厦门大学微生物笔记(4)
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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。
远
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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λ)和部分 缺陷温和噬菌体(例:λdgal) ·同时整合在一个受体菌的 核染色体组。
(3)溶源转变(lysogenic conversion):
表面上与转导相似但本质不同的现象,温和噬菌体 、感染宿主、溶源化、噬菌体DNA整合到宿主核基因组上
,宿主通过溶源化,获得免疫性以外新性状的现象。
例:白喉棒杆菌不产毒素,β-温和噬菌体感染,溶源化,产毒。
(三)接合(conjugation)
1.定义: 通过细胞间直接接触,由质粒介导的遗传物质转移的现象。
2.接合子:通过接合而获得新的遗传性状的受体细胞。
3.存在: G-­菌:
4.F因子:(凡有F因子均有性菌毛存在)决定性别一种质粒,属于附加体质粒(脱离/整合核染色体组上;接合获得/吖啶消除)它决定细菌性别。
5.F因子的存在方式及其相互关系:
?F+菌株:F因子(1~4个)游离
?F-菌株:不含F因子
?Hfr菌株:F因子整合(核染~特定位点)
?F'菌株:
特殊F因子(携带小段核染~基因)游离
?接合中断法(杂交中断法):
1.细胞配对 2.形成接合管,单链DNA进入受体细胞
3.接合中断,合成互补DNA 4.形成接合子
(四)原生质体融合(protoplast fusion):
? 定义:
通过人为方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体融合,继而遗传重组,借以获得兼有双亲性状,遗传性稳定的融合子(fusant)的过程。
? 主要步骤:
二、真核微生物的基因重组
有性杂交;准性杂交;原生质体融合;遗传转化
§.4 菌种衰退、复壮和保藏
一、菌种的衰退与复壮
1.菌种衰退及其防止
●菌种衰退(degeneration):●衰退的防止:
2.菌种复壮
●复壮方法介绍
二、菌种的保藏(实验课教学涉及各种方法操作)
1.菌种保藏原则:
2.实验室常用的七种菌种保藏方法比较:
Chap.8 微生物生态
● 生态:探讨生物系统与环境条件间相互作用规律性的科学
●微生物生态学:微生物与周围生物和非生物环境相互作用的科学.
§.1 微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发
一、微生物在自然界中的分布
(一) 微生物的多样性
现有 估计
细菌 4,700 130,000
真菌 69,000 1,500,000
病毒 5,000 130,000
藻类 3,000 100,000
线虫 15,000 500,000
合计 96 ,700 2,363,000
1. 在生物体上的微生物
皮肤口腔胃肠道:胃, 小肠, 大肠
●正常菌群● 条件致病菌●益生菌剂
2.土壤中的微生物
植物体上微生物
● 叶瘤菌; 病原菌;木腐菌;植物内生真菌
● 根际微生物; 菌根菌; 根瘤菌土壤微生物
3.水体中微生物
●海洋微生物
海岸带:
浅海带: 藻类; 光合微生物; 化能异养菌;化能自养菌;
深渊带:嗜特异生境微生物
●饮用水微生物大肠菌群
4.空气中的微生物
● 微生物种类和数量● 微生物的采样和计数:
(二) 极端环境微生物
嗜热菌:Topt>45ºC
●极端嗜热菌Topt:70~105ºC●耐热菌Tmax >45ºC,室温可生长
嗜冷菌:0~20ºC, Topt< 20ºC
嗜酸菌;嗜碱菌●耐酸菌;耐碱菌
嗜盐菌
●微生物与盐份的关系
类型 最适NaCl 代表
非嗜盐菌 <0.2M 多数陆生微生物
低度嗜盐菌 0.2~0.5M 海洋微生物
中度嗜盐菌 0.5~2.5M 副溶血性弧菌
极端嗜盐菌 2.5~5.2M 古细菌
嗜压菌
●嗜压:POPT >1atm●耐压: POPT =1atm, >1atm;可生长抗辐射微生物
§.2 微生物与生物环境间的相互关系
一、互生:互利或偏利
●固氮微生物纤维素分解菌
● 混菌发酵 :1.双(多)菌同时培养;2.双(多)菌先后培养
VitC的混菌发酵;莱氏一步发酵法:
G>山梨醇>山梨糖>古龙酸 >VitC
(化学) (醋杆菌) (化学) (化学)
二步发酵法:
G>山梨醇>山梨糖>古龙酸 >VitC
(化学) (醋杆菌) (混菌*) (化学)
*混菌:氧化葡萄糖杆菌+假单孢菌
二、共生:共居?分工协作?相依为命?
1.微生物间的共生关系:
●地衣 :子囊菌藻类(绿藻/兰细菌)。
2.微生物与植物间的共生关系
●外生菌根:哈蒂网●内生菌根:泡囊-丛枝状菌根(VA菌根)
3.微生物与动物间的共生关系
三、寄生:
2.微生物与植物间的寄生关系
● 专性寄生:白粉菌、锈菌、植物病毒-植物宿主(活的组织/细胞)
● 兼性寄生:以腐生为主,也可营寄生生活。
3.微生物与动物间的寄生关系
● 病原菌、昆虫寄生M(苏云金杆菌、白僵菌、病毒杀虫剂)、冬虫夏草(真菌)
四、拮抗
某种生物 产生的代谢产物抑制或杀灭它种生物的相互关系。
●拮抗试验: 拮抗菌, 敏感菌
五、捕食
●真菌捕食线虫和其它原生动物菌网、菌环
§.3 微生物在自然界物质循环中的作用
●生物地球化学循环
蓝细菌、绿色植物―生产者; 细菌、真菌―分解者; 动物-消费者
一、碳素循环二、氮素循环三、硫素循环与金属的细菌冶金
1.自然界中的硫素循环
2.细菌冶金(细菌沥滤):溶矿·置换·浸矿剂再生·
§.4 微生物与环境保护
一.水体的污染--富营养化
有机、无机物的大量排入异养微生物的大量繁殖
藻类过度生长溶解氧降低,水生生物死亡湖泊沼泽化
二、微生物处理污水的原理
●污水三级处理及污染指标
● BOD(生化需氧量):
在一定条件下,微生物分解水中有机物生化过程所需溶解氧的量,以mg/L表示。
● COD(化学需氧量):
用K2Cr2O7和KMnO4强氧化剂使水中有机物氧化所需溶解氧的量,以mg/L表示。
微生物处理污水的基本过程:
● 微生物处理污水的原理
1.高的吸附能力: 表体比;多糖粘质层
2.强的氧化分解能力污染物多数为直接C源(少数共代谢)
3.良好的食物链关系-- 有机物→细菌→小型原生动物→较大型原生动物
4.良好的沉淀性能
三、污水处理的主要装置:以耗能或产能情况分类:(略)
§.5 沼气发酵与环境保护
● 沼气发酵的重要意义:
1.可再生资源的利用,良性循环的农业生态工程。
2.消除环境固体污染物的重要方法。
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一、沼气发酵的三个阶段
沼气:混合可燃气体-甲烷、H2、N2、CO2
沼气发酵:产甲烷菌在厌氧的条件下利用H2还原CO2
等碳源形成甲烷的过程。包括三个 阶段:
1.第一阶段:水解(厌氧、兼性厌氧M)2.第二阶段: 产酸(产氢产乙酸细菌群)
3.第三阶段: 产气(产甲烷群)
● 产甲烷菌: 一类严格厌氧产甲烷的古生菌。
营养:CO2型;甲基类;乙酸型;O2:严格厌氧
二、甲烷形成的生化机制:
● 独特生理类型(属古细菌)有多种独特辅酶参与甲烷的形成:
①甲烷呋喃(CO2还原因子) ②甲烷蝶呤(F342)
③辅酶M(CoM)即:磺酸基硫基乙酸
④F420,属于黄素单核苷酸(FMN)的衍生物。
⑤其它辅酶:辅酶B,F430(镍四吡咯)
Chap.9 传染与免疫
免疫学技术的应用
●疫苗(常规疫苗、新型疫苗)●抗体导向治疗药物
●免疫调节剂(免疫增强剂、免疫抑制剂)
●疾病早期诊断(试剂盒)●微生物的分类鉴定技术
●微量成分分析●其他各种免疫标记技术
Chap.10 传染与免疫
§.1 传染
一、传染与传染病
● 传染:病原突破宿主的免疫防卫系统,在宿主的特
定部位生长繁殖 并引起系列病理生理变化的过程。
● 传染病:能够从一个宿主传播到另一个宿主的疾病。
● 流行病:同一时间群体患病个数迅速增加的疾病。
二、决定传染结局的三大因素
一、病原体
1.毒力(侵袭力、毒素)
——侵袭力 ——吸附和侵入能力:
——繁殖与扩 散能力: ——对宿主防御机能的抵抗力:
毒素(toxin)
● 细菌毒素主要分外毒素和内毒素两大点
●外毒素与内毒素的比较: (略)●类毒素:细菌外毒素脱毒后仍保留抗原性的生物制品
● 测定内毒素的鲎试剂法:
原理:内毒素激活鲎变形细胞中的B因子引发系列的激活过程,使凝固原成为可见的凝胶状态。
鲎试剂检查内毒素:
2、侵入的病原菌数量
不同病原菌致病剂量差异很大
3、侵入门径:
(1)消化道(2)呼吸道(3)皮肤伤口(4)泌尿生殖道(5)其它
(二)、宿主的免疫力
● 不同个体间免疫力不同; ● 免疫:
●免疫功能:免疫防御;免疫稳定;免疫监视
(三)环境因素:良好的环境因素有助于提高机体的免疫力
三、传染的三种可能结局
1.隐性传染2.带菌状态3.显性传染
● 按发病部位,显传传染
——局部感染——全身感染
●全身感染(按其性质严重性): 毒血症:菌血症:败血症:脓毒血症:
§2.非特异性免疫
●非特异性免疫:先天即有、相对稳定、对病原无特殊针对性的免疫现象。
●特异性免疫:后天产生,对异物(病原)具有特异性反应的免疫现象,包括体液免疫和细胞免疫。
● 非特异免疫组成
表皮和屏障结构;吞噬细胞的吞噬功能
正常组织和体液中的抗菌物质;炎症反应
一、表皮屏障结构
1.皮肤和粘膜
机械性排阻分泌杀菌物质 正常菌群
2.血脑屏障和血胎屏障
--血脑屏障:可阻挡病原菌及其毒物随血流 透入脑组织的结构;
--血胎屏障:由母体子宫内膜和胎儿绒毛膜共同组成。
二、吞噬细胞及其吞噬作用
人体血细胞有:红细胞、白细胞、血小板三种。
1.嗜中性粒细胞及其吞噬作用
吞噬过程:
1.活化:吞噬细胞受炎症因子激活;2.趋化:吞噬细胞向感染部位移动;
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