最新现代环境工程微生物学思考题及答案

现代环境工程微生物学

思考题及参考答案

一、名词解释

1.孟德尔定律

孟德尔定律是指孟德尔第一定律和孟德尔第二定律，即分离定律和自由组合定律。分离定律是指：遗传性状由遗传因子决定，遗传因子在体细胞中成对出现，而在产生配子时彼此分离，并独立地分配到不同的性细胞中；自由组合定律是指：各种配子的数目相等，并且在形成配子的过程中两对或更多对遗传因子的组合是随机的。

2.连锁和连锁群

连锁是指：来自同一亲本的两个基因在配子形成过程中有保留原来组合的倾向，这是由于这两个基因处在同一条染色体上的缘故，这种现象称为连锁。

同一染色体上相互连锁的基因称为连锁群，连锁群的数目等于单倍染色体的数目。

3.诱发突变

诱发突变是利用物理的或化学因素处理微生物群体，促使少数个体细胞的DNA分子结构发生改变，在基因内部碱基配对发生差错，引起微生物的遗传性状发生突变。诱发突变并非新的突变，而是通过不同的方式提高突变频率。

4.转化

转化是指：同源或异源的游离DNA分子（质粒和染色体DNA）被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。根据感受态建立的方式，转化可分为自然遗传转化和人工转化。

5.温和噬菌体

当噬菌体侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主细胞染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体称作温和噬菌体。

6.普遍性转导

噬菌体可误包供体菌中的任何基因（包括质粒），并使受体菌获得各种性状的转导称为普遍性转导。普遍性转导可分为两种：完全普遍转导和流产普遍转导。

7.F因子

F因子是一种核外质粒，决定着细菌的性别，即含有控制性菌毛合成的遗传信息，故称为致育因子或性质粒。F因子可整合到宿主染色体基因组上去而称为附加体，且可以正常或异常脱落而成为各类菌株。

8.溶源化

溶源化是指：以温和噬菌体感染非溶源性细菌细胞，并在附着位点的某一特定部位将噬菌体附加到细菌染色体上以建立溶源现象。噬菌体基因组整合入细菌染色体以及与之发生的被动复制称为稳定性溶源化。若温和噬菌体不能附着在细菌染色体上，并在感染细胞后代中进行单方向遗传（最后从群体中释出），此称为流产性溶源化。

9.结构基因和调控基因

编码细胞各组分的合成的基因称为结构基因，凡是编码酶或头部蛋白、血红蛋白、抗体蛋白等肽链的基因均为结构基因。结构基因也包括编码核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)的染色体部分。

调控基因: 从广义上说，指任何能调节或限制其他基因活性的一类基因。通

常是指为某一（异构的）蛋白质（阻遏物）进行编码的某一基因。调控基因用于调节酶的合成等。

结构基因只是使细胞可能产生某一种蛋白质，而调控基因才使细胞在某一特定条件下实际上合成这种蛋白质。

10.遗传密码子

遗传密码子是指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序。每个密码子（Cdon）是由三个核苷酸顺序或称三联密码所决定，它是负载遗传信息的基本单位。

二、问答题

1.叙述DNA的特点及其在生物体内的存在状态。

(1)DNA的特点

DNA是由大量的脱氧核糖核苷酸组成的细长的线状或环状大分子。DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，它由碱基、脱氧核糖和磷酸基三部分组成。碱基有四种：即腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA 中的嘌呤和嘧啶碱基携带遗传信息，其中的糖和磷酸基则起结构作用。DNA分子中的骨架由磷酸二脂键连接的多个脱氧核酸组成，在整个分子中不变。一个脱氧核糖核苷酸中五碳糖的3'羟基，通过一个磷酸二脂键与邻近五碳糖的5'羟基相连。

1953年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型，这一理论的要点是：①两条链平行反向且右旋；②两链之间碱基以氢键配对互补，A=T，G=C；

③螺旋每周含10个碱基对，每周垂直升高3.4nm，螺旋直径2nm；④磷酸－核糖主链在螺旋外侧，碱基对平面在内侧且与主链垂直。

这一理论的核心是碱基互补配对。

此理论模型的意义在于，通过碱基配对互补，可以解释：①细胞减数分裂和有性生殖——配子与受精卵的形成，即DNA双链分开和来自双方配子的单链DNA分子重新组合成双链；②个体发育：一个受精卵的DNA双链通过互补复制而重复合成；③遗传与变异：DNA分子碱基序列具有保守性、可变性，碱基是突变的最小单位；④性状控制：蛋白质生物合成时，密码与反密码的配对识别。

DNA分子除了具有结构的多样性外，还能进行自体复制，而蛋白质却不能。对遗传物质的关键性要求是它必须能够准确底复制。DNA复制具有以下的特点：

①DNA的复制从特定的位点开始，这个特定的位点称为复制起始点，在复制起始点双链DNA解旋，形成复制叉；

②半保留复制：即双链DNA分子在复制过程中，DNA的两条链各自作为合成时的模板。复制后，每一双链体都是由一条亲链和一条新合成的子链组成；

③DNA复制具有高度的忠实性，其复制的忠实性同DNA聚合酶的自我校正功能密不可分；

④虽然DNA聚合酶是DNA复制的主酶，然而，DNA复制是多种酶和蛋白质因子协同有序工作的结果。

(2)DNA在生物体内的存在状态

DNA在生物体内的存在状态有两种：染色体DNA和染色体外DNA。

真核生物的遗传物质是DNA，其染色体由DNA及蛋白质构成，少的几个，多的几十或更多，染色体呈丝状结构。真核生物的许多染色体为核膜所包被。真核生物的染色体DNA含量高于原核生物。真核生物的染色体外DNA主要以细胞器的形式存在。这些细胞器的DNA常呈环状，细胞器DNA的含量一般只占染色体DNA的1%以下。细胞器包括叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等。这

些细胞器具有以下特点：①成分复杂，包括DNA、蛋白质、糖类、脂质类、RNA 等成份；②结构复杂而多样。叶绿体和线粒体具有复杂的膜结构，中心粒和毛基体都具有微管或微纤丝结构；③功能不一，而且对于生命活动常时不可少的。叶绿体为依靠光合作用生活的生物所必需，线粒体为细胞呼吸所必需，中心粒为细胞分裂所必需；④数目多少不一；⑤自体复制。实验证明线粒体DNA和叶绿体DNA都进行半保留复制；⑥一旦消失后，后代细胞中不再出现。

原核生物的遗传物质是DNA或RNA。原核生物的染色体往往只有一个，是单纯的DNA或RNA，染色体外没有膜包着。原核生物的染色体DNA的量远较真核生物为少。细菌和放线菌等的遗传物质都是双链DNA，在病毒中则有DNA 或RNA，是双链或单链，呈线状或环状。病毒的核酸都不和蛋白质相结合。大肠杆菌和沙门氏菌等的染色体都呈环状，DNA的复制是从某一点开始，然后进行双向复制。原核生物的染色体外的DNA称为细菌质粒。细菌质粒和真核生物自体复制的细胞器的相同的地方是：①自体复制；②一旦消失后，后代细胞中不再出现；③它们的DNA只占染色体DNA的一小部分。细菌质粒和真核生物自体复制的细胞器的不同之处主要是：①成分和结构简单，一般都是较小的DNA 环状分子，并不和其他物质在一起构成一些复杂的结构；②它们的功能比自体复制的细胞器更为多样化，可是一般并不是必需的。例如研究得最多的细菌质粒如致育因子（F）质粒、抗药性因子（R）质粒和大肠杆菌素因子（Col）质粒等等，它们分别决定细菌的致育性、抗药性和产生大肠杆菌素的能力等。它们的存在赋予宿主细菌以这些遗传特性，它们的消失并不影响宿主细菌的生存；③许多细菌质粒能通过细胞的接触而自动地由一个细菌转移到另一细菌，使两个细菌都成为带有质粒的细菌。