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20世纪生命科学取得了两次革命性进展 ，第一次是孟德尔遗传定律的再发现和摩尔根的基因论
，第二次是沃森和克里克的DNA双螺旋模型及随后分子生物学飞速发展
。分子生物学的成熟和计算机科学的发展，使人类有能力破译自身的全部密码 ，由此于1990年启动了“人类基因组计划 ”。它和“曼哈顿工程
”和“阿波罗登月计划”并称20世纪绵三大科学计划 。到2003年
，人类基因组30亿个碱基的序列将全部被测定，接着人类将进入破译遗传密码、研究5-10个基因功能的后基因组时代
。那时 ，包括人自身在内的生命活动的最本质的过程和规律将被阐明。生物信息学不仅在破译遗传密码中发挥了根本作用，还将对蛋白质等生物大分子进行结构模拟和药物设计 。在21世纪生命活动的基本过程和规律已经澄清
，这为生物技术的腾飞提供了原动力
。正在发展的生物信息技术
、生物芯片技术、胚胎干细胞等关键技术，加上已经成熟的克隆技术 、转基因技术等不仅使生物技术产业成为21世纪最重要的产业 ，也将深刻改变人类的医疗卫生
、农业、人口和食品状况
，同时生命科学生物技术的发展也向人类社会和伦理道德提出了严峻的挑战。

生命科学是研究生命活动的过程 、规律以及生命体与环境相互作用规律的科学

二
、生物学

分子生物学本身在下世纪仍将继续保持蓬勃发展的势头 。结构分子生物学将从生物大分子到细胞之间的层次切入。单个生物大分子功能自组装和操纵的研究，将与纳米技术、生物芯片技术等高新技术汇集起来 ，模拟天然细胞器的功能
，发展各种用途分子机械
。细胞的两个信息系统，即染色体上的遗传信息系统与细胞质内信号系统（受体 、信号传递分子）之间的关系和相互作用将研究细胞生长
、分化和功能活动的焦点 ，并得到迅速发展。

20世纪生物学最宏伟的《人类基因组计划》从1990年起的顺利实施
，大大加速了生命科学各方面的发展 。下世纪初，人和其他模式生物（微生物、线虫 、果蝇
、斑马鱼、拟南芥菜 、水稻等）基因组作图和测序将陆续完成
。分子生物学研究的重点也将从基因组扩展到蛋白质组。在这种发展形势下 ，生物学正进入“后基因组时代 ”（postgenome era）
，或者说功能基因组时代 。

从总体看来，以基因组研究为核心 ，在方法学上分析与综合想结合，比较和实验相结合
，微观与宏观相结合，来探讨生命的本质和起源 ，遗传、发育和进化的理论大综合
，以及阐明脑高级功能活动，将是下一世纪生物学基础理论研究的大趋势
。

我国生物学在某些方面达到了世界先进水平 ，如人工合成有活性的胰岛素和tRNA等。改革开放20年来
，发展速度更为空前 。在学科布局和专业设置上，新建了分子生物学
、细胞生物学、神经生物学 、生物技术等一批新学科和专业 ，并创办了相应的研究所（室）
，为国家培养了大量研究和教学人才
。1987年开始实施的《国家高技术研究发展计划，生物技术领域》（简称“863”计划）对促进大学分子生物学实验室装备现代化和实验技术的发展也起了很大作用。面对下世纪世界将进入全球化知识经济时代的形势 ，我国政府在1997年提出《国家重点基础研究发展规划》（简称（“973
”规划）
，加大了对基础研究投入 。瞄准国家目标和国际前沿，在农业
、人口与健康、资源和环境等方面逐步实施一批与生物学有关的重大项目
。

然而 ，我国生物学基础研究总体上落后的状况，并没有得到根本的改善。面对国际生命学已进入后基因组时代
，我国生物学基础研究与国际的差距还有更加拉大的危险 。

重点发展方向展望

21世纪初期对我国生物学在下世纪的发展具有重要的意义。基因组和脑研究将是下世纪初国际竞争的焦点
。

(1)基因组研究

人类基因组计划预计在2003年获得完全序列图。届时，人类10万个基因的信息及相应的染色体位置将被阐明 ，成为医学和生物制药产业知识和技术创新的源泉 。这是人类自实现登月以来的又一伟大科学创举
。目前该计划已揭开了新的面：从基因组与环境相互作用的高度阐明基因组的功能
，亦即功能基因组学。为此，需要发展能够在基因组整体水平获取功能信息大规模 、并行化分析技术 ，如生物芯片
，以及对数据进行储存
、分析、加工和传输的生物信息学 。基因组研究的重点将会是：

①人类和模式生物的基因组DNA测序
。

②功能基因组学研究：基因组多样性研究；基因组的表达调控和蛋白产物的功能；比较基因组研究；疾病基因组学研究；作物基因组学研究。

(2)遗传语言破译

生物信息学是适应人类基因组信息分析的需要而出现的一门与信息科学 、数学
、计算机科学等交叉的新兴学科 。《人类基因组计划》在完成基因组全部序列（30亿碱基对）测序后，下一步更艰巨的任务是读懂基因组的工作语言--遗传语言破译
。这是下世纪自然科学面临的最大挑战之一。其前沿研究领域有：

1、人基因组信息结构复杂性；序列（特别是非编码区）信息分析；

2 、基因组结构与遗传语言：语法和词法分析；

3
、大规模基因表达谱分析 ，相关算法、软件研究；基因表达调控网络研究；

4 、基因组信息相关的蛋白质功能分析；

5、生物信息学中新理论
、新方法、新技术和新软件研究 。

在当前基因组信息爆发的时代
，建立超大规模计算系统，发展全新的生物信息学的理论 、方法 ，分析这些数据
，从中获得生物体结构
、功能的相关信息基因组研究取得成果的决定性步骤
。

(3)生物大分子的功能与结构基础

蛋白质是细胞结构、功能和活性的最主要负责分子。生物大分子之间的相互作用是基因复制和表达调控 、信息传递
、蛋白质合成、细胞器组装等的基础 。阐明生物大分子的功能与结构将从分子水平深入了解细胞生命活动的分子基础，进而更深入的阐明生命的本质。

1 、酶
、信号转导分子、细胞骨架蛋白 、病毒蛋白等重要蛋白质 ，特别是膜蛋白
、糖蛋白及多分子体系的结构与功能；

2、光合中心的结构与光合作用超快过程；

3 、RNA功能多样性及其结构特性；

4、生物大分子相互识别的结构基础（蛋白质-蛋白质；蛋白质-核酸；蛋白质-复合糖类）；

5
、蛋白质空间结构预测与分子设计；

6、大分子自装配与细胞基本结构体系的自组织
。

(4)细胞活动的分子机制及遗传控制

（一）细胞信息系统及其调控

染色体构造在细胞周期和发育过程中的动态变化控制着基因按程序表达，由此调节细胞的生命活动。另方面
，细胞质内信号系统（受体 、信号传递分子等）又将来自内外环境的信号传递到核内，反馈调节染色质的构造和基因的活动 。细胞的这两个信号系统的相互作用是细胞生长
、分化和功能活动的关键
。

1、基因组DNA荷载的遗传程序 ，在染色体上的构建方式和操作规则；

2 、染色体（质）在间期核和发育中的动态结构与基因的功能活动；

3
、染色质结构的修饰（DNA甲基化
，组蛋白乙酸化、异染色质化）与基因表达程序的组

编和重组编（精 、卵细胞的“印迹”
、分化和去分化、全能性的改变和恢复）；

4 、细胞发育
、分化的信号分子和信号传递通路，以及细胞内各种信号通路（生长、分化 、

凋亡、衰老和变等）的整合。

（二）发育的细胞和分子机制及遗传控制

高等动物的构造和功能无论如何复杂 ，其发育的基本环节仍可归为细胞的生长
、分化和凋亡 。发育过程的特点是按严格时空秩序进行的一连串细胞间相互作用的因果锁链
。而细胞生长、分化的基础是细胞专一的基因的表达调控。发育研究既是生物学问题
，又是医学和农业问题 。对于生育控制 、畸胎和肿瘤发生及组织再生以及农作物产量和品质都有重要意义
。

1
、细胞周期和生长的调控；

2、精子和卵的发生 、成熟
、受精、着床的分子机制和基因控制；

3 、图式形成
、形态发生、诱导作用和器官发生的基因控制；

4 、胚胎干细胞全能性和定向分化的诱导；

5
、植物发育（育性、形态发生和株形等）的分子机制和基因控制。

（三）生物防御系统的细胞和分子基础

由于医学和生物学上的重要性，哺乳动物和人的免疫系统的细胞和分子基础已有很深入的研究 ，分子和细胞免疫已成为目前生物学前沿的热点 。植物对病毒 、真菌和昆虫等有害生物的侵袭也表现出不同程度的防御能力
。但目前国际上对植物防御系统的细胞和分子基础的研究还很初步
，缺乏系统的了解。这方面的基础研究对植物保护和抗性育种等农业问题重要性是显而易见的 。

1、免疫细胞的发育
、凋亡和调控；

2、新的功能性免疫分子及其受体（包括分化抗原 、粘附分子
、细胞因子、拮抗因子等）；

3 、自身免疫病发病机理及防治基础研究；

4
、植物防御系统：外源分子的识别，信号传递和防御分子；

5、防御基因（抗真菌等）的分离和抗性育种的基础研究。

(5)脑研究

脑研究是生命科学的重大前沿 ，受到各政府和社会的高度重视
。当前研究的前沿和主要趋势是在分子 、细胞和整体水平对脑功能和疾病进行综合研究
，并从脑的发育过程了解脑的构造原理。脑影象学技术（PET/fMRI等）能实时显示脑功能活动各部位间的时空关系，对从整体上了解脑功能活动也有重要作用 。

1
、视觉、痛觉 、神经信息传递
、加工、整合及调控；

2 、脑功能活动的细胞和分子基础 ，包括突触可塑性的分子基础，各种脑细胞的基因表达谱和蛋白质谱等；

3、脑的发育和老化；中枢神经的再生和修复；神经元的变性和凋亡；

4
、脑的高级功能（学习、记忆 、语言
、行为）的脑机制及其影象学研究；

5、脑复杂性的计算生物学 、建模及脑功能的非线性动力学研究

(6)生物多样性及其可持续利用

生物多样性是人类赖以生存的基础
，突出表现在两个方面：第一涉及人类生存环境，第二涉及生物资源的可持续利用
。其重点研究领域是：

1
、我国动植物和微生物基础资料和数据的采集和编研；

2、生物资源的动态变化和可持续利用的对策；

3 、生物多样性的生态系统功能；

4
、受损生态系统结构和功能及恢复和重建的生态学基础；

5、极端环境下生物物种（动植物和微生物）的适应机理；

6 、我国濒危动植物保护的理论和方法；

7
、种质库、DNA库和NDA文库的建立和长期保存的科学问题。

(7)生命起源和进化

生命起源和进化是哲学和生物学共同关心的大问题 。目前正在举的进化发育生物学对各门典型动植物的基因组和发育机制的比较研究将阐明形体结构图式形态进化机制 ，微进化与巨进化的关系
，在分子水平促进遗传 、发育和进化的理论综合
。

1、前生命化学进化中核酸和蛋白质的共起源；

2
、真核细胞起源问题；

3、动 、植物形态发育的分子机制与形态进货；

4
、基因组进货机制和规律；

5、动 、植物分子进化和分子系统学；

6
、进化过程和机制--进化论的研究。

三、农学

90年代以来，上的动植物育种已进入分子水平 。朝着快速改变动植物基因型的方向发展 ，动植物育种的一次新的革命正在到来
。根据美英等西文发达国家政府和世界粮农组织的预测
，21世纪全球农业的90%品种将通过分子育种手段育成，而品种对整个农业生产的贡献率亦将超过50%。

80年代兴起了对作物--土壤系统的水肥运行的作用机理及其调控的研究 。国际土壤学会将“优化水分养分循环 ，减少水肥投入
，提高资源利用效率，促进农业持续发展 ”列为重要基础研究领域
。近年来 ，人们已开始研究营养素对特异生物活性物质基因表达各环节的作用。研究营养对基因表达作用是当今动植物营养的发展趋势和研究前沿 。

病原茵的致病机理和植物抗病机理的研究是植物保护研究中一大特点
，近来有关防卫体系的研究集中在防卫基因的表达调控上。

土地资源生产能力持续利用研究是90年代响应可持续发展战略而开展起来的
。可持续土地利用的核心是现代土地利用方式对土地资源生产潜力的影响。在研究草原退化，土地荒漠化方面 ，国际上非常重视选择可对比类型进行长期定位观测 。

针对中国21世纪可持续发展和食物安全以及高产 、优质
、高效、低耗的现代农业持续发展战略，以科学 、合理地利用农业资源
、保护生态环境提高农业综合生产力为主要目标
，增强我国农业科技自身发展的后劲，使我国农业基础科学达到同期世界先进水平
。

未来的基础农学学科前沿主要是分子生物学和生物信息学。随着现代遗传学和信息论的发展 ，以及分子生物技术和计算机技术等高新技术的不断改进
，将促进以NDA全序列测定为主的基因组学研究的重大突破；在基因组水平上，以特定生命活动为目标 ，深入探讨相关基因的结构与功能、基因的表达与调控 、信息网络与传递等生命科学问题将成为基础农学学科新的前沿和热点 。

基础农学学科的主要发展方向是：

1、标记
、分离、克隆与生殖发育相关的重要产量性状基因 、重要品质性状基因以及与抗逆相关的功能基因
，培育高产
、优质、抗逆的新型动植物品种（系）；

2 、研究动植物养分高效利用的代谢生理及分子生物学基础；

3
、动植物病虫害防御技术体系；

4、研究不同农 、林
、牧、渔业生态区的资源优化配置与合理布局，解析不同生态系统的结构与功能 、退化生态系统的恢复与重建的原理与途径
。

优先发展领域：

1
、动植物重要经济性状的功能基因组学与比较基因组学；

2、动植物杂交与杂种优势的遗传学基础；

3 、动植物高产、优质
、抗逆和养分高效利用的遗传学基础；

4、动植物遗传资源核心种质构建 、新基因发掘与有效利用；

5
、作物抗逆性与水分、养分高效利用；

6 、植物病虫害致致害性变异与寄主防卫分子机制；

7
、重要疫病病原致病性深化的分子机制和宿主免疫机理；

8、农业资源 、环境和生态的系统模型及优化治理；

9
、土壤质量演变规律与土地资源的持续利用。

四、医学

近几个世纪以来 ，基础医学的发展不断由现象向本质
，由宏观向微观深入 。但是，近年来 ，人们逐渐认识到
，要了解人体这一自然界中最复杂的系统，不仅需要“分析
” ，而且需要“综合”
。正是这种分析与综合一致的思维和学科间渗透交叉推动着基础医学过去 、现在和未来的发展。

重大疾病，如恶性肿瘤
、心脑血管疾病、感染性疾病 、神经精神病、创伤和消化系统疾病等一直是医学研究的方向与重点 。另外
，机体正常结构
、功能（健康状态）的维持与调节机制也是未来医学研究的重要方面
。

建国以来，我国医学发展举世瞩目 ，平均预期寿命已从35岁增至69岁。自50年代以来
，从沙眼病毒分离到针刺镇痛，从多型肝炎病毒克隆到疾病基因组学研究 ，无一不浸透着我国基础医学工作者的心血 。但不可否认
，我国医学研究距国际先进水平还有差距。随着发达国家在本领域投入不断加大，这种差距可能还会加大
。

前沿与学科发展优先领域

（一）肿瘤、心脑血管病等重大疾病发生发展及其干预措施的分子与细胞机制

1 、重要功能基因与重大疾病相关基因结构
、功能与表达调控的研究；

2、重大疾病相关的蛋白质组学和蛋白 、多防结构与功能的研究；

3
、生物信息学、基因芯片 、基因治疗及组织工程等高新技术在重大疾病诊断
、治疗中的应用；

4、干细胞（胚胎干细胞 、造血干细胞神经干细胞等）的建系及分化。

（二）神经
、免疫、内分泌调节系统在健康状态维持与疾病发生发展中的作用

5 、神经损伤与功能紊乱的病理机理及干预措施；

6、神经退行性疾病病因学与诊断
、治疗技术区；

7、重要免疫细胞发育分化及其在免疫耐受与免疫应答调节中的作用；

8 、新型免疫调节分子的发现及功能研究：

9
、神经-内分泌-免疫调节网络失调与疾病的关系 。

（三）自然与社会因素对健康的影响及其致病机理

1、重要感染性疾病病原体致病机理相关的基因组学与蛋白质组学；

2 、新病原体致病机理与干预措施；

3
、外源性化学物的致病机理及监测、预防与诊治技术；

4 、社会-心理因素与健康
。

（四）药物在分子
、细胞与整体调节水平的作用机理

1、药物基因组与蛋白组学研究；

2 、以细胞信号转导途径为靶点的创新药物研究；

3
、多糖、类脂 、核酸等生物大分子与药物相互作用研究；

4、新的内源性活性物质的药理学研究

（五）中医药学理论体系与实践方法的发展研究

1
、中医学理论在现代医学、生物学研究中的应用；

2 、中草药复方活性成份的药理学研究

五
、生物技术

本世纪70年代在生命科学领域取得了两项对人类生活和经济活动具有深刻影响技扫术突破 ，一个是重组DNA技术
，一个是淋巴细胞杂交瘤技术。这两项革命性技术的出现，带动了生物技术的迅猛发展 ，逐步形成了一个全新的现代生物技术群及新兴产业 。

自1982年世界上第一个基因工程药物重组人胰岛素上市以来
，经过近20年的发展，世界范围的生物技术产业正在蓬勃兴起 ，作为高效益、高风险的新兴产业，生物技术产业正在猛烈的冲击着世界经济
，并产生巨大的社会和经济效益
。生物技术本身可以发展成为具有巨大市场前景的新兴产业，同时可通过提供源头技术和产品 ，对传统产业进行技术改造和产品更新换代
，提高传统产业的经济效益。

世界生物技术本身发展的总体趋势是：生物技术在经历了第一次浪潮（医药和保健领域）后，迎来了第二次浪潮 ，即重点发展：（1）农业生物技术；（2）环境生物技术；（3）生物制造和生物处理工艺及能源研究；（4）海洋生物技术研究 。目前生物技术的应用已遍及农业食品 、医药卫生
、化工环保、生物资源 、能源和海洋开发等各个领域
，显示了它对解决人类所面临的食品
、健康、资源 、能源和环境等重大问题的巨大作用和市场潜力
。

我国与西方发达国家相比，仍存在较大差距 ，大约为5-10年。但值得指出的是
，我国生物技术研究与开发已在两系法杂交稻
、抗虫转基因棉花和玉米、基因工程药物和疫苗 、人血液代用品、人重大疾病相关基因研究和动物乳腺生物反应器
、农作物组织培养和基因转移、家畜胚胎分隔和试管牛 、羊等方面形成自己的特色和优势，并具备与世界发达国家整体竞争与抗衡的能力 。

但是 ，我国生物技术产品缺乏创新
，基本属于仿制，极易丧失发展后劲
。因此 ，我国应高度重视产品和技术的创新，抢占二十一世纪生命科学的制高点。我们必须深刻认识到生命科学的发展和生物技术的发展是相铺相成的
，为了迎接生命科学世纪的挑战 。更好地参与新世纪激烈的生物技术产业的竞争，必须大力发展关键的生物技术 ，如
，

（1）基因组学技术；

（2）生物信息技术；

（3）基因克隆
、重组、表达技术；

（4）动植物体细胞克隆技术；

（5）生物芯片技术 、微阵列技术（Microarray）和生物传感器的基础研究；

（6）人工组织与器官研制技术。

并带动农业生物技术
、医药生物技术、环境生物技术 、海洋生物技术和工业生物技术的高速发展
。

六
、结语

生命科学由于其对科学发展、社会进步和经济建设具有极其重要的作用，在20世纪得到了空前的重视 ，取得了丰硕的成果。面向2l世纪
，“人类基因组计划 ”的完成和深入发展，将有可能从更深层次上了解人体生长 、发育
、正常生理活动和各种疾病的病因及发病机理 ，并提出防治策略、途径和方法 。全球生态环境和生物多样性的保护和利用
，对人类生存和世界经济的可持续发展有关键的意义，成为我国赖以实行可持续发展国策和“中国2l世纪议程
”的科学基础
。生命科学的研究也与国家安全紧密相关 ，比如基因武器将可能对人类造成不堪设想的危害。生命科学的进步也向数学 、物理、化学以及技术科学提出许多新问题
、新概念和新的研究领域 。生命科学与信息科学、材料科学等的交叉
，产生的智能科学和技术，将在下世纪推动智能产业的发展
。建议国家和有关部门制定相应的政策和措施 ，使我国在生命科学世纪的竞争中占有越来越重要的地位。

（1）基本科学资料的积累 、整理和现代化管理；

（2）制定全国基因组研究和应用的整体规划并加强领导；

（3）建立农业重大科学工程中心；

（4）保护医学资源和建立支持条件平台；

（5）加快建立生物技术风险投资机制和加强知识产权保护；

（6）加强生物安全性的研究与管理 。

微生物的生理生化特点

在分子水平上研究生命现象的科学
。通过研究生物大分子(核酸
、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。研究内容包括各种生命过程 。比如光合作用 、发育的分子机制
、神经活动的机理、癌的发生等
。 分子生物学从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。自20世纪50年代以来，分子生物学是生物学的前沿与生长点
，其主要研究领域包括蛋白质体系 、蛋白质-核酸体系 (中心是分子遗传学)和蛋白质-脂质体系（即生物膜） 。 生物大分子，特别是蛋白质和核酸结构功能的研究 ，是分子生物学的基础。现代化学和物理学理论
、技术和方法的应分子生物学用推动了生物大分子结构功能的研究
，从而出现了近30年来分子生物学的蓬勃发展
。分子生物学和生物化学及生物物理学关系十分密切，它们之间的主要区别在于：①生物化学和生物物理学是用化学的和物理学的方法研究在分子水平 ，细胞水平
，整体水平乃至群体水平等不同层次上的生物学问题。而分子生物学则着重在分子（包括多分子体系）水平上研究生命活动的普遍规律；②在分子水平上，分子生物学着重研究的是大分子 ，主要是蛋白质
，核酸，脂质体系以及部分多糖及其复合体系 。而一些小分子物质在生物体内的转化则属生物化学的范围；③分子生物学研究的主要目的是在分子水平上阐明整个生物界所共同具有的基本特征 ，即生命现象的本质；而研究某一特定生物体或某一种生物体内的某一特定器官的物理、化学现象或变化
，则属于生物物理学或生物化学的范畴
。

[编辑本段]发展简史

结构分析和遗传物质的研究在分子生物学的发展中作出了重要的贡献。结构分析的中心内容是通过阐明生物分子的三维结构来解释细胞的生理功能 。1912年英国 W.H.布喇格和W.L.布喇格建立了X射线晶体学，成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构
。以后布喇格的学生W.T.阿斯特伯里和J.D.贝尔纳又分别对毛发 、肌肉等纤维蛋白以及胃蛋白酶
、烟草花叶病毒等进行了初步的结构分析。他们的工作为后来生物大分子结晶学的形成和发展奠定了基础 。50年代是分子生物学作为一门独立的分支学科脱颖而出并迅速发展的年代
。首先是在蛋白质结构分析方面 ，1951年L.C.波林等提出了 α-螺旋结构，描述了蛋白质分子中肽链的一种构象。1955年F.桑格完成了胰岛素的氨基酸序列的测定 。接着 J.C.肯德鲁和M.F.佩鲁茨在X射线分析中应用重原子同晶置换技术和计算机技术分别于1957和1959年阐明了鲸肌红蛋白和马血红蛋白的立体结构
。1965年中国科学家合成了有生物活性的胰岛素
，首先实现了蛋白质的人工合成。 另一方面，M.德尔布吕克小组从1938年起选择噬菌体为对象开始探索基因之谜 。噬菌体感染寄主后半小时内就复制出几百个同样的子代噬菌体颗粒 ，因此是研究生物体自我复制的理想材料。1940年G.W.比德尔和E.L.塔特姆提出了“一个基因
，一个酶”的假设，即基因的功能在于决定酶的结构 ，且一个基因仅决定一个酶的结构
。但在当时基因的本质并不清楚。1944年O.T.埃弗里等研究细菌中的蛋白质工程转化现象
，证明了DNA是遗传物质 。1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克提出了DNA的双螺旋结构，开创了分子生物学的新纪元
。在此基础上提出的中心法则 ，描述了遗传信息从基因到蛋白质结构的流动。遗传密码的阐明则揭示了生物体内遗传信息的贮存方式 。1961年F.雅各布和J.莫诺提出了操纵子的概念
，解释了原核基因表达的调控
。到20世纪60年代中期，关于DNA自我复制和转录生成RNA的一般性质已基本清楚 ，基因的奥秘也随之而开始解开了。 仅仅30年左右的时间
，分子生物学经历了从大胆的科学假说，到经过大量的实验研究 ，从而建立了本学科的理论基础 。进入70年代，由于重组DNA研究的突破
，基因工程已经在实际应用中开花结果，根据人的意愿改造蛋白质结构的蛋白质工程也已经成为现实
。

[编辑本段]基本内容

蛋白质体系 蛋白质的结构单位是α-氨基酸。常见的氨基酸共20种 。它们以不同的顺序排列可以为生命世界提供天文数字的各种各样的蛋白质
。 蛋白质分子结构的组织形式可分为 4个主要的层次。一级结构 ，也叫化学结构
，是分子中氨基酸的排列顺序 。首尾相连的氨基酸通过氨基与羧基的缩合形成链状结构，称为肽链。肽链主链原子的局部空间排列为二级结构
。二级结构在空间的各种盘绕和卷曲为三级结构。有些蛋白质分子是由相同的或不同的亚单位组装成的 ，亚单位间的相互关系叫四级结构 。 蛋白质的特殊性质和生理功能与其分子的特定结构有着密切的关系
，这是形形色色的蛋白质所以能表现出丰富多彩的生命活动的分子基础
。研究蛋白质的结构与功能的关系是分子生物学研究的一个重要内容。 随着结构分析技术的发展，现在已有几千个蛋白质的化学结构和几百个蛋白质的立体结构得到了阐明 。70年代末以来 ，采用测定互补DNA顺序反推蛋白质化学结构的方法
，不仅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析条件不易得到满足的蛋白质化学结构分析得以实现
。 发现和鉴定具有新功能的蛋白质 ，仍是蛋白质研究的内容。例如与基因调控和高级神经活动有关的蛋白质的研究现在很受重视 。 蛋白质－核酸体系 生物体的遗传特征主要由核酸决定
。绝大多数生物的基因都由 DNA构成。简单的病毒
，如λ噬菌体的基因组是由 46000个核苷酸按一定顺序组成的一条双股DNA（由于是双股DNA，通常以碱基对计算其长度） 。细菌 ，如大肠杆菌的基因组，含4×106碱基对
。人体细胞染色体上所含DNA为3×109碱基对。 遗传信息要在子代的生命活动中表现出来
，需要通过复制、转录和转译 。复制是以亲代 DNA为模板合成子代 DNA分子。转录是根据DNA的核苷酸序列决定一类RNA分子中的核苷酸序列；后者又进一步决定蛋白质分子中氨基酸的序列，就是转译
。因为这一类RNA起着信息传递作用 ，故称信使核糖核酸(mRNA)。由于构成RNA的核苷酸是4种
，而蛋白质中却有20种氨基酸，它们的对应关系是由mRNA分子中以一定顺序相连的 3个核苷酸来决定一种氨基酸 ，这就是三联体遗传密码 。 基因在表达其性状的过程中贯串着核酸与核酸 、核酸与蛋白质的相互作用
。DNA复制时
，双股螺旋在解旋酶的作用下被拆开，然后DNA聚合酶以亲代DNA链为模板 ，复制出子代 DNA链。转录是在 RNA聚合酶的催化下完成的 。转译的场所核糖核蛋白体是核酸和蛋白质的复合体
，根据mRNA的编码，在酶的催化下 ，把氨基酸连接成完整的肽链
。基因表达的调节控制也是通过生物大分子的相互作用而实现的。如大肠杆菌乳糖操纵子上的操纵基因通过与阻遏蛋白的相互作用控制基因的开关 。真核细胞染色质所含的非组蛋白在转录的调控中具有特殊作用
。正常情况下
，真核细胞中仅2～15％基因被表达。这种选择性的转录与转译是细胞分化的基础 。 蛋白质－脂质体系 生物体内普遍存在的膜结构，统称为生物膜
。它包括细胞外周膜和细胞内具有各种特定功能的细胞器膜。从化学组成看 ，生物膜是由脂质和蛋白质通过非共价键构成的体系 。很多膜还含少量糖类，以糖蛋白或糖脂形式存在。 1972年提出的流动镶嵌模型概括了生物膜的基本特征：其基本骨架是脂双层结构
。膜蛋白分为表在蛋白质和嵌入蛋白质。膜脂和膜蛋白均处于不停的运动状态 。 生物膜在结构与功能上都具有两侧不对称性
。以物质传送为例
，某些物质能以很高速度通过膜，另一些则不能。象海带能从海水中把碘浓缩 3万倍 。生物膜的选择生物膜的流动镶嵌模型性通透使细胞内pH和离子组成相对稳定 ，保持了产生神经、肌肉兴奋所必需的离子梯度
，保证了细胞浓缩营养物和排除废物的功能
。 生物体的能量转换主要在膜上进行。生物体取得能量的方式，或是像植物那样利用太阳能在叶绿体膜上进行光合磷酸化反应；或是像动物那样利用食物在线粒体膜上进行氧化磷酸化反应 。这二者能量来源虽不同 ，但基本过程非常相似
，最后都合成腺苷三磷酸
。对于这两种能量转换的机制，P.米切尔提出的化学渗透学说得到了越来越多的证据。生物体利用食物氧化所释放能量的效率可达70％左右 ，而从煤或石油的燃烧获取能量的效率通常为20～40％
，所以生物力能学的研究很受重视 。对生物膜能量转换的深入了解和模拟将会对人类更有效地利用能量作出贡献
。 生物膜的另一重要功能是细胞间或细胞膜内外的信息传递。在细胞表面，广泛地存在着一类称为受体的蛋白质 。激素和药物的作用都需通过与受体分子的特异性结合而实现。癌变细胞表面受体物质的分布有明显变化
。细胞膜的表面性质还对细胞分裂繁殖有重要的调节作用。 对细胞表面性质的研究带动了糖类的研究 。糖蛋白
、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子结构与功能的研究越来越受到重视
。从发展趋势看 ，寡糖与蛋白质或脂质形成的体系将成为分子生物学研究的一个新的重要的领域。

[编辑本段]理论意义和应用

分子生物学的成就说明：生命活动的根本规律在形形色色的生物体中都是统一的 。例如
，不论在何种生物体中，都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸
。遗传物质 ，除某些病毒外，都是DNA
，并且在所有的细胞中都以同样的生化机制进行复制。分子遗传学的中心法则和遗传密码，除个别例外 ，在绝大多数情况下也都是通用的 。 物理学的成就证明
，一切物质的原子都由为数不多的基本粒子根据相同的规律所组成，说明了物质世界结构上的高度一致 ，揭示了物质世界的本质
，从而带动了整个物理学科的发展
。分子生物学则在分子水平上揭示了生命世界的基本结构和生命活动的根本规律的高度一致，揭示了生命现象的本质。和过去基本粒子的研究带动物理学的发展一样 ，分子生物学的概念和观点也已经渗入到基础和应用生物学的每一个分支领域
，带动了整个生物学的发展，使之提高到一个崭新的水平 。 过去生物进化的研究 ，主要依靠对不同种属间形态和解剖方面的比较来决定亲缘关系
。随着蛋白质和核酸结构测定方法的进展
，比较不同种属的蛋白质或核酸的化学结构，即可根据差异的程度 ，来断定它们的亲缘关系。由此得出的系统进化树，与用经典方法得到的是基本符合的 。采用分子生物学的方法研究分类与进化有特别的优越性。首先
，构成生物体的基本生物大分子的结构反映了生命活动中更为本质的方面
。其次，根据结构上的差异程度可以对亲缘关系给出一个定量的 ，因而也是更准确的概念。第三
，对于形态结构非常简单的微生物的进化，则只有用这种方法才能得到可靠结果 。 高等动物的高级神经活动是极其复杂的生命现象 ，过去多是在细胞乃至整体水平上研究
，近年来深入到分子水平研究的结果充分说明高级神经活动也同样是以生物大分子的活动为基础的
。例如，在高等动物学习与记忆的过程中 ，大脑中RNA和蛋白质的组成发生明显的变化
，并且一些影响生物体合成蛋白质的药物也显著地影响学习与记忆的能力。又如，“生物钟 ”是一种熟知的生物现象 。用鸡进行的实验发现 ，有一种重要的神经传递介质（5-羟色胺）和一种激素（褪黑激素）以及控制它们变化的一种酶
，在鸡脑中的含量呈24小时的周期性变化
。正是这种变化构成了鸡的“生物钟
”的物质基础。 在应用方面，生物膜能量转换原理的阐明 ，将有助于解决全球性的能源问题 。了解酶的催化原理就能更有针对性地进行酶的人工模拟，设计出化学工业上广泛使用的新催化剂
，从而给化学工业带来一场革命
。基因工程分子生物学在生物工程技术中也起了巨大的作用，1973年重组DNA技术的成功 ，为基因工程的发展铺平了道路。80年代以来
，已经采用基因工程技术，把高等动物的一些基因引入单细胞生物 ，用发酵方法生产干扰素、多种多肽激素和疫苗等 。基因工程的进一步发展将为定向培育动 、植物和微生物良种以及有效地控制和治疗一些人类遗传性疾病提供根本性的解决途径
。 从基因调控的角度研究细胞癌变也已经取得不少进展。分子生物学将为人类最终征服癌症做出重要的贡献 。

[编辑本段]分子生物学的应用

1
，亲子鉴定 近几年来，人类基因组研究的进展日新月异 ，而分子生物学技术也不断完善
，随着基因组研究向各学科的不断渗透，这些学科的进展达到了前所未有的高度。在法医学上 ，STR位点和单核苷酸（SNP）位点检测分别是第二代
、第三代DNA分析技术的核心
，是继RFLPs（限制性片段长度多态性）VNTRs（可变数量串联重复序列多态性）研究而发展起来的检测技术
。作为最前沿的刑megabace dna分析系统事生物技术，DNA分析为法医物证检验提供了科学、可靠和快捷的手段 ，使物证鉴定从个体排除过渡到了可以作同一认定的水平，DNA检验能直接认定犯罪 、为凶杀案
、强奸杀人案、碎尸案 、强奸致孕案等重大疑难案件的侦破提供准确可靠的依据。随着DNA技术的发展和应用
，DNA标志系统的检测将成为破案的重要手段和途径 。此方法作为亲子鉴定已经是非常成熟的，也是国际上公认的最好的一种方法
。 2
、分子生物学作为现代科学的一种综合科学 ，其意义不止提现在纯粹的科学价值上；更为重要的是它的发展关系到人类自身的方方面面。分子生物学有可以细致的划分为大分子生物与电子生物学两种 。上面提到的关于在刑侦方面的应用以及包括但不限于亲自鉴定、及婴儿男女鉴定方面的内容
，大体为大分子分子内容的实际用途
。而电子生物生物学则是从比大分子更细致的小分子及原子角度来解释生命的基本要素和构成，有着更多未解的谜题和更为广阔的科学前景。目前的克隆技术基本上只是此项课题的一个入门阶段的应用 。可以想象未来随着研究的深入以及物理学的进一步发展
。人类有可能成为创造另类生物的“上帝”。

发酵工业的发展简史

微生物的特点与作用

三,微生物的生物学特点与作用

微生物除具有生物的共性外,也有其独特的特点,正因为其具有这些特点,才使得这样微不可见的生物类群引起人们的高度重视.

(一)种类繁多,分布广泛

(二)生长繁殖快,代谢能力强

(三)遗传稳定性差,容易发生变异

(一)种类繁多,分布广泛

种类极其繁多——已发现的微生物达10万种以上,新种不断发现.

分布非常广泛——可以说微生物无处不有,无处不在.

极端环境:冰川,温泉,火山口等极端环境;

土 壤:土壤是微生物的大本营,一克沃土中含菌量高达几亿甚至几十亿;

空 气:空气中也含有大量微生物,越是人员聚集的公共场所,微生物含量越高;

水:水中以江,湖,河,海中含量高,井水次之;

动植物体表及某些内部器官:如皮肤及消化道等.

微生物的多样性已在全球范围内对人类产生巨大影响.

土壤中微生物的种类繁多,几乎所有的微生物都能从土壤中分离筛选得到,要分离筛选某中微生物,多数情况都是从土壤采取样品.

首先微生物为人类创造了巨大的物质财富,目前所使用的抗生素药物,绝大多数是微生物发酵产生的,以微生物为劳动者的发酵工业,为工,农,医等领域提供各种产品.

另外微生物也为人类带来巨大危害,如疫病的传播,并且引起疫病传播的新微生物种类总不断出现.

(二)生长繁殖快,代谢能力强

大肠杆菌(Escherichia coli)在适宜的条件下,每20分钟即繁殖一代,24小时即可繁殖72代,由一个菌细胞可繁殖到47×1022个,如果将这些新生菌体排列起来,可绕地球一周有余;

生理基础:因为微生物的代谢能力很强, 由于微生物个体微小,单位体积的表面积相对很大,有利于细胞内外的物质交换,细胞内的代谢反应较快.

极大的物质资源:正因为微生物具有生长快,代谢能力强的特点,才使得微生物能够成为发酵工业的产业大军,在工,农,医等战线上发挥巨大作用;

在物质转化中的作用:如果没有微生物,自古以来的动,植物尸体不能分解腐烂,早已是动,植物尸体堆积如山,布满全球.

(三)遗传稳定性差,容易发生变异

微生物个体微小,对外界环境很敏感,抗逆性较差,很容易受到各种不良外界环境的影响;另外,微生物的结构简单,缺乏免疫监控系统, 很容易变异.

微生物的遗传不稳定性,是相对高等生物而言的,实际上在自然条件下,微生物的自发突变频率为10-6左右.

微生物的遗传稳定性差,给微生物菌种保藏工作带来一定不便.

另一方面,正因为微生物的遗传稳定性差,其遗传的保守性低,使得微生物菌种培育相对容易得多.通过育种工作,可大幅度地提高菌种的生产性能,其产量性状提高幅度是高等动,植物所难以实现的.

微生物学及其分支学科

一,微生物学及其研究对象

二,微生物学的分支学科

一,微生物学及其研究对象

微生物学概念:概括地讲,微生物学(Microbiology)是研究微生物及其生命活动规律的学科.

研究对象:研究的主要内容涉及微生物的形态结构,营养特点,生理生化,生长繁殖,遗传变异,分类鉴定,生态分布以及微生物在工业,农业,医疗卫生,环境保护等各方面的应用.研究微生物及其生命活动规律之目的在于充分利用有益微生物,控制有害微生物,使这些微小生物更好地贡献于人类文明.

二,微生物学的分支学科

(一)根据基础理论研究内容不同,形成的分支学科

微生物生理学(Microbiol Physiology)

微生物遗传学(Microbiol Genetics)

微生物生物化学(Microbiol Biochemistry)

微生物分类学(Microbiol Taxonomy)

微生物生态学等(Microbiol Ecology).

(二)根据微生物类群不同,形成的分支学科

细菌学(Bacteriology)

病毒学(Virology)

真菌学(Fungi)

放线菌学(Actinomycetes)等.

(三)根据微生物的应用领域不同,形成的分支学科

工业微生物学(Intustrial Microbiology)

农业微生物学(Agricultural Microbiology)

医学微生物学(Medical Microbiology)

药用微生物学(Patherological Microbiology)

食品微生物学(Food Microbiology)

兽医微生物学(Viterinary Microbiology)等.

(四)根据微生物的生态环境不同,形成的分支学科

土壤微生物学(Soil Microbiology)

海洋微生物学(Marine Microbiology)等.

第三节 食品微生物学及其研究内容

食品微生物学:食品微生物学是专门研究与食品有关的微生物的种类,特点及其在一定条件下与食品工业关系的一门学科.

尽管人类对食品微生物研究的历史很长,但作为微生物学的一门独立的分支学科——食品微生物学,其仍属一门新兴学科.尤其在我国,人们对食品科学的重视仅是改革开放以来,人们解决了温饱问题之后的事情;食品微生物学是随着食品科学的发展而产生的一个重要的学科.

食品微生物研究的主要内容包括三个方面:

一,在食品工业中有益的微生物及其应用;

二,在食品保藏过程中引起食品变质的微生物及其控制;

三,与食品卫生有关的微生物.

第四节 微生物学的发展简史

我们把这个过程分成以下四个阶段加以阐述.

一,微生物学的史前时期

二,微生物的发现与微生物学的启蒙时期

三,微生物学的形成时期

四,微生物学的发展时期

一,微生物学的史前时期

盲目应用时期.

人类已经在很多方面利用了微生物,世界各国人民在自己的生产实践中都积累了很多利用有益微生物和防治有害微生物的经验.北魏的贾思勰《齐民要术》一书中,就详细记载了制醋的方法.我国古代劳动人民就利用了盐腌,糖渍,烟熏,风干等.

二,微生物发现与微生物学启蒙时期

十七世纪,荷兰人吕文虎克(Antony van Leeuwenhock)发明了第一台简易显微镜(200～300倍).

于1669年出版了《安东.列文虎克所发现的自然界秘密》.

随后在近200年的时期,随着显微镜的不断改进,分辨率的提高,人们对微生物的认识由粗略的形态描述逐步发展到对微生物进行详细的观察和根据形态进行分类研究,形成了启蒙的微生物学.

三,微生物学的形成时期

由研究微生物形态的启蒙时期到对微生物的生理生化水平研究时期.

巴斯德(Louis Pasteur, 1822～1895)通过对酒曲的研究,证明了酒曲发酵是其中的酵母菌代谢作用,这一研究结果把对微生物的研究由形态转向生理生化研究水平,为微生物学的形成和发展奠定了基础.巴斯德还通过大量实验证明了食品的腐败变质是遭受微生物污染后,微生物生长繁殖而引起的,从根本上否定了"微生物自然发生说".

微生物学的另一位奠基人是一位德国医生柯赫(Robert Koch, 1843～1910),他为疾病的病原学说建立了基础.

首先从患病动物的病变脏器中分离纯化得到病原菌,通过将病原菌接种回到动物体内,能引起相同症状的疾病,证明了传染病是由某些特定的病原菌传播的.

由于巴斯德和柯赫对微生物学的形成作出了极大的贡献,普遍认为,他们两位是微生物学的奠基人.

四,微生物学的发展时期

本世纪是微生物学的全面发展时期:

细胞的结构与功能,细菌的代谢等;

微生物在工农业生产上发挥巨大作用;

微生物成为生物学研究的主要研究材料;

50年代DNA双螺旋解密后,微生物又成了分子生物学的主要研究材料.微生物学,遗传学和生物化学的相互渗透与作用导致了现代分子遗传学的诞生与发展;

进入70年代,在微生物的研究基础上,导致了DNA重组技术和基因工程的发展.

微生物常规鉴定技术

一 、形态结构和培养特性观察

1
、微生物的形态结构观察主要是通过染色 ，在显微镜下对其形状、大小 、排列方式、细胞结构（包括细胞壁
、细胞膜、细胞核 、鞭毛
、芽孢等）及染色特性进行观察
，直观地了解细菌在形态结构上特性，根据不同微生物在形态结构上的不同达到区别、鉴定微生物的目的 。

2 、细菌细胞在固体培养基表面形成的细胞群体叫菌落（colony）
。不同微生物在某种培养基中生长繁殖 ，所形成的菌落特征有很大差异
，而同一种的细菌在一定条件下，培养特征却有一定稳定性。 ，以此可以对不同微生物加以区别鉴定 。因此
，微生物培养特性的观察也是微生物检验鉴别中的一项重要内容。

1）细菌的培养特征包括以下内容：在固体培养基上，观察菌落大小
、形态、颜色（色素是水溶性还是脂溶性） 、光泽度
、透明度、质地 、隆起形状
、边缘特征及迁移性等
。在液体培养中的表面生长情况（菌膜、环）混浊度及沉淀等。半固体培养基穿刺接种观察运动 、扩散情况 。（图3－8）

图3－8 细菌的培养特征

1.点状 2.圆形 3.丝状 4.不规则形 5.假根状 6.纺锤状 7.扁平 8.隆起 9.凸起 10.垫状 11.脐状 12.边缘整齐 13.波状 14.裂片状 15.啮蚀状 16.丝状 17.卷发状 18.丝线状 19.刺毛状 20.串珠状 21.疏展状 22.树根状 23.假根状 24.丝状 25.串珠状 26.乳头状 27.绒毛状 28.树根状 29.量杯状 30.萝卜状 31.漏斗状 32.囊状 33.层状 34.絮状 35.环状 36.蹼状 37.膜状

2）霉菌酵母菌的培养特征：大多数酵母菌没有丝状体 ，在固体培养基上形成的菌落和细菌的很相似，只是比细菌菌落大且厚
。液体培养也和细菌相似
，有均匀生长、沉淀或在液面形成菌膜。霉菌有分支的丝状体，菌丝粗长 ，在条件适宜的培养基里
，菌丝无限伸长沿培养基表面蔓延 。霉菌的基内菌丝
、气生菌丝和孢子丝都常带有不同颜色，因而菌落边缘和中心 ，正面和背面颜色常常不同
，如青霉菌：孢子青绿色，气生菌丝无色 ，基内菌丝褐色
。霉菌在固体培养表面形成絮状、绒毛状和蜘蛛网状菌落。

二 、生理生化试验

微生物生化反应是指用化学反应来测定微生物的代谢产物
，生化反应常用来鉴别一些在形态和其它方面不易区别的微生物 。因此微生物生化反应是微生物分类鉴定中的重要依据之一
。

微生物检验中常用的生化反应有：

1
、糖酵解试验

不同微生物分解利用糖类的能力有很大差异，或能利用或不能利用 ，能利用者
，或产气或不产气。可用指示剂及发酵管检验 。

试验方法：以无菌操作，用接种针或环移取纯培养物少许 ，接种于发酵液体培养基管，若为半固体培养基
，则用接种针作穿刺接种
。接种后，置36±1.0°C培养 ，每天观察结果
，检视培养基颜色有无改变（产酸），小倒管中有无气泡 ，微小气泡亦为产气阳性
，若为半固体培养基，则检视沿穿刺线和管壁及管底有无微小气泡 ，有时还可看出接种菌有无动力
，若有动力、培养物可呈弥散生长。

本试验主要是检查细菌对各种糖 、醇和糖苷等的发酵能力，从而进行各种细菌的鉴别 ，因而每次试验
，常需同时接种多管 。一般常用的指示剂为酚红
、溴甲酚紫，溴百里蓝和An-drade指示剂。

2、淀粉水解试验

某些细菌可以产生分解淀粉的酶 ，把淀粉水解为麦芽糖或葡萄糖
。淀粉水解后，遇碘不再变蓝色。

试验方法：以18~24h的纯培养物
，涂布接种于淀粉琼脂斜面或平板（一个平板可分区接种，试验数种培养物）或直接移种于淀粉肉汤中 ，于36±1°C培养24~48h
，或于20°培养5天 。然后将碘试剂直接滴浸于培养表面，若为液体培养物 ，则加数滴碘试剂于试管中
。立即检视结果
，阳性反应（淀粉被分解）为琼脂培养基呈深蓝色 、菌落或培养物周围出现无色透明环
、或肉汤颜色无变化。阴性反应则无透明环或肉汤呈深蓝色 。

淀粉水解系逐步进行的过程，因而试验结果与菌种产生淀粉酶的能力、培养时间 ，培养基含有淀粉量和pH等均有一定关系
。培养基pH必须为中性或微酸性
，以pH7.2最适。淀粉琼脂平板不宜保存于冰箱，因而以临用时制备为妥 。

3 、V-P试验

某些细菌在葡萄糖蛋白胨水培养基中能分解葡萄糖产生丙酮酸 ，丙酮酸缩合
，脱羧成乙酰甲基甲醇，后者在强碱环境下 ，被空气中氧氧化为二乙酰，二乙酰与蛋白胨中的胍基生成红色化合物
，称V－P（+）反应
。

试验方法：

1）O’Meara氏法：将试验菌接种于通用培养基，于36±1°C培养48h ，培养液1ml加O’Meara试剂（加有0.3%肌酸Creatine或肌酸酐Creatinine的40%氢氧化钠水溶液）1ml
，摇动试管1~2min，静置于室温或36±1°C恒温箱 ，若4h内不呈现伊红
、即判定为阴性。亦有主张在48~50°C水浴放置2h后判定结果者 。

2）Barritt氏法：将试验菌接种于通用培养基
，于36±1°C培养4天、培养液2.5ml先加入5°Cα萘酚（2-na-phthol）纯酒精溶液0.6ml,再加40%氢氧化钾水溶液0.2ml，摇动2~5min ，阳性菌常立即呈现红色
，若无红色出现，静置于室温或36±1°C恒温箱 ，如2h内仍不显现红色 、可判定为阴性
。

3）快速法：将0.5%肌酸溶液2滴放于小试管中、挑取产酸反应的三糖铁琼脂斜面培养物一接种环
，乳化接种于其中，加入5%α-萘酚3滴 ，40%氢氧化钠水溶液2滴，振动后放置5min
，判定结果。不产酸的培养物不能使用 。

本试验一般用于肠杆菌科各菌属的鉴别。在用于芽胞杆菌和葡萄球菌等其它细菌时，通用培养基中的磷酸盐可阻碍乙酰甲基醇的产生 ，故应省去或以氯化钠代替
。

4
、甲基红（Methyl Red）试验

肠杆菌科各菌属都能发酵葡萄糖
，在分解葡萄糖过程中产生丙酮酸，进一步分解中 ，由于糖代谢的途径不同
，可产生乳酸，琥珀酸、醋酸和甲酸等大量酸性产物 ，可使培养基PH值下降至pH4.5以下
，使甲基红指示剂变红。

试验方法：挑取新的待试纯培养物少许，接种于通用培养基 ，培养于36±1°C或30°C（以30°C较好）3~5天
，从第二天起，每日取培养液1ml ，加甲基红指示剂1~2滴，阳性呈鲜红色
，弱阳性呈淡红色，阴性为** 。迄至发现阳性或至第5天仍为阴性 、即可判定结果
。

甲基红为酸性指示剂 ，pH范围为4.4~6.0
，其pK值为5.0。故在pH5.0以下，随酸度而增强** ，在pH5.0以上
，则随碱度而增强**，在pH5.0或上下接近时 ，可能变色不够明显
，此时应延长培养时间，重复试验 。

5
、靛基质（Imdole）试验

某些细菌能分解蛋白胨中的色氨酸 ，生成吲哚
。吲哚的存在可用显色反应表现出来。吲哚与对二甲基氨基苯醛结合
，形成玫瑰吲哚，为红色化合物 。

试验方法：将待试纯培养物小量接种于试验培养基管 ，于36±1C培养24h时后，取约2ml培养液
，加入Kovacs氏试剂2~3滴，轻摇试管 ，呈红色为阳性
，或先加少量乙醚或二甲苯，摇动试管以提取和浓缩靛基质 ，待其浮于培养液表面后
，再沿试管壁徐缓加入Kovacs氏试剂数滴，在接触面呈红色 ，即为阳性
。

实验证明靛基质试剂可与17种不的靛基质化合物作用而产生阳性反应
，若先用二甲苯或乙醚等进行提取，再加试剂 ，则只有靛基质或5-甲基靛基质在溶剂中呈现红色
，因而结果更为可靠。

6、硝酸盐（Nitrate）还原试验

有些细菌具有还原硝酸盐的能力，可将硝酸盐还原为亚硝酸盐 、氨或氮气等 。亚硝酸盐的存在可用硝酸试剂检验
。

试验方法：临试前将试剂的A（磺胺酸冰醋酸溶液）和B（α－萘胺乙醇溶液）试液各0.2ml等量混合
、取混合试剂约0.1ml、加于液体培养物或琼脂斜面培养物表面 ，立即或于10min内呈现红色即为试验阳性，若无红色出现则为阴性。

用α-萘胺进行试验时
，阳性红色消退很快 、故加入后应立即判定结果 。进行试验时必须有未接种的培养基管作为阴性对照。α-萘胺具有致癌性
、故使用时应加注意
。

7、明胶（Gelatin）液化试验

有些细菌具有明胶酶（亦称类蛋白水解酶），能将明胶先水解为多肽 ，又进一步水解为氨基酸
，失去凝胶性质而液化。

试验方法：挑取18~24h待试菌培养物，以较大量穿刺接种于明胶高层约2/3深度或点种于平板培养基 。于20~22℃培养7~14天
。明胶高层亦可培养于36±1℃。每天观察结果 ，若因培养温度高而使明胶本身液化时应不加摇动 、静置冰箱中待其凝固后
、再观察其是否被细菌液化
，如确被液化，即为试验阳性 。平板试验结果的观察为在培养基平板点种的菌落上滴加试剂 ，若为阳性
，10~20min后，菌落周围应出现清晰带环
。否则为阴性。

8、尿素酶（Urease）试验

有些细菌能产生尿素酶 ，将尿素分解 、产生2个分子的氨
，使培养基变为碱性，酚红呈粉红色 。尿素酶不是诱导酶 ，因为不论底物尿素是否存在，细菌均能合成此酶
。其活性最适pH为7.0。

试验方法：挑取18~24h待试菌培养物大量接种于液体培养基管中
，摇均，于36±1℃培养10 ，60和120min
，分别观察结果 。或涂布并穿刺接种于琼脂斜面，不要到达底部 ，留底部作变色对照
。培养2
，4和24h分别观察结果，如阴性应继续培养至4天 ，作最终判定
，变为粉红色为阳性。

9、氧化酶（Oxidase）试验

氧化酶亦即细胞色素氧化酶，为细胞色素呼吸酶系统的终末呼吸酶 ，氧化酶先使细胞色素C氧化
，然后此氧化型细胞色素C再使对苯二胺氧化，产生颜色反应 。

试验方法：在琼脂斜面培养物上或血琼脂平板菌落上滴加试剂1~2滴 ，阳性者Kovacs氏试剂呈粉红色~深紫色，Ewing氏改进试剂呈蓝色。阴性者无颜色改变
。应在数分钟内判定试验结果。

10
、硫化氢（H2S）试验

有些细菌可分解培养基中含硫氨基酸或含硫化合物
，而产生硫化氢气体，硫化氢遇铅盐或低铁盐可生成黑色沉淀物 。

试验方法：在含有硫代硫酸钠等指示剂的培养基中 ，沿管壁穿刺接种
，于36±1℃培养24~28h，培养基呈黑色为阳性
。阴性应继续培养至6天。也可用醋酸铅纸条法：将待试菌接种于一般营养肉汤 ，再将醋酸铅纸条悬挂于培养基上空
，以不会被溅湿为适度；用管塞压住置36±1℃培养1~6天 。纸条变黑为阳性
。

11、三糖铁（TSI）琼脂试验

试验方法：以接种针挑取待试菌可疑菌落或纯培养物，穿刺接种并涂布于斜面 ，置36±1℃培养18~24h
，观察结果。

本试验可同时观察乳糖和蔗糖发酵产酸或产酸产气（变黄）；产生硫化氢（变黑） 。葡萄糖被分解产酸可使斜面先变黄，但因量少 ，生成的少量酸
，因接触空气而氧化，加之细菌利用培养基中含氮物质 ，生成碱性产物，故使斜面后来又变红
，底部由于是在厌氧状态下，酸类不被氧化 ，所以仍保持**
。

12 、硫化氢-靛基质-动力（SIM）琼脂试验

试验方法：以接种针挑取菌落或纯养物穿刺接种约1/2深度
，置36±1℃培养18~24h，观察结果。培养物呈现黑色为硫化氢阳性 ，混浊或沿穿刺线向外生长为有动力
，然后加Kovacs氏试剂数滴于培养表面，静置10min ，若试剂呈红色为靛基质阳性 。培养基未接种的下部
，可作为对照
。

本试验用于肠杆菌科细菌初步生化筛选，与三糖铁琼脂等联合使用可显著提高筛选功效。

三
、血清学试验

血清学反应是指：相应的抗原与抗体在体外一定条件下作用 ，可出现肉眼可见的沉淀、凝集现象 。在食品微生物检验中
，常用血清学反应来鉴定分离到的细菌，以最终确认检测结果。

血清学反应的一般特点：

1)抗原体的结合具有特异性 ，当有共同抗原体存在时，会出现交叉反应
。

2)抗原体的结合是分子表面的结合
，这种结合虽相当稳定，但是可逆的。

3)抗原体的结合是按一定比例进行的 ，只有比例适当时
，才能出现可见反应 。

4)血清学反应大体分为两个阶段进行，但其间无严格界限
。第一阶段为抗原体特异性结合阶段 ，反应速度很快
，只需几秒至几分钟反应即可完毕，但不出现肉眼可见现象。第二阶段为抗原体反应的可见阶段 ，表现为凝集 、沉淀
、补体结合反应等 。反应速度慢
，需几分、几十分以至更长时间
。而且，在第二阶段反应中 ，电解质 、PH
、温度等环境因素的变化
，都直接影响血清学反应的结果。

习惯上将经典的血清学反应分三种类别：凝集反应、沉淀反应和补体结合反应 。

1 、凝集反应

颗粒性抗原（细菌
、红细胞等）与相应抗体结合，在电解质参与下所形成的肉眼可见的凝集现象 ，称为凝集反应（Agglutination reaction）
。其中的抗原称为凝集原，抗体称为凝集素。在该反应中
，因为单位体积抗体量大，做定量实验时 ，应稀释抗体 。

1）直接凝集反应

颗粒性抗原与相应抗体直接结合所出现的反应
，称为直接凝集反应(Direct agglution reaction)
。

a.玻片凝集法。是一种常规的定性试验方法 。原理是用已知抗体来检测未知抗原。常用于鉴定菌种、血型
。如将含有痢疾杆菌抗体的血清与待检菌液各一滴，在玻片上混匀 ，数分种后若出现肉眼可见的凝集块
，即阳性反应，证明该菌是痢疾杆菌。此法快速 、简便 ，但不能进行定量测定 。

b.试管凝集法
。是一种定量试验方法。多用已知抗原来检测血清中有无相应抗体及其含量 。常用于协助诊断某些传染病及进行流行病学调查
。如肥达氏反应就是诊断伤寒、付伤寒的试管凝集试验。因为要测定抗体的含量
，故将待检查的血清用等渗盐水倍比稀释成不同浓度，然后加入等量抗原 ，37℃或56℃
，2~4小时观察，血清最高稀释度仍有明显凝集现象的 ，为该抗血清的凝集效价 。

2）间接凝集反应

将可溶性抗原（抗体）先吸附在一种与免疫无关的，颗粒状微球表面
，然后与相应抗体（抗原）作用，在有电解质存在的条件下 ，即可发生凝集
，称为间接凝集反应(Indirect agglutination)
。由于载体增大了可溶性抗原的反应面积。当载体上有少量抗原与抗体结合 。就出现肉眼可见的反应，敏感性很高
。

2
、沉淀反应

可溶性抗原与相应抗体结合 ，在有适量电解质存在下
，经过一定时间，形成肉眼可见的沉淀物 ，称为沉淀反应（Precipitation）。反应中的抗原称为沉淀原
，抗体为沉淀素 。由于在单位体积内抗原量大，为了不使抗原过剩 ，故应稀释抗原
，并以抗原的稀释度作为沉淀反应的效价。

1）环状沉淀反应：是一种定性试验方法，可用已知抗体检测未知抗原
。将已知抗体注入特制小试管中 ，然后沿管壁徐徐加入等量抗原，如抗原与抗体对应
，则在两液界面出现白色的沉淀圆环。

2）絮状沉淀反应：将已知抗原与抗体在试管（如凹玻片）内混匀，如抗原抗体对应 ，而又二者比例适当时
，会出现肉眼可见的絮状沉淀，此为阳性反应 。

3）琼脂扩散试验：利用可溶性抗原抗体在半固体琼脂内扩散 ，若抗原抗体对应
，且二者比例合适，在其扩散的某一部分就会出现白色的沉淀线
。每对抗原抗体可形成一条沉淀线。有几对抗原抗体 ，就可分别形成几条沉淀线 。琼脂扩散可分为单向扩散和双向扩散两种类型
。单向扩散是一种定量试验。可用于免疫蛋白含量的测定 。而双向扩散多用于定性试验
。由于方法简便易行
，常用于测定分析和鉴定复杂的抗原成分。

3、补体结合反应

补体结合反应(Complement fixation reaction)是在补体参与下，以绵羊红细胞和溶血素作为指示系统的抗原抗体反应 。补体无特异性 ，能与任何一组抗原抗体复合物结合而引起反应
。如果补体与绵羊红细胞 、溶血素的复合物结合
，就会出现溶血现象，如果与细菌及相应抗体复合物结合 ，就会出现溶菌现象。因此，整个试验需要有补体
、待检系统（已知抗体或抗原、未知抗原或抗体）及指示系统（绵羊细胞和溶血素）五种成份参加 。其试验原理是补体不单独和抗原或抗体结合。如果出现溶菌
，是补体与待检系统结合的结果，说明抗原抗体是相对应的 ，如果出现溶血
，说明抗原抗体不相对应
。此反应操作复杂，敏感性高 ，特异性强
，能测出少量抗原和抗体，所以应用范围较广

20世纪20年代的酒精 、甘油和丙酮等发酵工业 ，属于厌氧发酵。20世纪40年代初
，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起 。由于青霉素产生菌是需氧型的 ，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上
，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术
。这使有机酸
、维生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。1957年 ，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产 。氨基酸发酵工业的发展
，是建立在代谢控制发酵技术的基础上的
。90年代，代谢控制发酵技术已经用于核苷酸 、有机酸和部分抗生素的生产中。20世纪70年代以后 ，基因工程
、细胞工程等生物工程技术的开发
，使发酵工程进入了定向育种的阶段 。20世纪80年代以来，随着学科之间的渗透和交叉 ，数学、动力学 、化学工程原理和计算机技术开始被用于发酵过程的研究
。

90年代以来
，自动记录和自动控制发酵过程的全部参数已经被应用于生产。

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