【正文】 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、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的。 2）低溫生長，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，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，引起水的富營養(yǎng)化。由于水中含有過多的含氮、磷等的營養(yǎng)物質(zhì)，引起藻類過量生長，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。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。嗜熱微生物嗜冷微生物嗜酸微生物嗜堿微生物嗜鹽微生物嗜壓微生物六、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（munity）：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：一種生物的生長和代謝對(duì)另一種生物的生長產(chǎn)生有利的影響，或相互有利；2．　有害關(guān)系：一種生物的生長對(duì)另一種生物的生長產(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，同時(shí)，還為根瘤菌提供保護(hù)和穩(wěn)定的生長條件。（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養(yǎng)和生長條件三、 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，從中取得營養(yǎng)和進(jìn)行生長繁殖，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；　 —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發(fā)育的抗生素；此外，有時(shí)因某種微生物的生長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、競爭　 競爭：兩個(gè)種群因需要相同的生長基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長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。19 /