現(xiàn)代環(huán)境工程微生物學(xué)思考題及答案.doc

《現(xiàn)代環(huán)境工程微生物學(xué)思考題及答案.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《現(xiàn)代環(huán)境工程微生物學(xué)思考題及答案.doc（15頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

現(xiàn)代環(huán)境工程微生物學(xué) 思考題及參考答案 一、名詞解釋 1.孟德爾定律 孟德爾定律是指孟德爾第一定律和孟德爾第二定律，即分離定律和自由組合定律。分離定律是指：遺傳性狀由遺傳因子決定，遺傳因子在體細胞中成對出現(xiàn)，而在產(chǎn)生配子時彼此分離，并獨立地分配到不同的性細胞中；自由組合定律是指：各種配子的數(shù)目相等，并且在形成配子的過程中兩對或更多對遺傳因子的組合是隨機的。 2.連鎖和連鎖群 連鎖是指：來自同一親本的兩個基因在配子形成過程中有保留原來組合的傾向，這是由于這兩個基因處在同一條染色體上的緣故，這種現(xiàn)象稱為連鎖。 同一染色體上相互連鎖的基因稱為連鎖群，連鎖群的數(shù)目等于單倍染色體的數(shù)目。 3.誘發(fā)突變 誘發(fā)突變是利用物理的或化學(xué)因素處理微生物群體，促使少數(shù)個體細胞的DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，在基因內(nèi)部堿基配對發(fā)生差錯，引起微生物的遺傳性狀發(fā)生突變。誘發(fā)突變并非新的突變，而是通過不同的方式提高突變頻率。 4.轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化是指：同源或異源的游離DNA分子（質(zhì)粒和染色體DNA）被自然或人工感受態(tài)細胞攝取，并得到表達的水平方向的基因轉(zhuǎn)移過程。根據(jù)感受態(tài)建立的方式，轉(zhuǎn)化可分為自然遺傳轉(zhuǎn)化和人工轉(zhuǎn)化。 5.溫和噬菌體 當(dāng)噬菌體侵入宿主細胞后，其核酸附著并整合在宿主細胞染色體上，和宿主的核酸同步復(fù)制，宿主細胞不裂解而繼續(xù)生長，這種不引起宿主細胞裂解的噬菌體稱作溫和噬菌體。 6.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 噬菌體可誤包供體菌中的任何基因（包括質(zhì)粒），并使受體菌獲得各種性狀的轉(zhuǎn)導(dǎo)稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)可分為兩種：完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。 7.F因子 F因子是一種核外質(zhì)粒，決定著細菌的性別，即含有控制性菌毛合成的遺傳信息，故稱為致育因子或性質(zhì)粒。F因子可整合到宿主染色體基因組上去而稱為附加體，且可以正?；虍惓Ｃ撀涠蔀楦黝惥?。 8.溶源化 溶源化是指：以溫和噬菌體感染非溶源性細菌細胞，并在附著位點的某一特定部位將噬菌體附加到細菌染色體上以建立溶源現(xiàn)象。噬菌體基因組整合入細菌染色體以及與之發(fā)生的被動復(fù)制稱為穩(wěn)定性溶源化。若溫和噬菌體不能附著在細菌染色體上，并在感染細胞后代中進行單方向遺傳（最后從群體中釋出），此稱為流產(chǎn)性溶源化。 9.結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因 編碼細胞各組分的合成的基因稱為結(jié)構(gòu)基因，凡是編碼酶或頭部蛋白、血紅蛋白、抗體蛋白等肽鏈的基因均為結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因也包括編碼核糖體RNA(rRNA)和轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)的染色體部分。 調(diào)控基因: 從廣義上說，指任何能調(diào)節(jié)或限制其他基因活性的一類基因。通常是指為某一（異構(gòu)的）蛋白質(zhì)（阻遏物）進行編碼的某一基因。調(diào)控基因用于調(diào)節(jié)酶的合成等。 結(jié)構(gòu)基因只是使細胞可能產(chǎn)生某一種蛋白質(zhì)，而調(diào)控基因才使細胞在某一特定條件下實際上合成這種蛋白質(zhì)。 10.遺傳密碼子 遺傳密碼子是指DNA鏈上各個核苷酸的特定排列順序。每個密碼子（Cdon）是由三個核苷酸順序或稱三聯(lián)密碼所決定，它是負載遺傳信息的基本單位。 二、問答題 1.敘述DNA的特點及其在生物體內(nèi)的存在狀態(tài)。 (1)DNA的特點 DNA是由大量的脫氧核糖核苷酸組成的細長的線狀或環(huán)狀大分子。DNA分子的基本單位是脫氧核糖核苷酸，它由堿基、脫氧核糖和磷酸基三部分組成。堿基有四種：即腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA中的嘌呤和嘧啶堿基攜帶遺傳信息，其中的糖和磷酸基則起結(jié)構(gòu)作用。DNA分子中的骨架由磷酸二脂鍵連接的多個脫氧核酸組成，在整個分子中不變。一個脫氧核糖核苷酸中五碳糖的3羥基，通過一個磷酸二脂鍵與鄰近五碳糖的5羥基相連。 1953年，Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這一理論的要點是：①兩條鏈平行反向且右旋；②兩鏈之間堿基以氫鍵配對互補，A=T，G=C；③螺旋每周含10個堿基對，每周垂直升高3.4nm，螺旋直徑2nm；④磷酸－核糖主鏈在螺旋外側(cè)，堿基對平面在內(nèi)側(cè)且與主鏈垂直。 這一理論的核心是堿基互補配對。 此理論模型的意義在于，通過堿基配對互補，可以解釋：①細胞減數(shù)分裂和有性生殖——配子與受精卵的形成，即DNA雙鏈分開和來自雙方配子的單鏈DNA分子重新組合成雙鏈；②個體發(fā)育：一個受精卵的DNA雙鏈通過互補復(fù)制而重復(fù)合成；③遺傳與變異：DNA分子堿基序列具有保守性、可變性，堿基是突變的最小單位；④性狀控制：蛋白質(zhì)生物合成時，密碼與反密碼的配對識別。 DNA分子除了具有結(jié)構(gòu)的多樣性外，還能進行自體復(fù)制，而蛋白質(zhì)卻不能。對遺傳物質(zhì)的關(guān)鍵性要求是它必須能夠準確底復(fù)制。DNA復(fù)制具有以下的特點： ①DNA的復(fù)制從特定的位點開始，這個特定的位點稱為復(fù)制起始點，在復(fù)制起始點雙鏈DNA解旋，形成復(fù)制叉； ②半保留復(fù)制：即雙鏈DNA分子在復(fù)制過程中，DNA的兩條鏈各自作為合成時的模板。復(fù)制后，每一雙鏈體都是由一條親鏈和一條新合成的子鏈組成； ③DNA復(fù)制具有高度的忠實性，其復(fù)制的忠實性同DNA聚合酶的自我校正功能密不可分； ④雖然DNA聚合酶是DNA復(fù)制的主酶，然而，DNA復(fù)制是多種酶和蛋白質(zhì)因子協(xié)同有序工作的結(jié)果。 (2)DNA在生物體內(nèi)的存在狀態(tài) DNA在生物體內(nèi)的存在狀態(tài)有兩種：染色體DNA和染色體外DNA。 真核生物的遺傳物質(zhì)是DNA，其染色體由DNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成，少的幾個，多的幾十或更多，染色體呈絲狀結(jié)構(gòu)。真核生物的許多染色體為核膜所包被。真核生物的染色體DNA含量高于原核生物。真核生物的染色體外DNA主要以細胞器的形式存在。這些細胞器的DNA常呈環(huán)狀，細胞器DNA的含量一般只占染色體DNA的1%以下。細胞器包括葉綠體、線粒體、中心粒、毛基體等。這些細胞器具有以下特點：①成分復(fù)雜，包括DNA、蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)類、RNA等成份；②結(jié)構(gòu)復(fù)雜而多樣。葉綠體和線粒體具有復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu)，中心粒和毛基體都具有微管或微纖絲結(jié)構(gòu)；③功能不一，而且對于生命活動常時不可少的。葉綠體為依靠光合作用生活的生物所必需，線粒體為細胞呼吸所必需，中心粒為細胞分裂所必需；④數(shù)目多少不一；⑤自體復(fù)制。實驗證明線粒體DNA和葉綠體DNA都進行半保留復(fù)制；⑥一旦消失后，后代細胞中不再出現(xiàn)。 原核生物的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA。原核生物的染色體往往只有一個，是單純的DNA或RNA，染色體外沒有膜包著。原核生物的染色體DNA的量遠較真核生物為少。細菌和放線菌等的遺傳物質(zhì)都是雙鏈DNA，在病毒中則有DNA或RNA，是雙鏈或單鏈，呈線狀或環(huán)狀。病毒的核酸都不和蛋白質(zhì)相結(jié)合。大腸桿菌和沙門氏菌等的染色體都呈環(huán)狀，DNA的復(fù)制是從某一點開始，然后進行雙向復(fù)制。原核生物的染色體外的DNA稱為細菌質(zhì)粒。細菌質(zhì)粒和真核生物自體復(fù)制的細胞器的相同的地方是：①自體復(fù)制；②一旦消失后，后代細胞中不再出現(xiàn)；③它們的DNA只占染色體DNA的一小部分。細菌質(zhì)粒和真核生物自體復(fù)制的細胞器的不同之處主要是：①成分和結(jié)構(gòu)簡單，一般都是較小的DNA環(huán)狀分子，并不和其他物質(zhì)在一起構(gòu)成一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；②它們的功能比自體復(fù)制的細胞器更為多樣化，可是一般并不是必需的。例如研究得最多的細菌質(zhì)粒如致育因子（F）質(zhì)粒、抗藥性因子（R）質(zhì)粒和大腸桿菌素因子（Col）質(zhì)粒等等，它們分別決定細菌的致育性、抗藥性和產(chǎn)生大腸桿菌素的能力等。它們的存在賦予宿主細菌以這些遺傳特性，它們的消失并不影響宿主細菌的生存；③許多細菌質(zhì)粒能通過細胞的接觸而自動地由一個細菌轉(zhuǎn)移到另一細菌，使兩個細菌都成為帶有質(zhì)粒的細菌。 2.敘述突變的類型與突變的規(guī)律。 (2-1)突變包括基因突變和染色體畸變兩大類。 (1)基因突變：又稱點突變，因為對于DNA的結(jié)構(gòu)來講，這些突變只涉及一對堿基或少數(shù)幾對堿基。 從突變所帶來的表形的改變來講，突變型可分為以下幾類：①形態(tài)突變型：造成形態(tài)改變的突變型，包括影響細胞形態(tài)的突變型以及影響細菌、霉菌、放線菌等的菌落形態(tài)以及影響噬菌體的噬菌斑的突變型；②致死突變型：造成個體死亡或生活能力下降的突變型，后者稱為半致死突變型；③條件致死突變型：在某一條件下具有致死效應(yīng)而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型；④生化突變型：指沒有形態(tài)效應(yīng)的生化突變型。最常見的是營養(yǎng)缺陷型。 從遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變來區(qū)分，基因突變包括堿基置換、移碼、DNA片段的缺失和插入。 從突變所引起的遺傳信息的意義改變來看，基因突變又可以區(qū)分為同義突變、錯義突變和無義突變?nèi)N。 (2) 染色體畸變：染色體畸變涉及染色體的較大范圍的結(jié)構(gòu)改變，包括缺失、重復(fù)、易位和倒位。 一類移碼突變由一對或少數(shù)幾對核苷酸的失去所造成。缺失的失去部分則包括許多對核苷酸。 另一類移碼突變是由一對或少數(shù)幾對核苷酸的增加所造成。重復(fù)指染色體的較大范圍內(nèi)的一部分的兩次出現(xiàn)。重復(fù)部分同樣包括許多對核苷酸。 倒位是染色體一部分的順序的顛倒。在一個倒位雜合體中，染色體聯(lián)會時出現(xiàn)一個倒位環(huán)。 易位是指非同源染色體間的部分的交換。相互易位是指兩個非同源染色體相互交換一個部分。一個相互易位雜合體在染色體聯(lián)會時出現(xiàn)一個十字圖像。 (2-2)以細菌的抗藥性突變?yōu)槔?，突變有以下?guī)律： (1)抗藥性突變的發(fā)生和藥物的存在無關(guān)。 (2)抗藥性突變以一定的突變率發(fā)生在個別細菌中。突變是隨機的，細菌的突變率一般在10－8～10－6之間。 (3)對于各種藥物的抗性突變的發(fā)生彼此獨立無關(guān)。 (4)抗藥性突變型的穩(wěn)定性。由于基因突變所造成的抗藥性是穩(wěn)定的，即使藥物不存在，抗藥性依舊保持。而由于生理適應(yīng)而造成的抗藥性則是不穩(wěn)定的，當(dāng)藥物不存在時，抗藥性便很快消失。 (5)抗藥性基因的回復(fù)突變。野生型基因變?yōu)橥蛔冃突虻倪^程稱為正向突變，突變型基因變?yōu)橐吧突虻倪^程稱為回復(fù)突變。抗藥性突變型的回復(fù)突變率同樣是很低的。 (6)抗藥性突變的突變率可以通過某些理化因素的處理而提高。能夠提高突變率的因素稱為誘變劑。接觸誘變劑而發(fā)生的突變稱為誘發(fā)突變，沒有接觸誘變劑而發(fā)生的突變稱為自發(fā)突變。 (7)抗藥性突變是DNA分子的某一特定位置的結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果。 以上這些規(guī)律不限于抗藥性突變，也不限于細菌，實際上一切生物的一切突變都符合于這些規(guī)律。這些規(guī)律是有關(guān)突變過程的規(guī)律，不涉及到突變型的表型效應(yīng)。根據(jù)以上這些基因突變的規(guī)律，可以把基因突變過程概括為三個特性：稀有性、隨機性和可逆性。 3.突變型的類型有哪幾種？談?wù)勊鼈冊谖⑸镞z傳學(xué)研究中的作用。 從突變所帶來的表形的改變來講，突變型可分為以下幾類： ①形態(tài)突變型：造成形態(tài)改變的突變型，包括影響細胞形態(tài)的突變型以及影響細菌、霉菌、放線菌等的菌落形態(tài)以及影響噬菌體的噬菌斑的突變型。前者例如影響孢子顏色、鞭毛的有無等等突變型，后者例如影響細菌菌落表面光滑或粗糙、影響噬菌斑的大小和清晰程度等突變型。 ②致死突變型：造成個體死亡或生活能力下降的突變型，后者稱為半致死突變型。一個隱性的致死突變基因可以在二倍體生物中以雜合狀態(tài)保存下來，可是不能在單倍體生物中保存下來，所以致死突變在微生物中研究得不多。 ③條件致死突變型：在某一條件下具有致死效應(yīng)而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。廣泛應(yīng)用的一類是溫度敏感突變型。這些突變型在一個溫度中并不致死，所以可以在這溫度中保存下來。它們在另一溫度中是致死的，通過它們的致死作用，可以用來研究基因的作用等問題。 ④生化突變型：指沒有形態(tài)效應(yīng)的生化突變型。最常見的是營養(yǎng)缺陷型。營養(yǎng)缺陷型是由于代謝過程的缺陷而成為必需某種物質(zhì)才能生長的突變型。它們在微生物遺傳學(xué)研究中應(yīng)用非常廣泛。抗藥性突變也是微生物遺傳學(xué)中常用的一類生化突變型。 這幾類突變型并不是彼此排斥的。某些營養(yǎng)缺陷型具有明顯的形態(tài)改變。例如粗糙脈孢菌和酵母菌的某些腺嘌呤缺陷型分泌紅色色素。營養(yǎng)缺陷型也可以認為是一種條件致死突變型，因為在沒有補充給它們所需要的物質(zhì)的培養(yǎng)基上它們不能生長。所有的突變型可以認為都是生化突變型，因為任何突變，不論是影響形態(tài)的或是致死的，都必然有它的生化基礎(chǔ)。突變型的這一區(qū)分不是本質(zhì)性的。 4.您認為愛姆斯試驗?zāi)芊癖O(jiān)測污水的毒性？其中應(yīng)該注意什么問題？ 環(huán)境污染物的遺傳學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在污染物的致突變作用，致突變作用是致癌和致畸的根本原因。具有致突變作用的或懷疑具有致突變效能的化合物數(shù)量巨大，這就要求發(fā)展快速準確的檢測手段。微生物生長快的特點正適合這種要求，微生物檢測被公認為是對致突變勿最好的初步檢測方法。 現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的是美國加利福尼亞大學(xué)的Ames教授等建立稱為Ames試驗的方法。其原理是利用鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）的組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株（his-）在致突變物的作用下發(fā)生回復(fù)突變的性能，來檢測物質(zhì)的致突變性。 所謂回復(fù)突變（reverse mutation 或 back mutation）是指突變體失去的野生型形狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變。His菌株在不含組氨酸的培養(yǎng)基中不能生長，或只有極少數(shù)的自發(fā)回復(fù)突變子生長，如果回復(fù)突變率因某種化學(xué)誘變劑（或待測物）的作用而加強，那么這種化學(xué)藥物可判斷為具有致癌性。 由于回復(fù)突變是某一特定結(jié)構(gòu)的改變，所以缺乏代表性?？紤]到這一情況，所以所用的組氨酸缺陷菌株不是一個而是幾個，而且每一個菌株代表一種結(jié)構(gòu)改變。例如： TA1535(rfa ΔuvrB hisG46)，hisG46是堿基置換； TA1536(rfa ΔuvrB hisC207)，hisC207是移碼突變，可能是GC對缺失； TA1537(rfa ΔuvrB hisC3076)，hisC3076是移碼突變， GC對的增加； TA1538(rfa ΔuvrB hisD3052)，hisD3052是移碼突變， GC和CG對的缺失。 此外，為了提高測試系統(tǒng)的靈敏度，每一個缺陷型菌株中還包括另外兩個突變，一個是造成細胞表面透性增進的深度粗糙突變型（rfa），另一個是喪失切除修復(fù)能力的缺失型（ΔuvrB）。 由于許多潛在的致癌劑在體外試驗中可能不顯示誘變作用，但進入人體后可轉(zhuǎn)變成致癌活性，這種轉(zhuǎn)變是由于肝臟內(nèi)的混合功能氧化酶系的作用。因此為了使體外試驗更接近于人體內(nèi)代謝條件，Ames等采用了在體外加入哺乳動物（如大鼠）微粒體酶系統(tǒng)，使待測物活化，使Ames試驗的準確率達 80%~90%。 一般采用紙片點試法和平皿摻入法檢測環(huán)境污染物的致突變性。當(dāng)培養(yǎng)基中含有微量組氨酸時，傾注過量菌液的平板上形成一層微小的菌落，但當(dāng)受到致突變物作用時，缺陷型菌株回復(fù)突變?yōu)橐吧途?，這時在培養(yǎng)基上長出明顯的菌落。 用Ames測驗對幾百種致癌藥物進行檢測，總的符合率達到90%左右。一般認為在Ames測驗中具有陽性反應(yīng)的物質(zhì)有致癌的潛在危險性。因此，Ames試驗可以用于監(jiān)測污水的毒性，特別適合于污水毒性的初步檢測。 Ames試驗的理論根據(jù)是認為癌變是某些基因發(fā)生突變的結(jié)果。如果確實是這樣的話，每一種誘變劑應(yīng)該都是致癌劑。可是某些誘變劑（如2-氨基嘌呤）卻不是致癌劑。因此，另一觀點認為基因突變和癌變有共同的原因，但并不是前者造成后者。這共同的原因認為便是SOS反應(yīng)，有一部分突變的誘發(fā)并不通過SOS反應(yīng)（如2-氨基嘌呤誘發(fā)的突變），這些藥物便不一定是致癌物，這就是符合率并不是100%的原因。λ噬菌體的誘導(dǎo)釋放是一種SOS反應(yīng)，而且是一種結(jié)果明顯又便于快速檢測的反應(yīng)，因此的λ誘導(dǎo)釋放被某些作者認為是比Ames試驗更為理想的致癌物質(zhì)檢測系統(tǒng)，應(yīng)該預(yù)期有更高的符合率。 由于Ames試驗的符合率一般為80~90%，因此，除了用Ames試驗對污水毒性作檢測外，一些國家（如美國）還采用微核檢測法檢測污水的毒性。微核檢測法的原理是：毒物（或致癌物）能夠?qū)е氯旧w畸變，造成染色體的斷裂，則會出現(xiàn)一些染色體微粒，這些微粒稱為微核。微核在顯微鏡下可見。我國環(huán)保局規(guī)定采用松滋青皮豆的根尖進行微核檢測，觀測微核出現(xiàn)的概率。美國環(huán)保局采用紫露草的花粉進行微核檢測。此外，更好的推斷毒性物質(zhì)對人體及其他動物的致突變或致癌性，除了進行Ames試驗外，還應(yīng)結(jié)合進行動物試驗，如進行魚類等的試驗。 5.結(jié)合自己的專業(yè)，談?wù)勎⑸镞z傳學(xué)在環(huán)境工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用及其前景。 (1) 馴化 環(huán)境工程中，特別是污水處理工程中，一般采用馴化的方法培育活性污泥（菌種），例如：處理石油煉廠廢水、印染廢水、煤氣廠含酚、氰廢水等活性污泥（菌種）的來源，有來自含酚廢水的活性污泥，但多半來自城市污水處理廠的活性污泥。生活污水無毒，具有微生物生長繁殖所必須的營養(yǎng)物，例如：碳、氮、磷、硫、鉀、鈉及生長因素等；有機物則有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類等。水溫隨季節(jié)變化為常溫，pH為中性或偏堿性，這些條件都很適合微生物生長。處理生活污水的微生物有它固有的遺傳性，當(dāng)將它移至其他廢水中生活時，營養(yǎng)、水溫、pH均改變，有的廢水甚至有毒。例如：印染廢水中有染料、淀粉、尿素、棉纖維及一些無機鹽；冬季水溫10～20℃，夏季水溫達40℃以上，pH＝7～10之間，經(jīng)過長時間的馴化后，微生物改變了原來對營養(yǎng)、溫度、pH等的要求，產(chǎn)生了適應(yīng)酶。利用印染廢水中各種染料成分為營養(yǎng)，改變了代謝途徑。這些微生物不僅能在印染廢水中生存，而且它處理印染廢水的能力不斷提高。這時的微生物發(fā)生了變異，稱為變種或變株。 在廢水生物處理過程中，微生物的變異現(xiàn)象很多，有營養(yǎng)要求的變異；對溫度、pH值要求的變異；對毒物的耐毒能力的變異；個體形態(tài)和菌落形態(tài)的變異及代謝途徑的變異等。 馴化是人為用某一特定環(huán)境條件處理某一微生物群體，同時不斷將它們進行移種傳代，以達到積累和選擇合適的自發(fā)突變體的一種古老的育種方法。由于自發(fā)突變的變異頻率較低，變異的程度較輕，故變異過程均比誘變育種和雜交育種慢得多。 (2)質(zhì)粒育種 隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人工合成的非天然物質(zhì)不斷增多，例如：有機氯農(nóng)藥、有機磷農(nóng)藥、塑料、合成洗滌劑等。這些物質(zhì)不易被現(xiàn)有的微生物分解，在土壤和水中存留時間較長，喪失75%~100%所需的時間快的要一周，慢的要幾年甚至十多年。這類物質(zhì)積累在土壤和水體中，嚴重污染環(huán)境。因此，在環(huán)境工程中極其需要快速降解上述污染物的高效菌，為此，人們已在質(zhì)粒育種和基因工程菌作了一些研究和試驗。 在原核微生物中除有染色體外，還含有另一種較小的、攜帶少量遺傳基因的環(huán)狀DNA分子叫質(zhì)粒。質(zhì)粒在細胞分裂過程中能復(fù)制，并將遺傳性狀傳給后代。有的質(zhì)粒獨立存在于細胞質(zhì)中，也有的和染色體結(jié)合叫附加體（如大腸桿菌的F因子）。 目前所發(fā)現(xiàn)的質(zhì)粒基因有：致育因子（F）質(zhì)粒、抗藥性因子（R）質(zhì)粒和大腸桿菌素因子（Col）質(zhì)粒，假單胞菌屬中存在的降解某些特殊有機物的降解因子，如：惡臭假單胞菌（Pseudomonsa . putida）有分解樟腦的質(zhì)粒（CAM . comphor）、食油假單胞菌（P . oleovorans）有分解正辛烷（OCT . N-octanc）、惡臭假單胞菌R-1有分解水楊酸（SAL . Salicyate）的質(zhì)粒、銅綠色假單胞菌（P . aeruginosa）有分解萘（NPL . Nephthalene）的質(zhì)粒等。 質(zhì)粒在原核微生物的生長過程中不象染色體那樣舉足輕重，常因某種外界因素影響而發(fā)生質(zhì)粒丟失或轉(zhuǎn)移。某種細菌一旦喪失質(zhì)粒，就會喪失由該質(zhì)粒決定的某些形狀，但菌體不死亡。質(zhì)?？烧T導(dǎo)產(chǎn)生，有些質(zhì)粒，如：F因子、R因子能通過細胞與細胞的接觸而轉(zhuǎn)移，質(zhì)粒從供體細胞轉(zhuǎn)移到不含該質(zhì)粒的受體細胞中，使受體細胞具有由該質(zhì)粒決定的遺傳性狀。有的質(zhì)?？蓴y帶供體的一部分染色體基因一起轉(zhuǎn)移，從而使受體細胞既獲得供體細胞質(zhì)粒決定的遺傳性狀，又得到了供體細胞染色體決定的某些遺傳性狀。 質(zhì)粒的這些性狀可利用來培育優(yōu)良菌種，同時質(zhì)粒在基因工程中常被用作基因轉(zhuǎn)移的運載工具——載體。 質(zhì)粒育種是將兩種或多種微生物通過細胞結(jié)合或融合技術(shù)，使供體菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體菌體內(nèi)，使受體菌保留自身功能質(zhì)粒，同時獲得供體菌的功能質(zhì)粒，即培育出兩種功能質(zhì)粒的新品種，這已在環(huán)境工程中獲得初步研究成果，如： ①多功能超級細菌的構(gòu)建 把降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到能降解脂烴的假單胞菌體內(nèi)，結(jié)果得到了同時降解4種烴類的超級菌。它能把原油中約2/3的烴消耗掉。與自然菌種相比其降解速度快。自然菌種要花一年多才能將海上浮油分解完全，而超級細菌只要幾小時就分解完全。 ②解烷抗汞質(zhì)粒菌的構(gòu)建 Chakrabarty等人將嗜油假單胞菌體內(nèi)有降解辛烷、乙烷、葵烷功能的OCT質(zhì)粒和抗汞質(zhì)粒MER同時轉(zhuǎn)移到對20mg/L汞敏感的惡臭假單胞菌體內(nèi)，結(jié)果使這敏感的惡臭假單胞菌轉(zhuǎn)變成抗50~70mg/L汞的，同時高效分解辛烷的解烷抗汞質(zhì)粒菌。 ③脫色工程菌的構(gòu)建 將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的編號為K24和K46的兩株假單胞菌通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)培育出兼有降解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。 ④Q5T工程菌 將嗜溫的Pseudomanos putda pawl和嗜冷的Q5菌株融合，使Pseudomanos putda pawl體內(nèi)降解甲苯、二甲苯的TOL質(zhì)粒轉(zhuǎn)移入Q5菌株體內(nèi)構(gòu)建而成。該菌在0℃仍能正常利用濃度為1000mg/L的甲苯作碳源，這對寒冷地區(qū)進行廢水生物處理有重要意義。 質(zhì)粒育種在環(huán)境保護中的實際應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注，并予以很大的期望。但在具體實施上有較大的困難。因為細菌的質(zhì)粒本身容易丟失或轉(zhuǎn)移，重組的質(zhì)粒也面臨這個問題。再者，質(zhì)粒具有不相容性，兩種不同的質(zhì)粒不能穩(wěn)定地共存于同一宿主中。只有在一定條件下，屬于不同的不相容群的質(zhì)粒才能穩(wěn)定地共存于同一宿主中。 (3)基因工程技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用 基因工程是指基因水平上的遺傳工程，它是用人為方法將所需的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來，在離體條件下進行切割后，把它和作為載體的DNA分子連接起來，然后導(dǎo)入某一受體細胞中，以讓外來的遺傳物質(zhì)在其中“安家落戶”，進行正常的復(fù)制和表達，從而獲得新物種的新產(chǎn)品，這是一項嶄新的育種技術(shù)。20世紀70年代，基因工程技術(shù)得到發(fā)展，人們把希望寄托在利用基因工程構(gòu)建新品種，用于環(huán)境保護中。 隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的合成有機物進入環(huán)境，其中很大部分難于生物降解或降解緩慢，如多氯聯(lián)苯、多氯烴類化合物，其水溶性差，難生物降解，致使在環(huán)境中的持留時間長達數(shù)年至數(shù)十年。 基因工程為改變細胞內(nèi)的關(guān)鍵酶或酶系統(tǒng)提供了可能，從而可以： ①提高微生物的降解速率，如提高2,4,6-三硝基甲苯（TNT）的降解效率。 ②擴寬底物的專一性范圍，如拓寬微生物雙氧合酶對多氯聯(lián)苯（PCBs）和三氯乙烯（TCE）的底物專一性范圍。 ③維持低濃度下的代謝活性； ④改善有機污染物降解過程中的生物催化穩(wěn)定性等。 利用對不同底物具有降解活性的酶的組合構(gòu)建新的復(fù)合代謝途徑，已應(yīng)用于鹵代芳烴、烷基苯乙酸等的降解。通過引入編碼新酶的活性基因，或?qū)ΜF(xiàn)有的基因物質(zhì)進行改造、重組，構(gòu)建新的微生物，可用于氯代芳烴混合物的降解。 (4)PCR技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用 PCR(Polymerase chain reaction)稱DNA多聚酶鏈式反應(yīng)。于1985年由美國Millus創(chuàng)立。PCR是DNA在體外擴增的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于法醫(yī)鑒定、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生檢疫、環(huán)境監(jiān)測等方面。因PCR檢測速度快，只需5~6小時就可出結(jié)果，深受檢測單位關(guān)注，并積極研究和應(yīng)用。 環(huán)境中存在各種生物的DNA，在環(huán)境中采集到少量的DNA，加入引物和DNA多聚酶，經(jīng)過變性和復(fù)性的過程，就可以在體外擴增至足以供監(jiān)測、鑒定用的量。在土壤和水中存在微生物的尸體及其分解物?？梢圆杉江h(huán)境中微生物的DNA，利用PCR技術(shù)鑒定微生物。 PCR技術(shù)在環(huán)境衛(wèi)生無檢測中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個方面： ①應(yīng)用PCR技術(shù)研究某一特定環(huán)境中微生物區(qū)系的組成，進而了解其種群動態(tài)； ②應(yīng)用PCR技術(shù)監(jiān)測環(huán)境中特定種群（如致病菌、工程菌等）的動態(tài)。 微生物遺傳學(xué)在環(huán)境保護中的應(yīng)用前景十分廣闊。隨著微生物遺傳學(xué)研究的深入，將會有更多的遺傳工程技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護中來。 -15-