七、超声波（20，000Hz以上）
使细胞破裂，科研中破碎细胞。
八、表面张力
4.5--6.5x10-4 N/cm，降低影响。
4节：灭菌与消毒
灭菌 sterilization ：杀死所有微生物。
消毒 disinfection ：杀死一切病原微生物。
防腐 antisepsis：利用理化因素抑制微生物生长繁殖。
化疗 chemotherapy：利用具有选择毒性化学药物或抗生素来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗的一种措施。
一、常用灭菌消毒方法
1、干热灭菌法
火焰灭菌（灼烧灭菌）、干热灭菌
2、湿热灭菌
巴氏消毒、煮沸消毒、高压蒸汽灭菌、间歇加热灭菌、实罐灭菌
3、过滤除菌
4、放射线灭菌
二、常用的消毒剂
理想的消毒剂：杀菌力强，使用方便；价廉；对人、畜无害；能长期保存；溶解度大；无腐蚀性等。
消毒剂种类：氧化剂、重金属盐、有机化合物
相对药效：
三、影响灭菌与消毒因素
1、微生物种类
2、培养基
3、消毒剂
4、环境因素
5节：化学疗剂对微生物作用
能直接干扰病原微生物的生长繁殖并可用于治疗感染性疾病的化学药物。
化学疗剂能选择性地作用于病原微生物新陈代谢的某个环节，使其生长受到抑制或致死。
一、抗代谢物
结构上类似，竞争性地与酶结合，只有当正常代谢物量少或不存在时才起作用。
最常用的是磺胺类药物。是氨苯磺胺衍生物，其结构与对氨基苯甲酸（PABA）类似，而PABA是叶酸分子组成。叶酸是辅酶，在氨基酸、维生素合成中起重要作用，许多细菌需自己合成叶酸，而人和动物利用现成叶酸，因此不受磺胺干扰。
还有异烟肼rimifon，是吡哆醇对抗物。
二、抗生素
作用范围：抗菌谱
作用位点：
1、抑制细胞壁合成：青霉素，多氧霉素
2、影响细胞膜功能：多肽类，多烯类
3、干扰蛋白合成：抑制而非杀死
4、阻碍核酸合成：对细胞有毒
三、微生物抗药性
对药物的适应性即是抗药性。
抗药性主要表现（产生机制）
1、菌体内产生钝化或分解药物的酶
2、改变膜的透性而导致抗药性产生
3、被药物作用的部位发生改变
4、形成救护途径。
五章：微生物遗传
遗传heredity-亲代将其特有的生物学特性传递给子代。
遗传性-子代总保持与亲代相同的生物学特性。
遗传型genotype-生物体所具有的全套遗传物质总称。又称基因型。
表型phenotype-特定环境中生物体表现出的种种形态与生理特征。
变异variation- 遗传型的改变。
适应或饰变modification-表型的改变。
基因-指带有足以决定一个蛋白质全部组成所需信息的最短DNA片段。
菌株&克隆-指一组遗传型相同的细胞群。
微生物在遗传上特点：
1、微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。
2、很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。
3、对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。大多是无性生殖，变异易保留。
1节：遗传变异的物质基础
一、证明经典实验
（一）转化实验
1928，Griffith首次发现Streptococcus pneumoniae的转化现象。
1944，Avery等在离体条件下重复这一实验，并对转化本质进行了研究。
终于证明了DNA是遗传物质。
Griffith转化实验：
Avery转化实验
（二）噬菌体T2的感染实验
1952，Hershey & Chase 用E. coli, phage T2做材料，利用同位素示踪法进行实验。
蛋白质只含S不含P，DNA只含P不含S，分别用35S、32P标记E. coli, 用T2感染，得到35ST2、32PT2。
实验过程（插入）
（三）病毒拆开与重建实验
1956，Fraenkel & Conrat
用TMV（烟草花叶病毒）和HRV（霍氏车前病毒）进行实验，说明遗传信息在RNA中。
（插入）
二、遗传物质在细胞中存在方式
（一）细胞水平
（二）核水平（plasmid）
（三）染色体水平
（四）核酸水平
（五）基因水平（遗传功能单位）
（六）密码子水平（遗传信息单位）
（七）核苷酸水平（最低突变或交换单位）
染色体外遗传物质-质粒
染色体外，独立存在的，能自主复制的遗传物质。
双股环状DNA，可游离存在，也可整合到宿主DNA上。
吖啶类染料、高温、某些离子作用可消除质粒。
附加体episome：质粒插入到染色体上和染色体一起复制。
质粒种类
1、F因子（致育因子）：大肠杆菌中发现，含质粒为F+（♂）；无质粒为F-（♀）；质粒DNA整合到染色体上为Hfr.
2、R因子（耐药性）：痢疾杆菌，多价耐药性，耐药信息携带在质粒上。
3、Col因子（大肠杆菌素产生因子）
4、青霉素酶质粒
5、Ti质粒（诱癌质粒）：植物根癌，植物基因工程重要载体。
6、降解质粒：Pseudomonas
隐蔽质粒、表达质粒、分泌质粒等。
2节：基因突变
突变mutation-遗传物质核酸中的核苷酸顺序突然发生了可遗传的变化。
包括基因突变（点突变）-由于DNA链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起。
染色体畸变-DNA的大段变化现象，表现为插入、缺失、重复、易位、倒位。
由于重组或附加体等外源遗传物质的整合而引起的DNA改变，不属突变范围。

一、基因突变
（一）类型
按突变体mutant表型 特征不同
1、形态突变型：细胞或菌落形态改变。
2、生化突变型：代谢途径变异
营养缺陷型-由基因突变引起某酶合成能力丧失，必须在原有培养基中添加相应的营养成分才能生长。
抗性突变型-能抵抗有害理化因素，包括抗药性、抗噬菌体等。
抗原突变型-细胞成分尤其是表面成分的细致变异。
3、致死突变型：基因突变导致个体死亡。
4、条件致死突变型：在某一条件下呈现致死效应，如温度敏感突变型。
如果从研究者能否从巨大群体中迅速检测和分离出个别突变体的目的来看，则只有两类突变：
选择性突变-具有选择性标记，可通过某种环境条件使它们得到优势生长，从而取代原始菌株。
非选择性突变-无选择性标记，而只有一些性状的数量差别，如菌落大小、颜色深浅、代谢物产量等。
（二）特点
1、不对应性：
突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。
相应的环境仅起着淘汰原有非突变型个体的作用，如果说其有诱变作用，也可以诱发任何性状的变异，而不是专一性地诱发一种变异。
2、自发性：
各种突变可以在没有人为的诱变因素下自发发生。
3、稀有性：
自发突变频率较低，一般10-6?10-9 。
突变率- 每个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。或每单位群体在繁殖一代过程中形成的突变体的数目。
一个细胞长大分裂成两个细胞的过程称为细胞世代。
细胞世代数=n-n0, 对于非同步生长来说，对数生长期，平均世代数= n-n0 /Ln2, m 为n-n0 期突变体数目，
突变率= m
n-n0 /Ln2
测定m的简单办法是将一细胞群体培养在平板上，让突变在平板培养中发生。这种情况下，每一突变产生一固定在原位的突变体克隆，经适当处理可以以单一菌落状态检出。
非选择性突变的突变率很难测定。
4、独立性：
突变的发生一般是独立的，某一基因的突变，既不提高也不降低其他基因的突变率。突变不仅对某一细胞是随机的，而且对某一基因也是随机的。
5、诱变性：
诱变剂作用可提高突变率。
6、稳定性：
遗传物质结构发生的稳定变化，因而产生的新性状也是稳定的，可遗传的。
7、可逆性
野生型?突变型，为正向突变
野生型?突变型，为回复突变（回变）。
（三）自发性与不对应性的证明
突变是通过适应而产生的，突变的原因与性状间是相对应的。
突变是自发的，与环境是不相对应的。
1、变量试验（1943，Luria & Delbruck）
实验要点：（插入）
结果：甲各皿抗性菌落数相差较大，乙各皿数基本相同。
说明：抗性突变不是由噬菌体诱导出来的。
如果是噬菌体诱导的话，结果会怎样？
突变发生在什么时间？
噬菌体起什么作用？
2、涂布试验（1949，Newcombe设计）
实验要点（插入）
说明：抗性突变发生在未接触噬菌体之前，噬菌体加入只起筛选作用。
如果不是这样，结果会怎样？
3、影印培养试验（1952，Lederberg设计）
影印培养法-使在一系列培养皿相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法。
利用此法可以从在非选择性条件下生长的群体中，分离出各类突变体。
实验要点：（插入）
结果：3上出现抗性菌落，在2上找出相应菌落接种到含药平板上，长出抗性菌落。而取与3上无对应关系的菌落接种到含药平板上则无生长。
（四）突变机制
1、诱变机制 induce mutation , mutagen
1）碱基对置换（点突变）
只涉及一对碱基被另一对碱基所置换，分为转换和颠换。
①直接引起置换的诱变剂
可直接与碱基发生反应，不论在体内还是离体都起作用。包括亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯、NTG等）。
以HNO2为例：
HNO2 可使碱基氧化脱氨，使A→H，C→U，G→X。
AT→HeT HkC HkC
②间接引起置换的诱变剂
一些碱基结构类似物，但稳定性比正常碱基小，易发生互变。通过活细胞的代谢活动掺入到DNA中，只对正在生长发育的细胞有作用，即DNA复制时起作用。
主要是5-BU，5-AU，2-AP，8-NG等。
以5-BU为例：
AT A:5-BU(酮式） AT GC
AT G:5-BU(烯醇式） A:5-BU(酮式）
还可以看出5-BU掺入引起GC回复至AT的过程。

碱基对置换对密码子影响
简拼 UCG(Ser)（不表现突变现象）
错义 UAC(Tyr)
UCC 错义 UUC(Phe) (所合成蛋白质
(Ser) 有活性或纯化)
无义 UAA(终止符)（合成一些蛋白质碎片）
2）移码突变
由一种诱变剂引起DNA分子中一个或少数几个核苷酸的增添或缺失，从而使该部位后面的全部密码的转录和转译发生错误。也属于DNA分子的微小损伤。
主要是吖啶类染料，一系列ICR化合物。
在DNA链上增缺1、2、4、5碱基，可引起移码突变，增缺3、6，则不影响读码，只引起短的缺、增。
3）染色体畸变
DNA分子大的损伤。
①数量变化：真核有倍数性变化和非倍数性变化；原核只一条染色体，获得一段DNA，形成部分二倍体。
②结构变化：又分染色体内与染色体间畸变（非同源染色体间易位）。
4）转座因子 transposible element
1940`s B. McClintock 玉米遗传研究发现染色体易位。
在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段DNA序列称作转座因子。
有三类：
插入序列 IS：0.7-1.4 kb，只能引起转座效应，不含其它基因。
转座子 Tn ：2-2.5 kb，含有几个至十几个基因。
Mu噬菌体：37 kb，含有20多个基因。

2、自发突变机制
Spontanous mutation：指微生物在没有人工参与下发生的突变。
1）背景辐射和环境因素的诱变：低剂量长期效应。辐射、高温、低浓度诱变剂。
2）自身代谢产物的诱变：H2O2-内源诱变剂。
3）互变异构效应：T、G酮式或烯醇式，A、C氨基式或亚氨基式。一般倾向于酮式和烯醇式。T以烯醇式与G配对，C以亚氨基式与A配对。
4）环出效应：DNA复制过程中偶尔环出。
（五）紫外线对DNA的损伤及机体对损伤DNA的修复
紫外线作用：同链DNA的相邻T间形成共价T二聚体，阻碍碱基间正常配对，从而引起突变或死亡。
机体对损伤DNA的修复：
1、光复活作用：经UV照射后的微生物暴露于可见光下，可明显降低起死亡率，此称光复活作用。
2、暗修复作用（切补修复）：与光无关，须4种酶参与：核酸内切酶、核酸外切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶。
3、重组修复：发生在DNA复制过程或复制之后，不切除DNA损伤部位的修复。DNA链在复制时，受损的模板作用消失，互补单链（新链）里留下空隙，产生诱导信号，recA基因被诱导，产生大量重组蛋白，与新链缺口结合，引起
子链和母链交换。交换后母链缺口，通过聚合作用，以对侧子链为模板合成DNA 片段填充，连接酶连接新旧链完成复制。
4、SOS修复 ：一种能够引起误差修复的紧急呼救修复，是在无模板DNA
情况下合成酶的诱导修复。正常情况下无活性有关酶系，DNA受损伤而复制又受到抑制情况下发出信号，激活有关酶系，对DNA损伤进行修复，其中DNA多聚酶起重要作用，在无模板情况下，进行DNA修复再合成，并将DNA片段插入受损DNA空隙处。
5、DNA 多聚酶的校正作用：DNA
多聚酶除了对多核苷酸的多聚作用外，还具有3`到5`核酸外切酶作用，依靠这一作用，能在复制过程中随时切除不正常的核柑酸。
上述修复中前3种属无错误修复，使诱变作用降低。而SOS修复属易误修复，造成误差修复，引起突变。
3节：突变与育种
菌种工作包括三方面：选种、育种、复壮和保藏。
选种-从自然界和生产中选择符合需要菌种。
育种-进一步提高已有菌种某种性能，使更符合要求。
选育新菌种可从几方面着手：
1）从原有菌株入手进行各种遗传改造工作。
2）根据文献资料报导的微生物种属，向国内外菌种保藏机构索取同种或同属菌株，从中寻求符合要求者。
3）根据所需菌种特性、嗜好或工艺要求，从特定的生态环境中以特定方法重新分离自然菌株。
（一）从自然界分离菌种（菌种分离与筛选）
一般步骤：（插入）
一、采样
主要以土壤为样品，一般采5-20cm深处土，须记录日期、地点、环境情况等。要根据筛选目的、微生物分布、菌种特性以及与之有关的环境，综合考虑，具体分析来决定。
二、增殖培养（富集培养）
实际上是初筛浓缩，方法主要是：
1、控制营养成分；2、控制培养条件。
菌种筛选主要步骤
调查研究及查阅充分的资料
↓
设计实验方案
↓确定采集样品的生态环境
采样
↓确定特定的增殖条件
增殖培养
↓确定特殊的选择培养基及可能的
↓定性或半定量快速检出法
平板分离
↓
原种斜面
↓确定发酵培养基础条件
筛选
↓
初筛（1株1瓶）
↓
复筛（1株3～5瓶）
↓结合初步工艺条件摸索
再复筛（1株3～5瓶）
↓
3～5株
↓
单株纯种分离
↓ 生产性能试验
↓→毒性试验
菌种鉴定

三、分离
目的微生物不纯，需分离纯化。采用简便迅速，有一定准确性的检出方法，提高筛选效率。常用平皿反应法：
纸片培养显色法：浸有指示剂滤纸。
透明圈法：混浊底物被分解后形成透明圈。如可溶性淀粉、碳酸钙等。
变色圈法：直接用显色剂或指示剂。
生长圈法：利用某些具有特殊营养要求的微生物作为工具菌，要分离的微生物能在一般培养条件下生长而合成该营养物而使工具菌能生长，形成生长圈。
抑制圈法：琼脂块培养法。
四、筛选
即进行生产性能测定，确定适合生产要求菌种。
一般初筛、复筛、再复筛，少数几株进行全面考察。
筛选时培养条件确定是关键，培养基组成、通风、pH、温度等应根据菌株性能、产物代谢途径、类似产品的培养条件及前人的工作进行综合考察，慎重选定。
初筛一株一瓶，取其中10-20%复筛，一株3瓶，直至最后3-5株，广泛考察。
（二）自发突变与育种
一、生产育种
二、定向育种
用某一特定环境长期处理某一微生物群体，同时不断地进行移种传代，以达到积累和选择合适的自发突变体的一种古老育种方法。
近年发展代谢类似物的梯度培养皿法。
（三）诱变育种
利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突变率大幅度提高，然后设法采用简便、快速、高效的筛选方法，从中挑选少数符合目的的突变株，以供生产科研之用。
基本工作步骤：
基本步骤
原种 （出发菌株） → 纯化→斜面→同步培养→离心洗涤→振荡打散→过滤→菌悬液
→诱变处理 → 平板分离 → 斜面 → 斜面→ 斜面 →保藏及扩大试验
（活菌计数） （计数） （变异率）（初筛） （复筛） （再复筛）
一、出发菌株的选择
用作出发菌株有：野生型菌株；生产菌株；经过诱变的菌株。
一般要求生长快，营养要求粗放，发育早，产孢子多，对诱变剂敏感性高，已能积累少量产品或前体物的菌株。
二、菌悬液制备
一般采用单孢子或单细胞悬液。
诱变剂一般只作用与DNA的一条链，发生变异无法反映在当代表型上，只有经过DNA复制和细胞分裂后，才会使表型发生变异，此即表型延迟。
制备菌悬液时要注意生理状态、均一性、细胞浓度、菌悬液介质（生理盐水或缓冲液）。
三、诱变处理
1、常用诱变剂：
物理诱变剂：紫外线（UV）、X射线、r射线、快中子（0.2-10Mev）。
化学诱变剂：硫酸二乙酯DES，甲基磺酸乙酯EMS，亚硝基胍NTG。
总结表
2、诱变剂量：
诱变剂作用：提高突变率；扩大产量变异幅度；使变异朝正变或负变方向移动。
凡是在高诱变率基础上，既能扩大变异幅度，又能使变异移向正变范围的剂量就是合适剂量。图8-21
3、处理方法：
采用复合处理，包括诱变剂先后使用，同时使用和重复使用，提高效果。
表8-8
四、变异菌株的分离和筛选
诱变处理后一般要经过后培养和变异株筛选。
一般将筛选分为初筛和复筛。
初筛重点在于分离培养尽可能多菌株，采用预先设计的相同培养条件，以量为主，准确性其次，减少漏筛机会。
复筛以质为主，反复多次。
高效筛选方案：
寻找利用和创造形态、生理与生产性状间的相关性。
筛选抗生素生产菌时，可采用琼脂块培养法：图8-22
（四）营养缺陷型筛选
基本培养基（MM，[-]）：凡能满足某一菌种野生型和原养型菌株营养要求的最低成分的组合培养基。
完全培养基（CM，[+]）：在基本培养基中加入一些富含生长因子的物质，以满足该微生物各种营养缺陷型要求。
补充培养基（SM，[X]）：在基本培养基中有针对性地加上某一种或几种其自身不能合成的成分，以满足相应营养缺陷型生长的培养基。
营养缺陷型表示：所要求的营养物的头三个字母表示，如bio-，对应的野生型以bio+表示。
一般步骤：
1、诱变处理
2、淘汰野生型：抗生素法、菌丝过滤法。
3、检出缺陷型：方法有
1）夹层培养法：图8-23。
2）限量补充培养法：含微量蛋白胨（0.01%）的[一]上。
3）逐个检出法：分别接种到[-]和[+]上。
4）影印接种法：[+]培养，影印至[-]上。
4、鉴定缺陷型：
1）生长谱法：缺陷型斜面培养后，制成菌悬液涂布于[-]上，平板上划成不同区域，分别加上一种所需测验的营养物，培养观察。
2）组合补充培养基法：菌株较多时用。
营养缺陷型应用
1、标记菌种：代谢途径、杂交、基因重组中。
2、生物测定用菌
3、生产菌株：前体积累。

（五）抗性突变株筛选
1、一次性筛选：在对于出发菌株完全致死的环境中一次性筛选少数抗性突变株。
2、阶梯性筛选：使用浓度梯度与某一空间或时间。
空间-梯度培养皿法：图8-18。
时间-类似于驯化。
4节:基因重组与杂交育种
杂交hybridization：两个性状不同的菌株或变种之间进行细胞结合，遗传物质交换重新组合成新的性状。
基因重组gene
recombination：两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子的重新组合后，形成新遗传型个体的方式。
第四章：微生物生长
生长：有机体的细胞组分与结构在量方面的增加。
繁殖：单细胞-由于细胞分裂引起个体数目的增加。
多细胞-通过无性或有性孢子使个体数目增加的过程。
发育：适合条件下，生长与繁殖始终是交替进行的，从生长到繁殖是一个由量变到质变的过程，这个过程称为发育。
1节：微生物的发育周期
一、概念
发育周期、单细胞微生物、丝状真菌
二、发育周期中细胞学上变化
1、细胞壁与质膜的延伸
质膜合成位点在赤道带，细胞壁生长也定位在赤道区，并具有种的特异性。
2、DNA的复制
1）单向复制 John Cairns：E. Coli作材料，放射自显影技术。染色体从起始点开始，反时针旋转一周完成。
2）双向复制 Hiroshi Yoshikawa：不只按一个方向复制，起点与终点不重合。
3）滚环模型：不对称复制。一股线状，一股环状复制。
真核微生物复制有多个位点，都是双向。
3、发育循环中基因的表达
DNA的复制与细胞分裂是协调的。细胞分裂总是发生在DNA复制后的一定时间内。抑制DNA合成的各种化学处理或突变也抑制细胞分裂。细菌DNA复制需DNA起始蛋白作用。
E. coli 细胞分裂总是发生在DNA复制完成后大约20分钟，而DNA复制需40分钟，这样世代时间应是60分钟，但…...
三、细胞分化现象
在某些微生物的发育循环中，一个或一群细胞会从一种形态与功能转变为另一种形态与功能，此称细胞分化或形态发生。
2节：微生物纯培养的生长
一、纯培养的分离方法 表
二、生长测定（适用、注意事项）
直接计数法（全数）
间接计数法（活菌数）
测细胞物质量
三、细菌纯培养群体生长规律
将少量纯培养接种到一恒定体积的新鲜液体培养基中，适宜条件下培养，定时取样测定细菌含量，以培养时间为横坐标，以细菌数目的对数或生长速率为纵坐标，得繁殖曲线，对单细胞而言，又称生长曲线。
根据生长速率不同，分为几个时期。
（一）延迟期 lag phase(停滞期、调整期）
表现：不立即繁殖，生长速率近于0，菌数几乎不变，细胞形态变大。
特点：分裂迟缓，合成代谢活跃，体积增长快，对外界不良环境敏感。
原因：调整代谢，合成新的酶系和中间代谢产物以适应新环境。
消除：增加接种量；采用最适菌龄接种；培养基成分（种子、发酵）
（二）对数期 log phase
表现：代谢活性最强，几何级数增加，代时最短，生长速率最大。
特点：细菌数目增加与原生质总量增加，与菌液浊度增加呈正相关性。
代时（generation time）：单个细胞完成一次分裂所需时间，亦即增加一代所需时间。

G=t1-t0/n y=xo2n n=lgy - lgx/lg2
导出 G = t1 - t0 /3.3(lgy - lgx)
影响G因素：菌种、营养成分、营养物浓度（很低时影响）、培养温度。
（三）稳定期 stationary phase(最高生长期、静止期）
表现：新增殖细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，活菌数动态平衡。
特点：生长速率又趋于0，细胞总数最高。
原因：养分减少；有毒代谢物产生。
稳定期细胞内开始积累贮存物，此阶段收获菌体，也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段。
延长：补料，调pH、温度等。
此时，菌体总数量与所消耗的营养物之间存在一定关系，称为产量常数（生长效率）。Y = X - X0 /C
其中X-稳定期细胞干重/ml， X0 -接种时干重/ml，C-限制性营养物浓度。
根据这一原理，可进行生物测定。
将未知混合物加到只缺乏特定限制性营养物的完全培养基中，测定培养基所能达到的生长量，就可以计算出原混合物中特定限制性营养物的浓度。
（四）衰亡期 decline phase
表现：出现 "负生长 "，有些细胞开始自溶。
对于丝状真菌，细胞数目不呈几何级数增加，无对数生长期，一般有调整期，最高生长期，衰退期。