细菌显微追踪技术是近年来发展起来的对微生物进行分析研究的新技术,已逐渐成为生物学微观研究的重要工具。它结合了图像分析技术和粒子追踪算法,辅以现代荧光标记技术,实时记录细菌的运动状态和多种生理反应过程等信息,最终得到更准确的单细胞水平上的微观定量信息,以研究多细胞组织的异质性、生物被膜的形成及复杂的生理过程等。本文主要以显微追踪技术为手段,首先分析了巴氏芽孢杆菌的单细胞运动行为,原位观察了其诱导碳酸钙形成的动力学过程,发现不稳定亚微米级碳酸钙的生成和溶解现象。而且琼脂下碳酸钙的最高生长速率(1.5μm/min)是液体中的1/2(3μm/min)。微米级碳酸钙未在具有负电表面的基质(像菌体、PS球等)上生长,但菌体和经300 k Da的透析袋透出的胞外多糖均会影响晶体形貌并促使球霰石的生成。实验中发现在收集的微生物诱导的碳酸钙粒子表面均可以再次生长碳酸钙。该研究为微生物诱导碳酸钙过程的动力学调控提供了新的视角。之后,在单细胞水平上定量研究了黄色粘球菌捕食大肠杆菌的动力学过程。研究发现捕食时粘球菌的停滞时间为～280 s,大肠杆菌会发生明显质壁分离。与接触灭活的大肠杆菌相比,粘球菌在接触活大肠杆菌时会降低运动速度,且对其裂解速度要快4.5倍,并以菌体前端捕食为最主要的捕食方式。72%的黄色粘球菌在裂解猎物后直接离开,表明其个体捕食是非高效的。该个体捕食的研究结果可帮助理解群体捕食机制,以期扩展捕食关系在农业和医药领域的应用。最后,定量表征了霍乱弧菌的不同运动模式、甘露糖敏感型菌毛MSHA的表达及在表面粘附中的作用。研究发现菌毛数量随细胞长度增长而呈线性增加。菌毛与表面的接触导致短暂停顿,在鞭毛驱动下以某根菌毛为固定点发生偏转,一旦挣脱菌毛的粘附,则继续做近表面运动。在1%甲基纤维素中,菌体旋转周期为～0.7 s,其与运动速度呈线性负相关。通过菌毛可视化,解析了“漫游”、“环绕”运动模式中MSHA所起的不同作用及对表面粘附的影响。该研究结果进一步揭示了霍乱弧菌的表面定殖机制,有助于理解其致病机理。因此,本文已成功运用显微追踪技术,实现了三种特性鲜明的不同细菌的运动行为及生理生化过程在单细胞水平上的原位实时观测。同时也验证了该技术的普适性,从而为其它微生物行为、生物被膜等领域的研究提供了良好的技术平台。