稳定的形式遗传下去，但是并非一切变异都具有遗传性。5决定决定（1）DNA蛋白质细菌的几乎一切复制（2）亲代DNA子

4、代DNA决定（3）复制传递的稳定性遗传的保守性决定（4）子代DNA的变异变异的多样性6格里菲斯实验8.1遗传变异的物质基础7肺炎链球菌的转化现象81928年英国细菌学家格里菲斯(Grifftll)发现肺炎双球菌中SⅢ型菌株，菌落光滑，产生荚膜，当它感染人、小白鼠或家免等时均可致病。其中RⅡ型菌株菌落粗糙，不产生荚膜物质，感染人、小白鼠或家免均不致病。当将RⅡ型活菌注射小白鼠，小白鼠健康不致病，并可从健康的鼠体分离到RⅡ型肺炎双球菌菌落；将SⅢ型的肺炎双球菌注射小白鼠，小白鼠被杀死，从小鼠体内会分离出SⅢ型的肺炎双球菌；将加热杀死的S

5、Ⅲ型细菌破碎细胞注射入小鼠细胞，小白鼠健康不致病，小鼠体内没有SⅢ型细菌；将加热杀死的SⅢ型细菌与RⅡ型活细菌混合后注射小白鼠，小白鼠死亡，并可从死鼠体内分离到SⅢ型活细菌。当时虽然发现了这一有趣的现象，但并不知道其中的原因。91944年才通过试验找出了其中的原因。试验方法如下：108.2．细菌的选育与细菌的变异废水生物处理中起决定性作用的自然是具有高效废物降解能力的微生物（主要是细菌），这些微生物菌种通常都是通过对自然界微生物的筛选与定向培育获得。细菌及其它微生物的筛选与定向培育就称为选育。细菌在自然界是混居的，从中挑选出符合我们

6、需要的细菌就是细菌的筛选，一般而言筛选出来的细菌性能还不是十分理想，通常还需要定向培育，即通过有计划、有目的地控制微生物生长条件，改变细菌遗传性，使其变异为我们需要的理想的废物降解菌。11在水的生物处理中，这种定向培育过程通常又称为驯化。驯化方法的分子机制有两种，一种是诱导细菌处于休眠状态的功能基因复苏，产生相应得酶；另一种是改变细菌的基因；后一种又分为两条途径，第一条是利用细菌的基因突变，另一条则是人为对细菌进行基因重组改造。这里重点介绍细菌基因改造的驯化方法，我们首先介绍一下细菌的筛选，它是驯化工作的第一步。12(1)细菌的筛选

7、方法细菌的筛选方法原理是适者生存原理，利用选择性培养基从混杂的各种细菌中单独培养出能满足特殊需要的天然细菌。通常的筛选都是通过人为筛选与天然筛选相结合来进行的。例如筛选能降解石油的细菌。在长期被石油污染的土壤里，适应石油环境利用石油作为食物的细菌必然被天然筛选了出来，我们收集这种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，富集，为下一步的驯化工作奠定基础。13（2）细菌的驯化①诱导法诱导法通过以毒性底物为培养基中的唯一碳源，并逐渐提高其浓度，促使细菌由于这种底物的长期缺乏而休眠的基因恢

8、复活性，产生相应的降解酶，从而恢复对毒性底物降解的能力。这种方法主要常用于有机毒物降解菌的驯化。优点是操作简便，因而使用较为普遍，但由于受到细菌固有能力的限制，驯化的潜力有限。14②基因突变法能动地利用细菌基因突变原理进行细菌驯化的方