分享：我个人整理出来的厦大微生物笔记

绪论

1、什么是微生物（Microorganism, microbe）

2、微生物的共性

3、微生物学发展简史

四、微生物学科发展促进了人类进步

五、微生物学及其分科

类 群 :

原核类：细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌

真核类：真菌（酵母菌、霉菌），原生动物，显微藻类

非细胞类：病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒什么是微生物（Microorganism, microbe

1、 ）

●个体微小（<0.1mm），借助显微镜观察形体；

●结构简单：简单多细胞，单细胞或非胞●低等：进化地位低。

二、微生物的共性

1、体积小，表面积大2、吸收多、转化快

3、生长旺、繁殖快4、适应性强、易变异

5、分布广、种类多

●一定体积的物体，分割成越细小的颗粒，

这些颗粒的总表面积越大，表面积/体积比值越大。

●优点：提供巨大的吸收面，排泄面和交换面。

●体积小、表面积大是微生物其它四个共性的 基础

2、吸收多、转化快

●原因：表面积/体积比值大

●例举：乳糖发酵细菌、产朊假丝酵母（Candida utilis）

3、生长旺、繁殖快

●原因：吸收多、转化快 ●例举：大肠杆菌

●利弊：有益--工业发酵、理论研究材料培养；有害--病原微生物、霉腐微生物

4、适应性强、易变异

● 适应强原因：体积小、表面积大；灵活的代谢

调控机制（诱导酶）

●极 端 微 生物 （extreme microorganism）●易变异原因：结构简单、单倍体、巨大交换面

●利弊：有益---育种（青霉素），有害---耐药性

5、分布广、种类多

●分布广：土壤、空气、海洋、人体肠道

●种类多：（1）微生物的生理代谢类型多

（2）代谢产物种类繁多（3）微生物的种数多

●种类多：（1）微生物的生理代谢类型多

微生物特有：分解天然气、石油、纤维素、木质素能力；

多种产能方式：细菌光合作用、嗜盐菌紫膜光合作用、自养细菌的化能合成作用、各种厌氧菌的产能途径

生物固氮作用；

合成次级代谢产物（抗生素、维生素等）能力；

对复杂有机物的生物转化能力（甾体化合物等）；

分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力

独特的繁殖方式（病毒、类病毒、肮病毒的复制、增殖）

2）代谢产物种类繁多

含氮代谢产物：氨基酸、核苷酸类

糖类厌气性代谢产物：酒精、乳酸、甘油、丙酮丁醇；

糖类好气性代谢产物：柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸；

微生物多糖：黄原胶、右旋糖苷；

微生物酶类：蛋白酶、淀粉酶、酯肪酶、工具酶；

--次级代谢产物：抗生素、维生素、激素、生物碱

3）微生物的种类多

●目前比较肯定的微生物种数大约10万种，

随着分离、培养方法的改进，研究工 作的深入，新种、新属、新科、新纲陆续被发现。

4）遗传基因多样性

●微生物基因组测序

●基因组种类多样性。

●基因库资源丰富。

5）生态类型的多样性

三、微生物学发展简史

●微生物学发展经历五个时期

1、史前期（8000年前--1676年）2、初创期（1676-1861年）

3、奠基期（1861-1897年）4、发展期（1897-1953年5、成熟期（1953-迄今）

●学习微物学发展历史的目的：

--学习前人严谨治学的科学态度，培养创新意识；

--明确科学技术和研究方法的突破在学科发展中的重要作用；

--明确学科的发展总是与人类生活、生产实践密切相连的。

四、微生物学科发展促进了人类进步

●近代科学中，微生物学是对人类福利贡献最大的一门科学。

1、医疗保健2、食品和医药行业3、微生物学促进农业发展

4、微生物与生态和环境保护的关系5、基础理论研究中的贡献

1、医疗保健

--外科消毒技术的建立 --寻找人畜病原菌

--免疫防治法的应用--化学治疗剂的发明

--抗生素治疗的兴起--用工程菌生产各种生化药物

2、食品和医药行业

--食品微生物发酵--罐头灭菌和长期保存方法

--厌氧纯种发酵技术--深层液体通气发酵技术

--代谢调控理论在发酵工业中的应用--生物工程的兴起

3、微生物学促进农业发展

--微生物农药--菌肥--植物生长激素--高等真菌--饲料

4、微生物与生态和环境保护的关系

--食物链中主要环节，物质循环，污水处理

5、基础理论研究中的贡献

--以微生物作材料，生物学基础理论研究取得许多重大突破:

--分子生物学是在生化、遗传学、微生物学基础上发展起来。

--微生物与基因工程--动、植物细胞应用研究中采用微生物培养/发酵方法。

--微生物学独特实验操作技术。

五、微生物学及其分科

●研究主要内容：从不同水平（层次）研究生命活动五大 基本规律。

●根本任务：发掘、利用、改善有益微生物，控制、消灭、改造有害微生物。

●分科：按研究微生物的基本生活动规律分；按微生物应用领域分等不同分种方式。

Chap 1原核生物的形态、构造和功能

§1 细 菌（bacteria）

§放线菌（actinomycetes）

§3 其它原核微生物

§1 细 菌（bacteria）

一 细胞的形态构造及其功能

1、细菌的基本形态 :球状、杆状、螺旋状

（1） 形态和染色

●自然界中杆状细菌最常见、球菌次之，螺旋状最少； 量度细菌大小的单位是μm（微米，10-6m）作单位。 亚细胞构造的量度用nm（纳米，10-9m）作单位。

2、染色

●细菌的形态和主要构造的观察：一般都要将菌体细胞染色。原因：菌体微小。含水分多，对光线吸收、反射与水溶液差别不大，借助颜色的反衬作用。

●染色方法 ：

--死菌：

正染色

负染色：荚膜染色法等

-- 活菌：用美蓝或TTC（氯化三苯基四氮唑）染色

二）细菌细胞构造与功能

1、细胞壁（cell wall）

（1）组成与结构

● G+菌和G-菌细胞壁构造比较

A、肽聚糖（Peptidoglycan）

●组成和结构特点

●水解肽聚糖的酶类：溶菌酶（lysozyme）、自溶酶（autolytic enzyme）

B、磷壁酸（Teichoic acid）

●存在：●成分与结构实型：磷酸多元醇聚合体，

主要有甘油磷酸型和核糖醇磷坒酸两种类型。

●结构特点（甘油型为例）： ●磷壁酸的功能

C、脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）

●存在：G-菌细胞壁特存成分，组成细胞

外壁外壁层的重要成分。●分子结构类脂A、核心多糖区，0-特异侧链

● LPS的主要功能

D、外壁层中的蛋白质 ：基质蛋白、外壁蛋白、脂蛋白。

（2）细菌的某些特性与细胞坒组成，结构的关系

●草兰氏染色、抗酸染色、溶菌酶敏感性、青毒素敏感性

3）周质空间（periplasmic space）

●即壁膜空间，内含多种蛋白质（酶、结合蛋白、受体蛋白）。

（4）细胞坒的功能

A、固定细胞外形和提高机强度，使其免受渗透压等 外力的损伤；

B、为细胞的生长、分布和鞭毛运动所必需；

C、阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；

D、赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。

●缺乏细胞壁的微生物

支原体、粘菌、原生动物、某些嗜盐菌、产甲烷细菌（疵壁菌mendosicutes）原生质体、球状体、L-型细菌

2、细胞膜与间体

●细胞膜的功能：

--控制 细胞内、外的物质的运送、 交换；--维持细胞内正常渗透压的屏障作用；

--合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；--进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；

--许多酶和电子传递组分的所在部位；--鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。

3、细胞质（cytoplasn）

●聚-β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutyrate PHB●羧化体（carboxysome）

4、核质体（rcuclear booly）

●核区、拟核、核基因组、遗传信息。

（1）鞭毛（flagella）

●组成成分：鞭毛蛋白（鞭毛素flagellin）●构造： G+ 细菌与G- 细菌鞭 毛构造差别

●鞭毛着生方式：一端单毛、一端丛毛、两端（单毛、成束）、周生、侧生

2）菌毛（pilas）

●存在G-菌（特别是肠道菌，假单胞菌）表面的一种蛋白质附属物，它由菌毛素（piling）形成中空的丝状体。

●种类：一般菌毛和特化菌毛（性菌毛sex pilus, F-Pilus）

(3)糖被（glycocalyx）:

●荚膜（capsule）、微荚膜（microcapsule）、粘液层（slime layer）、菌胶团（zoogloea）。

●糖被生理功能 保护作用、贮藏养料、堆积代谢废物菌体附着、信息识别作用、屏障和交换系统

（4）芽孢（endospore spore）

●定义：●产生芽孢的细菌种类

●芽孢耐热机制（渗透调节皮层膨胀学说）●研究细菌芽孢的意义：

（5）伴孢晶体（parasporal crystal）

（三）、细菌的繁殖

1、裂殖（fission）2、芽殖（budding）

一、细菌群体培养特征

1、固体琼脂平板上菌落形态：菌落（colony）及特征描述、菌苔（lawn）

2、液体培养基中培养特征：混浊、菌膜、或絮状沉淀。3、半固体培养基培养特征

§2 放线菌（actinomycetes）

一、概述

●定义：●分布：●放线菌与人类的关系：

●放线菌重要类群：链霉菌属（Streptomyces）弗兰克氏菌属（Frankia）小单孢菌属（Micromonospora）

二、放线菌的形态构造（以链霉菌为例）

●一般形态与构造

2、 放线菌的繁殖

3、 ●横割分裂，4、 两种途径：细胞内陷、壁膜同5、 时内陷。

三、放线菌的培养特征

●固体培养基平板培养●液体培养基振荡培养

§3 其它原核微生物

一、蓝细菌（cyanobacteria）蓝藻或蓝绿藻

●定义：●形态：●细胞结构特点：●繁殖：

●蓝细菌转基因研究进展：

二、支原体、立克次氏体、衣原体

1、支原体（Mycoplasma）

1）特征：

●个体微小●缺乏细胞壁●可在人工培养基上生长

●二等分裂繁殖●对抗生素（四环素）敏感性

2）种类：胸膜肺炎支原体，类支原体

2、立克次氏体（Rickettsia）

（1）定义：（2）种类：立克次氏体，类 立克次氏体（Rickettsia-like organisms, RLO）。

（2）特征

● 结构●繁殖●对热、四环素等抗生素敏感●培养

（3）与人类关系：

3、衣原体（chlamydia）

●是一类在真核细胞内营专性能量寄生、有独特生活周期（原体、始体）、小型G-原核微生物。

●营专性能量寄生：●独特生活周期：小型G-原核微生物

●培养●传播感染范围●支原体、立克次氏体、衣原体三者主要区别

Chap 3 真核微生物形态构造

§1 . 真核微生物概述

●真核生物、真核微生物

一、真核生物与原核生物的比较：P40.表2-1

二、真核微生物的主要类群

●菌物界（Mycetalia）●真核微生物的主要类群●真菌（Fungi）的特点

三、真核微生物的细胞构造

（一）、细胞壁

1、真菌的细胞壁

●构造：微纤维（单糖的聚合物）、基质（甘露聚糖、葡萄糖、蛋 白质、脂类）。

●不同分类地位真菌的细胞壁多糖

2、藻类的细胞壁

●结构骨架（纤维素）、间质多糖（杂多糖）。

二）鞭毛与纤毛

●真核微生物的“9+2”型鞭毛

● 存在：鞭毛（鞭毛钢的原生动物、藻类、低等水生真 菌的游动孢子或配子），纤毛（纤毛纲的原生 动物：草履虫属）。

三）细胞质膜

（四）细胞核

●构造：核被膜、核仁、核基质。●不同真菌的核染色体数目差别很大。

（五）细胞质和细胞器

1、细胞基质、细胞骨架、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、微体、线粒体、叶绿体液泡。

2、膜边体（Iomasome）、几丁质酶体（Chitosome）、氢化酶体（Hydrogenosome）。

§1 酵母菌（yeast）

●定义

一、分布以及与人类关系

1、分布2、与人类关系

●单细胞蛋白（Single-cell protein，SCP）

二、酵母菌细胞形态特征

●细胞大而结构分化；细胞单个分散或呈假菌丝；细胞多形态。

三、酵母菌细胞构造

1、细胞壁（cell wall

●组成与结构

甘露聚糖（mannan）（外层）；蛋白质（protein）（中层）；葡聚糖（glucan）（内层类脂，几丁质

●酵母原生质体的制备：

EDTA-α-巯基乙醇 蜗牛消化酶

酵母菌细胞——————————————→原生质体

（预处理）

2、细胞膜（cell membrane）

酵母细胞膜的成分和构造●膜构造与功能、控制胞内外物质交换的主要屏障。

3、细胞核（cell nuclei）

●形态结构：定形（真核）、核膜（双层单位膜）、核孔、染色体

●细胞核的观察：核（相差显微镜）、核膜（电镜）、染色体（姬姆萨染色/ 碱性品红染色）

4、酵母菌其他细胞构造

●线粒体、液泡、2μm质粒

四、酵母菌繁殖和生活史

1、繁殖方法

●无性繁殖

芽殖（budding）：名属常见方式、芽痕（bud scar）、蒂痕（brith scar）.

繁殖（fission）：裂殖酵母属（schizosaccharomyces）

产无性孢子：节孢子：地霉属（Geotrichum）掷孢子：掷孢酵母属（sporobolomyces）厚垣孢子：白段丝酵母属（Candida albicans）

●有性繁殖：子 囊（ ascus）、孢子（ascospore）

2、生活史（Life cycle）

●定义●酵母菌三种类型生活史

a.营养体以单倍体或二倍体形式存在

b.营养体只能以单倍体形式存在

c.营养体只能以二倍体形式存在

五、酵母菌的培养特征

●固体琼脂培养基上菌落特征

● 液体培养基中培养特征

§3、丝状真菌

●定义：真菌（fungi）、霉菌（mould）

●分布、种类、与人类关系

一、1、营养体的基本单位--菌丝（hyphoe）

●菌丝直径大小，隔膜

2、真菌细胞壁成分及物理形态

●菌丝分化及其细胞壁的成分 ●物理形态及成分 壁的网状骨架成分：微纤维（microfibril）纤维素、几丁质

无定形基质成分：葡聚糖、蛋白质、脱乙酰几丁质、甘露聚糖、少量脂类无机盐等。

3、菌丝体（mycelium）

●定义、类型（营养菌丝体、气生菌丝体）

4、营养菌丝体的特化形态

●假根（rhizoid）、吸器（haustorium）、附着胞、附着枝、菌核（selerotium）、菌索、匍匐菌丝（stolon）、菌环（ring），菌网（net）。

5、气生菌丝体的特化形态

（1）结构简单的子实体：分生孢子头；孢子嚢(根霉、毛霉)均产无性孢子（分生孢子、孢囊孢子）；担子（担子菌），产有性孢子（担孢子）。

2）结构复杂的子实体：产无性孢子

分生孢子器、分生孢子座、分生孢子盘

子囊果（ascocarp）三种类型，产有性孢子：闭囊壳、子囊壳、子囊盘

曲霉营养菌丝横；隔示木霉细胞壁及横隔；曲霉顶囊及其分生孢子；横轴腐霉（一种水生真菌）横轴腐霉

（示孢子头与菌丝原生质的自发荧光）

二、真菌的孢子

●类型和特点 ●真菌孢子与细菌芽孢的比 较

●真菌可通过菌丝碎片繁殖，但主要靠形成有性或无性孢子繁殖

●孢子类型、形态特征是真菌分类、鉴定重要形态学依据

三、霉菌的培养特征

●固体琼脂培养基上菌落特征

●液体培养特征

chap 3 非细胞型生物

§1 病毒（Virus）

§.2 亚病毒

chap 4 非细胞型生物

●非细胞型生物种类：病类、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）

●非细胞型生物与细胞型生物的主要区别。

§1病毒（Virus）

●定义：●分布及种类

一、病毒的形态与大小

●形态：杆状、蝌蚪状、球状、砖块状、丝状等。

●大小：极其微小、一般都可通细菌滤器、电镜观察

二、病毒粒子（virion）

●定义：成熟、结构完整、单个病毒。

●病毒粒子结构与组成

病毒粒子 核衣壳（基本构造）核心：由DNA或RNA构成

衣壳：由许多衣壳粒蛋白构成

包膜（非基本构造）：由类脂或脂蛋白构成

●病毒粒子对称体制：螺旋对称（TMV）、二十面体对称（腺病毒）、复合对称（T偶数噬菌体）。

●病毒核酸

类型：ds DNA/SS DNA, ds RNA/SS RNA;

链状/环状，闭环/缺口环

基因组：单组分/双组分/三组分/多组分（RNA病毒特有）

三、病毒的群体形态

1、包涵体（inclusion body）●定义与实践应用

2、噬菌斑（plaque）●定义与实践应用

3、空斑和病斑：定义4、枯斑：定义

四、噬菌体（bacteriophage, phage）

1、噬菌体的模式结构2、噬菌体的繁殖

●吸附（感染复数，m.o.i）侵入，增殖，装配（成熟）、释放（裂解）、增殖、装配

增殖、装配：

3、噬菌体侵染的结局

●烈性噬菌体（Virulent phage）：一步生长曲线（One-step growth curve）

●温和噬菌体（temperate phage）：定义、特点、存在形成（游离点、整合态和营养态）

●溶源菌（hysogen）：定义、特性、检查方法。

五、真核生物的病毒

1、植物病毒

●种类、形态、核酸（SSRNA）。

●增殖过程与T偶数噬菌体不同点：吸附（被 动）、扩散（胞饮或包膜融入细胞膜或特异性受体转移）、衣壳（侵入后）。

2、人类和脊椎动物病毒

●种类、引起疾病

●增殖过程与T偶数噬菌体不同点：吸附（被 动）、扩散（胞饮或包膜融入细胞膜或特异性受体转移）、脱衣壳（侵入后）。

●人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV

3、昆虫病毒

●病毒多角体（polyhedron）●昆虫病毒种类

§.2亚病毒

●亚病毒是一类与传统的病毒有显著区别的分子生物，仅含有侵染性 RNA/侵染性蛋白质一种成分。

1、类病毒：是至今所知道的最小的、只含有侵染性RNA一种成分，专性细胞内寄生的分子生物。

2、拟病毒：类病毒、植物病毒粒子中的病毒、侵染性 RNA 分子，复制需要辅助病毒。

3、朊病毒：侵染动物细胞、胞内复制、 小分子无免疫性疏水Pro。●病例：羊搔痒病、疯牛病、Kuru病，中心法则的挑战。

§3 病毒与实践

一、噬菌体与发酵工业●危害与预防措施，噬菌体污染出现的现象与杂菌不同。

二、人类和脊椎动物病毒的防治●预防（侵染预防、感受预防），治疗（被动免疫、干扰素、抗生素等）

三、植物病毒病的防治●指导思想（防重于治、综合防治），主要措施。

四、昆虫病毒用于生物防治●主要优点和缺点，病毒多角体的实际意义。

五、病毒在基因工程中的应用●克隆载体（charon）、科斯质粒；

● SV40（Simian Virus 40,即猴病毒40）。

Chap 4 微生物的营养与物质运输

§1 微生物的营养与培养基

§2 营养物质进入细胞的方式

●概述

●营养（nutrition）：生理功能、能量和物质、生长和繁殖。

●营养物（nutrient）：营养功能，提供结构物质,能量、代谢调节物质和 生理环境。

§1 微生物的营养与培养基

一、微生物的营养要素与营养类型

●六种营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。

1、碳源（Carbon source）

●定义：碳元素（碳架）、营养源。

●碳源谱：碳源范围--有机碳源、无机碳源。

●依据利用碳源情况，微生物营养类型有：

--自养型（autotroph）:CO2（唯一碳源）。不依赖有机营养物。

--异养型（heterotroph）：至少需要一种大量有机物、正常营养。

--混合型（mixotroph）：碳同化混合类型。

●异养微生物的适宜碳源：糖类、醇类、有机酸类、脂类。

2、能源（energy source）

●定义：提供最初能量来源的营养物或辐射能。异养微生物的能源就是其碳源。

●以能源分类，微生物的营养型有：

--光能营养型（phototrohp）直接利用太阳光辐射能。

--化能营养型（chemotroph）：从脂合物化学反应中获得能量，又分无机营养型有机营养型。

●微生物的营养类型

3、氮源（nifrogen source）

●定义：氮元素、营养源●氮源谱： ●氨基酸自养型与氨基酸异养型

●微生物利用各种氮源的特点：N2（固N）蛋白质及水解物。

4、生长因子（growth factor）

●定义：正常代谢必需，不能自身合成，有机化合物，需要量少。

●微生物与生长因子的关系：

5、无机盐

●定义：C、N以外的各种重要元素，大量元素、微量元素及配制细菌培养基时对无机盐的选择。

●无机元素的来源和功能

6、水：营养要素之一，在微生物生命活动过程的重要作用。

二、微生物的培养基

●培养基（medium）：人工配制，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物、混合养料，具备六大营养要素， 比例合适，配制后立即灭菌。

（一）选用和设计培养基的原则

1、目的明确：菌种与目的产物类型、实验室研究或工业生产、种子培养或发酵，C/N比（种子培养基比发酵培养茎低）。

2、营养协调

●确定各种营养要素的数量和比例的依据：细胞成分或元素含量（P92，表4-7）、异养微生物碳源兼作能源、需要量大。

●培养基中各营养要素的含量顺序：水>碳源>氮源> P.S>K.Mg>生长因子。

3、培养基PH应适宜：4、经济节约：

（二）培养基配方设计方法

1、生态模拟：天然基质、“初级”培养基（肉汤、 水果汁、麸皮米糠、米饭面包、肥土、玉米芯。

2、查阅文献：直接或间接相关信息。

3、精心设计：C源、N源的影响、无机盐的影响，

正交试验设计、培养条件（PH、温度、通气量）试验、综合试验、扩大规模试验。

（三）培养基的种类

1、按对培养基成分的了解程度划分：天然培养基、组合培养基、半组合培养基。

2、按培养基外观的物理状态划分：固体培养基（琼脂 1.8—2.0%），半固体培养基（琼脂0.5%）、液体培养基。

3、接培养基的功能划分：

●选择性培养基（selected medium）：特殊营养要求或对 某一理化因素、抗性、提高筛选效率功能。加富培养基（enriched medium）

●鉴别性培养基（differential medium）：指示剂

（与无色代谢物发生显色反应）、菌落易区别，

伊红美蓝乳糖培养基（Eosin Methylene Blue, EMB）鉴别各种肠道杆菌。

§2 .营养物质进入细胞的方式

●概述：

物质运送（material transport）

一、研究营养物质运送的意义

●与微生物营养、代谢密切相关；

●促进生物膜的结构与功能的研究；细胞膜是物质运输的主要屏障；

●微生物发酵生产实践中有着重要意义。

二、物质运送的方式及分子机制

1、单纯扩散（simple diffusion）/被动运送（passive transport）.

●特点：顺浓度梯度或电位梯度、物理扩散，无特异性，扩散能量 来自分子热运动。

●存在：H2O、气体（O2、CO2、N2等）、乙醇和某些氨基酸。

2、促进扩散（facilitated diffusion）

●机理：底物特异性载体蛋白（carrier protein）膜内外侧结合底物 亲和力不同（结合底物在膜上位移中载体蛋白构型变化引起）。

●·特点：顺浓度梯度或电位梯度。扩散能量来自分子热运动， 有特异性，运送速度快载体蛋白）。

●存在：真核细胞（糖类）、原核（厌气微生物）细胞（等）

3、主动运送（active transport）

●特点：特异性载体，提供能量（ATP、质子 势）、载体构型变化，逆浓度梯度运送、底物分子结构无变化。

●存在：各种微生物吸收营养物质的主要机制，无

机离子（ 、 、 ）有机离子（氨基

酸）和一些糖类（ 乳糖、蜜二糖、葡萄糖）。

4、基团移位（group translocation）

●机制：依靠磷酸烯醇式丙酮酸一已糖磷酸转移酶系统。

●过程：热稳定载体蛋白（HPr, heat stable carrier protein）的激治（PEP+HP 丙酮酸+P-HPr）。糖被磷酸化后运入膜内（P-HPr+ 糖 糖-P+HPr）

●特点：需PEP-已糖磷酸转移酶系统●酶对底物有特异性选择●消耗高能磷酸化合物PEP ●底物分子结物变化●逆浓度梯度运送。

●存在：兼性和严格厌氧菌●需氧菌（巨大芽孢杆菌、枯草杆菌） ●糖类（葡、果、甘）以及脂肪酸、核苷、 碱基。

三、四种运送方式的比较

Chap 5 微生物的代谢和发酵

1、新陈代谢（metabolism） 2、分解代谢与合成代谢的联系与调节

3、大分子营养物质的降解

§1 微生物的产能代谢§2 微生物的合成代谢§3 微生物的代谢调控与发酵生产

Chap 6 微生物的代谢和发酵

1、新陈代谢（metabolism）

●概念：新陈代谢简称代谢，包括分解代谢和合成代谢。

分解代谢(catabolism)/异化作用（dissimilation）/产能代谢(energy-yielding metabolism);

合成代谢(anabolism)/同化作用(assimilation)/耗能代谢 (energy-expended metabolism)。

2、分解代谢与合成代谢的联系与调节

●联系：十分不同、紧密联系、伴同发生的两个过程。

●调节：最基本方式为调节代谢流（酶活性调节和酶合成调节）。

此外，营养物质运送、酶的定位等调节。

3、大分子营养物质的降解

●淀粉：α-淀粉酶（芽孢杆菌属、曲霉属），β-淀粉酶（多粘芽孢杆菌，根霉），淀粉葡萄糖酶（黑曲霉、米曲霉），异淀粉酶（黑曲霉、米曲霉）。

●纤维素：纤维素酶（木霉、纤维单孢菌、纤维素放线菌）。

天然纤维素（c1酶）-水合非结晶纤维素（CX1、CX2 酶）-纤维二糖+葡萄糖（纤维二糖酶）——葡萄糖

●果胶质：细菌（芽孢杆菌、假单胞菌）、真菌（青霉、曲霉、 根霉）。

天然果胶质（原果胶酶）-水可溶性果胶（果胶甲酯水解酶）-果胶酸（果胶酸酶）-半乳糖醛——糖代谢途径

●几丁质：细菌（梭菌病、芽孢杆菌病）、放线菌。

甲壳素（甲壳素酶）甲壳=糖（甲壳=糖酶）N-乙酰氨基葡萄糖

●脂肪(脂酶)：微生物种类较少，真菌以及霉菌

脂肪——甘油（糖酵解、TCA循环）各种中间产物、能量

——脂肪酸（β-氧化）乙酰COA——TCA循环/乙醛酸循环

●蛋白质：霉菌、细菌。

蛋白质（蛋白质）——肽（肽酶）——氨基酸

●内源代谢：贮存物质耗尽之后，利用细胞蛋白质和RNA作为能源。

§1. 微生物的产能代谢

I 、能量来自有机物--化能异养微生物的生物氧化与产能

●微生物生命活动所需的能量来源：氧化有机物（化能异养菌）、氧化还原态的无机物 （化能自养菌）、来自日光辐射能（光能营养菌）。

●生物氧化：定义、形式（氧结合、脱氢、失电子）、阶段。

●通用能源：ATP，跨膜质子电化学梯度

(△H)/质子动势。

一、单糖的分解代谢（以葡萄糖为例）

●葡萄糖分解代谢（氧化脱氢）途径。

1、EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas Pathway）

● EMP途径的简图

● EMP途径的主要产物

● ATP和NADH的生成：位置、数量，底物水平磷酸化。

●总反应式：葡萄糖+2ADP+2NADT+2PI--2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+

●EMP途径的生理功能

2、HMP途径（hexose monophosphate pathway）

（1）特点：

●HMP途径又称已糖单磷酸途径,是在单磷酸已糖基础上开始降解。

●三种 戊糖相互转化。

● C4、C7（芳香族氨基酸前体）和C5（核酸前体）的生成。

●产生大量NADPH2形式的还原剂。

（2）总反应式：6葡-6-磷酸+12NADP+6H2O →5葡糖- 6磷酸+12NADPH+12H+12CO2+pi

（3）HMP途径的生理功能

3、ED途径（Enter-Doudoroff pathway）

●反应细节

●关键酶及关键反应

●主要产物（ATP、NADH、NADPH的生成数量）

4、三种途径比较（见下图）

●存在 ：

EMP、HMP是微生物降解葡萄糖的主要途径，二者在同一种微生物中往往同时存在，但在代谢的作用中的比例不同，ED途径存在嗜糖假单胞菌和运动发酵单胞菌等细菌。

●关键酶

产能效率：EMP（2ATP/葡糖）、ED （1ATP/葡糖）

●还原力的产生：EMP

（2NADH2）,ED（1NADH2+1NADPH2）、HMP （12NADPH2）

二、丙酮酸代谢

1、概述

●单糖经不同途径降解，产生丙酮酸和同化力[NAD（P）H2、ATP]，产物的去向取决不同微生物及不同培养条件。

●大多数好气和兼性好气性微生物，在有氧情况下：TCA循环，电子传递磷酸化、呼吸作用（respiration）。

●一些厌气菌和兼性好气菌，在无氧条件下，无氧呼吸。（anaerobic respiration）

●大多数厌气和兼性厌气有机化能营养微生物，在无氧条件下：发酵作用（fermentation）

2、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）

●反应部位：真核微生物（线粒体基质）、原核微生物（细胞质）

●反应历程：能量的产生（15个ATP/丙酮酸）。

●TCA循环的意义：枢纽地位，有机酸、谷氨酸 发酵。

三、生物氧化中递氢和受氢

●依据受氢体性质不同，生物氧化分：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。

1、有氧呼吸（respiration）

●定义：呼吸链、最终受氢体（O2）。

●呼吸链（respiratorychain,RC）/电子传递链（electrontransport chain,ETC）

●氧化磷酸化机理与效率：化学渗透学说（chemiosmotic hypothesis）、 P/O比（molTAP/mol氧原子）。

2、无氧呼吸（anaerobic respiration）

●定义：最终受氢体为外源无机氧化物（个别是延胡索酸）

●类型：硝酸 盐 呼 吸（nitrate respiration）/反 硝 化 作 用（denitrification）

硫酸盐呼吸（sulfate respiration）、延胡索酸呼吸（fumarate respiration）

碳酸盐呼吸（carbanate respiration）、硫呼吸（sulphur respiration）

3、发酵（fermentation）

●定义：发酵工业、微生物生理（代谢）

●主要类型：由EMP途径中丙酮酸出发的发酵（6种类型）

通过HMP途径的发酵（异型乳酸发酵，肠膜状明患珠菌）

通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）

氨基酸发酵产能（Stickland反应）

● 发酵中的产能反应：底物水平磷酸化，高能磷酸化

合物，乙酰磷酸产能是厌氧微生物产能的主要方式。

II、能量来自无机物--化能自养菌的生物氧化与产物

1、概述

●两类自养菌还原CO2所需能量和还原力的来源不同。

●化能自养菌还原CO2时ATP和[H]的来源。

●微生物生理特性及种类：多数好氧性、少数兼性厌

氧、种类有硝化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌等。

2、化能自养菌氧化产能的特点：

●还原性无机物氧化直接与

呼吸链相联。其过程比异养菌（经EMP/TCA等）简单。

●呼吸链的组分多样化。

●主要通过电子传递磷酸化产能、少数硫杆菌（氧

化亚铁硫杆菌）也能部分地进行底物水平磷酸

化产能。产能效率（P/O）比异养菌低。

3、列举：硝化细菌的能量代谢。

III、能量来自光能--光能自养菌的产能代谢

1、循环式光合磷酸化（cyclic photophosphorylation）

特点 过程：

●存在：光合细菌[着色菌属 （chromatium）、

红螺菌属 （Rhodospirillum）、绿菌属 （Chlorobium） 等18属]

2、非循环式光合磷酸化（noncyclic photophosphorylation）

●过程：●特点：

●存在：绿色植物、藻类、蓝细菌。

3、嗜盐菌紫膜的光合作用

●过程： ●机理（细菌视紫红质、质子泵、△P、化学渗透学说）

●存在：盐生盐杆菌（Halobacterium halobium），红皮盐杆菌（H.cutirubrum）

§2、微生物的合成代谢

●合成代谢（anabolism）/同化作用（assimilaton）耗能代谢（energy-expended metabelism）

一、微生和的合成代谢的特点

●微生物合成能力很强、但有种属差异。

●合成途径多样化比分解途径少、主要物质的合成途径比较一致。

●合成代谢条件：能量、还原力、无机物或简单有机物

二、自养微生物的CO2固定

1、Calvin循环（Calvin cycle）

●反应历程：

特征酶及其所催化的反应

●存在：化能自养菌、光能自养菌中蓝细菌和绝大部分光合细菌、藻类、绝色植物。

2、厌氧乙酰-辅酶A途径

●反应历程 ：

●存在：一些能利用氢的严格厌氧菌（产甲烷菌， 硫酸盐还原菌）。

3、还原性TCA循环途径

●关键酶及催化反应：a -酮戊二酸合成酶，催化琥珀酰-CoA+CO2→ a-酮戊二酸

●存在：少数光合细菌（例，嗜硫代硫酸盐绿菌Chlorobium thiosulfatophilum）。

4、三条途径比较：厌氧CO2、固定CO2比好氧更为有效。

三、生物固氮（fixation of molecular nitrogen）

1、定义及其作用：N2还原成NH3的过程，生态平衡、土壤肥力、节约能源避免污染。

2、固氮微生物种类

●自生固氮菌：独立进行固氮的微生物,种类繁多 （生理营养类型）

●共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮。

●联合固氮菌：必须生活在水稻、甘蔗、玉米等植 物的根际、叶面或动物肠道等处才能固氮。

3、固氮的生化机制

●总反应式：N2+be+6H++12ATP——2NH3+12ADP+12Pi

● 条件：固氮酶、能量/产能体系、还原力及其载体、还原底物N2、Mg、严格厌氧微环境。

●固氮酶测定方法：微量克氏定氮法、同位素法、乙炔还原法。

●固氮酶组成及其功能●固氮的生化途径●氨的去路

4、好氧性固氮菌固氮酶的抗氧机制

●自生固氮菌：呼吸保护、构象保护

●蓝细菌：异型胞，非异胞蓝细菌（时间分隔、束状群体、过氧化物酶活力）

●根瘤菌：豆科植物共生根瘤菌（类菌体周膜、豆血经蛋白），非豆科植物共生根瘤菌（植物血红蛋白、泡囊）。

四、肽聚糖的合成

●肽聚糖合成的三个阶段和合成部位。

1、在细胞质中的合成。

●由葡萄糖合成N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。 ●由N-乙酰胞壁酸合成 “park”核苷酸。

2、在细胞膜中的合成：细菌萜醇（bactoprend）/类脂载体、肽聚糖单体（二糖五肽亚单位）。

3、膜外组装：引物（至少含6-8个肽聚糖单体）、转糖基作用 （trans-glycosylation）、转肽酶（transpeptidase）转肽作用。

4、某些抗生素对肽聚糖合成的抑制作用：环丝氨酸、万古霉素、杆菌肽、青霉素。

§3微生物的代谢调控与发酵生产

一、微生物的代谢调节

●酶的合成调节：诱导、阻遏。●酶的活力调节：激活、抑制（反馈抑制）。

二、代谢调控在发酵工业中的应用

●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节：赖氨酸发酵、肌苷酸（IMP）的生产。

●应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节。

●控制细胞膜的渗透性：生理学手段，细胞膜缺损突变。

Chap.7 微生物的生长与控制

概念：

●个体生长： 细胞原生质总量的增加。

● 繁殖：微生物生长而产生新的子代。

● 生长(群体生长):微生物群体数量和重量的增加。

§.1 测定生长繁殖的方法

一、研究M生长繁殖的意义：

1、生长繁殖是M和外界环境因素相互作用的综合反映，生长繁殖情况可作为 M生理、生化和遗传研究的重要指标。

2、生产实践：M的应用（菌体~酵母/产物合成）、 致病菌/霉腐

二、测定生长繁殖的方法

测定方法主要有两类--测生长量和计繁殖数

（一）测生长量：适用一切M

1．测体积2．称干重3．间接法：比浊法、生理指标法（测含N,/C,/P/DNA等）

二）计繁殖数：（适用：单细胞M/丝状M的孢子）

1、直接法：血球计数板法2、间接法：（活菌计数法）

●平板菌落计数法（计算cfu）●最大可能数量法 （MPN法）

§2、微生物的生长规律

一、细菌的同步生长与同步培养

1、同步生长：群体中所有的个体细胞处于同样的细胞生长和分裂周期的状态。

2、同步培养：细胞群体中每个个体都处于同步生 长状态的培养 方法。4、同步培养方法

①诱导法：变换温度、光脉冲、营养供应

②选择法：Helmstetter-cummings的膜洗脱技术

③同步培养方法的选择视M种类和研究目的：

a.生理学研究中，选择法优于诱导法。

b.诱导法，常用来研究DNA复制和细胞分裂机制等。

二、典型生长曲线（growth curve）

定义：描述单细胞M群体规律性生长的曲线。

1．延滞期（Lag phase）

特点：生长速率为0，细胞数目不增加，但个体产生变化。

缩短缩短延滞期的措施：

①取对数期接种龄的种子接种。

②加大接种量，缩短延滞期（10%接种量）

③接种到营养丰富的天然培养基（种子/发酵培养基成分尽量相近）。

2．指数期/对数期

特点： ●对数期M的应用：

①作为代谢、生理研究的良好材料。②增殖噬菌体的最适宿主菌龄。

③发酵生产中作为种子的最佳种龄。算术值与对数值不同方法表示的对数期的生长曲线

3．稳定期（最高生长期）

特点： ①生长速率常数R=0，菌体产量达最高；

②菌体生长产量常数Y= （x―菌体干重，c―限 制性营养物浓度）；

③处于稳定期细胞内出现贮存物（糖原、异染颗粒、脂肪）、芽孢或开始合成抗生素等次级代谢产物。

细胞在指数期后，如得不到特殊条件，必然进入稳定期。

原因：

①营养物质耗尽 ②营养物比例失调（C/N不合适）

③有害代谢物积累④pH氧化还原势等物化条件不适宜。

发酵工业中，延 长产物合成时间，避免菌体过早衰老，常采用中间补 料工艺（C、N、无机盐等）。

4．衰亡期

特点：生长速率常数为负数（R为负值），个体死亡速度＞新生的速度。

三、微生物的连续培养

1.定义： 微生物菌体数目和生长速率维持恒定的培 养过程。

2.提出连续培养的根据：

在研究典型生长曲线的基础上，认识稳定期到来的原因，采取相应有效措施而实现。

恒浊器 恒化器

工作原理：培养液浊度与菌浓度成正比 限制性营养物与菌生长速度正比。

控制方法：改变流量，使培养液浊度恒定 恒定流量，使限制性营养物浓度恒定。

流入培养基成分：各种营养成分都很充分 限制性营养物浓度低，其他成分充分。

容器内菌的生长速率：最大生长速率 低于最大生长速率

5．连续发酵优点及时限

优点：自控、高效、产品质量稳定，节约人力、动力、汽、水等成本。

时限：数月~1,2年。原因：菌种退化、染菌。

§3.影响微生物生长的主要因素

一、 温度

生长温度——最低生长温度（一般-5～-10℃，极端-30℃）

三基点：——最适生长温度 嗜冷菌：-10～20℃中温菌：20～45℃嗜热菌：45～95℃

——最高生长温度（一般80～95℃，极端105～300℃）

●从M整体看，微生物生长温度范围：-30～300℃，很广；但从某一具体M来说，则不尽相同，有宽温M和窄温M之分。

●最适生长温度：微生物生长速率最高时的培养温度。 ●不同生理过程存在不同的最适温度

例：谷a.a发酵：北京棒状杆菌（菌体生长32℃，谷a.a合成33～35℃：33～35℃,谷a.a脱氢酶活力最高）

二、氧气

1、专性好氧菌：绝大多数真菌，许多细菌。

●特点：必须在O2条件下生长，以O2作最终H受 体，完 整呼吸链。 含超氧化物岐化酶（SOD superoxidedismutase）和过氧化氢酶。

2、兼性厌氧菌：许多酵母菌、细菌。●特点：有O2/无O2均能生长，胞内有SOD、过氧化氢酶。

3．微好氧菌●特点：只能在较低的氧分压下正常生长的微生物。

4．耐氧菌●特点：可在O2存在下营厌氧生活的厌氧菌，胞内存在SOD，过氧化物酶，缺过氧化氢 酶。

5．厌氧菌●特点： 分子氧对它们有毒害，只有在深层的固体/半固体培养基中生长；生命活动所需 能量靠发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供；胞内缺乏SOD、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶。

五种微生物类群主要产能途径和解毒酶系

类群 主要产能途径 SOD 过氧化氢酶

专性好氧菌 氧化磷酸化 + +

兼性好氧菌 氧化磷酸化 /底物 + +

磷酸化

微好氧菌 氧化磷酸化 +（弱） +（弱）

耐氧菌 底物磷酸化 + （有过氧化物酶）

专性厌氧菌 底物（光合）磷酸化 - -

●氧对厌氧菌毒害作用的机制--SOD学说。

厌氧菌缺乏SOD，受超氧阴离子自由基（ ）毒害，对各种重要的生物高分子和膜破坏作用；形成其它活性氧化物

三、pH

●总体情况，M绝大多数种类都生长在pH 5～9之间；多数真菌和酵母菌偏酸生长；细菌和放线菌偏碱。

●同一种M，菌体生长阶段和产物合成阶段，往往要求不 同的最适pH，例

因此，发酵生产上对pH的控制很重要。

●微生物培养过程，引起pH值改变的原因：

1、培养基中性成分被M利用的结果，一般培养基培养时间延长，变酸。

2、与培养基C/N比值有关，C/N高（真菌培养基），培养后pH↓； C/N低（细菌）pH↑

●生产实践中保证M生长处在较稳定和合适pH，方法：

pH调节措施 治标（酸碱中和）

治本——过酸：适当N源（尿素、NaNO3、NH4OH等）通气量↑

——过碱：糖、乳酸、油脂等C源；通气量↓

§4.微生物培养法

一、实验室常规的微生物培养

1.固体培养

1.1好氧微生物：●斜面●培养皿●茄子瓶●浅盘

1.2厌氧微生物：●高层琼脂柱●亨盖特氏滚环技术

●厌氧罐（袋）●厌氧手套箱

厌氧罐（袋）工作原理

●除氧

柠檬酸+NaCO3——H2O+CO2 KBH4+H2O——H2

H2+O2——H2O（钯粒催化剂）

●除水●密闭系统（美兰指示剂）

2.液体培养

2.1好氧微生物

●摇瓶●小型发酵罐

2.1厌氧微生物

● 液体培养

一、工业生产的微生物培养

1.固体培养●曲法培养●堆积培养

2.液体培养●浅盘●深层液体通气培养（发酵罐）

§5.有害微生物的控制

一、概念

●灭菌：采用强烈的理化因素，使处理物体内外一切微生物永远丧失繁殖能力的措施。

● 消毒：采用较温和理化因素，杀死有害病原菌。

●防腐：利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖。

●化疗：利用高度选择毒力的化学物质抑制宿主体内病原微生物生长繁殖的治疗措施。

二、高温灭菌种类及操作

1.干热灭菌法：金属制品：150～170℃，2hr，烘箱；接种环火焰灼烧。

2．湿热灭菌法：

●常压法--巴氏消毒法、煮沸消毒法、间歇灭菌法。

●加压法--常规加压灭菌法，连续加压灭菌法（连消法）

三、影响加压蒸汽灭菌效果的因素

● 物体的含菌量● 灭菌锅内空气排除程度

● 灭菌对象pH：● 灭菌对象体积

● 加热与散热速度（上磅/下磅）

四、高温对培养基成份的有害影响及其防止

1.有害影响

●形成沉淀物;（有机物：多肽类，无机物：碳酸盐、磷酸盐沉淀）

●破坏营养，提高色泽；（氨基糖、焦糖、黑色素-褐变）

●改变培养基pH；（pH↓一般状况）

●降低培养基浓度。（冷凝水）

2.防止措施：

●采用特殊加热灭菌法：

●过滤除菌法：膜过滤、石棉板过滤、硅藻土过滤

●其他方法：按配方逐一加入（顺序很重要），此外，螯合剂防止金属离子沉淀。

五、化学杀菌剂或抑菌剂

1．表面消毒剂：石碳酸（3～5%）、酒精（75%）、新洁尔灭（0.05～0.1%）

2．磺胺类药物：磺胺类药物具有高度选择毒力性能·机理：

病原菌：二氢喋啶酰焦磷酸+PABA（二氢叶酸合成酶；二氢叶酸、合成酶；二氢叶酸、还原酶）——四氢叶酸（COF,转移-碳基的重要辅酶）

● 磺胺与病原菌生长因子（PABA）结构类似，可竞争与另一底物

二氢喋啶酰焦磷酸）结合→假二氢叶酸·病原菌无法合成叶酸，无 法正常生长。

● 磺胺增效剂―三甲基苄二氨嘧啶（TMP）抑制二氢叶酸还原酶活性，与磺胺配合对四氢叶酸合成起双重阻断·双保险。

● 人类缺四氢叶酸合成有关酶类，必须在营养物中直接提供。因此，磺胺对人 类无毒。

3．抗生素

●定义：

一类由M及其它生物在生命活动中合成的次级代谢产物或人工合成衍生物，它们在很低的浓底时就能抑制或干扰它种生物的生命活动，因而可用作优良的化学治疗剂。

●抗生素的效价及计量单位

Chap.7 微生物遗传变异和育种

概念：遗传、变异是生物体的最本质属性之一。

●遗传（heredity）:●遗传型（genotype）：

●表型（phenotype）：●变异（variation）：● 饰变（modification）：

§.1 遗传变异的物质基础

一、证明核酸是遗传物质基础的三个典型实验

1、细菌转化实验

●动物实验、细菌培养试验、S型菌的无细胞提取液试验。

● S菌提纯各种成分 (DNA、pro.、荚膜多糖、RNA等）作为转化因子，在离体条件下进行

转化实验。

2．噬菌体感染实验

3．植物病毒的重建实验

二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式

（1） 七个水平

（2） 1、细胞水平：DNA集中在细胞核/核质体中

●细胞核的数目：单核、多核

●核质体的数目：杆菌2个，球菌1个；放线菌菌丝细胞多核，孢子单核。

●核质体的数目：杆菌2个，球菌1个；放线菌菌丝细胞多核，孢子单核。

2．细胞核水平3．染色体水平

●代表性生物染色体数目

●单倍体：一个细胞中只有一套染色体，多 数M都是单倍 体。

●双倍体：含有两套相同功能染色体的细胞，少数M（酿酒酵母）营养体。

4．核酸水平

● 种类：DNA（绝大部分生物）/RNA（部分病毒）● 结构：

DNA双链（多数M）；单链（少数病毒）

RNA 双链（多数真菌病毒）；单链（多数RNA噬菌体）

●长度：真核生物DNA比原核生物长得多

●基因数量：枯草杆菌约含104个，E.coli 7500，T2360个，最小 的RNA噬菌体MS2只有3个基因。

● 状态：原核生物都呈环状，病毒粒子中呈环状/线 状，细菌质粒中DNA则呈超螺旋 状。

5．基因水平：原核生物的基因是通过基因调 控制系统发挥其功能的。

●基因调控系统—— 操纵子——启动基因、操纵基因；结构基因

——调节基因

6. 密码子水平：●遗传密码：●密码子：

7. 核苷酸水平：

●DNA组分中，核苷酸种类（A.T.G.C/5-羟甲基胞嘧啶）

●基因调控：乳糖操纵子(operon)模型

（二）、原核生物的质粒

●质粒：游离原核生物染色体外，独立复制，小型共价、环状、闭合DNA分子， 即cccDNA。

●质粒特点：

（1）超螺旋状结构（2）是一种复制子

（3）特殊基因→特殊功能（4）质粒消除

（5）质粒转移（6）质粒DNA重组

（7）不相容性

代表性质粒：

● F因子(fertility factor)：致育因子/性因子。----Tra区：编码转移相关蛋白、性纤毛合成

● R因子（resistance factor）：抗药因子----抗性转移因子（RTF）----抗性决定子（r-决定子）

● Col因子（colicinogenic factor）：产大肠杆菌素因子----ColEl：小，无接合作用，松弛型控制，多拷贝；----ColIb：较大，有接合作用，严谨型控制，1～2拷贝

● Ti质粒：诱癌（tumor induction）质粒----大型质粒， 植物遗传工程重要载体。

●Ri质粒：根毛诱导质粒----诱导产生根毛， 植物遗传工程重要载体。

●巨大质粒：根瘤菌中，含与固N有关的基因。MW达108

●降解质粒：假单胞菌属·编码降解物质的酶基因，以分解底 物命名：CAM（樟脑）质粒，OCT（辛烷）质粒等。

● 人工质粒

§.2 基因突变和诱变育种

一、基因突变

●基因突变：简称突变，泛 指胞内遗传物质发生可遗传的变化，可自发或诱导产生。

●突变率：

（一）突变类型

（二）基因突变的自发性和不对称性

1.变量试验——涂布试验——平板影印培养试验

1.变量试验(fluctuation test)：波动/彷徨试验

2.涂布试验 3.平板影印培养试验（replica plating）

未接触链霉素可筛选到大量抗链霉素突变株。

（三）基因突变的机制

1．诱变

2.自发突变： 没有人工参与下生物体自然发生的突变。

不是没有原因，只是没有很好/很具体认识原因。

可能原因：

①背景辐射和环境因素诱变。宇宙短波辐射·低浓度诱变物质·长期综合·

② 微生物自身有害代谢物质（过氧化氢）

③互变异构效应：碱基对发生自发突·变频率10-8～10-9

④环出效应：环状突出效应上链：B突出，只有A、C复制；下链：正常ABC复制。

（四）紫外线对DNA的损伤及其修复

1．损伤的机理：

● 同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体·减弱双链间氢键的作用·双链结构扭曲变形，阻碍碱基间正常配对，引起突变或死亡。

2.修复作用

●光复活作用：

U-V照射·立即暴露可见光·死亡率显著下降·现象。

机理：

U.V照射形成带有胸腺嘧啶二聚体的DNA分子，可与光激活

酶结合，形成的复合物暴露在可见光下，光激活酶获得光能将复

合物裂解，二聚体重新分解成单体·诱变育种时只能在红光下操作。

●.暗修复作用（dark repair）： ●重组修复和SOS修复

二、 突变与育种

（一）自发突变与育种

1、从生产中选育自发突变优良菌株。例：谷a.a抗噬菌株的筛选。

2、定向培育优良品种

●定向培育：某一特定因素长期处理M群体·传代接 种·累积并选择相应自发突变 株。例：卡介苗培育

●抗代谢拮抗物突变株的筛选：（吡哆醇高产菌株选育）

梯度平板法（gradient plate)异烟肼是吡哆醇结构类似物（代谢拮抗物）抗异烟肼突变株能高产吡哆醇，克服竞争性抑制。

●定向培育不等于定向变异：

（二）诱变育种

●定义：

1.诱变育种的基本环节：诱变、筛选；重要性

2. 诱变育种工作中应考虑的原则

（1）选择简便有效的诱变剂

●一种化学药品用作提高产量的诱变剂之前，应先测定它是否有效地引起营养缺陷型的回变·抗药性突变或形态突变等定性功能。

●一切生物遗传物质基础为核酸，改变核酸结构因素都可引起核酸生物学功能的改变，例：引起生物学致突变、致畸变、致癌变（三致）（生化统一性法则）；

凡能引起回复突变因素，一般也会引起正变（产量提高）。

●艾姆斯试验：利用诱变剂作用共性原理，利用营缺的回变检出化学致癌剂。

拟辐射物质：有些烷化剂（氮芥、硫芥、环氧乙烷），点突变和染色体畸变（一般只有辐射才能诱发）

超诱变剂：NTG（N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍），产氨短杆菌/大肠杆菌。未经淘汰野生型，直接得到12～80%营缺菌株（一般诱变剂仅为几%），因此NTG被称为超诱变剂。

2）挑选优良出发菌株（original strain）：育种效率·实际经验

（3）处理单细胞/单孢子：均匀接触诱变剂，避免不纯菌落。

4）选用最适剂量：多次试验·突变率随剂量升高而升高，到一定程度突变率下降。

● U.V、X-射线、乙烯亚胺：正变―偏低剂量（U.V杀菌 率70～75%）。

（5）充分利用复合处理的协同效应。

（6）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标·提高育种初筛效率。

●利用：高产菌株形态（菌落大小、色泽、表面光滑粗糙等）

● 创造：鉴别性培养基/其它方法。

（7）设计/采用高效筛选方法、方案。

● 筛造方案：

初筛以是（选留菌株数量）为主，复筛（以质为主）

●筛选方法：

初筛培养皿平板（变色圈，透明圈、抑菌圈）·摇瓶

复筛（比较精确定量）在△瓶作振荡培养（摇瓶）

●琼脂块培养法的原理 （每个小块所含养料、接触空气的面积基本相同，且产生代谢产物不扩散，测得数据与摇瓶条件相似，工作效率提高。）

3. 营养缺陷型突变株的筛选

（1）三类遗传型个体

野生型：自然界分离的任何原始菌株。

营养缺陷型：野生型菌株经诱变发生丧失某酶合成能力的突变；只能在加该酶合成产物培养基才生长的突变株。

原养型：营缺突变株经回变突变或重组后产生的菌株，其营养要求与野生型相同。

(2)有关培养基：

[-]基本培养基（MM）：满足野生型菌株生长所需要的最低成分的 组合培养基。

[+]完全培养基（CM）：满足一切营缺型营养需要的天 然或半组合培养。

补充培养基（SM）：满足相应营缺型生长需要的组合 培养基。

（3）营缺筛选方法：诱变→淘汰野生型→检出→鉴定

●诱变●淘汰野生型：抗生素法/菌丝过滤法。

●检出： ——夹层培养法（layer pllating method）——影印平板法

●营缺型的鉴定-------生长谱法

§.3 基因重组

●基因重组：

基因重组

原核生物：转化、转导、接合、原生质体融合

真核生物：有性杂交、准性杂交、原生质体融合

一、原核微生物的基因重组

（一）转化（transformation）

受体菌直接吸收供体菌游离的DNA片段而获得部分遗传性状的现象。

1.转化的基本条件

（1）感受态：

●遗传因素●外界环境条件：Ca2+，cAMP

（2）转化因子：●大小：每一转化DNA片段分子量＜1×107。

●结构：一般转化因子都是线状双链DNA，少数为线状单链DNA。

●DNA浓度

2．转化过程：

5．转染：

提纯的病毒DNA（或RNA）进入宿主细胞并增殖出正常病毒后代的现象。

●与转化区别：噬菌体或病毒并非遗传基因的供体菌，不发生遗传因子交换、整合，不产生转化子。

（二）转导(transduction)

1．定义：

完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介,使受体细胞获得供体细胞部分遗传性状的现象。

2．种类：普遍转导、局限转导、溶源转变。

（1）普遍转导（generalized transduction）： 完全缺陷噬菌体对供体任何DNA小片段进行“误包”,而将其遗传性状传递给受体菌的现象。

●完全普遍转导 (过程和结果略有别于流产普遍转导)

●流产普遍转导：

●经转导进入受体菌的供体菌DNA片段，在受体菌不交换、整合、复制，也不迅速消失，仅进行转录、转译、性状表达转导现象。

● 流产转导子特点：在选择性培养基上形成微小菌落。

（2）局限转导（restricted transduction）：

部分缺陷温和噬菌体把供体菌少数、特定基因携带到受体菌中并获得表达的转导现象。

●特点： ①只能转导供体菌的个别特定基因，

②特定基因由部分缺陷噬菌体携带，

③缺陷噬菌体的形成过程发生低 频率“误切”或双重溶源菌裂解。

● 类型：

依转导频率高低，局限转导又分两种类型。

低频转导（LFT）：

LTF ( 低m.o.I感染E.coli) 转导子(gal+;bio+)

高频转导（HFT）：

双重溶源菌裂解物中，含等量λ和λdgal粒子，称为高频转导裂解物（HFT裂解物）用低m.o.I的HFT裂解物感染E.coli gal―，得到高的转化E.coli gal+频率，这种方式的转导现象称之。

●双重溶源菌：正常温和噬菌（例&lam