第六章 微生物的遗传和变异主要内容：
微生物的遗传及物质基础微生物的变异及应用遗传和变异是一切生物最本质的属性。
遗传（保守性）
变异遗传和变异是一切生物存在和进化的基本要素遗传是相对的，变异是绝对的 ；遗传中有变异，
变异中有遗传。
第一节 微生物的遗传一,遗传和变异的物质基础－－ DNA
亲代的性状如何遗传给子代？ 现代生物遗传学已经证明：是通过脱氧核糖核酸 （ DNA） 将决定各种遗传性状的遗传信息传给子代的 。 子代根据 DNA所携带的遗传信息,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特性 。 DNA是遗传的物质基础 。
分子生物学中心法则第一节 微生物的遗传 （续）
二,DNA的结构与复制
DNA由两条多个核苷酸组成的链配对而成,
两条链彼此互补,以右手螺旋的方式围绕一根主轴而互相盘绕形成 。 四种碱基 A
（ 腺嘌呤 ）,T（ 胸腺嘧啶 ）,G（ 鸟嘌呤 ）,C（ 胞嘧啶 ） 相互配对 。 A~T,G~C
互相间通过氢键连接 。
1953年的克里克（ Francis Crick,1916-2004)（右）和沃森 (James
Watson,1928-)在实验室里，他们两人因为发现了 DNA的分子结构，
而在 1962年与威尔金斯一起获得诺贝尔生理学和医学奖。
核苷酸 的结构四种碱基的结构
DNA分子结构
DNA链的延伸
DNA的电子显微镜照片
A与 T,G与 C的配对（依靠氢键连接）
第一节 微生物的遗传 （续）
为确保微生物体内 DNA碱基顺序精确不变,
保证微生物的所有属性都得到遗传,则在细胞分裂之前,DNA 必须十分精确地进行复制 。 DNA具有独特的半保留式的自我复制能力,确保了 DNA复制精确,并保证一切生物遗传性的相对稳定 。
真核生物中 DNA以染色体存在于细胞核内,
而在原核生物中,DNA存在于细胞质内 。
DNA的复制第一节 微生物的遗传 （续）
DNA是双链分子,但作为基因则只有一条链为蛋白质编码 （ 意义链 ）,另一条只是使 DNA分子处于稳定状态的互补链,
称为反义链 。 由 DNA分子上的碱基顺序通过转录过程决定 RNA分子 。
第一节 微生物的遗传 （续）
三,DNA的变性和复性
DNA的变性,DNA的双螺旋结构由碱基对中碱基之间的氢键维持 。 当天然双链 DNA受热或其他因素的作用下,两条链之间的结合力被破坏而分开成单链 DNA,即称为 DNA变性 。 这时分子呈现无规线团的构象 。
解链温度 Tm：
DNA的复性：变性 DNA溶液经适当处理后重新形成天然 DNA的过程叫复性,或叫退火 。 用高温使 DNA变性后,再缓慢降低至自然温度,变性的 DNA会复性成天然双链 DNA。
DNA的变性
DNA复性第一节 微生物的遗传 （续）
四,RNA
RNA（ 核糖核酸 ） 和 DNA很相似,不同的是以核糖代替脱氧核糖,以尿嘧啶 (U)代替胸腺嘧啶 (T)。
RNA有四种,tRNA,rRNA,mRNA和反义
RNA,它们均由 DNA转录而成 。 分别在蛋白质合成过程中担任不同的角色 。
第一节 微生物的遗传 （续）
第一节 微生物的遗传 （续）
mRNA叫信使 RNA,作为多聚核苷酸的一级结构,
其上带有指导氨基酸的信息密码 (三联密码子 ),它翻译氨基酸,具转递遗传信息的功能 。 tRNA叫转移 RNA,其上有和 mRNA 互补的反密码子,能识别氨基酸及识别 mRNA上的密码子,在 tRNA-氨基酸合成酶的作用下传递氨基酸 。 反义 RNA起调节作用,决定 mRNA翻译合成速度 。 rRNA（ 核糖体
RNA） 和蛋白质结合成的核糖体为合成蛋白质的场所 。 由 mRNA,tRNA,反义 RNA和 rRNA协作合成蛋白质 。
DNA转录成 RNA
第一节 微生物的遗传 （续）
五,微生物生长与蛋白质合成微生物生长的主要活动是蛋白质的合成,
同化的碳和消耗的能量有 4/5~9/10直接或间接与蛋白质合成有关 。
蛋白质合成 (翻译 )在核糖体上进行,与
RNA的复制 （ 合成 ） 及 DNA的复制 （ 合成 ） 有关 。
第一节 微生物的遗传 （续）
蛋白质合成过程：
DNA复制：相应的 DNA链进行自我复制；
转录 mRNA：由 DNA转录成 mRNA,同时也转录成其他几种 RNA；
翻译：由 tRNA完成；
蛋白质合成：合成多肽,最终生成具有特定功能的蛋白质 。
核酸和蛋白质的合成第一节 微生物的遗传 （续）
六,微生物的细胞分裂由于 DNA复制和蛋白质合成,两者增加,
最后导致微生物细胞的分裂 。 微生物将成倍增加的核物质和蛋白质均等地分配给两个子细胞,在细胞中部形成横隔膜,
最终分裂成两个细胞 。
第二节 微生物的变异一,变异的实质－－基因突变基因是生物染色体上的一段 DNA,它决定了生物的某一个性状 。 它既是一个结构单位,也是一个功能单位,基因分为结构基因 （ 决定某一蛋白质的结构 ） 和调控基因 （ 控制基因的启动和关闭 ） 。
由于某种因素的影响,DNA上的碱基对发生差错
（ 缺失,置换或插入 ）,引起基因改变,导致后代性状的改变,成为突变体 。
第二节 微生物的变异（续）
二,突变的类型自发突变在自然条件下发生的突变 。
自发突变的概率很低 （ 突变型频率 ）,如细菌约为 10-10。
诱发突变人为地用某种因素处理后造成的突变 。 凡能提高突变率的因素称为诱发因素或诱变剂 。 诱发突变的概率大大提高,可以达到约 10-4-1× 10-5
物理诱变,如紫外线 。
化学诱变,利用化学物质促进突变 。
第二节 微生物的变异（续）
三,突变的应用可进行定向培育和驯化 。
人为地用某种特定的环境条件长期处理某一微生物群体,并进行传种接代,积累和选择合适的自发突变体 。
在环境工程中,常采用定向培育的方法来培育菌种 （ 驯化 ） 。
微生物的遗传及物质基础微生物的变异及应用遗传和变异是一切生物最本质的属性。
遗传（保守性）
变异遗传和变异是一切生物存在和进化的基本要素遗传是相对的，变异是绝对的 ；遗传中有变异，
变异中有遗传。
第一节 微生物的遗传一,遗传和变异的物质基础－－ DNA
亲代的性状如何遗传给子代？ 现代生物遗传学已经证明：是通过脱氧核糖核酸 （ DNA） 将决定各种遗传性状的遗传信息传给子代的 。 子代根据 DNA所携带的遗传信息,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特性 。 DNA是遗传的物质基础 。
分子生物学中心法则第一节 微生物的遗传 （续）
二,DNA的结构与复制
DNA由两条多个核苷酸组成的链配对而成,
两条链彼此互补,以右手螺旋的方式围绕一根主轴而互相盘绕形成 。 四种碱基 A
（ 腺嘌呤 ）,T（ 胸腺嘧啶 ）,G（ 鸟嘌呤 ）,C（ 胞嘧啶 ） 相互配对 。 A~T,G~C
互相间通过氢键连接 。
1953年的克里克（ Francis Crick,1916-2004)（右）和沃森 (James
Watson,1928-)在实验室里，他们两人因为发现了 DNA的分子结构，
而在 1962年与威尔金斯一起获得诺贝尔生理学和医学奖。
核苷酸 的结构四种碱基的结构
DNA分子结构
DNA链的延伸
DNA的电子显微镜照片
A与 T,G与 C的配对（依靠氢键连接）
第一节 微生物的遗传 （续）
为确保微生物体内 DNA碱基顺序精确不变,
保证微生物的所有属性都得到遗传,则在细胞分裂之前,DNA 必须十分精确地进行复制 。 DNA具有独特的半保留式的自我复制能力,确保了 DNA复制精确,并保证一切生物遗传性的相对稳定 。
真核生物中 DNA以染色体存在于细胞核内,
而在原核生物中,DNA存在于细胞质内 。
DNA的复制第一节 微生物的遗传 （续）
DNA是双链分子,但作为基因则只有一条链为蛋白质编码 （ 意义链 ）,另一条只是使 DNA分子处于稳定状态的互补链,
称为反义链 。 由 DNA分子上的碱基顺序通过转录过程决定 RNA分子 。
第一节 微生物的遗传 （续）
三,DNA的变性和复性
DNA的变性,DNA的双螺旋结构由碱基对中碱基之间的氢键维持 。 当天然双链 DNA受热或其他因素的作用下,两条链之间的结合力被破坏而分开成单链 DNA,即称为 DNA变性 。 这时分子呈现无规线团的构象 。
解链温度 Tm：
DNA的复性：变性 DNA溶液经适当处理后重新形成天然 DNA的过程叫复性,或叫退火 。 用高温使 DNA变性后,再缓慢降低至自然温度,变性的 DNA会复性成天然双链 DNA。
DNA的变性
DNA复性第一节 微生物的遗传 （续）
四,RNA
RNA（ 核糖核酸 ） 和 DNA很相似,不同的是以核糖代替脱氧核糖,以尿嘧啶 (U)代替胸腺嘧啶 (T)。
RNA有四种,tRNA,rRNA,mRNA和反义
RNA,它们均由 DNA转录而成 。 分别在蛋白质合成过程中担任不同的角色 。
第一节 微生物的遗传 （续）
第一节 微生物的遗传 （续）
mRNA叫信使 RNA,作为多聚核苷酸的一级结构,
其上带有指导氨基酸的信息密码 (三联密码子 ),它翻译氨基酸,具转递遗传信息的功能 。 tRNA叫转移 RNA,其上有和 mRNA 互补的反密码子,能识别氨基酸及识别 mRNA上的密码子,在 tRNA-氨基酸合成酶的作用下传递氨基酸 。 反义 RNA起调节作用,决定 mRNA翻译合成速度 。 rRNA（ 核糖体
RNA） 和蛋白质结合成的核糖体为合成蛋白质的场所 。 由 mRNA,tRNA,反义 RNA和 rRNA协作合成蛋白质 。
DNA转录成 RNA
第一节 微生物的遗传 （续）
五,微生物生长与蛋白质合成微生物生长的主要活动是蛋白质的合成,
同化的碳和消耗的能量有 4/5~9/10直接或间接与蛋白质合成有关 。
蛋白质合成 (翻译 )在核糖体上进行,与
RNA的复制 （ 合成 ） 及 DNA的复制 （ 合成 ） 有关 。
第一节 微生物的遗传 （续）
蛋白质合成过程：
DNA复制：相应的 DNA链进行自我复制；
转录 mRNA：由 DNA转录成 mRNA,同时也转录成其他几种 RNA；
翻译：由 tRNA完成；
蛋白质合成：合成多肽,最终生成具有特定功能的蛋白质 。
核酸和蛋白质的合成第一节 微生物的遗传 （续）
六,微生物的细胞分裂由于 DNA复制和蛋白质合成,两者增加,
最后导致微生物细胞的分裂 。 微生物将成倍增加的核物质和蛋白质均等地分配给两个子细胞,在细胞中部形成横隔膜,
最终分裂成两个细胞 。
第二节 微生物的变异一,变异的实质－－基因突变基因是生物染色体上的一段 DNA,它决定了生物的某一个性状 。 它既是一个结构单位,也是一个功能单位,基因分为结构基因 （ 决定某一蛋白质的结构 ） 和调控基因 （ 控制基因的启动和关闭 ） 。
由于某种因素的影响,DNA上的碱基对发生差错
（ 缺失,置换或插入 ）,引起基因改变,导致后代性状的改变,成为突变体 。
第二节 微生物的变异（续）
二,突变的类型自发突变在自然条件下发生的突变 。
自发突变的概率很低 （ 突变型频率 ）,如细菌约为 10-10。
诱发突变人为地用某种因素处理后造成的突变 。 凡能提高突变率的因素称为诱发因素或诱变剂 。 诱发突变的概率大大提高,可以达到约 10-4-1× 10-5
物理诱变,如紫外线 。
化学诱变,利用化学物质促进突变 。
第二节 微生物的变异（续）
三,突变的应用可进行定向培育和驯化 。
人为地用某种特定的环境条件长期处理某一微生物群体,并进行传种接代,积累和选择合适的自发突变体 。
在环境工程中,常采用定向培育的方法来培育菌种 （ 驯化 ） 。
