? 第八章?? 微生物的生长繁殖及其控制
生长：原生质与细胞组分的增加；
繁殖：菌体细胞数量的增加：
????? 微生物的生长伴随体积增大和细胞分裂，所以，生长的概念中包含着繁殖。
第一节 细菌的生长
本节提要：
* 细菌的个体生长
* 细菌群体生长规律和测定
* 连续培养
* 同步生长
一、细菌的个体生长
1、 通过染色体DNA的复制，使遗传特性保持高度的连续性和稳定性。
其复制起点附着在细胞质膜上随着膜的生长和细胞的分裂，两个未来子细胞基因不断分裂，成为两个子细胞。
2、通过细胞壁扩增，使细胞体积扩大。
新合成的肽聚糖的二氨基氨基酸的氨基连到老细胞壁的肽聚糖短肽中第四个氨基酸的羧基上，或新合成的肽聚糖短肽中的第四个氨基酸的羧基连到老细胞壁肽聚糖的短肽中的二氨基氨基酸的游离氨基上，达到扩增。
3、 细胞生长和分裂伴随有细胞壁的裂解和闭合过程。
一是细胞壁打开，利于合成的细胞壁物质插入，二是在新合成的细胞壁物质插入后的开口处重新闭合形成一个完整的细胞壁，利于机体生存。
4、细胞的生长和分裂是两个过程。
目前认为是转肽酶和D.D-羧肽酶的活性比在生长和分裂两个过程中起着作用。转肽酶催化两个肽聚糖短肽链的连接，D.D-羧肽酶则催化肽聚糖的五肽转变成四肽并放出一个丙氨酸。
细茵个体生长过程中染色体DNA的分离
* 刚产生子代细胞已含有部分开始复制基因组；
* 环形染色体已复制成2份 ；
* 细胞分裂之前2份染色体又开始了复制；
* 获得已经开始复制的亲代染色体的2个子细胞 。
二、细菌的群体生长繁殖
细菌群体生长规律生长曲线：
将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养，定时取样，测菌量。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。
（一）迟缓期（lag phase）
1.现象：
活菌数没增加，曲线平行于横轴。
2.原因：
由于细胞进入新环境,细胞数目无增长，甚至有所下降有一个适应过程，进行大量 的酶（诱导酶）的生成。
3.细胞特点：
细胞的新陈代谢非常旺盛，个体体积显著增大，为细胞分裂作准备。
4.迟缓期时间：
与菌种遗传特性、菌龄、接种量、培养条件有关。
5.意义：
在实际工作中，缩短lag phase 的措施：
1）加大接种量（群体优势----适应性增强）；
2）采用对数期的种子（此时细胞分裂旺盛）；
3）调整培养基的成分，使种子基含有发酵培养基的成分；
4）选用繁殖快的菌种。
（二）对数期(log phase)
1．现象：
细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。
2.细胞特点：
此时细胞的大小、组成、生理特征等均趋于一致，代谢活跃，生长速率高，世代时间稳定。
2．代时（世代时间Generation time, G）：
单个细胞完成一次分裂所需要的时间。
t1?? —??? t0
G = ?t / n? = ———————
3.3(lgx—lgx0)
（1）G与菌种有关；
（2）受培养条件(温度、营养成分）的制约；
同一菌种在不同培养条件下代时不同；
3．意义：
（1）代谢、生理研究的好材料 ；
（2）生产中根据其作种。
(三)稳定期（stationary phase)：
1.现象：活菌数目不增不减，生长速率趋于0，曲线有一下降的趋势。
2. 特点：细胞的菌体形态典型,芽孢形成，开始贮藏物质。
3.出现原因：1）营养物质大量消耗；
2）有毒代谢产物大量积累；
3）外界条件影响（pH、高细胞浓度，氧化还原电位等）
4. 意义：
1）发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等），生产上应尽量延长此期，提高产量，措施如下：
补充营养物质（补料）
调pH
调整温度
2）稳定期细胞数目及产物积累达到最高。
3）产量常数：
概念：表示微生物对基质利用效率的高低，
Y=菌体干重/消耗营养物质的浓度
根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量，
如：Y=0.5，表示要得到5g菌体，需某营养物（葡萄糖）10g。
（四）衰亡期
1.现象：
细胞死亡速率>生长速率。一般总菌数不变,活菌数曲线下降。
2. 特点：
菌体变形，大小不一，细胞出现自溶,生理代谢活动停滞。
三、微生物生长的测定
（一）直接计数法：
全菌数法（死菌+活菌）
1．计数板计数法
2．涂片染色法
应用：可同时计数不同微生物的菌数，适于土壤、牛奶中细菌计数。
方法：用镜台测微尺计算出视野面积；
取0.1ml菌液涂于1cm2面积上，计数后代入公式：
每ml原菌液含菌数 = 视野中平均菌数×涂布面积/视野面积×100 ×稀释倍数
3. 比例计数法
* 通过细菌与等体积红细胞混合涂片，以细菌数与红细胞数的比例，折算样品中菌的含量。
4．电子自动计数器计数法：
利用液体与菌体的电导不同
特点：快速、简便
5．比浊法：
* 用光密度（OD）在560nm波长处测溶液混浊度；
* 特点：快速、简便；但易受干扰。
6．滤膜法：
- 菌数少于106个/ml时，一定体积样品（牛奶、自来水）通过膜过滤，然后将膜干燥、染色、透明，镜下计数。
（二）间接计数法：活菌法
1．平板计数法：广泛用于各种样品的检测
方法：（1）涂布法（菌长在表面）
（2）倾注法（菌长在表面和基内）
优点：常用、较准确、可对不同种微生物做活菌计数。
缺点： 时间长、人为误差大，有机械损伤。
2．液体法：
* 将待测样品做系列稀释，培养后，根据没生长的最低稀释度和出现生长的最高稀释度，应用“或然率”理论，计算出样品单位体积中细胞的近似值。
3．微菌落法：
* 一定体积的菌液+半固体培养基滴加在无菌玻片上，培养2-4小时，显微镜下计数片上的微菌落数。
（三）测细胞物质的量
1．干重法：
方法：洗涤、离心、烘干、称重。
特点：用于菌浓度高的样品，直接、可靠、准确。
2．含N量测定法：
总Pro量 = 总N量% × 6.25
3． DNA法：
* 利用DNA可与3，5—二氨基苯甲酸—盐酸溶液（2%）显示特殊荧光反应的原理而设计的。
* 每个细菌细胞平均含DNA8.4×105mg
4． 生理指标测定法：即微生物分析法
* 利用微生物的生长状态，测培养基中某物质的含量，进行定性、定量分析。
如测耗氧量、发酵葡萄糖产酸量、维生素或氨基酸消耗量，测算微生物的生长。
四、细菌纯培养群体生长方法
分批培养：指微生物在一定容积的培养基中，在特定培养条件下只完成一个生长循环（最后一次收获）的培养方法。（封闭系统）
连续培养：指微生物在整个生长时间，以一定的方法（恒浊、恒化）使微生物持续的以较恒定的生长速率生长 的培养方法。（开放系统）
（一）、生长的数学模型
1、对数期生长数学模型
对数生长期中微生物生长是平衡生长，即微生物细胞数量呈对数增加和细胞各成分按比例增加。因此对数生长期中微生物的生长可用数学模型(mathematics for growth ) 表示： 或  或
N：每毫升培养浓中细胞的数量；
M：每毫升培养液中细胞物质的量；
E：每毫升培养液中其他细胞物质的量；
μ：比生长速率(specific growth rate)，即每单位数量的细菌或物质在单位时间(h)内增加的量；
t：培养时间(h)。
 对  积分 得：
将上式转化成以10为底的对数：IgNt – IgN 0 = 
Nt 和N0分别代表时间t和to时的细胞数量。因此只要测定从N0增加到Nt所用的时间和N0与Nt的量，就可以由上式求出该条件下的μ。
例如：初始时每毫升培养液中细胞数为104 ，经过4小时后，该培养液中细胞数量增加到每毫升108（Nt），则此条件该菌的比生长速率为：
 
说明该菌在此条件下，每个细菌以每小时增加2.303个细菌的速度增加。
在细菌个体生长时，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时（generation time),在群体生长里细菌增加一倍所需的时间称为倍增时间（doubling time）。
通常用G表示代时，根据 公式，
可以求代时与比生长速率之间的关系： ， 
如果仍以上述例子的数量为依据，可以求出该细菌再此条件下的代时为0.3h。
2、主要生长参数
(1)、迟缓时间（T）：
指微生物在生长过程中，在实际条件下的对数生长期所需时间与理想条件下的对数生长期所需时间之差，即T= TP - Ti 。则这时菌数Ni与Np之间的差值为迟缓生长量，即N=Ni- Np 。
作图法求迟缓时间(T)与迟缓生长量（N）：
 
迟缓时间长短反映了细菌生长条件适合程度；生产中这个时间越短越好，迟缓生长量则反映了这个时期的生产损失。
（2）、比生长速率(μ)
比生长速率与生长基质浓度。一般用莫诺(Monod)经验公式表示：
μ ：最大比生长速率；
S ： 生长的基质浓度；
KS： 比生长速率为最大比生长速率一半时的基质浓度。
（3）产量常数(K)与总生长量
客观上反映了培养基与生长条件是否适合于菌的生长。
总生长量代表在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值。
总生长量
K= —————————
所消耗基质的总量
K值的大小代表了微生物与基质同化的效率。
（二）、连续培养（continous culture of microorganisms)
连续培养时，培养容器中细菌的数量以比生长数率增长，又同时以稀释率的数量减少。即：
 ； 
N：培养容器中的细菌数；
f ： 培养液流出的速率（也称为流加速率）L/h；
V：培养器有效体积；
D：稀释率，即培养基每小时流过培养器的体积数。
当μ =D时，表明连续培养达到平衡状态，
则：
改为：D = 
该方程表示了连续培养平衡状态中营养物质浓度变化与稀释率之间的关系。
在平衡生长状态时，培养液中的营养物质作为细菌比生长速率的控制因子，则：
Si：流入培养基某营养物质的浓度；
S0：流出培养液中同种营养物质的浓度；
 ：培养过程中，同种营养物质利用的速率。
1、恒浊培养
概念：在恒浊器内，调节培养基流速，使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法。
原理：维持菌浓度不变。菌液浓度大小通过光电系统调节稀释率来维持菌数恒定。
特点：基质过量，菌以最高速率生长；但工艺复杂，烦琐。
 
2、恒化培养
概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。
恒化结构示意图
1．培养液瓶，上装过滤器（a）和培养基进口（b）；2.蠕动泵3.恒化器，上有培养液进口(c)、搅拌器 (d)空气过滤器 (e) 和进样器(f)，4. 收集瓶，上有过滤器 (g)
原理：恒化器中动态平衡的稳定性，是以某种生长限制因子（如碳、氮源；生长因子；无机盐等）的浓度来控制菌的生长速度。
特点：维持营养成分的低浓度，控制微生物生长速率。
连续培养的优点
1、缩短发酵周期，提高设备的利用率；
2、便于自控。降低动力消耗及劳动强度；
3、产品均一；
连续培养的缺点：
易杂菌污染；菌种易退化。
五、同步生长
同步培养法：
能获得处于同一生长阶段的群体细胞的培养方法
同步生长：
运用同步培养技术，控制微生物生长，使之处于同一生长阶段并同时分裂。
获得同步生长的方法：
1.机械法—收集同样大小的细胞
密度梯度离心：
选择性滤膜法:
2. 调整生理条件法：
温度、光、限制因子等
例：温度开始很低，使其均处在
仅活着的状态——升高温度 ——同步生长
3.抑制ＤＮＡ生长法：
加入代谢抑制剂，阻遏DNA
复制——解阻遏——同步
第二节 影响微生物生长的理化因素
概念
1．抑菌:
防腐：抑制霉腐微生物生长的措施 (理化因素）。
防腐剂：用于防腐的化学药剂。
化疗：抑制病原微生物生长的措施。
2．消毒：杀死病原微生物的措施。
消毒剂：用于消毒的化学药剂
3．灭菌：用理化方法杀死物体表面及内部所有微生物（包括芽孢）的过程。
4．无菌操作：防止微生物进入物体的技术。
5．无菌：指没有活的微生物（包括芽孢）。
6．死亡：指不可逆地丧失了生长繁殖的能力。
7．除菌：应用机械的方法（过滤、离心分离静电吸附）除去液体或气体中的微生物。
- 温度
（一）三种基本温度
最低生长温度：微生物生长的最低温度下限；
最高生长温度：微生物生长的最高温度；
最适生长温度：微生物生长最快时的温度。
1）生长温度不等于积累代谢产物的最佳温度；
2）同类型发酵使用菌种不同，生长温度不同；
3）同一微生物不同生理活动的生长温度不同。
温度对生长速率的影响
（二）按最适生长温度将微生物分类：
低温微生物（＜ 20℃）
中温微生物（20℃～45℃)
高温微生物（＞45℃）
1、低温微生物：
生长机理：
* 细胞内的酶促反应在低温下进行，温度高（30-40℃），酶失活。
* 胞膜中不饱和脂肪酸的含量高，故低温下膜的流动性较好。
2、中温微生物：
大多数微生物属此类（20-45℃）
3、高温微生物：
生长机理：
1)细胞内酶、蛋白质抗热性强，热稳定性好酶促反应可在高温下进行。
2)菌体内产多胺、热亚胺及高温精胺，可稳定细胞内蛋白质合成机构及保护大分子。
3)膜中饱和脂肪酸和直链脂肪酸含量高，易形成疏水键，高温下仍能保持膜稳定及结构功能。
4) 核酸中G+C含量高（tRNA），可提供形成氢键，增加热稳定性 。
高温微生物的特点:
* 生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温对其造成的分子损伤。
* 耐高温菌具应用优势：在减少能源消耗、减少染菌、缩短发酵周期等方面具重要意义。
4、最适生长温度与最适发酵温度
* 微生物不同生理活动要求不同温度，所以，最适生长温度 = 发酵速度
* 生长快、积累代谢产物多。
如：柠檬酸生产菌黑曲霉2087，32~31℃生长快，而32 ℃产酸多。
工业上：
1）同类型发酵，使用菌种不同，T不同：
如：德氏乳酸杆菌： 45-50 ℃；
保加利亚乳酸杆菌： 45 ℃；
2）发酵前后期温度不同：
如：酒精发酵：前期：28℃；
后期：33-35℃。
（三）温度对微生物生长的影响
1)影响胞内酶活，进而影响细胞物质的合成，影响微生物生长速率。
2)影响胞膜的流动性，从而影响物质的吸收、分泌，进而影响微生物生长。
低温：冰晶形成造成膜损伤、细胞脱水；
高温：蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构（溶菌）。
(四) 应用
低温：速冻加保护剂，用于菌种保藏
干热法
高温用于消毒灭菌
湿热法
1、干热法：
1） 焚烧：适用于无经济价值的
2）干烤：利用热空气灭菌
用法：160℃,2小时
适用于玻璃器皿及耐热的器皿。
特点：由于空气传热穿透力差，菌体在脱水状态下不易杀死。
所以温度高、时间长。
2、湿热法：利用饱和热蒸汽灭菌
特点：温度低、时间短、灭菌效果好
原因：
1) 菌体内含水量越高，则凝固温度越低；
2) 蒸汽冷凝会放出潜热；
3) 饱和水蒸汽穿透力强；
4) 湿热易破坏细胞内蛋白质大分子的稳定性，主要破坏氢键结构。
方法：
- 煮沸法
- 巴斯德消毒法
- 间歇灭菌法
- 高压蒸汽灭菌
1）煮沸消毒法
- 方法：水煮100℃—30min
- 适用：注射器、解剖用具等。
- 可杀死所有营养体和部分芽孢。
2)巴斯德消毒法：
- 方法： 65℃ or 71℃—15min
135 ℃ or 150 ℃ —20sec
- 适用：牛奶、饮料等。
- 不破坏营养物质，并杀死病原菌。
3）间歇蒸汽灭菌法：
- 方法： 37 ℃培养 37 ℃培养
100℃-30min 100℃-30min 100℃-30min
用水蒸汽把培养基加热到100℃，分几次加热以达到彻底灭菌又保护营养成分的目的。
- 适用：营养含量高、不适于用高压蒸汽灭菌的特殊培养基、药品的灭菌。
此法麻烦、周期长
4）高压蒸汽灭菌法：
- 利用水的沸点随水蒸气压力的增加而上升，以达到高温灭菌目的的方法。
- 方法：一般121℃（1kg/cm2或15磅/英寸2）20min。
- 适用：耐高温物品。
- 注意事项：
- 排净冷空气；
- 灭菌终了，缓慢降压；
- 灭菌结束，趁热取出物品。
高压蒸汽灭菌锅构造
影响灭菌的因素：
- 不同菌种、不同菌龄对热的敏感性不同；
- 培养基成分；
- 灭菌时间的对数与灭菌绝对温度的倒数呈线性关系，即：灭菌温度越高，时间越短；
- 菌浓度对灭菌时间有影响。
高压蒸汽灭菌对培养基的影响:
- 会产生混浊或形成不溶性沉淀
- 改变某些营养成分：
1)低pH下，糖类、琼脂发生水解；
2）PO4-3存在，葡萄糖生成酮糖，菌不利用；
3）色深：还原糖羧基与蛋白质、氨基酸等在高温下发生maillard反应，使糖、蛋白质等失去营养。
- 形成有害物质，抑制微生物生长；
- pH下降（通常下降0.2）；
- 改变培养基的体积与浓度。
二、氢离子浓度（pH）
（一）对微生物生长的影响
1. pH影响物质吸收：
影响膜表面电荷及膜的通透性，进而影响膜结构。
2. 改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：
如：酵母菌在pH4.5-5产乙醇，在 pH6.5以上产甘油、醋酸
3. 改变环境中营养物质的可给性或产生毒物质。
（二) 不同微生物对pH要求不同
细 菌： pH 7.2 -7 .6
酵母、霉菌: pH 5 -6
放 线 菌: pH 7.6 -8
(三) pH的杀菌作用
1. 酸:
无机酸:与H+浓度成正比。
有机酸:与不电离的部分成正比,故有时有机酸的灭菌效果>无机酸。
2. 碱: 强碱造成蛋白质、核酸大分子变性、水解，使菌死亡。
三、氧
(一）氧在体内易转变为超氧阴离子自由
1、形成：为非酶促方式：
O2 + e ————→ O2·
2、特点：▲ 既有分子性质，又有离子性质；
▲ 反应力极强，性质极不稳定；
▲ 可破坏膜和重要生物大分子，亦可产生其它毒性的活性氧化物。
（二）O2·驱除机制：
1、SOD（超氧化物歧化酶）的作用；
2、过氧化氢酶的作用—好氧菌；
过氧化物酶的作用—耐氧菌；
1 2
O2· + 2H+ → H2O2 → H2O+（1/2O2）
各类菌所含对氧解毒酶
- 专性好氧菌 SOD，过氧化氢酶
- 兼性厌氧菌 SOD， 过氧化氢酶
- 专性厌氧菌 二种酶均无
- 微好氧菌 少量SOD
- 耐氧菌 SOD， 过氧化物酶
四、辐射
（一）电离辐射：χ、γ、β射线 。
原理 ：引起水和其他物质的电离，产生游离基，破坏DNA，从而造成细胞损伤。
特点；穿透力强，无专一性，对所有生物均有杀伤作用；制造昂贵；难以控制。
适用：菌种诱变。
（二）非电离辐射：（UV）
- 方法：在波长265-266nm处，杀菌力最强。
- 原理：1）作用于DNA ，使同链DNA相邻嘧啶间形成嘧啶二聚体，引起DNA结构变形，阻碍正常的碱基配对，从而造成菌的变异或死亡。（光复活酶可修复）
A — T A T
A — T A T
2）有氧时产生过氧化氢，强氧化杀菌。
- 适用：空气、水的消毒杀菌（紫外灯- 低压汞气灯）。
- 特点：穿透力差。
五、干燥
干燥时，微生物代谢立即停止、死亡。
- 机理：细胞内蛋白质变性、盐类浓缩。
- 影响干燥致死的因素：
1、微生物种类：有芽孢、荚膜、孢子的菌对干燥
有抗性，链球菌孢子的菌对干燥有抗性。
2、环境：微生物表面附着的有机物。
3、温度、光、湿度。
- 应用：食品保存、菌种保藏。
六、渗透压
- 高渗 20% NaCl：质壁分离
- 低渗 〈5% : 细胞破裂
- 等渗: 生理盐水
- 应用 ：一般菌耐受 5% NaCl；
耐高渗菌、嗜盐菌 15% NaCl；
一般 NaCl 20%或糖30%以上可抑菌。
七、超声波：每秒钟振动在1600以上的声波
机理:引起膜破坏，细胞破裂，内涵物逸出。
应用：
1）可用于提取胞内物质（代谢产物、酶等）；
2）轻则变异，重则杀死微生物细胞、肿瘤细胞；
3）牛奶、饮料的冷杀菌。
八、化学消毒剂：
对一切活细胞均有毒性,常见的有：
重金属及其化合物：
有机物：
卤素：
（一） 重金属及其化合物：
- 所有重金属盐Cu、As、Ag、Hg等对微生物均有毒性。
- 机理：1）可与酶蛋白的-SH基结合，使酶失活；
2）易与带阴电荷的菌体蛋白吸附，使之变性沉淀。
- SH S
- ↗ ∕∣
- E + HgCl → E Hg + HCl
- ↘ \ ∣
- SH S
- 应用：波尔多液、红汞、硝酸银、砷凡纳明等。
- 特点：简便。但使用应谨慎，防止在体内积累。
（二） 有机物：
- 酚、醇、醛可使蛋白质变性，为常用杀菌剂。
- 种类：有石炭酸；乙醇；甲醛等。
- 酚的代表：
石炭酸，0.1%抑菌；1%杀菌；
5%常用，几hr可杀死芽孢。
机理：作为表面活性剂，使膜损伤，蛋白质变性沉淀；抑制脱氢酶和氧化酶活性。
P.C.（石炭酸系数）：为消毒剂杀菌效率的标准。
是在一定时间内（10min）被测试的药剂能杀死全部供试微生物的最高稀释度与达到同样效果的酚最高稀释度的比值。
通常：供试菌为金黄色葡萄球菌或伤寒沙门氏菌
* 如：甲药剂在10min内，以1：300的稀释度杀死全部供试菌，达到同样效果，酚的稀释度为1：100，则该药剂的
300
P.C. = ——— = 3
100
P.C.越大，杀菌效率越高
2、醇的代表：乙醇：70-75%杀菌效率最高
* 机理：具脱水作用，能穿透菌体进入蛋白质分子肽链间隙，使蛋白质变性或脱水沉淀，造成微生物死亡。
甲醇可使眼睛失明，故不宜做消毒剂；其他醇因不溶于水，一般不用。
3、醛的代表：甲醛：
机理：固定CO2；
应用：10%的甲醛熏蒸，用于杀菌。
4、环氧乙烷：
性质：10.8 ℃为液体；超过为气体，易燃。
特点：穿透力强，广谱抗菌，不损害处理物品， 但作用缓慢。
（三）卤素及其化合物：
1、I：碘酒；7g I：5g KI，溶于100ml 95%乙醇。
1%碘酒10min可杀死芽孢杆菌和部分真菌，
并使流感病毒灭活。
2、氯气：漂白粉（氯化钙与次氯酸钙的混合物）
（四）表面活性剂：
可降低表面张力效应的物质。
* 机理：使菌体细胞膜破损；与菌体蛋白质发生反应而呈杀菌作用。
* 种类：洗必泰、新洁尔灭等
* 特点：快速、彻底、效率高。
九、化学疗剂：
概念：能直接干扰病原微生物的生长繁殖并治疗感染性疾病的化学药物。
种类：1． 抗代谢药物
2． 抗生素
（一） 抗代谢药物
1、机理：与正常代谢产物同时存在，并产生竞争性拮抗作用（与相应酶竞争性结合）。只有当正常代谢产物的量少或不存在时，抗代谢物才有用。
2、种类：磺胺药——叶酸；
6 - 巯基嘌呤——嘌呤；
5 - 甲基色氨酸——氨基酸；
异烟肼——吡哆醇。
（二） 抗生素
1、概念：
1）抗生素：生物在其生命过程中产生的一种次生代谢产物或其衍生物，在低浓度下抑制或影响其他生物的生命活动。
2）抗菌谱：抗生素是作用对象有一定范围，将这一范围称该抗生素的抗菌谱。
广谱：对多种微生物有作用；
窄谱：仅对某一类微生物有作用。
2、抗生素作用机理：
1）对细胞壁形成有抑制作用；（如：PN）
2）影响细胞膜功能；（如：多肽类抗生素）
3）抑制蛋白质合成；（如：红霉素、链霉素）
4）干扰核酸代谢；（如：丝裂霉素、灰黄霉素）
某些抗生素的作用部位p151
第九章 微生物遗传
本章内容：
* 遗传的物质基础
* 微生物的基因组
* 质粒和转座因子
* 基因突变、修复与遗传育种
* 微生物的基因重组
* 菌种的衰退、复壮及保
第一节 遗传的物质基础
一、DNA作为遗传物质
是通过三个实验证实。
1、Griffith的转化实验
2、DNA作为遗传信息的载体（转化因子）的证实。
3、T2噬菌体的感染实验
以Streptococcus pneumoniae (肺炎链球菌）为研究对象，由于有很多菌株，形成膜的是致病性的，菌落表面光滑（smooth），称为S型，不形成荚膜的，无致病性，菌落外观粗糙，称为R型，一般由S突变而来 。这个实验证明：活得R型从热死的S型中获得遗传物质（转化因子），转化为S型。
 
- 证实遗传物质的实验
- T2噬菌体的感染实验
二、RNA作为遗传物质
*
通过对TMV所进行的拆分和重建实验证明RNA也是遗传物质的基础。
1、用表面活性剂处理标准TMV，得蛋白质；
2、用弱碱处理TMV的变种HR，得RNA；
3、重建获得杂种病毒；
* 用标准TMV和HR抗血清证实杂种病毒的外壳来自标准TMV株。
三、朊病毒的发现和思考
思考一：中心法则是否应补充为DNA→RNA → 多肽链 → 蛋白质
思考二：朊病毒是构象病，引起折叠状态的原因是否有折叠密码。
常见的微生物细胞遗传物质类型
第二节 微生物的基因组结构
概念
- 基因组（genome）是指存在细胞或病毒中的所有基因。
- 细菌一般是一套基因，即单倍体（haploid）；
- 真核微生物有两套基因，又称为双倍体(diploid)；
- 一个基因一般为1000bp~1500bp;
- 提出了256个基因是维持细胞生命活动所必需的最低数量的假说。
几种微生物与几种代表生物的基因组
一、大肠杆菌基因组
- 是1997年由Wisconsin大学的 Blattner等人完成。
- 基因组为双链环状的DNA分子。
- 基因组结构特点表现为
1、遗传信息的连续性（即不含内含子）；
2、功能相关的结构基因组成操纵子结构；
3、基因组的重复系列多；
4、结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝。
DNA测序胶图
DNA测序峰图
二、啤酒酵母的基因组
- 1997年由世界共96个实验室和633位科学家共同努力完成了全基因组的测序工作；
- 基因组大小为13.5 106bp，分布在16个不连续的染色体中。
染色体
染色质和核小体
三、詹氏甲烷菌的基因组
- 属于古生菌，是在94℃的海底火山口附近发现的。
- 1996年由美国基因组研究所等五家共40人联合完成了此菌基因组的全测序。
- 只有40%左右的基因与真细菌或真核生物有同源性。
-
第三节 质粒和转座因子
- 质粒（plasmid）和转座子（transposable element）是细胞中除染色体以外的另外遗传因子。
- 质粒独立于染色体外，能进行自主复制。
- 转座因子是位于染色体或质粒上的 一段能改变自身位置的DNA序列。
一、质粒
1、质粒的分子结构
大小范围从1Kb—1000Kb。
用质粒构建重组DNA
第四节 基因突变与诱变育种 ??????????????????
一、基因突变：
- 突变类型：
按表型分：
细胞形态
形态突变型 ： 菌落形态
营养缺陷型
生化突变型： 抗性突变
抗原性突变（包括细胞内部、表面成分的改变）
致死性突变型： （合成关键性酶的基因发生了突变，则表现出致死突变）
条件致死突变型：如突变为温度敏感型（37℃死， 25℃ 活）
其它突变型：毒力突变、糖发酵突变、产量、产品突变等。
温度敏感型突变
（二）突变的特点：
1）不对应性：环境与变异无对应性
2）自发性：非人为的诱变因素下发生
3）稀有性：生物体的自发突变率为10-10～10-12
4）独立性：一个基因的突变对其它基因突变无影响
5）诱变性：诱变剂可提高突变率10~105倍
6）稳定性：突变性状稳定、可遗传
7）可逆性：有回复突变
（三）基因突变自发性及不对应的证明：
- 变量彷徨试验：
- 涂布试验试验：
- 平板影印培养试验：
1.变量彷徨试验：
1)抗性细胞的出现，是在接触噬菌体之前；
2)喷上噬菌体，仅起淘汰野生型和鉴别抗性株作用；
3)由于甲方高度彷徨，说明突变是随机的。
2. 涂布试验
1）、突变与噬菌体无关；
2）、涂布使抗性菌株均匀分布；
3）、抗性突变可在任何时间发生，与噬菌体存在无关。
以上实验用统计学原理间接证明。
3. 平板影印
 
实验表明：从未接触 str 的菌株可发生抗性突变，分离可得到纯的 str r 菌株。
由此表明：
突变是自发的与环境不对应的。
（四）基因突变的机制：（自学）
（五）紫外线(U.V)对DNA的损伤及修复:（自学）
二、突变与育种
- 自发突变与生产育种
1.生产选育：
群体培养中个别的变异个体表现出生长优势，发现突变种后，随时分离、纯化。
2.定向培育：
用特定的环境长期处理某一微生物群体,同时不断对其移种、传代，以达到积累和选择合适的自发突变体的一种育种方法。
3、自发突变的机制：
自发突变(spontaneous)：
在非人为的情况下由于遗传物质的微小变化引起的性状变异。
原因可能是：
1）环境因素；
2）自身有毒产物的积累；
3）互变异构效应；
4）环出效应等。
（二）诱变育种
1. 概念：
诱变育种是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（DNA）的分子结构发生改变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。
2. 诱变剂：
1） 概念：凡能提高基因突变频率的理化因素。
2）种类：
物理因子（phisical agents)
化学因子(chemical agents)
转座子(transposable elements)
物理诱变剂：
U.V、χ、γ、快中子、超声波等。
化学诱变剂：
- 烷化剂 (alkylating agents)：
如：氮芥、硫酸二乙酯、亚硝基胍、NTG等
机制：将烷烃加在含氮碱基上，改变氢键性质
- 碱基类似物 (base analogs)：
如：叠氮胸腺嘧啶（AIT）等；
机制：在DNA复制时将碱基类似物插入DNA中，而碱基类似物没有正常碱基的氢键性质，在DNA复制时出现突变体。
- 插入剂 (intercalating agents):
如：溴化乙啶等一些三环分子。
机制：与DNA中的一对碱基有大致相同的位点，这些分子不改变碱基的氢键性质，而插入在双螺旋中，加宽间距，引起碱基增加。
3. 诱变程序：
4. 诱变的主要环节
1）诱变剂的选择：
a. 了解诱变剂的性质、作用机理和使用方法
b. 处理方式：
单一因子处理： 先后使用
复合因子处理：两种以上因素 同时使用
单一因子重复使用
c. 处理剂量：通过测致死率。
- 方法 平板菌落计数法
纸片法
一般杀菌率为70%左右。
Ames test：对化学诱变剂做检测
菌种：鼠伤寒沙门氏菌his -；
原理：
his -在基本培养基上不长；而发生回复突变则长。
Ames test 方法示意图：
用于检测食品、饮料、药物和饮水等样品的中致癌物
2）出发菌株：
育种的原始菌种；应具备：
*对诱变剂的敏感性高；
* 生产中选育过的自发变异菌株；
* 本身具有一些有利性状；
* 对代谢产物有一定积累；
* 已经发生过某些变异。
3）单孢子或单细胞悬液的制备
a. 必要性：
单细胞可以均匀地接触诱变剂
避免出现不纯的菌落——菌种退化
b. 制备：
物理诱变剂——生理盐水（0.85%NaCl)
化学诱变剂——缓冲液
c. 方法：
- 三角瓶内加φ0.5cm玻璃珠打散10-15min;
- 加０.3%吐温80（表面活性剂）
- 用无菌脱脂棉过滤。
d. 浓度：
细菌、放线菌 108个/ml
霉菌、酵母菌 106个/ml
4)设计和采用效率高的筛选方案和方法
初筛：
平板上做定性、半定量的测定，观察突变株的生理效应范围。
方法：梯度平板法；（抗性菌株）
纸片法； （抗性菌株）
透明圈法；（淀粉酶产生菌株等）
变色圈法；（氨基酸生产菌株）
如：用梯度平板法筛选抗性菌株
抗生素法直接筛选抗药性突变体
- 复筛：
较精确的生物化学分析方法
——做摇瓶测定
三、营养缺陷型的筛选
（一）概念：
1. 三种遗传型个体
营养缺陷型（auxotroph）：经诱变产生的一些合成能力出现缺陷，而必须在培养基内加入相应有机养分才能正常生长的变异菌株。
如：lys - ； bio - ；
野生型(wild type)：自然界分离到的任何微生物，在其发生营养缺陷突变前的原始菌株，为该微生物的野生型。
如：lys + ； bio + ；
原养型 (prototroph) ：指auxo突变菌株回复突变或重组后产生的菌株，与野生型的表型相同。
2、筛选用的培养基
基本培养基（minimal medium,MM）[-]：满足野生
型菌株营养要求最低成分的组合。
完全培养基（complete medium,CM）[+]：满足一
切auxo生长的天然或半组合培养基。
补充培养基（supplemented medium,SM）[x]：在
MM中有针对性地加入一或几种营养成
分以满足相应 auxo生长的组合培养基。
（二）筛选方法
诱变处理→auxo的浓缩→auxo的检出→auxo的鉴定 。
auxo的筛选程序：
细菌培养→离心洗涤→诱变处理→CM后培养→洗涤→MM加PN→涂布于CM平板→影印培养→鉴定→菌种保存。
1. 诱变处理（同前）
2. auxo的浓缩：
1）抗生素法：
原理：青霉素、制霉菌素等抗生素作用于生长着的微生物细胞，对休止态细胞无作用。
方法：菌培养在含抗生素的MM基中。
2）菌丝过滤法：
适用于丝状（放线菌、霉菌）等。
原理：基本培养基上只有发育成菌丝；auxo孢子可通过滤膜，野生型菌丝不能通过。
3）差别杀菌法：
- 基本培养基上只有野生型生长，加热杀死野生型营养体，保留auxo芽孢。
细菌——80℃；酵母——60 ℃；适用于产芽孢、孢子菌。
3. auxo的检出
1）逐个检出法
2）影印平板培养法
3）限量补充法
（在mm中加0.01%蛋白胨，auxo菌落小，野生型菌落大）
4）夹层培养法
影印平板培养法
夹层培养法
4. auxo的鉴定
- 生长谱法
方法简便；回变和污染不影响结果
- 测定物质可为粉末或纸片。
 
混合氨基酸法步骤：
营养因子分组编排时注意：
每组内无重复的营养因子
每组中应包含只出现一次的因子
每组中其他因子应分别出现二次
a. 将多种营养因子编组，
如： 一组：1 2 3 4 5
二组：2 6 7 8 9
三组：3 7 10 11 12
四组：4 8 11 13 14
五组：5 9 12 14 15
b. 将组合液的纸片放在涂菌的基本培养基上培养
c. 结果分析
5. auxo 的应用
1）作为标记菌株：进行基因工程、诱变育种、代谢过程的研究中的亲本标记；
2）作为生产菌种：aa、核苷酸等生产菌种；
3）作为aa、维生素、碱基的测定菌株。
- 基因重组
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本节内容：
- 原核生物的基因重组
- 真核生物的基因重组
基因重组：
把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经遗传物质重新组合后，形成新遗传型个体的方式。
基因重组——分子水平的杂交；
一般杂交——细胞水平。
如：
甲 （生长快、产量低） 基因重组 生长快
乙 （生长慢、产量高） 产量高
一、原核生物的基因重组
（一）转化（transformation)
概念：
受体菌(receptor)直接吸收来自供体菌(donor)的DNA片段，通过交换，将其整合到自己的基因组中，再经复制就使自己变成一个转化子(transformation)。
这种受体菌接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象，称转化或转化作用。
1. 感受态
感受态：受体细胞最易接受外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态。
转化的决定因素：不同菌株的亲缘关系
受体细胞是否处于感受态
不同菌出现感受态的时间不同。
2. 感受态因子
一种胞外蛋白质，分子量为5-10kD，
其作用为：
- 催化转化，促进外来DNA片段吸收
- 可降解细胞表面某种成分，使DNA受体暴露
1）不同菌细胞DNA受体位点不同
2）有的菌感受态因子只对同种菌起作用
3. 转化因子：
- 转化因子的本质是供体DNA片段
- 一般为线状或闭合环状；单链或双链；
- 转化的频率往往很低，一般为0.1-1%。
据研究，呈质粒形式（双链闭合环状）的转化因子，其转化频率最高。
4. 转化的检出
甲（受体） strr，lys- ↘___________ 在含str的MM上培养
乙（供体）strs，lys+ ↗
如出现strr，lys+的菌株，则表明已经转化 。
转化的全过程（以噬菌体为例）：
转化过程示意图
（二）转导(transduction)
以噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。
转导以温和噬菌体为媒介，其从宿主DNA上诱导裂解时可能有三种情况：
1）包入的完全是噬菌体的DNA（噬菌体）
2）包入的完全是细菌DNA（完全缺陷噬菌体）
3）部分带有噬菌体基因的DNA（部分缺陷噬菌体）
1. 普遍转导（generalized transduction）
由完全缺陷噬菌体介导的转导现象。
1）完全转导(complete transduction)：
由完全缺陷噬菌体将外源DNA片段导入受体细胞，经交换、整合、复制形成遗传性状稳定的转导子。
此时受体细胞的特点：
a. 不发生溶源化；
b. 不显示免疫性；
c. 不会裂解产生正常噬菌体。
2）流产转导(abortive transduction)：
外源DNA片段不经交换、整合、复制，仅转录、转译和性状表达。
特点：
子代只有一个细胞带有重组子性状。
2. 局限转导：
指通过部分缺陷噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。
部分缺陷噬菌体：
λ噬菌体带有宿主gal基因——λdgal噬菌体
λ噬菌体带有宿主bio基因——λdbio噬菌体
特点：a、无正常溶源化能力；
b、受体细胞不具免疫性。
根据转导频率的高低，可分为：
1）低频转导（LFT）：
部分缺陷噬菌体比例低，获得局限转导子量极少。
2）高频转导（HFT）：
双重溶源菌：感染λdgal噬菌体后，又感染正常λ噬菌体，且同时整合在菌染色体上。
HFT裂解物：诱导裂解双重溶源菌，裂解物中含等量的两种噬菌体，称此裂解物为HFT裂解物。
高频转导：用低感染复数的HFT裂解物感染另一gal-受体菌时，可高频地将其转化
为gal+转导子，这种方式称高频转导。
3. 溶源转换与转导的区别（自学）
（三）接合(conjugation)
概念：
供体与受体细胞直接接触，借性菌毛传递大段DNA的过程。在受体细胞中发生交换、整合，使之获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。通过接合而获得新性状的受体细胞就称接合子。
（四）原生质体融合（protoplast fusion）
使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并发生遗传重组以产生融合子（fusant）的过程。
已成功地应用与植物细胞、真菌细胞、属间、科间的远缘细胞融合，融合产物含两亲代细胞基因组。
过程：
二、真核微生物的基因重组
（一）有性杂交
一般指性细胞间的接合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的一种育种技术。
凡是能产生有性孢子的酵母菌或霉菌，原则上都能采用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂交方法进行育种。
- 准性杂交（parasexual hybridization）
1. 准性生殖
同种异株的两个体细胞融合，不经减数分裂而导致低频基因重组发生的一种繁殖方式。（单倍体体细胞重组）
2. 准性生殖的意义：
对一些没有有性过程但有重要生产价值的半知菌来说，进行基因在染色体上定性研究、杂交育种，准性生殖提供了一个重要的手段。
发现存在构巢曲菌、米曲菌、青霉等真菌和放线菌中，使之有普遍意义。
3. 过程
1）菌丝联结（anastomosis）;
2）形成异核体（heterocaryon）;
细胞质、核交流形成异核菌丝体。
3）核配（caryogamy)形成杂合二倍体;
特点：频率低，10-5—10-7
促成：樟脑熏蒸、紫外、高温
4）体细胞交换和单倍体化
半知菌的准性生殖示意图：
异核体的特点：
1）具有感受性的两种菌丝间才可形成异核体；
2）具有野生型性状，可在基本培养基上生长 ；（基因互补功能）
3）大多数异核体的分生孢子不能在基本培养基上生长；如能生长，则为异核体、或为杂合二倍体（重组子）。
体细胞交换和单倍体化
杂合体细胞中有极少数细胞核在进行有丝分裂的过程中，能发生体细胞染色体间的交换、分离（单倍体化）而产生具有新性状的单倍体杂合子、双倍体及非整倍体。
A ______ B （同核体）
↓
A + B ( 异核体)
↙ ↘
A B AB (杂合二倍体)
↓ ↓ ↙↘
A B A B 单倍体杂合子
↓↓
A B
4. 检出：
1）若MM和CM上差别不大的，为稳定的杂合二倍体；
2）若MM上不长，CM上大量长，为不稳定异核体。
第四节、质粒和转座因子 ?????????????????????????????
质粒（plasmid）和转座因子（transposable element）是细胞中除染色体以外的二类遗传因子
一、质粒的分子结构
1、 质粒以闭合环状（covalently closed circular)的超螺旋双链DNA分子存在细胞中。大多是三种构型，即CCC型、OC型、 L型。
2、 质粒分子的大小范围从1kb 到1000kb，无自由末端，分子是紧密的缠结状态，大小均匀。
3、 可用超离心或凝胶电泳可将质粒与染色体 DNA分开，得到质粒。
二、质粒的主要类型
1、致育因子（fertility factor,F因子）
将 E.col分为F+(供体菌),携带F质粒，F-(受体菌)，无F质粒。
F质粒整合到宿主细胞染色体上的菌株为高频重组菌株Hfr(high frequence recombination)。
将携带不同基因的因子通称为F’
2、抗性因子（resistance factor,R因子）
3、Col质粒
含有编码大肠菌素的基因。
大肠菌素是一种细菌蛋白，只杀死近缘不含Col质粒的菌株，而宿主不受其产生的细菌素的影响。
4、毒性质粒（virulence plasmid)
又称致病因子，具有编码毒素的基因。如：苏云金杆菌含有编码内毒素（伴胞晶体中）的质粒。
还有其他质粒，都含有一些特定的基因。
三、质粒的不亲和性
- 亲和性是指细胞含有一种或多种稳定遗传的质粒。
- 不亲合性是指一种质粒通过其他方式进入已含有质粒的宿主细胞，经过几代后，大多数子细胞含有一种质粒的特性。
四、转座因子的类型和分子结构
- 转座因子是细胞中能改变自身位置的一段DNA序列。
- 原核微生物的转座因子有三种类型：
插入顺序（insertion sequence,IS）、
转座子（transposon,Tn）
某些病毒（Mum,D108）。
- IS和Tn有二个共同特征：都携带编码转座酶（transposase）的基因；二端都有反向末端重复序列（inverted terminal repeat,ITR）；其长度为40bp到1000bp以上。
五、转座的遗传学效应
当各种转座子插入到某一基因中，导致基因的功能丧失，发生突变。
复制性转座是转座子一个拷贝的转座，处在同一染色体上不同位置的二个拷贝间可能发生同缘重组，导致DNA的缺失或倒位。
使染色体上相距远的基因组合，构建成一个操纵子或表达单元，产生一些新基因和新蛋白质分子。
六、DNA损伤的修复
- 光复活作用 ： 由phr基因编码的光解酶phr（471氨基酸，3.5*10 4）进行。
- 切除修复 ： 又称暗修复。该修复系统除了碱基错误配对和单核苷酸插入不能修复 外，几乎DNA其他损伤均可修复。
- 重组修复 ：是一种越过损伤而进行的修复。
- SOS修复：是DNA分子受到较大范围的重大损伤时，诱导产生的一种应急反应。
第四节 菌种的衰退、复壮及保藏 ??????????????????????????????
一、菌种的衰退和复壮
1.衰退：
概念：菌种经长期的人工培养或保藏，在其自发突变的影响下，引起某些优良性状变弱或消失的现象，称为衰退。
现象：
菌落和细胞形态的改变；
生长速度缓慢，产孢子越来越少；
代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降；
抵抗力、抗不良环境能力减弱等。
衰退的原因：
有关基因负突变
1）多次传代造成负突变数量增加
如斜面保藏：
细菌：1个月
酵母菌：3个月
放线菌、霉菌、芽孢：半年
2）培养条件；
3）诱变时出现不纯菌落。
2. 防止衰退的方法：
- 控制传代次数；
- 选择合适的培养条件；
- 采用不同类型的细胞进行传代；
- 采用有效的菌种保藏方法。
3. 菌种的复壮：
复壮：使衰退的菌种恢复原来优良性状的方法。
复壮的方法：
1）纯种分离：
菌落纯（划线法、涂布法、倾注法）
菌株纯（单细胞挑取法）
2）通过寄主体进行复壮；
3）淘汰已衰退的个体。
二、菌种保藏：
1. 目的：
- 存活，不丢失，不污染
- 防止优良性状丧失
- 随时为生产、科研提供优良菌种
2. 原理：
创造一定条件，尽可能降低微生物代谢活动强度，使之基本上处于休眠状态。
条件：1）挑选优良纯种的休眠体；
2）创造适合长期休眠的环境条件（干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养、添加保护剂等）
3. 方法：
1）暂时保藏法——斜面保藏
方法：斜面置4℃冰箱保藏，定时传代；
原理：低温下，微生物代谢强度明显下降；
优点：适用于各种微生物、简便易行、易于观察；
缺点：保藏时间短、传代频、易退化、易污染、工作量大。
改良方法：橡皮塞取代棉塞、加矿物油。
原理：运用干燥、低温和隔绝空气等手段，降低微生物菌种的新陈代谢速率，使菌种的生命活动处于半永久性的休眠状态，以达到长期保存的目的。
方法：
砂土管法、真空冷冻 、干燥法、液氮法。
1）砂土管法：
干法：（适用于部分真菌、放线菌）将斜面上孢子刮下，接种于无菌砂土管中（砂
装试管2/5)，搅拌均匀。
湿法：斜面中加3~5ml无菌水制成菌悬液，取菌悬液10滴加入砂土管，以管内砂全部湿润为宜。
- 将砂土管置于干燥器中真空干燥，低温或室温下保藏
- 适用于放线菌、芽孢菌和某些真菌保藏。
- 保藏时间几至几十年。
2）真空冷冻干燥法
原理：加有保护剂的菌悬液在冻结状态下予以真空干燥，使微生物细胞处于半永久的休眠状态，以达到长久保藏的目的。
方法：用无菌脱脂牛奶作保护剂，加入3ml于斜面中制成菌悬液，分装在安瓿中速冻真空干燥。真空度维持在0.1~0.3mmHg,悬液维持冻结状，水分不断升华，至菌体混合物呈疏松状，熔封。
优点：适用于各种微生物；便于大量保藏；可避免污染，菌种存活时间长（几到几十年）。
缺点：手续繁琐。
3)液氮超低温保藏法：
方法：用10%甘油、二甲亚砜或蔗糖和吐温80作保护剂，将菌种分散于其中，或将长菌的琼脂块放入保护剂中，熔封后迅速降温至-35℃。预冻后保存在液氮超低温冰箱中（ -196℃）。
优点：适用于各种微生物的较理想的保藏方法
缺点：需专门设备，使用时速融，30 ~40℃水浴摇动，融后以无菌手续开启。
第十章 微生物基因表达的调控
内容：
微生物基因表达
转录水平的调控
转录水平后的调控
第一节、微生物基因表达
遗传密码：在DNA中，用于贮存某种特定的蛋白质中氨基酸排列顺序信息的密码。
基因：遗传物质的常用单位，担负将亲代形状传给子代的任务，并因自发突变而被识别。如，表达某种蛋白质全部氨基酸组成的DNA序列称为一个基因。
氨基酸缩略语
Phe=phenylalanine 苯丙氨酸 Leu = leucine 亮氨酸
Ile = isoleucine 异亮氨酸 Met = methionine 甲硫氨酸
Val = valine 缬氨酸 Ser = serine 丝氨酸
Pro = proline 脯氨酸 Thr = threonine 苏氨酸
Ala = alanine 丙氨酸 Tyr = tyrosine 酪氨酸
His = histidine 组氨酸 Gln = glutamine 谷氨酰胺
Asn=asparagines 天冬酰胺 Lys = lysine 赖氨酸
Asp = aspartic acid天冬氨酸 Glu = glutamic acid谷氨酸
Cys = cysteine 半胱氨酸 Trp = tryptophan 色氨酸
Arg = arginine 精氨酸 Gly = glycine 甘氨酸
二、 遗传密码子
AUG = start codon UAA, UAG, and UGA = stop (nonsense) codons
|
U |
C |
A |
G |
|
U |
UUU = Phe
UUC = Phe
UUA =Leu
UUG = Leu |
UCU = Ser
UCC = Ser
UCA = Ser
UCG = Ser |
UAU = Tyr
UAC = Tyr
UAA =Stop
UAG = Stop |
UGU = Cys
UGC = Cys
UGA = Stop
UGG = Trp |
U
C
A
G |
C |
CUU = Leu
CUC = Leu
CUA = Leu
CUG = Leu |
CCU = Pro
CCC = Pro
CCA = Pro
CCG = Pro |
CAU = His
CAC = His
CAA = Gln
CAG = Gln |
CGU = Arg
CGC = Arg
CGA = Arg
CGG = Arg |
U
C
A
G |
A |
AUU = Ile
AUC = Ile
AUA = Ile
AUG = Met |
ACU = Thr
ACC = Thr
ACA = Thr
ACG = Thr |
AAU = Asn
AAC = Asn
AAA = Lys
AAG = Lys |
AGU = Ser
AGC = Ser
AGA = Arg
AGG = Arg |
U
C
A
G |
G |
GUU = Val
CUC = Val
GUA = Val
GUG = Val |
GCU = Ala
GCC = Ala
GCA = Ala
GCG = Ala |
GAU = Asp
GAC = Asp
GAA = Glu
GAG = Glu |
GGU = Gly
GCG = Gly
GGA = Gly
GGG = Gly |
U
C
A
G |
1、密码子的性质
简并密码子(degenerate code)：
几种密码子对应于相同一种氨基酸。这些密码子称为同义密码子或互简并密码子。
不重叠：
密码子一般是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用，噬菌体fx174中某些基因之间有重叠现象。
统一性：
绝大多数密码子对各种生物都适用某些线粒体中遗传密码有例外。
无标点：
蛋白质合成开始和结束都由密码子决定。
2、遗传密码与基因突变
基因突变：为点突变或染色体突变。
错义突变：碱基置换(改变)造成氨基酸的改变。
移码突变：基因内一对碱基的缺失或增加。
无义突变：某一密码子变成了终止密码子(UAA、UAG、UGA)。
终止密码子突变： 终止密码子变为某个氨基酸的密码子。
3、突变的抑制
基因内突变抑制：
抑制基因突变发生在同一基因内。
基因间突变抑制 ：
抑制基因突变发生在不同基因。
如： tRNA基因突变可以抑制另一基因的突变 。
tRNA分子的共同特征(三叶草模型)
实验观测到的tRNA分子上的元件
tRNA X射线晶体图
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