第三节影响微生物生长的主要因素
温度从两个方面来看： 温度上升，反应速率加快，生长速率加快；温度上升，蛋白质、核酸被破坏。微生物的生长有一个温度范围，在这个范围内有一个生长的最适温度、最低温度和最高温度。最适温度：菌代时最短，生长速率最高。氧气专性好氧菌(strict aerobe) ， 兼性厌氧菌(facultative aerobe) ， 微好氧菌(microaerophilic bacteria)，耐氧菌(aerotolerant anaerobe)，厌氧菌(anacerobe)。好氧生物因为有SOD，因此剧毒的超氧阴离子自由基（O2•－ ） 被歧化成毒性稍低的H2O2 ， 在过氧化氢酶的作用下，H2O2 再变成无毒的H2O。PH 最适PH，最低PH，最高PH。PH 的影响：影响营养物的离子化程度，影响环境中有毒物质对微生物的粗性，影响代谢反应中各种酶的活性。 华东理工大学《微生物学教程》上课讲义物理杀菌因素的代表——温度利用高温杀菌：干热灭菌（焚烧灭菌，灼烧灭菌）；湿热灭菌（煮沸消毒法，高压蒸汽灭菌法，间歇灭菌法，巴斯德消毒法） 化学杀菌剂或抑菌剂表面消毒剂（重金属盐类：红汞； 有机化合物：酚类、醇类、酸类、醛类；氧化剂：卤素及其化合物； 表面活性剂：新洁尔灭，肥皂；染料：龙胆紫；气体：环氧乙烷）。抗代谢药物的代表——磺胺类药物第四节有害微生物的控制灭菌(sterilization)：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。消毒(disinfection)：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体或动植物有害的病原菌，而对被消毒的对象基本无害的措施。防腐(antisepsis)：利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，即通过制菌作用（becteriostasis）防止食品、生物制品等对象发生霉腐的措施。化疗(chemotherapy)：利用具有高度选择毒力（selective toxicity）即对病原菌具高度选择毒力而对其宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施。抗代谢药物一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰其正常代谢活动的化学物质。SMZ：磺胺二甲恶唑（sulfamethoxazole）
抗生素抑制细胞壁的形成－青霉素（青霉素不能口服，它不耐酸，在胃中被降解）； 影响细胞膜的功能－多粘菌素； 干扰蛋白质合成－链霉素； 阻碍核酸的合成－博莱霉素。微生物的抗药性。微生物对环境的适应性产生钝化酶；改变细胞膜的透性；细胞内被药物作用的部位发生改变。利用抗药性来指导生产例：如何利用抗磺胺类药物的菌株生产对氨基苯甲酸？ 磺胺对氨基苯甲酸如果对氨基苯甲酸增加，磺胺药疗效降低，所以寻找抗磺胺药的菌株就可增加对氨基苯甲酸的产量。第八章微生物的遗传变异和育种遗传性：亲代具有把他所有的形状给子代的特性。变异性：子代具有改变亲代遗传性状的特征。遗传型（genotype），表型（phenotype），变异（varition），饰变（modification）。
第一节遗传变异的物质基础三个经典实验： 转化试验：1928 年，F. Griffith，肺炎双球菌， Streptococcus pneumoniae。1944 年,O.T.Avery DNA RNA 蛋白质多糖DNA+DNA 酶RⅡ RⅡ RⅡ RⅡ RⅡ 少量SⅢ - - - ___ 噬菌体感染试验:1952 年,A. D. Hershey（侯喜） M. Chase（蔡斯） 病毒的重建试验: 1956 年，H. Fraenkel-Conrat （弗朗克－康勒脱） 噬菌体感染试验和病毒的重建试验的说明图见下页
朊病毒的发现和思考：蛋白质是否是遗传的物质基础？prpsc，蛋白质折叠。DNA 的结构基本单位是核苷酸：核糖(戊糖)＋碱基＋磷酸。碱基有四种：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胸腺嘧啶（T）， 胞嘧啶（C）。单链上的碱基不受配对的限制，决定了遗传的多样性。半保留的自我复制保证了生物遗传的相对稳定。第二节基因突变和诱变育种20 基因突变（gene mutation）：突变细胞的遗传物质的分子结构或数量发生可遗传的变化。突变的类型： 营养缺陷型（auxotroph）菌株:野生型菌株发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子的能力,从而不能在基本培养基上生长的变异菌株。抗性突变型（resistant mutant）菌株:野生型菌株发生基因突变而对某化学药物或致死物理因子产生抗性的菌株。
条件致死突变型（conditional lethal mutant）菌株:菌株发生基因突变后,在某种条件下可正常生长，而在另一种条件下无法生长。形态突变型（morphological mutant）菌株:菌株发生基因突变，而在个体形态或菌落形态上发生突变的菌株。抗原突变型（antigenic mutant）菌株:菌株发生基因突变，而在细胞抗原结构上发生变异的菌株。产量突变型（metabolite quantitative mutant）菌株:菌株发生基因突变，在代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株。正变株（plus-mutant）；负变株（minus-mutant）。突变率（mutation rate）：一个细胞每一世代某一性状突变的几率；群体中每一世代（分裂一次）产生突变的个数。突变率：10－8 基因突变的特点： 不对应性：突变的性状与引起突变的原因之间没有直接的对应关系； 自发性（10－6～10－9）；稀有性；独立性；可诱变性；稳定性； 可逆性：回复突变（reverse(back)mutation）。证明基因突变自发性和不对应性的实验： 变量试验(fluctuation test)：波动试验、彷徨试验；1943 年；S. E. Luria＆ M. Delbruck。涂布试验：1949 年，H.B.Newcombe 影印平板培养法(replica plating):1952 年,J. Lederberg 微生物产生抗药性的途径： 基因突变而产生抗药性； 抗药性质粒的获得(R 因子)； 生理上的适应。基因突变及其机制： 右图为突变的类型。
诱变（induced mutation）： 碱基的置换（substitution），转换（transition），颠换（transversion）。两个例子:亚硝酸；5-溴尿嘧啶(碱基类似物base analog)。移码突变(frame-shift mutation phase-shift mutation)

染色体畸变(chromosomal aberration) 转座(transposition)：DNA 序列通过非同源重组的方式，从染色体某一部位转移到同一染色体的另一部位或其它染色体上的某一部位。转座因子(transposable element):具有转座作用插入序列(insertion sequence，IS)；转座子（transposon，Tn）； 转座噬菌体(transposable phage) 自发突变（spontaneous mutation）：由微生物自身有害代谢产物引起；由DNA 复制过程中碱基配对错误引起；由背景辐射和环境因素引起。遗传密码改变的表型效应：
紫外线对DNA 的损伤及其修复紫外线(ultraviolet ray)对DNA 的损伤；嘧啶二聚体； 光复活作用(photo reactivation，photo restoration) 切除修复（excision repair） 突变与育种自发突变与育种（ Breeding by spontaneous mutation） 从生产中育种；定向培育优良菌株。自然选育的目的：维持原有的产物的合成水平(稳产)；诱变后的菌株群体中表现出各种生理特性需要纯化。诱变育种（breeding by induced mutation） 诱变育种的几个方向：提高产量；改进产品质量；产生新的生物活性物质诱变育种的基本环节（左图所示） 出发菌株→诱变→初筛→复筛→放大→获得优良变异株。诱变育种两个主要的环节：诱变（induced mutation）；筛选（screening）。诱变育种中的几个原则： 诱变剂的选择：简便有效； 诱变剂的种类：物理诱变剂，化学诱变剂，拟辐射物质（radiomemetic chemical）； 诱变剂量的选择：存活率或死亡率曲线，剂量-诱变率曲线； 出发菌株(original strain)的选择：处理细胞所处的状态，一般为单孢子悬液； 表型延迟(phenotype lag)：遗传型虽已突变,但表型却要经染色体复制、分离和细胞的分裂后才表现出来。利用复合处理的协同效应（synergism）；利用和创造形态、生理和产量之间的相关指标；设计高效的筛选方法：推理选育。突变株的筛选:产量突变株的筛选,抗药性突变株的筛选,营养缺陷型菌株的筛选
营养缺陷型突变株：野生型菌株（wide type strain）；原养型（prototroph）； 回复突变株（back mutant, reverse mutant）；基本培养基（minimum medium,MM)； 补充培养基(supplemented medium，SM）；完全培养基（complete medium，CM）。前体1→A→B→C→D→前体2 途径α β γ 酶↑ ↑ ↑ a b c 基因一个基因一条多肽链筛选营养缺陷型菌株的四个环节： 诱变；淘汰野生型（抗生素法，菌丝过滤法）；检出缺陷型（夹层培养法，限量补充法，逐个检出法，影印平板法）；鉴定缺陷型（生长谱法）。维生素的生长谱营养缺陷型菌株的应用：赖氨酸，研究代谢途径。氨基酸的生长谱
研究代谢途径： 粗糙链孢霉（Neurospora crassa） 瓜氨酸－ ＋ ＋ 鸟氨酸－ － ＋ 突变株Ⅰ 突变株Ⅱ 突变株Ⅲ 精氨酸＋ ＋ ＋ 前体→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸→.. 艾姆氏试验(Ames test)：生物的遗传物质是核酸；凡对微生物有效的诱变剂对高等动物同样有效；化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌率成正比；凡致癌物质都是诱变剂，但并非所有的诱变剂都能致癌；95％的致癌剂有诱变作用， 约90％的非致癌剂就没有诱变剂的作用。材料：鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型菌株，老鼠肝脏抽提液。
第三节基因重组和基因杂交基因重组(gene recombination) 遗传重组(genetic recombination)：两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程。原核生物的基因重组转化(transformation) 转导(transduction) 接合(conjugation, mating) 原生质体融合(protoplast fusion) 转化：受体菌直接吸收来自供体菌的DNA 片段，通过交换把他整合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。受体细胞（recipient cell, receptor） 供体细胞（donor cell） 转化子（transformant）
感受态：受体细胞最易接受外源DNA 片段并实现转化的生理状态。转化的过程：感受态细胞吸收DNA；DNA 掺入细胞后的整合。转化的要求：受体细胞处于感受状态（competence） 转化的特点：直接吸收；受体细胞处于感受态转染（transfection） 转导：通过缺陷噬菌体的媒介，将供体细胞的DNA 片段携带入受体细胞中，通过交换和整合， 使后者获得前者的部分遗传性状。缺陷噬菌体（defective phage） 转导子（transductant） 普遍性转导（generalized transduction）：完全缺陷噬菌体。特点：随机包裹；转导子非溶原性。局限性转导（specialized transduction）：部分缺陷噬菌体。特点：转导的是特定基因；转导子为缺陷溶原性。普遍性转导和局限性转导的比较普遍性转导和局限性转导的比较普遍转导任何基因能转导的基因不结合到寄主上噬菌体在寄主中的位置获得转化噬菌体的方式转导子的区别通过敏感菌的裂解非溶原性特定基因结合到寄主上通过溶源菌的诱导部分溶原性
溶源转变lysogenic conversion 接合：供体菌（F＋菌株，雄性菌株）通过性菌毛与受体菌（F-菌株，雌性菌株）直接接触，把F 质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新的遗传性状。F+菌株；F-菌株；Hfr 菌株；F’菌株。特点：两细胞直接接触；需要性因子性因子可通过接合获得。原生质体融合：通过人工的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，从而获得兼有两亲本遗传性状的重组子。原生质体技术的优越性：去掉了细胞壁的障碍，亲株基因组可直接融合、交换，并为链霉菌实现基因转化创造了条件；二亲株的基因组之间可发生多次交换，得到多种类型的重组子， 且参与融合的亲株不限于一个，可以多至3、4 个；重组频率高；可用诱变的方法直接处理原生质体，提高突变率；再生成细胞壁的过程常伴随治理的消除，使染色体发生改变；极其简单，操作方便，不需要贵重药品。
如何得到原生质体：菌体（菌丝）培养；细胞壁的去除；原生质体的融合（再生）； 检出重组子。再生频率的计算： 原生质体数H－原生质体数水再生频率＝———————————— 原生质体总数（血球计数） 原生质体技术的应用：利用原生质体形成及再生达到改良亲本的目的（大环内酯类抗生素）；利用原生质体诱变提高突变率（庆大霉素）；利用原生质体融合获得性的抗生素（Indolizomycin）；利用再生，得到了产量提高的变异菌株，例如生二素链霉菌（Streptomytece ambofaciens）通过原生质体再生，螺旋霉素的生产能力提高了三倍多。质粒消除的结果常常导致细胞染色体的改变，或使次级代谢途径发生变化(白霉素和金丝霉素)，出现有利于提高抗生素产量的变异菌株。有效的种间融合，使两个产生不同抗生素菌株的调节基因和结构基因重组在一起，诱发一些原来为“沉默基因’的表达，从而产生新物质。同时种间融合还可能使两个产生不同抗生素菌株的结构基因重组而产生杂种抗生素。真核微生物的基因重组有性杂交（sexual hybridization） 准性杂交（parasexual hybridization） 同种而不同菌株的体细胞间发生的融合，常见于半知菌类。准性杂交过程：菌丝联结（anastomosis）；形成异核体（heterocaryon）；核融合（nuclear fusion）；体细胞交换（somatic crossing-over）和单倍化。第四节基因工程基因工程(gene engineering) 遗传工程（genetic eng ineering）：人工的离体的分子水平上的遗传重组技术。基本操作：获取目的基因；优良载体的选择； 目的基因与载体DNA 的体外重组；重组载体导入受体细胞（转化）；重组受体细胞的筛选和鉴定；工程菌的表