普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中外源DNA的三種后果
1)進(jìn)入受體的外源DNA通過與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子.
2) 如果轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行重組和復(fù)制，其上的基因僅經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)，就成為流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortive transduction），其特點(diǎn)是在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落。DNA不能復(fù)制，因此群體中僅一個(gè)細(xì)胞含有DNA，而其它細(xì)胞只能得到其基因產(chǎn)物，形成微小菌落。
3) 3）被降解, 轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗，在選擇平板上無菌落形成。
2.局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specialized transduction)��
溫和噬菌體感染受體菌后，其染色體會(huì)整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上，從而使宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化，例如λ噬菌體，其插入位點(diǎn)的二側(cè)分別是gal和bio基因；
如果該溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因，（對(duì)λ噬菌體分別是gal和bio基因），會(huì)因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上，由此產(chǎn)生了一類特殊的噬菌體----缺陷噬菌體，
缺陷噬菌體除含大部分自身的DNA外，缺失的基因被幾個(gè)位于前噬菌體整合位點(diǎn)附近的宿主基因取代，這樣形成的雜合DNA分子在宿主細(xì)胞內(nèi)能夠象正常的λDNA分子一樣進(jìn)行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。
但該缺陷噬菌體沒有正常噬菌體的溶源性和增殖能力，感染受體細(xì)胞后，通過DNA整合進(jìn)宿主染色體而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。
局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：
1）　被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價(jià)地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而完全轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿主菌的基因；
2）　局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)�入受體，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。
溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的不同：
1．　溫和噬菌體不攜帶任何供體菌的基因，當(dāng)宿主喪失這一噬菌體時(shí)，通過溶源轉(zhuǎn)變而獲得的形狀也同時(shí)消失
2．　這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的；
枯草芽孢桿菌的自然轉(zhuǎn)化模型：
a）　細(xì)菌生長(zhǎng)在一定的培養(yǎng)條件下生長(zhǎng)到一定階段，以枯草芽孢桿菌為例是在葡萄糖基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期到穩(wěn)定期，細(xì)胞向胞外分泌一種小分子的蛋白質(zhì)，稱為感受態(tài)因子，其分子量為5000到10000道爾頓。
b）　當(dāng)培養(yǎng)液中的感受態(tài)因子積累到一定濃度后，與細(xì)胞表面受體相互作用，通過一系列信號(hào)傳遞系統(tǒng)誘導(dǎo)一些感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)(competence specific protein)表達(dá)，其中一種是自溶素(autolysin)，它的表達(dá)使細(xì)胞表面的DNA結(jié)合蛋白及核酸酶裸露出來，使其具有與DNA結(jié)合的活性。 c）　DNA以雙鏈形式在細(xì)胞表面的幾個(gè)位點(diǎn)上結(jié)合并遭到核酸酶的切割，核酸內(nèi)切酶首先切斷DNA雙鏈中的一條鏈，被切斷的鏈遭到核酸酶降解，成為寡核苷酸釋放到培養(yǎng)基中，另一條鏈與感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)結(jié)合，并被引導(dǎo)進(jìn)入細(xì)胞，
d）　進(jìn)入細(xì)胞的外源DNA通過同源重組以置換的方式整合進(jìn)受體染色體DNA，經(jīng)復(fù)制和細(xì)胞分裂后形成重組體。
枯草芽孢桿菌的自然轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)：
1）　枯草芽孢桿菌等革蘭氏陽性菌細(xì)胞對(duì)雙鏈DNA的吸附和攝取是沒有特異性的，轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化給體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系，關(guān)系越近，則DNA之間的同源性也越高，就越容易在DNA之間發(fā)生重組，產(chǎn)生轉(zhuǎn)化子。
2）　自然感受態(tài)除了對(duì)線型染色體DNA分子的攝取外，也能攝取質(zhì)粒DNA，但在通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多，這是因?yàn)橘|(zhì)粒作為細(xì)菌染色體外獨(dú)立存在的遺傳物質(zhì)和染色體DNA同源性很差（否則會(huì)因?yàn)楹腿旧�體DNA之間的重組而不穩(wěn)定），這樣被切割成單鏈后進(jìn)入細(xì)胞的質(zhì)粒DNA將很難通過重組重新恢復(fù)成有活性的狀態(tài)（雙鏈閉合環(huán)狀），或通過整合進(jìn)染色體而使相關(guān)性狀得到表達(dá)；如要提高質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率，可以用二種方法：i）使質(zhì)粒形成多聚體，這樣進(jìn)入細(xì)胞后重新組合成有活性的質(zhì)粒的幾率大大提高；ii）在質(zhì)粒上插入受體菌染色體的部分片段，或?qū)①|(zhì)粒轉(zhuǎn)化進(jìn)含有與該質(zhì)粒具有同源區(qū)段的質(zhì)粒的受體菌-------重組獲救。
3）　噬菌體DNA也可被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒，這個(gè)過程被稱為轉(zhuǎn)染(transfection)，其特點(diǎn)是提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的（而非病毒感染）途徑進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。
現(xiàn)在把DNA轉(zhuǎn)移至動(dòng)物細(xì)胞的過程也稱轉(zhuǎn)染。��
主要有如下幾個(gè)因素會(huì)對(duì)微生物菌種的穩(wěn)定性造成影響：
1． 變異：即通過變異而失去重要的遺傳特性，例如發(fā)酵生產(chǎn)能力下降，或研究中所需要的營(yíng)養(yǎng)缺陷型由于回復(fù)突變等而改變
2． 污染：由于微生物在自然界中種類多，分布廣，空氣、桌面、皮膚表面都有大量的各種微生物存在，因此在進(jìn)行微生物菌種操作（包括接種、培養(yǎng)等）時(shí)非常容易污染，從而造成菌種的丟失。
3． 死亡：微生物容易在實(shí)驗(yàn)室里用人工配制的各種培養(yǎng)基培養(yǎng)，但如果超過時(shí)間不轉(zhuǎn)接菌種，由于疏忽培養(yǎng)條件發(fā)生改變，及其它各種以外情況（如冰箱停電）都容易造成菌種的死亡。而且這種損失有時(shí)是不可挽回的。
菌種保藏：在一定時(shí)間內(nèi)使菌種不死、不變、不亂
第九章
目前常用的三種體外DNA連接方法為：
① 用T4或E.coli DNA連接酶可連接具有互補(bǔ)粘性末端的DNA片段；
② 用T4 DNA連接酶連接具有平末端的DNA片段；
③ 先在DNA片段末端加上人工接頭，使其形成粘性末端，然后再行連接。
④ 將粘性末端補(bǔ)平或修平（用單鏈酶，如綠豆芽核酸酶）連接
柯斯質(zhì)粒用于克隆大片段的DNA分子特別有效，而這種特性對(duì)于研究高等生物的基因組十分重要。其特點(diǎn)：
1）具有λ噬菌體的特性：在克隆了外源片段后可在體外被包裝成噬菌體顆粒，高效地感染對(duì)λ噬菌體敏感的大腸桿菌細(xì)胞。進(jìn)入寄主的柯斯質(zhì)粒DNA分子，按照λ噬菌體DNA的方式環(huán)化， 但無法按噬菌體的方式生活，更無法形成子代噬菌體顆粒。
2）具有質(zhì)粒載體的特性：在寄主細(xì)胞內(nèi)如質(zhì)粒一樣進(jìn)行復(fù)制，攜帶有抗性基因和克隆位點(diǎn)，并具氯霉素?cái)U(kuò)增效應(yīng)。
3）具有高容量的克隆能力：柯斯質(zhì)粒本身一般只有5～7kb左右，而它克隆外源DNA片段的極限值竟高達(dá)45kb，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過質(zhì)粒載體及λ噬菌體載體的克隆能力。同時(shí)，由于包裝限制，柯斯質(zhì) 粒載體的克隆能力還存在一個(gè)最低極限值。例如， 5 kb大小的 柯斯質(zhì)粒載體，插入的外源片段至少不能小于30 kb。
M13是大腸桿菌絲狀噬菌體，其基因組為環(huán)狀ssDNA，大小為6407bp。其生活史為：
1）通過性毛感染雄性（F+或Hfr）大腸桿菌，或通過轉(zhuǎn)染進(jìn)入雌性大腸桿菌細(xì)胞；
2）進(jìn)入細(xì)胞后，轉(zhuǎn)變成復(fù)制型 (RF) dsDNA，然后以滾環(huán)方式制出ssDNA。每當(dāng)復(fù)制出單位長(zhǎng)度正鏈，即被切出和環(huán)化，并被立即組裝成子代噬菌體和以出芽方式（即宿主細(xì)胞不被裂解）被釋放至胞外。
M13克隆載體是對(duì)野生型M13進(jìn)行改造后建成，其特點(diǎn)是雖然克隆外源DNA的能力較小，一般只適于克隆300～400bp的外源DNA片段，但特別適合用于制備克隆基因的單鏈DNA。主要被用于制備測(cè)序用單鏈DNA模板、特異的單鏈DNA探針，進(jìn)行定位誘變等，也可用于噬菌體展示（phage display
第十章　 微生物的生態(tài)
有關(guān)基本概念：
生態(tài)系統(tǒng)：在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。
生態(tài)學(xué)：研究生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系
微生物生態(tài)學(xué)：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系
第一節(jié)　　　 自然界中的微生物
一、空氣中的微生物
分布特點(diǎn)：1．無原生的微生物區(qū)系2．來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)，
3．種類主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)4．?dāng)?shù)量取決于塵埃數(shù)量
5.在空氣中的停留時(shí)間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)6． 與人類生活關(guān)系密切
二、 水體中的微生物
一）　江河水　　　　特點(diǎn)：
1) 數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；　2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底；3) 淡水中的微生物是可以運(yùn)動(dòng)的，而且某些淡水中的細(xì)菌例如柄細(xì)菌具有很異常的形態(tài)，這些異常形態(tài)使得菌體的表面積與體積之比增加，從而使這些微生物能有效地吸收有限的營(yíng)養(yǎng)物；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對(duì)健康不利的細(xì)菌，因此不宜作為飲用水源；5）水體自身存在自我凈化作用：
（二）海水
1）嗜鹽，真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長(zhǎng)的。
2）低溫生長(zhǎng)，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌多為嗜冷菌。
3 ）耐高壓（特別是生活在深海的細(xì)菌），少數(shù)微生物甚至可在600個(gè)大氣壓下生長(zhǎng)，
4） 大多數(shù)海洋細(xì)菌為G—細(xì)菌，并具有運(yùn)動(dòng)能力；
（三）水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用和“水花”、“赤潮”
當(dāng)水體接受了大量的有機(jī)物或無機(jī)物，特別是磷酸鹽和無機(jī)氮化合物，引起水的富營(yíng)養(yǎng)化。由于水中含有過多的含氮、磷等的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，引起藻類過量生長(zhǎng)，產(chǎn)生大量的有機(jī)物（藻類）異養(yǎng)微生物氧化這些有機(jī)物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開始大量生長(zhǎng)和代謝，并分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S，從而導(dǎo)致水有難聞的氣味，并由于缺氧引起魚和好氧微生物的死亡，最終引起水出現(xiàn)大量沉淀物和水體顏色異常。上述過程又稱富營(yíng)養(yǎng)化作用，它是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結(jié)果。在水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用中，藻類、藍(lán)細(xì)菌等的大量繁殖使水體出現(xiàn)顏色，并變得渾濁，許多藻類團(tuán)塊漂浮在水面上，從而形成所謂的“水花”或“水華”（water bloom）在海洋中，某些甲藻類大量繁殖也可也可以形成水花，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色，即所謂的赤潮或紅潮（red tides）。
三、土壤中的微生物
1）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營(yíng)養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類型的不同而有很大變化。
2）土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影響；
3）微生物的數(shù)量也與于土層的深度有關(guān)，一般土壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。zxtf.net.cn
四、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物
1．微生物引起的工業(yè)產(chǎn)品的霉腐2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物
五、極端環(huán)境下的微生物
極端環(huán)境下微生物的研究有三個(gè)方面的重要意義：(1)開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；(2)為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域，如：功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；(3)為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供新的材料。
1、嗜熱微生物2、嗜冷微生物3、嗜酸微生物4、嗜堿微生物5、嗜鹽微生物6、嗜壓微生物
六、不可培養(yǎng)的微生物
在自然界中存在的微生物中，已為人們所認(rèn)識(shí)的僅占很小一部分（通常認(rèn)為僅10%，有人認(rèn)為在土壤中生活的微生物僅有1%可用目前的方法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)），其中的原因就在于在在自然界中存在的大多數(shù)微生物在目前的條件下不能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工培養(yǎng)，不可能得到其純培養(yǎng)并對(duì)其進(jìn)行形態(tài)及生理、遺傳等特性進(jìn)行研究。CARL WOESE在1977就提出的用rRNA（原核的16s和真核的18s）揭示生物的系統(tǒng)發(fā)育的方法為我們研究并開發(fā)不可培養(yǎng)微生物提供了可能。其方法通常是用各種特定的引物（例如所有真細(xì)菌（eubacteria）的保守16s rRNA區(qū)段或某種微生物的特異DNA或16s rRNA保守序列等）進(jìn)行PCR從各種生態(tài)環(huán)境中克隆16s rRNA，并對(duì)其進(jìn)行序列分析和同源性分析，發(fā)現(xiàn)和開發(fā)不可培養(yǎng)微生物。
第二節(jié)　　　 微生物與生物環(huán)境間的相互關(guān)系
自然環(huán)境中的微生物一般都不是單獨(dú)存在的，存在個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)從低到高的組織層次
群體（population）：具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，是組成群落的基本組分。
群落（community）：在一定區(qū)域或一定生態(tài)環(huán)境內(nèi)，各種生物群體構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)單位，群落中各生物群體之間存在各種相互作用。
生態(tài)系統(tǒng)（ecosystems）：生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結(jié)合起來的一個(gè)整體。生態(tài)系統(tǒng)是生物圈的組成單元，生物圈內(nèi)的任何一個(gè)相對(duì)完整的自然整體都可以被看作為生態(tài)系統(tǒng)，如一個(gè)池塘，一片森林，一個(gè)污水處理池，等等。
生物圈（biosphere）：地球上所有生物及其所生活的非生命環(huán)境的總稱。
一般來說，在生態(tài)系統(tǒng)中生物之間的相互關(guān)系歸納起來有如下三種：
1．　有利關(guān)系：一種生物的生長(zhǎng)和代謝對(duì)另一種生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生有利的影響，或相互有利；
2．　有害關(guān)系：一種生物的生長(zhǎng)對(duì)另一種生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生有害的影響，或相互有害；
3．　 中性關(guān)系：二種生物生活在一起時(shí)，彼此對(duì)對(duì)方的生長(zhǎng)代謝無明顯的有利或有害影響。
微生物間及微生物與其它生物間最常見的幾種相互關(guān)系
一、互生
二種可以單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們生活在一起時(shí)，通過各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的一種生活方式。因此，這是一種“可分可合，合比分好”的相互關(guān)系
（一）　 微生物間的互生關(guān)系　　在自然界中，微生物間的互生關(guān)系非常普遍，也很重要。
（二）　　人體腸道正常菌群　 人體腸道正常菌群與宿主間的關(guān)系，主要是互生關(guān)系，但在某些特殊條件下，也會(huì)轉(zhuǎn)化為寄生關(guān)系。
二、　共生
二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體。
共生一般有二種情況：互惠共生（二者均得利）和偏利共生（一方得利，但另一方并不受害）
（一）　 微生物間的共生關(guān)系
例如地衣　 地衣是微生物間典型的互惠共生形式，它是藻類和真菌的共生體，
結(jié)構(gòu)上的共生：　　　　　　　　　　生理上的共生：這種共生關(guān)系具有重要的生態(tài)學(xué)意義，對(duì)土壤形成具有重要作用。
（二）　　微生物和植物間的共生關(guān)系
根瘤菌與豆科植物間的共生關(guān)系就是典型的例子------形成根瘤共生體。根瘤菌固定大氣中的氣態(tài)氮為植物提供氮素養(yǎng)料，而豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長(zhǎng)，同時(shí)，還為根瘤菌提供保護(hù)和穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件。
（三）　 微生物與動(dòng)物的共生關(guān)系
1． 與昆蟲的共生關(guān)系1）外共生：2）內(nèi)共生：　　　　 2．與反芻動(dòng)物的共生關(guān)系
反芻動(dòng)物，如牛、羊、駱駝、長(zhǎng)頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們?cè)诹鑫钢薪?jīng)微生物發(fā)酵變成有機(jī)酸和菌體蛋白再供動(dòng)物吸收利用。與此同時(shí)，瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)條件
三、 寄生　　 所謂寄生，一般指一種小型生物生活在另一種相對(duì)較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營(yíng)養(yǎng)和進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象�！� 前者稱為寄生物（parasite），后者稱為寄主或宿主（host）
（一）　 微生物間的寄生　　 1．噬菌體—細(xì)菌；　 2．蛭弧菌—細(xì)菌；　 3.真菌—真菌；　 4．真菌、細(xì)菌—原生動(dòng)物；
（二） 微生物與動(dòng)植物
各種各樣的致病菌多是行寄生生活
擇生生物，現(xiàn)一般稱為悉生生物或定菌生物（Gnotobiote）指整個(gè)個(gè)體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物。與通常攜帶眾多種類微生物且數(shù)量很多的普通生物相比，用它做實(shí)驗(yàn)研究有很多優(yōu)點(diǎn)：干擾因素少，操作易控制，既可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，對(duì)于了解微生物與宿主之間復(fù)雜的關(guān)系及其機(jī)理具有十分重要的作用。
四、拮抗　 所謂拮抗，系指某種生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長(zhǎng)發(fā)育甚至將后者殺死。
在一般情況下，拮抗多是指微生物間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”，最典型的就是抗生菌所產(chǎn)生的能抑制其它生物生長(zhǎng)發(fā)育的抗生素；
此外，有時(shí)因某種微生物的生長(zhǎng)而引起的其它條件的改變（例如缺氧、pH改變等），從而抑制它種生物的現(xiàn)象也稱拮抗。
五、競(jìng)爭(zhēng)　 競(jìng)爭(zhēng)：兩個(gè)種群因需要相同的生長(zhǎng)基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長(zhǎng)率和種群密度受到限制時(shí)發(fā)生的相互作用，其結(jié)果對(duì)兩種種群都是不利的。
六、捕食　　捕食：一種種群被另一種種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)被食者種群產(chǎn)生不利影響。
對(duì)微生物來說，一般有如下幾種情況：
1．原生動(dòng)物吞食細(xì)菌和藻類；　　　2．粘細(xì)菌吞食細(xì)菌和其它微生物；　　　 3．真菌捕食線蟲和其它原生動(dòng)物；
第三節(jié)　微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用
生態(tài)系統(tǒng)是生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結(jié)合起來的一個(gè)整體
特點(diǎn)：在一定的空間內(nèi)，生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。
生物成分按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，可劃分為三大類群：生產(chǎn)者（從無機(jī)物合成有機(jī)物，例如植物、某些微生物）、消費(fèi)者（利用有機(jī)物進(jìn)行生活，一般不能將有機(jī)物直接分解成有機(jī)物，例如動(dòng)物、某些微生物）和分解者（分解有機(jī)物成無機(jī)物，形成完整的物質(zhì)循環(huán)）。微生物可以在多個(gè)方面但主要作為分解者而在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用。
　　　　　　　 第十一章
病原微生物(Pathogenic microorganism)：寄生于生物(包括人)機(jī)體并引起疾病的微生物。又稱病原體(pathogen)。��
感染(infection)，又稱傳染：機(jī)體與病原體在一定條件下相互作用而引起的病理過程。
病原體、宿主和環(huán)境是決定傳染結(jié)局的三個(gè)因素
感染的建立，首先需有病原體的接觸。它們具有侵襲宿主機(jī)體，在其中生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)生毒性物質(zhì)等能力。
感染不是疾病的同義詞，
大多數(shù)的感染為亞臨床的、不明顯的、不產(chǎn)生任何顯著的癥狀與體征。
有些病原體在最初感染后，潛伏影響可持續(xù)多年。病原體亦可與宿主建立起共生關(guān)系。
傳染�。河捎猩�命力的病原體引起的疾病，與由其它致病因素引起的疾病在本質(zhì)上是有區(qū)別的。
傳染病的基本特征是有病原體，有傳染性，有流行性、地方性和季節(jié)性，有免疫性。��
免疫(immunity)：生物體能夠辯認(rèn)自我與非自我，對(duì)非我做出反應(yīng)以保持自身穩(wěn)定的功能，
傳統(tǒng)的免疫概念是機(jī)體抵抗病原微生物的能力，即抗傳染免疫。隨著科學(xué)的發(fā)展，免疫的的現(xiàn)代概念已大大超出了抗傳染免疫的范圍。實(shí)際上，機(jī)體除了對(duì)微生物的刺激，能發(fā)生免疫反應(yīng)外，對(duì)一切抗原異物甚至改變了的自身成分也能發(fā)生反應(yīng)，并且反應(yīng)的結(jié)果可能是對(duì)身體有利的，也可能是有害的。
免疫功能的分類：
類別
功能正常 功能異常 免疫防御
抵御病原體的侵害和中和其毒素（抗傳染免疫）
變態(tài)反應(yīng)、反復(fù)感染或免疫缺陷綜合癥
免疫穩(wěn)定
清除體內(nèi)自然衰老或損傷的細(xì)胞，進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)，以維護(hù)機(jī)體內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定性
識(shí)別紊亂，導(dǎo)致自身免疫病的發(fā)生
免疫監(jiān)視
某些免疫細(xì)胞發(fā)現(xiàn)并清除突變的自身細(xì)胞（癌細(xì)胞）
功能失調(diào)時(shí)，導(dǎo)致癌變或持續(xù)感染的發(fā)生
一、感染的途徑與方式��
1. 感染的途徑
外源性感染：來源于宿主體外的感染稱為外源性感染，主要來自病人、健康帶菌(毒)者和帶菌(毒)動(dòng)、植物。
內(nèi)源性感染：而當(dāng)濫用抗生素導(dǎo)致菌群失調(diào)或某些因素致使機(jī)體免疫功能下降時(shí)，宿主體內(nèi)的正常菌群可引起感染稱內(nèi)源性感染。
2. 感染的部位及方式
二、微生物的致病性��
1. 細(xì)菌的致病性：細(xì)菌的致病性是對(duì)特定宿主而言，能使宿主致病的為致病菌，反之為非致病菌，但二者并無絕然界限。有些細(xì)菌在一般情況下不致病，但在某些條件改變的特殊情況下亦可致病，稱為條件致病菌(opportunistic pathogen)或機(jī)會(huì)致病菌。病原菌致病力的強(qiáng)弱稱為毒力，其侵襲力和毒素是構(gòu)成毒力的基礎(chǔ)。��
2. 1）侵襲力(invasiveness)：病原菌突破宿主防線，并能于宿主體內(nèi)定居、繁殖、擴(kuò)散的能力，稱為侵襲力。
（1）吸附和侵入能力：細(xì)菌通過具有粘附能力的結(jié)構(gòu)如革蘭氏陰性菌的菌毛粘附于宿主的呼吸道、消化道及泌尿生殖道粘膜上皮細(xì)胞的相應(yīng)受體，于局部繁殖，積聚毒力或繼續(xù)侵入機(jī)體內(nèi)部。例如淋病奈瑟氏球菌的菌毛可使其吸附于尿道粘膜上皮的表面而不被尿液沖走；變異鏈球菌（Streptococcus mutants）能用蔗糖合成葡聚糖，使細(xì)菌與牙齒表面粘連成菌班，而其它細(xì)菌例如乳桿菌（Lactobacillus）可在菌班上進(jìn)一步發(fā)酵蔗糖產(chǎn)生大量有機(jī)酸（pH降低至4.5左右），二者共同作用，導(dǎo)致牙釉質(zhì)和牙質(zhì)脫鈣，造成齲齒。
病原菌宿主細(xì)胞表面后，有的不再侵入，僅在原處生長(zhǎng)繁殖并引起疾病，如霍亂弧菌（Vibrio），有的侵入細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)繁殖并產(chǎn)生毒素，使細(xì)胞死亡，造成潰瘍，例如痢疾志賀氏菌（Shigella ddysenteriae），有的則通過粘膜上皮細(xì)胞或細(xì)胞間質(zhì)侵入表層下部組織或血液中進(jìn)一步擴(kuò)散，例如溶血鏈球菌（Streptococcus haemolyticus）引起的化膿性感染等。
（2）繁殖與擴(kuò)散能力：產(chǎn)生、分泌水解性酶類，使組織疏松、通透性增加，有利于病原菌擴(kuò)散。例如鏈球菌產(chǎn)生的透明質(zhì)酸酶（水解機(jī)體結(jié)締組織中的透明質(zhì)酸，從而使該組織疏松、通透性增加，有利于病原菌迅速擴(kuò)散，引起全身感染）、鏈激酶、鏈道酶等可協(xié)助細(xì)菌擴(kuò)散。
（3）對(duì)宿主防御機(jī)能的抵抗能力：��a）細(xì)菌的莢膜和微莢膜具有抗吞噬和體液殺菌物質(zhì)的能力，有助于病原菌于在體內(nèi)存活，例如肺炎球菌的莢膜。b）致病性葡萄球菌產(chǎn)生的血漿凝固酶有抗吞噬作用（加速血漿凝固成纖維蛋白屏障，以保護(hù)病原菌免受宿主的吞噬細(xì)胞和抗體的作用）；c）有些可分泌一些活性物質(zhì)如溶血素，抑制白細(xì)胞的趨化作用；d）有的具抵抗在吞噬細(xì)胞內(nèi)殺被死的能力，能在吞噬細(xì)胞內(nèi)寄生（二者力量平衡時(shí)，則細(xì)胞內(nèi)寄生狀態(tài)可持續(xù)存在，若失去平衡，則必有一方受到傷害），等等。
外毒素與內(nèi)毒素的比較
項(xiàng)目
外毒素 內(nèi)毒素 產(chǎn)生菌 革蘭氏陽性菌為主 革蘭氏陰性菌
化學(xué)成分 蛋白質(zhì) 脂多糖(LPS)　釋放時(shí)間 一般隨時(shí)分泌菌體死亡裂解后釋放
致病特異性　不同外毒素各不相同　不同病原菌的內(nèi)毒素作用基本相同　毒性 強(qiáng)* 弱　抗原性 完全原，抗原性強(qiáng) 不完全抗原，抗原性弱　　　制成類毒素 能 不能　　熱穩(wěn)定性差　耐熱性強(qiáng)
*1mg肉毒毒素純品可殺死2億（2000萬）只小鼠或一百萬只豚鼠，中毒的死亡率幾近100%，但及時(shí)注射抗毒素及對(duì)癥治療可使之降低。1mg破傷風(fēng)毒素可殺死100萬只小鼠，1mg白喉毒素可殺死1000只豚鼠。
傳染的類型：
1．　隱性傳染
如果宿主的免疫力很強(qiáng)，而病原體的毒力相對(duì)較弱，數(shù)量又較少，傳染后只引起宿主的輕微傷害，且很快就將病原體徹底消滅，因而基本上不表現(xiàn)臨床癥狀。
2． 帶菌狀態(tài)
如果病原體與宿主雙方都有一定的優(yōu)勢(shì)，但病原體僅被限制于某一局部且無法大量繁殖，二者長(zhǎng)期處于僵持狀態(tài)，就稱為帶菌狀態(tài)。這種長(zhǎng)期處于帶菌狀態(tài)的宿主，稱為帶菌者。在隱性傳染或傳染病痊愈后，宿主有可能會(huì)成為帶菌者，如不注意，就成為該傳染病的傳染源，十分危險(xiǎn)。這種情況在傷寒、白喉等傳染病中時(shí)有發(fā)生。
3． 顯性傳染
如果宿主的免疫力較低，或入侵病原菌的毒力較強(qiáng)、數(shù)量較多，病原菌很快在體內(nèi)繁殖并產(chǎn)生大量有毒產(chǎn)物，使宿主的細(xì)胞和組織蒙受嚴(yán)重?fù)p害，生理功能異常，于是就出現(xiàn)了一系列臨床癥狀，這就是顯性傳染。
按發(fā)病時(shí)間的長(zhǎng)短，可將將顯性傳染分為急性傳染和慢性傳染二種。前者的病程僅數(shù)日至數(shù)周，如流行性腦膜炎和霍亂等；后者的病程往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)月至數(shù)年，如結(jié)核病、麻風(fēng)病等。
急性傳染病一般由對(duì)宿主吞噬細(xì)胞吞噬敏感的病原體造成，這些病原體在機(jī)體內(nèi)被吞噬細(xì)胞吞噬后即被迅速破壞，屬于細(xì)胞外寄生物，即它們傷害宿主組織僅在吞噬細(xì)胞外的時(shí)間內(nèi)。而與此相反，細(xì)胞內(nèi)寄生物能在細(xì)胞內(nèi)存活和繁殖，常引起慢性病。
非特異性免疫：
一、 生理屏障��
二、 1.　 皮膚與粘膜：
1）機(jī)械的阻擋和排除作用：健康機(jī)體的外表面覆蓋著連續(xù)完整的皮膚和粘膜結(jié)構(gòu)，其外面的角質(zhì)層是堅(jiān)韌的，不可滲透的，組成了阻擋微生物入侵的有效屏障。
2）分泌液中所含化學(xué)物質(zhì)有局部抗菌作用：汗腺分泌物中的乳酸和皮膚腺分泌物中的長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸均有一定的殺菌抑菌能力。多種分泌性體液含有殺菌的成分，如唾液、淚水、乳汁、鼻涕及痰中的溶菌酶、胃液的胃酸、精液的精胺等。
機(jī)體呼吸道、消化道、泌尿生殖道表面由粘膜覆蓋，其表面屏障作用較弱，但有多種附件和分泌物。粘膜所分泌的粘液具有化學(xué)性屏障作用，并且能與細(xì)胞表面的受體競(jìng)爭(zhēng)病毒的神經(jīng)氨酸酶而抑制病毒進(jìn)入細(xì)胞。當(dāng)微生物和其它異物顆粒落入附于粘膜面的粘液中，機(jī)體可用機(jī)械的方式如纖毛運(yùn)動(dòng)、咳嗽和噴嚏而排出，同時(shí)還有眼淚、唾液和尿液的清洗作用。
3）共生菌群　人的體表和與外界相通的腔道中存在大量正常菌群，通過在表面部位競(jìng)爭(zhēng)必要的營(yíng)養(yǎng)物，或者產(chǎn)生如象大腸桿菌素、酸類、脂類等抑制物，而抑制多數(shù)具有疾病潛能的細(xì)菌或真菌生長(zhǎng)。臨床上長(zhǎng)期大量應(yīng)用廣譜抗菌素，腸道內(nèi)對(duì)藥物敏感的細(xì)菌被抑制，破壞了菌群間的拮抗作用，則往往引起菌群失調(diào)癥，如耐藥性金黃色葡萄球菌性腸炎。��
2.生理上的屏障結(jié)構(gòu)
體內(nèi)的某些部位具有特殊的結(jié)構(gòu)而形成阻擋微生物和大分子異物進(jìn)入的局部屏障，對(duì)保護(hù)該器官，維持局部生理環(huán)境恒定有重要作用。
1）血腦屏障：不是一種專有的解剖結(jié)構(gòu)，主要由軟腦膜、脈絡(luò)叢、腦毛細(xì)血管壁及其外的腦星形細(xì)胞組成的，具有細(xì)胞間連接緊密、胞飲作用弱的特點(diǎn)，可阻擋病原體及其有毒產(chǎn)物從血液透入腦組織或腦脊液，從而保護(hù)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。嬰幼兒因其血腦屏障還未發(fā)育完善，故易患腦膜炎或流行性乙型腦炎等傳染病。
2）血胎屏障：由懷孕母體子宮內(nèi)膜的基蛻膜和胎兒的絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞共同組成，當(dāng)它發(fā)育成熟（一般在妊娠3個(gè)月）后，能阻擋病原微生物由母體通過胎盤感染胎兒，但并不妨礙母子間的物質(zhì)交換。��
二、細(xì)胞因素��
三、體液因素
四、炎癥(inflammatory)��
免疫應(yīng)答的基本過程
免疫應(yīng)答十分復(fù)雜，其過程分為感應(yīng)階段、反應(yīng)階段和效應(yīng)階段。
1．　感應(yīng)階段
這是機(jī)體接受抗原刺激的階段。巨噬細(xì)胞（非特異性免疫的細(xì)胞因素）在此階段起重要作用，抗原進(jìn)入機(jī)體后，一般到達(dá)周圍淋巴器官，在那里發(fā)生免疫應(yīng)答。除少數(shù)可溶性物質(zhì)可直接作用于淋巴細(xì)胞外，大多數(shù)抗原都要經(jīng)過巨噬細(xì)胞的處理。經(jīng)過處理后，抗原決定簇與巨噬細(xì)胞的RNA組成復(fù)合物，可增強(qiáng)免疫原性。
巨噬細(xì)胞將抗原信息傳遞給T細(xì)胞，引起細(xì)胞免疫。
大多數(shù)引起體液免疫的抗原，也要經(jīng)巨噬細(xì)胞處理后，將抗原信息傳遞給輔助性T細(xì)胞，再傳給B細(xì)胞，少數(shù)抗原可不經(jīng)巨噬細(xì)胞，直接刺激B細(xì)胞，由抗原誘導(dǎo)免疫應(yīng)答，免疫活性細(xì)胞表面有抗原受體，所以能夠識(shí)別抗原。每個(gè)淋巴細(xì)胞表面只有一種抗原受體，只能識(shí)別一種抗原，當(dāng)它們結(jié)合后，抗原刺激細(xì)胞增殖、分化而產(chǎn)生免疫應(yīng)答。
2．　反應(yīng)階段
淋巴細(xì)胞識(shí)別抗原后，即活化進(jìn)入反應(yīng)階段。
在這一階段中，T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為淋巴母細(xì)胞，再增殖、分化，成為有免疫效應(yīng)的致敏淋巴細(xì)胞。
B細(xì)胞被活化后，轉(zhuǎn)化為漿母細(xì)胞，再增殖、分化為漿細(xì)胞，分泌抗體。
致敏淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞是終末細(xì)胞，不再分化，壽命短，只有幾天。
受抗原刺激的淋巴細(xì)胞，在分化過程中，還有一部分細(xì)胞在中途停頓下來，不再增殖分化，成為記憶細(xì)胞，在體內(nèi)能較長(zhǎng)時(shí)間存在。當(dāng)再次受到同種抗原刺激時(shí)，能迅速分化增殖成大量致敏淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞，分別產(chǎn)生大量淋巴因子及抗體。
3． 效應(yīng)階段
在免疫應(yīng)答的效應(yīng)階段，抗原成為被打擊的對(duì)象。抗體和致敏淋巴細(xì)胞都可以與抗原結(jié)合產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)。當(dāng)同種抗原再次侵入機(jī)體時(shí)，致敏T細(xì)胞可直接作用于抗原，同時(shí)釋放多種淋巴因子消滅抗體，行使細(xì)胞免疫功能�？贵w也可直接作用于抗原，或與巨噬細(xì)胞、補(bǔ)體等協(xié)同作用，消滅或破壞抗原，完成體液免疫作用。
第十二章
建立16 S r RNA系統(tǒng)發(fā)育樹的意義
a）使生物進(jìn)化的研究范圍真正覆蓋所有生物類群；
傳統(tǒng)的生物進(jìn)化研究，主要基于復(fù)雜的形態(tài)學(xué)和化石記載，因此多限于研究后生生物（metazoa），而后者僅占整個(gè)生物進(jìn)化歷程的1/5
b）提出了一種全新的正確衡量生物間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的方法；
c）對(duì)探索生命起源及原始生命的發(fā)育進(jìn)程提供了線索和理論依據(jù)；
d）突破了細(xì)菌分類僅靠形態(tài)學(xué)和生理生化特性的限制，建立了全新的微生物分類、鑒定理論；
e）為微生物生物多樣性和微生物生態(tài)學(xué)研究建立了全新的研究理論和研究方法，特別是不經(jīng)培養(yǎng)直接對(duì)生態(tài)環(huán)境中的微生物進(jìn)行研究。
“Taxonomists' counts suggest that insects dominate the diversity game, but new analyses reveal that microbes are the real winners.”
核酸的堿基組成和分子雜交：
與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對(duì)DNA的堿基組成的比較和進(jìn)行核酸分子雜交是直接比較不同微生物之間基因組的差異，因此結(jié)果更加可信。
1. DNA的堿基組成(G+Cmol%)
DNA堿基因組成是各種生物一個(gè)穩(wěn)定的特征，即使個(gè)別
基因突變，堿基組成也不會(huì)發(fā)生明顯變化。
分類學(xué)上，用G+C占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)(G+Cmol%)來表示各類生物的DNA堿基因組成特征。
1）每個(gè)生物種都有特定的GC%范圍，因此后者可以作為分類鑒定的指標(biāo)。細(xì)菌的GC%范圍為25--75%，變化范圍最大，因此更適合于細(xì)菌的分類鑒定。
2）GC%測(cè)定主要用于對(duì)表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作出鑒定，并可檢驗(yàn)表型特征分類的合理性， 從分子水平上判斷物種的親緣關(guān)系。
3）使用原則：
G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定每一種生物都有一定的堿基組成，親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)該具有相似的G+C含量，若不同生物之間G+C含量差別大表明它們關(guān)系遠(yuǎn)。
但具有相似G+C含量的生物并不一定表明它們之間具有近的親緣關(guān)系。
同一個(gè)種內(nèi)的不同菌株G+C含量差別應(yīng)在4～5%以下；同屬不同種的差別應(yīng)低于10～15%。所以G+C含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項(xiàng)基本特征，它對(duì)于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。
若二個(gè)在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其G+C含量的差別大于5%，則肯定不是同一個(gè)種，大于15%則肯定不是同一個(gè)屬。
在疑難菌株鑒定、新種命名、建立一個(gè)新的分類單位時(shí)，G+C含量是一項(xiàng)重要的，必不可少的鑒定指標(biāo)。其分類學(xué)意義主要是作為建立新分類單元的一項(xiàng)基本特征和把那些G+C含量差別大的種類排除出某一分類單元。

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