●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：0~20&ordm;C， Topt< 20&ordm;C
----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。
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；
3.识别与附着：4.吞噬：利用伪足，形成吞噬体；
5.消化杀灭：形成吞噬溶酶体；6.排出：
2.巨噬细胞（Mф）及其功能
●功能：
①吞噬和杀菌作用：②抗原递呈作用：
MHC（主要组织相容性复合物 ）：引起组织移植排斥；帮助T细胞识别外来抗原的一种蛋白。非特异性吞噬作用
Mф↗
↘Ag- Mф （MHC） →传递给T淋巴细胞
③免疫调节作用：分泌IL-1、IFN、TNF等等。
④抗癌作用：细胞毒作用。
三、炎症反应
四、正常体液或组织中的抗菌物质
1、 补体：
-----热不稳定----酶原----作用非特异性
2、干扰素（IFN）：
●特性
1.化学成分：糖蛋白2.广谱抗病毒和免疫调节作用
3.通过干扰素诱生剂诱导产生4.作用机制：合成抗病毒蛋白，降解mRNA
● 干扰素的诱生和作用机制
● 诱生剂：活/灭活病毒；多糖；PHA(植物血凝素)等
● 抗病毒蛋白：AVP（antiviral protein）
§3特异性免疫
●特异性免疫（specific immunity）
● 特点：
--后天获得--有特异性--体液免疫和细胞免疫
--个体的差异--个体的差异
特异免疫力的获得方式（略）自动获得
一、免疫器官
1．中枢免疫器官：
①骨髓： ②胸腺：③法氏囊/类囊器官：
2．外周免疫器官：淋巴结、脾脏
二、免疫细胞及其在细胞免疫中的作用
（一）T细胞（T淋巴细胞）
1．来源
● T细胞又称胸腺依赖性淋巴细胞，来源于多能干细胞，随血流输送到胸腺，并在胸腺素的作用下分化，成熟。成熟的T细胞再随血液进入淋巴结，在此接受抗原刺激，成为效应T细胞，行使免疫功能。
● T细胞的来源和功能（略）2．T细胞主要亚群（以功能划分）
①调节T细胞（ TR）
A 辅助性T细胞(TH)：辅助B细胞，产生抗体。
ＴＤ抗原：胸腺依赖性抗原
TD-TH →释放 THＦ→促使Ｂ细胞活化，增殖转化为浆细　胞．
B 抑制性T细胞(T usppersor, TS)： 抑制TH，Tc和B细胞的功能。
②效应T细胞( TE)：
●迟发型超敏T细胞(TDTH )：释放淋巴因子，引起迟发型超敏反应。
●细胞毒T细胞( TC)：直接杀伤带TC抗原的
靶细胞。
3.T细胞表面标志：
●表面受体：
绵羊红细胞受体（E受体），E玫瑰花结试验（检测、计数T细胞）。
有丝分裂原受体（例：PHA，Con A等）
●抗原受体：1.T细胞受体(TCR)识别Ag的物质基础：●FC受体
（二）B淋巴细胞（骨髓依赖性淋巴细胞）
1．B细胞的表面受体
●有丝分裂原受体：●膜表面抗原受体：SmIg
●补体受体：● Fc受体：
2．B细胞的表面抗原：SmIg
3. B细胞的亚群和功能
B1--T细胞非依赖性；B2--T细胞依赖性
（三）其他淋巴细胞
1、K细胞（杀伤细胞 Killer cell）：
占人外周血淋巴细胞总数5～10%，能专一杀伤IgG抗体复盖的靶细胞。
2、NK细胞（自然杀伤细胞 natural killier cell）
大颗粒性淋巴细胞(large granular lymphocyte, LGL)，可直接杀伤某些肿瘤细胞或被病毒感染细胞。
三、免疫应答 (immune response)：
● 免疫应答的过程
1. 感应阶段：抗原识别、呈递2. 增殖分化阶段：分化为浆细胞/致敏淋巴细胞
3. 效应阶段：产生抗体/淋巴因子
免疫应答的类型和过程示意图
四、免疫分子及其在体液免疫中的作用
（一）抗原( Ag)
一类能诱导机体发生免疫应答，并能与相应抗体或T淋巴细胞受体发生特异性免疫反应的大分子。
● Ag的免疫原性、免疫反应性● 完全抗原、半抗原
2．免疫原性的物质基础
①分子量：M＞１×104Da
②结构复杂：抗原性强弱依次蛋白＞复杂多糖＞核酸（半抗原），类脂一般不具抗原性。
③异物性：异种/异体,种族关系越远，组织结构差异越大，抗原性越强。
3．抗原决定簇（又称：抗原表位epirope）