在自然环境下,微生物可以针对其所处的外部环境的变化而发生行为改变,这是其赖以生存的重要条件。而微生物的行为改变过程是由体内的趋化信号转导网络和运动结构协同完成的,这个过程是非常复杂的。我们以大肠杆菌为研究对象,在分子和细胞水平上,综合利用光学显微成像技术、基因改造技术和生物学统计模型等多种生物物理手段来研究大肠杆菌的行为改变过程,包括趋化性和运动性。研究大肠杆菌行为改变的过程是基础研究的重要科学问题,同时也有利于开拓应用场景。细菌的趋化运动可能会使得细菌影响人体的健康,进而导致一些疾病的发生。研究细菌的上述行为的改变一方面丰富微生物学的理论知识,另一方面会提供关于细菌疾病治疗的新的研究思路。对细菌的动力结构的研究会促进未来分子机器的设计和应用。二甲双胍是一种双胍类分子,因其相对安全、成本低、对心血管死亡率和血糖均有有益作用,被认为是治疗2型糖尿病最常用的药物治疗方法,同时也是治疗其他代谢综合征最常见的处方药。二甲双胍能够通过改变肠道微生物代谢来降低哺乳动物患癌症的风险和延长秀丽隐杆线虫的寿命。那么我们猜想二甲双胍是否会影响大肠杆菌的一些行为特征,包括趋化性和运动性。基于此,我们通过使用乳胶小球标记法和微流控技术,探究添加0 m M至20 m M浓度的二甲双胍对大肠杆菌趋化和运动行为的影响。本论文的研究结果,主要有下面几个方面:（1）我们研究了大肠杆菌在含有浓度不同的二甲双胍培养基中的生长情况。第一步,我们通过基因改造技术构建了相关实验所需的大肠杆菌菌种。我们依次制备了能表达质粒p KAF131的菌种:JY26、JY27、HCB429、HCB1。第二步,通过在TB培养基中添加不同浓度的二甲双胍来监测大肠杆菌光学密度（OD）值的变化,发现二甲双胍能够抑制大肠杆菌的生长,并且该抑制作用与剂量有关。（2）我们研究了大肠杆菌在浓度不同的二甲双胍作用下趋化性的变化。第一步,我们搭建了微流控装置。第二步,我们依次制备了能表达质粒p KAF131的菌种:JY26、JY27、HCB429、HCB269。将细菌的长鞭毛进行剪切,使其变短,接下来将半径为0.5μm的乳胶小球附着到处理过的大肠杆菌短鞭毛上。最后,通过转换三角阀的方向来切换不同的溶液进而监测乳胶小球的运动。我们发现二甲双胍被Tsr化学感受器感知为大肠杆菌的趋避剂,且缺失化学感受器和Che Y蛋白的大肠杆菌突变体不能感知二甲双胍,我们还发现了二甲双胍能够延长单个大肠杆菌对引诱剂的趋化反应的恢复时间。（3）我们研究了大肠杆菌在浓度不同的二甲双胍作用下运动性的变化。第一步,我们设计搭建了明场和暗场实验装置。第二步,我们依次制备了能表达质粒p KAF131的菌种:JY26、JY27,制备了包括质粒p FD313、p JY7的菌株JY26以及制备了包括质粒p KAF131、p Trc99a PR的菌株JY26,还构建了HCB1菌株和包括质粒p JY7的菌株HCB1。最终我们通过倒置光学显微镜来测量附着在大肠杆菌鞭毛马达上乳胶小球的旋转情况,运用高通量暗场显微实验装置来观察大肠杆菌菌群头部和鞭毛尾部的运动。我们发现二甲双胍能够抑制大肠杆菌的运动性,促进了大肠杆菌在玻璃表面的聚集。我们进一步证明了这一运动抑制是由鞭毛马达转矩的降低引起的。