细菌的结构和繁殖方式:
1、细菌的结构:广义的细菌即为原核生物是指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作拟核区(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞生物,包括真细菌和古生菌两大类群。
①细菌主要由细胞膜、细胞质、核糖体等部分构成,有的细菌还有荚膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.5~5μm之间。并可根据形状分为三类,即:球菌、杆菌和螺形菌(包括弧菌、螺菌、螺杆菌)。
②按细菌的生活方式来分类,分为两大类:自养菌和异养菌,其中异养菌包括腐生菌和寄生菌。按细菌对氧气的需求来分类,可分为需氧(完全需氧和微需氧)和厌氧(不完全厌氧、有氧耐受和完全厌氧)细菌。按细菌生存温度分类,可分为喜冷、常温和喜高温三类。
③细菌的发现者:荷兰商人安东-列文虎克。
④细菌的营养方式有自养及异养,其中异营的腐生细菌是生态系中重要的分解者,使碳循环能顺利进行。部分细菌会进行固氮作用,使氮元素得以转换为生物能利用的形式。
2、细菌的繁殖:
①细菌一般是以二分裂方式进行无性繁殖。
在适宜条件下,多数细菌繁殖速度极快,分裂一次需时仅20~30分钟。球菌可从不同平面分裂,分裂后形成不同方式排列。细菌的代时决定于细菌的种类又受环境条件的影响,细菌代时一般为20~30分钟,个别菌较慢,如结核杆菌代时为18~20小时。
②细菌分裂可分4步:第一步是核复制,细胞延长;第二步是形成横隔膜;第三步是形成明显的细胞壁;第四步是细胞分裂,子细胞分离。
球菌可沿一个平面或几个平面分裂,所以可以出现多种排列形态;杆菌一般沿横轴进行分裂。除无性繁殖外,已证明细菌存在着有性繁殖,不过频率很低。
3、细菌群体生长分为四个时期:迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期。
知识拓展:
1、细菌的细胞壁:细胞壁厚度因细菌不同而异,一般为15-30nm。主要成分是肽聚糖,相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥(革兰氏阳性菌)或肽键(革兰氏阴性菌)桥接起来,形成了肽聚糖片层,像胶合板一样,粘合成多层。革兰氏阳性菌细胞壁有的还具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌细胞壁由外向内依次为脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。
2、细菌细胞壁的功能包括:
①保持细胞外形,提高机械强度;
②抑制机械和渗透损伤(革兰氏阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力);
③介导细胞间相互作用(侵入宿主);
④防止大分子入侵;
⑤协助细胞运动和生长,分裂和鞭毛运动。
3、荚膜:许多细菌的最外表还覆盖着一层多糖类物质,边界明显的称为荚膜(capsule),如肺炎球菌,边界不明显的称为粘液层(slimelayer),如葡萄球菌。荚膜对细菌的生存具有重要意义,细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境;保护自身不受白细胞吞噬;而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上,表现出对靶细胞的专一攻击能力。例如,伤寒沙门杆菌能专一性地侵犯肠道淋巴组织。细菌荚膜的纤丝还能把细菌分泌的消化酶贮存起来,以备攻击靶细胞之用。
4、鞭毛:是某些细菌的运动器官,由一种称为鞭毛蛋白(flagellin)的弹性蛋白构成,结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向(顺和逆时针)来改变运动状态。
5、芽孢:芽孢是细菌的休眠体,对不良环境有较强的抵抗能力。小而轻的芽孢还可以随风四处飘散,落在适当环境中,又能萌发成为细菌。细菌快速繁殖和形成芽孢的特性,使它们几乎无处不在。
基因突变:
概念 |
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或替换而引起的基因结构的改变 |
意义 |
是生物变异的根本来源,为生物进化提供了最初的选择材料 |
类型 |
自然突变和诱发突变 |
原因 |
外因:某些环境条件(如物理、化学、生物因素) |
内因:DNA复制过程中,基因中脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序发生改变,从而改变了遗传信息 |
结果 |
产生了该基因的等位基因,即新基因 |
特点 |
普遍性、随机性、低频性、多害少利性、不定向性(多向性)、可逆性 |
时期 |
DNA复制时(发生于有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期) |
人工诱变 |
原理 |
物理、化学、生物因素影响生物,使它发生基因突变 |
方法 |
物理方法:辐射诱变、激光诱变 |
化学方法:硫酸二乙酯、亚硝酸等处理生物材料 |
意义 |
提高变异频率,创造动物、植物和微生物新品种 |
知识拓展: 1、基因突变和生物性状的关系
①多数基因突变并不引起生物性状的改变。
a.不具有遗传效应的DNA片段中的“突变”不引起基因突变,不引起性状变异。
b.由于多种密码子决定同一种氨基酸,因此某些基因突变也不能引起性状的改变。
c.某些基因突变虽改变了蛋白质中个别位置的氨基酸种类,但并不影响蛋白质的功能。
d.隐性突变在杂合子状态下也不会引起性状的改变。
②少数基因突变可引起性状的改变,如人的镰刀型细胞贫血症。
2、基因突变对后代的影响
①基因突变若发生在体细胞有丝分裂过程中,这种突变可通过无性繁殖传给后代,但不会通过有性生殖传给后代。
②基因突变若发生在精子或卵细胞形成的减数分裂过程中,这种突变可通过有性生殖传给后代。
3、基因突变对蛋白质结构的影响
碱基对 |
影响范围 |
对氨基酸的影响 |
替换 |
小 |
只改变1个氨基酸或不改变 |
增添 |
大 |
插入位置前不影响,影响插入位置后的序列 |
缺失 |
大 |
缺失位置前不影响,影响缺失位置后的序列 |
4、基因突变在普通光学显微镜下无法看到,但染色体变异一般可以镜检出来。
5、基因突变的结果:基因突变引起基因“质”的改变,产生了原基因的等位基因,改变了基因的碱基序列,如由A→a(隐性突变)或a→A(显性突变),但并未改变染色体上基因的数量和位置。
6、显性突变和隐性突变的判定
(1)基因突变的类型
显性突变:aa→Aa(当代表现)
隐性突变:AA→Aa(当代不表现,一旦表现即为纯合体)
(2)判定方法
①植物:让突变体自交
②动、植物:让突变体与其他未突变体杂交
微生物的生长与利用:1、微生物的营养:自养型和异养型微生物的碳源区别:自养型——CO
2、碳酸盐;异养型——含碳有机物
2、调节酶活性的物质:调节酶活性的物质是酶所催化的化学反应的产物,可以是酶的直接催化反应产物,如谷氨酸对谷氨酸脱氢酶活性的调节;也可以是间接产物,入苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶活性的调节。酶活性调节可以是一种产物也可以是两种产物共同起作用。
3、微生物的生长规律
知识点拨:1、影响微生物生长的环境因素:温度、pH、氧等。
2、发酵工程的内容:菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和分离提纯。
3、发酵工程的应用:在医药工业上的应用:抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸、核苷酸等;在食品工业上的应用:啤酒、果酒和果醋,食品添加剂的生产;解决粮食的短缺问题:单细胞蛋白的培养。
4、生产用菌种的来源主要是:
①自然环境;
②收集菌株筛选;
③购置生产用菌种。
5、利用生物工程生产啤酒、果醋、酸奶、腐乳的常用菌种分别是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌、毛霉。