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环境工程微生物学 第十四讲 第六章 微生物的遗传和变异（1） 第六章 微生物的遗传和变异 遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传就是指子代和亲代相似的现象；变异就是子代与亲代间的差异。遗传保证了种的存在和延续；而变异则推动了种的进化和发展。 遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有全部遗传因子即基因的总和。它是一种内在潜力，只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。 表型是指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现。 变异是指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变。 由于微生物有一系列非常独特的生物学特性，因而在研究现代遗传学和其他许多重要的生物学基本理论问题中，微生物成为最热衷的研究对象。如：个体微小，结构简单；营养体一般都是单倍体；繁殖快；易于累积不同的中间代谢物；菌落形态可见性与多样性等。 对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物学和生物工程学的发展，而且还为育种工作提提供了丰富的理论基础，促使育种工作向着不自觉到自觉，从低效到高效，从随机到定向，从近缘杂交到远缘杂交等方向发展。 第一节 微生物的遗传一、遗传和变异的物质基础—DNA  亲代生物如何将遗传性状传给子代？从分子遗传学角度看，是亲代通过脱氧核糖核酸（DNA）将决定各种遗传性状的遗传信息传给子代的。子代有了一定结构的DNA，便产生一定形态结构的蛋白质，由一定结构的蛋白质就可决定子代具有一定形态结构和生理生化性质的遗传性状。 DNA是遗传物质基础。可通过1928年格里菲斯(F.Griffith)经典的转化大实验，加上1944年埃弗里(o.T.Avert) 等人的的转化补充实验，确切证明DNA是遗传和变异的物质基础。 一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验 （一）肺炎双球菌转化实验（transformation）：F.Griffith， 研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌） S型菌株：有致病性，菌落表面光滑，有荚膜 R型菌株：无致病性，菌落表面粗糙，无荚膜 （2）细菌培养实验 热死S菌—————不生长 活R 菌—————长出R菌 热死S菌+活R 菌—————长出大量R菌和10-6S菌 ①加S菌DNA ②加S菌DNA及DNA酶以 外的酶 ③加S菌的DNA和DNA酶 ④加S菌的RNA ⑤加S菌的蛋白质 ⑥加S菌的荚膜多糖 2、噬菌体的感染实验美国人（赫西） A. D. Hershey和（蔡斯）M.Chase， 1952年 将大肠杆菌E.coli分别培养在以放射性32PO43-或35SO42-作为磷源或硫源的组合培养基中，可以获得含32P-DNA的噬菌体或含35S-蛋白质的噬菌体。 将两种带有不同放射性的噬菌体分别感染寄主，10min后用捣碎器使噬菌体外壳脱离寄主细胞，离心后测定上清液和沉淀的放射性。 （1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀 （2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中所以，进入细胞的是噬菌体的核酸而不是蛋白质。 噬菌体的感染实验 3、烟草花叶病毒的拆开与重组实验 为了证明核酸是遗传物质，弗朗克－康勒脱 H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。 将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。 选用烟草普通花叶病毒 (TMV)和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒： （1）RNA（TMV）- 蛋白质（HRV） （2）RNA（HRV）- 蛋白质（TMV） 用两种杂合病毒感染寄主： （1）表现TMV的典型症状病分离到正常TMV粒子 （2）表现HRV的典型症状病分离到正常HRV粒子。 上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸。 二、DNA的结构与复制（一）DNA的结构 DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连结，排列在外侧；碱基排列在内侧，两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，活像一个螺旋形的梯子，生命的遗传密码就刻在梯子的横档上。 DNA结构 DNA分子结构 DNA结构 A-T G-C配对 每条多核苷酸链上均有四种碱基的结构 核苷酸 的结构 1、DNA存在的形式 （1）核染色体 在真核微生物的细胞核中，DNA与RNA蛋白质结合在一起，形成染色体，外包有核膜，每一种真核微生物都有其固定的染色体