[课件]第三章噬菌体PPT

一、 细菌的变异现象
1、形态结构变异
❖ 细菌L型——在青霉素、溶菌酶、补体等作用下，使菌细 胞壁发生缺陷；细菌呈多态性，革兰染色阴性。
❖ H-O变异——细菌失去鞭毛
陈旧培基物
鼠疫杆菌
多形态性
变形杆菌（Proteus） 鞭毛变异，H--O变异
葡萄球菌--- L 型菌落
葡萄球菌---回复后
2、毒 力 变 异
普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点 转导发生的时期 转导的遗传物质
转导的后果
转导频率
普遍性转导
局限性转导
裂解期
溶原期
供体菌染色体DNA任何部位或质 噬菌体DNA及供体菌DNA
粒
的特定部位
完全转导或流产转导
受体菌获得供体菌DNA特 定部位的遗传特性
受体菌的10-7
转导频率较普遍转导增加 1000倍
三、干扰蛋白质合成的抗菌药物有：
1）影响氨酰-tRNA合成：莫匹罗星 2）影响核糖体功能：氨基糖苷类、四环素类
四、影响核酸合成和叶酸代谢：
1）博来霉素：断裂DNA 2）利福霉素：抑制转录延伸 3）多柔比星和柔红霉素：拓扑异构酶II抑制剂 4）新生霉素：DNA回旋酶抑制剂 5）甲氧苄啶（TMP）（抑制二氢叶酸合成酶）和磺胺（干扰叶酸代谢）
性菌毛有关 与耐药性有关 编码大肠菌素 与细菌毒力有关 与代谢相关的酶类
（三）转座因子（Transposable element）“Jump Gene”
是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNA序列，由其 移动可引起插入突变、染色体畸变及基因的重排等，从而导 致细菌遗传性状改变。转座现象的发现，证明基因是在不断 改变遗传组成的动态有机体。（McClintock，1983诺奖）

小结
思考题
1.名词解释： 噬菌体、毒性噬菌体、温和噬菌体
侵染过程
溶原性周期和溶菌性周期 前噬菌体自发/或受理化、生物因素
诱导而从宿主菌染色体中脱落，溶原周 期结束，随即进入溶菌周期。 溶原性细菌有抵抗同种或有亲缘关系 噬菌体重复感染的能力。
溶原性噬菌体的溶原周期和溶菌周期
溶原性细菌
结果
溶原性转换（lysogenic conversiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn）： 前噬菌体导致宿主菌基因型和性状改变。
特点 微小，测量单位nm，可通过细菌滤器。 无细胞结构，蛋白质(衣壳)+核酸(核心)。 专性活细胞内寄生，以复制方式增殖。
噬菌体的生物学性状
形态与结构 形态：蝌蚪形（多见）、微球形及细杆状。 结构（蝌蚪形）：头部与尾部。
噬菌体的结构
尾领
噬菌体的生物学性状
化学组成 蛋白质构成头部衣壳和尾部，有保护核酸和
色体中，不产生子代噬菌体，也不引起细菌 裂解，其DNA随细菌基因组复制而复制，并 随细菌分裂分配到子代细菌的基因组中。
温和噬菌体
——概念
前噬菌体（prophage）：整合在细菌 染色体上的噬菌体基因组。
溶原性细菌（lysongenic bacterium）： 带有前噬菌体的细菌。
溶原性：温和噬菌体具有产生成熟子代噬 菌体颗粒和裂解宿主菌的能力。
毒性噬菌体
——溶菌周期
结果：宿主菌裂解。 ①液体培养基中，混浊菌液变澄清。 ②固体培养基上，裂解细菌后会留下透明的
溶菌空斑；每个空斑是一个噬菌体复制增 殖并裂解宿主菌后形成的，称为噬斑 （plaque）。
噬斑
温和噬菌体
概念 温和噬菌体（temperate phage）/溶原性

将待检细菌的噬菌体与样品混 合，37度培养1h，仅待检细菌 被噬菌体吸附侵染
加入灭病毒剂灭活5min，灭活 所有未侵染宿主细胞的噬菌体；
将辅助菌加入到样品中，中和 灭病毒剂，并立刻混合后倒入 琼脂平板进行培养 释放出来的子代噬菌体裂解辅 助菌；平板中形成清晰可见的 噬菌斑。

3.1生物扩增法
• 原理：
当样品中的待检细菌数目较少时，将不利于 噬菌斑的形成，影响检测结果。如果加入能够被 噬菌体裂解的辅助菌，被侵染的待检细菌裂解释 放出来的子代噬菌体会立刻继续吸附裂解辅助菌 ，从而形成清晰的噬菌斑。因此根据噬菌斑的数 目检测样品中病原菌的含量。

宿主菌

含有报告基 因的噬菌体
常用的报告基因有：
with high-density arrays • 2001 Automated phage display
selection

2.2 噬菌体展示技术的原理
以噬菌体或噬菌粒为载体，将目标蛋白 的DNA序列插入到噬菌体外壳蛋白结构基因 的适当位置，使外源蛋白随噬菌体的重新 组装而展示到噬菌体表面，通过筛选表达 有特异肽或蛋白质的噬菌体，并得到大量 富集，从而获得目的多肽或蛋白质。
2.RNA噬菌体：

线状单链RNA（多数） 线状双链RNA（少数）

1.6 噬菌体分类

1.6 噬菌体分类
根据噬菌体与宿主的关系： （1） 烈性噬菌体：指感染宿主细胞后，能
够使宿主细胞裂解的噬菌体。 （2）温和噬菌体：噬菌体感染细胞后，将其

2.7 噬菌体抗体库的分类
(1)根据 免疫抗体库
插入基
因片段 非免疫抗体库 天然抗体库
的来源
半合成抗体库

溶源性细菌
自发裂解
噬菌体的监测
噬菌体的监测方法
发酵工业生产中，为了有效地防治噬菌体的危害，常需要通 过测定噬菌斑来检查噬菌体的存在与否或数量的多少。测定的 原理是根据噬菌体在平板培养基上可形成噬菌斑，在液体培养 基中可使菌液由浑浊变澄清的特性，对噬菌体进行定性或定量 分析。
1．双层平板法
噬菌体检查和定量测定； 效价（单位/mL）=平板培 养基中噬菌斑平均数×稀释 倍数×10mL-
噬菌体与发酵工业的关系
1.噬菌体的危害
发酵工业和食品工业被噬菌体污染表现两个方面：一是发酵 周期明显延长，影响产品的产量和质量；二是污染生产菌种， 使发酵液变清，不积累发酵产物，严重时无法继续发酵，甚 至停产。
噬菌体与发酵工业的关系
1.噬菌体的危害
原因：一是生产菌种本身可能携带噬菌体或生产菌种是溶源 性细菌；二是生产环境存在噬菌体，没做好消毒与灭菌工作。
噬菌体的效价：每毫升试样中所含有的的具有侵染性的噬菌体粒子数 计算公式 效价（单位/mL）=平板培养基中噬菌斑平均数×稀释倍数×10mL-1
噬菌体与发酵工业
噬菌体与发酵工业的关系
噬菌体与发酵工业的关系
1.噬菌体的危害
丙酮、丁醇发酵与噬菌体污染 发酵受害的典型代表 危害：发酵速度缓慢，产气减少，发酵液对流不旺盛，使生产菌 种数量减少，造成发酵逐渐停止。
噬菌体与发酵工业的关系
2.噬菌体的防治
决不使用可疑的生产菌种；严格保持环境卫生；严格控制活 菌体的排放；保证发酵系统和空气过滤系统的合理性与无菌 状态；不断筛选抗性菌种，并经常轮换生产菌种。
噬菌体与发酵工业的关系
2.噬菌ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的防治
在生产中如果发生噬菌体污染，及时采取合理措施。 尽快提取产品：减少损失 使用药物控制：金属螯合剂、表面活性剂 及时改用抗噬菌体的生产菌株：与生产菌种相近的抗性菌株

成熟与释放
新合成的噬菌体粒子在宿主细胞 内成熟，并释放出宿主细胞外。
噬菌体对宿主的致病作用
破坏宿主细胞结构
噬菌体感染导致宿主细胞 破裂，释放出有毒物质， 引发感染症状。
引发免疫反应
噬菌体感染可引发宿主免 疫反应，导致炎症、发热 等症状。
传播与流行
噬菌体可通过感染一个宿 主，再传播给其他宿主， 引发流行性疾病。
调控机制
噬菌体DNA的复制与转录受到严格的调控机制，以确保遗传信息 的正确传递。
噬菌体DNA的突变与重组
突变类型
噬菌体DNA的突变类型包括点突变、插入和缺 失等。
重组机制
噬菌体DNA的重组机制涉及到同源重组和非同 源重组两种方式。
Hale Waihona Puke 生物学意义突变与重组在噬菌体的进化、变异和适应性方面具有重要意义。
03
利用噬菌体的特异性感染和裂解细菌的能力，治疗细菌感染性疾 病。
噬菌体疫苗
利用噬菌体作为载体，表达和展示病原体抗原，用于预防传染病 。
噬菌体基因检测
利用噬菌体感染和扩增特定病原体的基因，用于快速检测和诊断 疾病。
噬菌体在环境治理中的应用
污水处理
利用噬菌体的抑菌和裂解细菌的能力，处理污水中的有害细菌， 提高水质。
噬菌体变异的机制
1 2
DNA复制错误
在DNA复制过程中，由于碱基配对错误或DNA 聚合酶的缺陷，导致基因突变的发生。
重组酶介导的基因重组
在同源或异源DNA之间，重组酶能够识别并催化 DNA的交换和重排，导致基因重组。
3
基因水平转移
通过噬菌体感染或细菌之间直接接触，可实现基 因在不同细菌或噬菌体之间的转移和重组。
《噬菌体遗传与变异》PPT课件

04
噬菌体的检测与防治
噬菌体的检测方法
噬菌斑法
在细菌培养物上加病毒液，培养后观察透明圈， 透明圈越大表示病毒活性越强。
血清学检测
利用特异性抗体检测噬菌体抗原，以确定其存在 和种类。
分子生物学方法
如PCR、基因测序等，通过对病毒基因序列的分 析，准确快速地检测噬菌体。
噬菌体的防治策略
加强卫生管理
分布
噬菌体广泛分布于自然界，如水、土壤、动物肠道等，同时也在人类生产活 动中广泛存在，如食品、药品、医疗器械等。
噬菌体与人类健康的关系
致病性
某些噬菌体可导致人类肠道菌群失调，引起腹泻、发热等症状；在医院环境中，噬菌体还 可导致医院感染。
治疗与预防
烈性噬菌体在一定条件下可被激活，用于治疗细菌感染；同时，加强食品、药品、医疗器 械等的监管，可有效预防噬菌体感染。
为医学微生物学研究提供参考和借鉴
医学微生物学课件可以包含大量的最新研究成果和文献资料，为医学生的研究提 供参考和借鉴，例如在研究新型病毒或者细菌时，可以通过课件学习相关的知识 和技术手段，从而更好地开展研究工作。
通过课件的学习，医学生可以了解更多的临床实践经验和最新治疗手段，例如在 面对新型病毒或细菌时，可以通过课件学习相关的防控和治疗方案，从而更好地 服务临床实践。
THANKS
生物技术应用
噬菌体展示技术是一种重要的生物技术方法，可用于研究蛋白质-蛋白质相互作用、筛选 抗体药物等。
02
噬菌体的生命周期与感染机制
噬菌体的生命周期
吸附
噬菌体识别并吸附到宿主细胞表面 。
侵入
通过酶解或融合方式进入宿主细胞 。
增殖
在宿主细胞内进行核酸复制、蛋白 质合成及组装。

噬菌体可以感染细菌，并在细菌内部进行自我复制，最终导致细菌裂解死亡 。
噬菌ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对真菌的影响
噬菌体还可以感染一些真菌，如酵母菌，并在真菌细胞内进行自我复制，最 终导致真菌裂解。
噬菌体与高等生物的相互关系
噬菌体对人体的影响
人体中存在许多有益的噬菌体，可以调节人体肠道微生物群落，对人体健康产生 积极影响。
02
噬菌体的应用
在医学中的应用
噬菌体疗法
利用噬菌体裂解细菌，从而治疗由细菌感染引起的疾病。
噬菌体展示技术
通过噬菌体表面展示技术，将外源基因表达产物展示在噬菌体表面，用于制 备疫苗、抗体等生物药物。
在生物工程中的应用
噬菌体扩增技术
利用噬菌体扩增目的基因的大量拷贝，为基因克隆提供足够的模板。
噬菌体检测技术
噬菌体在未来的应用前景
抗菌治疗
利用噬菌体对耐药性细菌进行抗菌治疗，特别是 针对医院感染和动物疾病中的耐药性细菌。
预防传染病
利用噬菌体对细菌进行预防性接种，以控制传染 病的发生和传播。
生物安全
利用噬菌体对生物安全相关的细菌进行检测、预 警和防治，保障公共安全和生态安全。
THANKS
谢谢您的观看
03
噬菌体与人类健康
人体内的噬菌体
人体正常菌群
人体内存在大量的微生物群，包括细菌、真菌和病毒等，这些微生物与人体相互 依存，形成稳定的生态平衡。
噬菌体的种类和分布
噬菌体是一类专门感染细菌的病毒，主要分为烈性和温和噬菌体，人体内的噬菌 体主要分布在肠道、皮肤、呼吸道等部位。
噬菌体感染的诊断与治疗
利用噬菌体特异性结合和感染的特性，发展成为一种新型的生物传感器，用于环 境监测和食品检测等领域。

分子进化分析
研究噬菌体的分子进化，探讨其 进化和分类的关系。
生物信息学方法
生物信息学分析
利用生物信息学方法对噬菌体 基因组和蛋白质组进行分析，
揭示其结构和功能。
计算机模拟
利用计算机模拟噬菌体的感染和 复制过程，深入研究其生物学机 制。
数据挖掘和分析
通过数据挖掘和分析，寻找噬菌体 感染和复制过程中的关键蛋白质和 基因，为药物设计和治疗提供参考 。
01
02
03
耐药性问题
随着抗生素滥用，细菌耐 药性问题日益严重，而噬 菌体有望为解决这一问题 提供新思路。
生物安全性
噬菌体作为生物制剂，其 生物安全性需要进一步评 估和研究。
法规与伦理问题
噬菌体疗法的相关法规和 伦理问题也需要进一步探 讨。
对人类的贡献
疾病治疗
通过研究噬菌体，我们可 以发现新的疾病治疗方法 ，提高人类生命质量。
感染症状
噬菌体感染可引起发热、咳嗽、 呕吐等症状。
传播途径
噬菌体可通过空气、水和食物等传 播。
临床表现与诊断
临床表现
噬菌体感染可导致细菌性疾病 ，如肺炎、肠道感染等。
实验室检查
通过采集患者样本，进行噬菌 体分离培养及鉴定，以确诊感
染。
治疗
一般采用抗生素治疗，严重者 需采用噬菌体疗法。
03
噬菌体基因组与复制
基因组结构与功能
基因组构成
噬菌体基因组为DNA双链，通常包含多个基因，其中包括复 制、转录、翻译等必要基因。
基因组功能
噬菌体基因组编码其生命周期所需的各类蛋白，包括外壳蛋 白、复制酶、转录酶、翻译器等。
复制与表达
复制过程
噬菌体通过吸附至敏感宿主细胞表面，注入自身DNA，利用宿主细胞代谢和 能量系统进行自身DNA的复制和表达。

噬菌体感染的防治
加强监测
加强对环境中噬菌体污染的监测，及时发现并采 取有效措施。
免疫预防
通过免疫接种预防噬菌体感染，例如针对某些病 原性噬菌体开发疫苗。
抗生素治疗
对于严重的噬菌体感染，可以使用抗生素进行治 疗。
03
噬菌体与其他微生物的相互 作用
噬菌体与细菌的相互作用
噬菌体对细菌的益处
噬菌体可以作为细菌的“天敌”，控制细菌的数量和生长， 减少疾病的发生。
分类
噬菌体根据形态和结构主要分为蝌蚪形噬菌体、微球形噬菌 体和丝形噬菌体等。
结构和生命活动
结构
噬菌体由核酸和蛋白质组成，其中核酸为遗传物质，蛋白质为外壳，具有保 护和吸附作用。
生命周期
噬菌体侵染宿主细胞后，会经历吸附、注入、合成、组装和释放等阶段，其 中吸附是关键步骤。
发现和历史
发现
噬菌体最早于1915年由英国科学家弗雷德里克·特沃特发现，并由F·W·赫尔希和 M·W·蔡斯等人进行了证实和研究。
噬菌体可以感染和破坏寄生生物细胞，减轻寄生生物对机体的损伤。
噬菌体对寄生生物的促进生长作用
噬菌体可以促进细菌的生长和繁殖，进而促进寄生生物的生长和繁殖。
04
噬菌体对环境的影响
噬菌体在环境中的分布和存活
分布广泛
噬菌体在各种生境中广泛分布，包括污水处理厂、食品加工 厂、农场、自然水域等。
存活条件
噬菌体在环境中的存活受到温度、pH值、紫外线、化学消毒 剂等多种因素的影响。
噬菌体对环境生物多样性的影响
影响细菌种群
噬菌体可以感染多种细菌，影响细菌的种群结构和多样性。
促进生态平衡
适当数量的噬菌体可以控制细菌数量，避免细菌过度繁殖，有利于维护生态 平衡。

前噬菌体（prophage）：整合在细菌基因组中 的噬菌体基因
溶原性细菌： 带有前噬菌体基因组的细菌
温和噬菌体
prophage: 整合在细菌基因 组中的噬菌体基因
溶原性细菌
温和噬菌体的溶原性
温和噬菌体基因脱离宿主菌基因组----转变成毒 性噬菌体，产生成熟子代噬菌体，导致细菌裂解。
温和噬菌体
三、噬菌体
(bacteriophage)
噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺 旋体等微生物的病毒。
病毒的特性： 个体微小，可以通过细菌滤器 没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成 专性细胞内寄生的微生物
分布极广
（一）噬菌体的生物学性状
1、形态 个体小，电子显微镜观察 蝌蚪形、微球形和细杆形
一、细菌的变异现象
形态结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异
形态结构的变异
形态结构变异
细菌L型变异
青霉素、溶菌酶
正常形态细菌 ──────→ L型变异
抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)
正常霍乱弧菌
霍乱弧菌L型
葡萄球菌L型变异
细菌L型油煎蛋样菌落
芽胞变异
形态结构变异
炭疽杆42菌-4─3℃───→ 失去形成芽胞能力, 毒性
取，使受体菌获得新的性状。 证实：
转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血 杆菌等中被证实。
转化试验
Transformation in Bacteria
转化
转化因子（transforming principle ） 在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因 子，分子量小于107，最多不超过10-20个基 因。
第三节、细菌遗传变异的实际应用
转座因子

第二节噬菌体（bacteriophage）内容提纲：v噬菌体的定义v噬菌体的形态与分类v噬菌体的结构v噬菌体的生活史一、原核生物的病毒—噬菌体u噬菌体定义：是病毒中的一种，一般把侵染细菌、放线菌的病毒叫噬菌体。

（把侵染真菌的病毒叫噬真菌体）u噬菌体在自然界广泛存在，在1995年发表的病毒分类与命名第六次报告中共报道了4000余种，分别划归为49个病毒科。

大肠杆菌T4噬菌体构造四、噬菌体的生活史根据噬菌体的生活史特点分成两种类型：烈性噬菌体（virulent phage）——感染细胞后,能在寄主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。

温和噬菌体（temperate phrage）——噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。

1. 烈性噬菌体的裂解性生活史（烈性噬菌体的繁殖过程）五个阶段：Adsorption（吸附）→Penetration（侵入）→Replication（复制）→Maturation （成熟）→Release（释放）。

1) 吸附(附着) (adsorption, attachment)2) 侵入(Penetration)尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外。

噬菌体蛋白质外壳不进入细胞的实验证明侵入(penetration)3)核酸复制(nucleic acid replication)前期复制病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。

后期复制4)噬菌体装配(Phage assembly)T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程5)释放(release)噬菌体的释放PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 （2）定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲 线——一步生长曲线（One-step growth）成 熟 的 噬 菌 体 粒 子 ， 除 M 13 等 少 数 噬 菌 体 外 ， 均 借宿主细胞裂解而释放。

第一节 噬菌体的生物学性状
形态与结构
– 蝌蚪形、微球形和丝形
化学组成
– 蛋白质与核酸
抗原性 抵抗力：比细菌强
噬菌体
噬菌体的种类
毒性噬菌体（virulent phage）
温和噬菌体（temperate phage）/ 溶原性噬菌体（lysogenic phage）
第二节 毒性噬菌体
毒性噬菌体（virulent phage） –能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多
–致育质粒（F质粒）：编码细菌性菌毛 –耐药质粒（R质粒）：编码细菌耐药性
毒力质粒（Vi质粒）：编码细菌毒力因子 –细菌素质粒（Col质粒）：编码大肠埃希菌的大
肠菌素 –代谢质粒
质粒是基因工程中最常用的基因载体
转座因子 （transposable element）
是指基因组中能够改变自身位置的一段DNA片段。 转位（transposition）：转位因子能从染色体 或质粒的一个位置转移到在另一个位置。 转位因子的转位行为，能使DNA发生插入突变和 广泛的基因重排。 包括：插入序列、转座子、转座噬菌体
抑制基因转录 ✓ 阻遏蛋白 ✓ 辅阻遏物
促进基因转录
细菌的变异机制
基因的转移和重组 基因的突变
第三节 基因的转移和重组
基因转移（gene transfer）
–外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过 程称为基因转移。
重组（rebination）
–转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使 受体菌获得供体菌的某些性状。
IS Resistance Gene(s) IS
Tn
转座子的特征
转座子 Tn1 Tn2 Tn3
Tn4 Tn5 Tn6 Tn7 Tn9 Tn10 Tn551 Tn971 Tn1681

噬菌体(人教版高三)
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C 干建平 黄冈师范学院遗传学
基因概念的发展
• 1955年，Benzer的顺反子学说。基因是一 个作用单位，但基因是可分的 。
• 60年代，Jacod 和 Monod：操纵子模型,基 因在功能上是有差别的。
• 断裂基因，重叠基因，跳跃基因，假基因 等的发现进一步丰富了基因的内容。
C 干建平 黄冈师范学院遗传学
C 干建平 黄冈师范学院遗传学
反式
Arg1－ ＋
＋
Arg2-
野生型
ad16－
＋
＋
ad2-
突变型
C 干建平 黄冈师范学院遗传学
顺式
Arg1－ Arg2-
＋
＋
野生型
ad16－ ad8-
＋
＋
野生型
顺式
基因型
ad16－ ad8-
＋
＋
反式
ad16－
＋
＋
ad2-
C 干建平 黄冈师范学院遗传学
产物
表型
有缺陷 正常
Arg1－ ＋
顺式（cis)： 两个突变座位位于 同一条染色体。
Arg1－ Arg2-
＋
Arg2-
野生型
＋
＋
野生型
互补（complementation）：不同对的两个基因在功能 上可以弥补对方的缺陷，这两个突变型称为互补。
反式与顺式的表型效应相同（野生型），表明 这两个基因为非等位基因。
C 干建平 黄冈师范学院遗传学
C 干建平 黄冈师范学院遗传学
（2）缺失作图
点突变（point mutation)：核苷酸对发生了改变 缺失突变（deletion mutation):缺失了相邻的许多
核苷酸对。
二