现代工科微生物学教程

第1章 绪论 1 1.1 什么是微生物——初识微生物 1 1.2 人类对微生物世界的认识 1 1.2.1 微生物学发展的萌芽阶段 1 1.2.2 微生物学的发展历程 2 1.2.3 近现代微生物学发展的历史大事件 5 1.3 微生物学对生物学科发展的巨大作用 6 1.4 学科拓展——工科应用型微生物学发展与人类发展的密切关联 7 1.5 微生物学的分类 8 1.6 微生物的特点及五大共性 8 复习思考题 14 上篇 经典微生物学 第2章 微生物的形态和结构 16 2.1 典型原核微生物的形态和结构 16 2.1.1 细菌的宏观形态和结构 16 2.1.2 细菌的微观结构组成 19 2.1.3 细菌的繁殖 30 2.1.4 细菌大量增殖后的菌落形态 30 2.1.5 拓展阅读——细菌的实际应用 32 2.2 其他原核微生物的形态和结构 32 2.2.1 放线菌 32 2.2.2 支原体、衣原体和立克次氏体 35 2.2.3 黏细菌 37 2.2.4 蛭弧菌 37 2.2.5 蓝细菌 38 2.3 古生菌的形态和结构概述 40 2.3.1 古生菌的发现 40 2.3.2 古生菌的形态 40 2.3.3 古生菌与细菌结构成分的差异 40 2.4 真核微生物的形态和结构及举例 40 2.4.1 真核微生物的细胞构造 41 2.4.2 真核微生物举例——霉菌 44 2.4.3 真核微生物举例——酵母菌 48 2.4.4 知识拓展——蕈菌概述 52 复习思考题 53 第3章 微生物的营养及实践应用 54 3.1 微生物的六大营养要素 54 3.1.1 水 54 3.1.2 无机盐 55 3.1.3 碳源 55 3.1.4 氮源 56 3.1.5 能源 56 3.1.6 生长因子 57 3.2 微生物营养类型概述 57 3.3 微生物培养基的种类 59 3.4 营养物质进入微生物的方式 61 3.5 微生物培养基的设计及其工程应用 63 3.5.1 设计培养基的原则和工科应用方法 63 3.5.2 采用正交优化分析法快速精准设计培养基 66 3.5.3 工程应用拓展——微生物培养基正交试验设计案例 67 复习思考题 71 第4章 微生物的产能、耗能代谢及应用 72 4.1 微生物的产能代谢 72 4.1.1 化能异养微生物的能量代谢 72 4.1.2 电子传递链 76 4.1.3 自养微生物产ATP和产还原力 79 4.2 微生物的分解代谢和合成代谢之间的联系概述 81 4.2.1 两用代谢途径 81 4.2.2 代谢物回补顺序 82 4.3 微生物合成代谢途径 82 4.3.1 微生物结构大分子——肽聚糖的合成 82 4.3.2 CO2的固定 83 4.3.3 生物固氮 85 4.3.4 工学应用拓展——微生物次级代谢物的合成 87 4.4 微生物的代谢调控与发酵生产 87 4.4.1 酶合成的调节 88 4.4.2 酶活性的调节 91 4.4.3 深度科研拓展——微生物代谢调控途径机制 93 复习思考题 94 第5章 微生物的生长繁殖及工程控制 96 5.1 微生物的生长规律 96 5.1.1 细菌的个体生长和同步生长 96 5.1.2 细菌群体生长繁殖及其相关数学模型 98 5.1.3 真核微生物的生长繁殖概述 101 5.1.4 微生物的连续培养及工科微生物学应用 103 5.2 影响微生物生长繁殖的主要因素 105 5.2.1 氧及与氧有关的微生物 105 5.2.2 温度 106 5.2.3 pH值 108 5.3 微生物的培养、保藏及工程应用 109 5.3.1 实验室培养法 109 5.3.2 菌种保藏应用理论及技术 111 5.3.3 工科应用拓展——微生物培养装置 115 5.4 测定微生物生长繁殖的常用技术 方法 116 5.4.1 测定生长量 116 5.4.2 计繁殖数 117 5.5 控制微生物生长繁殖的理化因素 120 5.5.1 微生物生长控制基本知识 120 5.5.2 物理因素的代表 121 5.5.3 化学杀菌剂或抑菌剂 124 复习思考题 128 第6章 病毒学基础 129 6.1 病毒概述 129 6.1.1 前期发展 129 6.1.2 病毒的发现 130 6.1.3 病毒粒子的分析时期 131 6.1.4 病毒的分子时期 131 6.2 病毒的结构和功能 133 6.2.1 病毒的形态构造和化学组分 133 6.2.2 病毒的种类及其繁殖方式 138 6.2.3 应用拓展——病毒研究方法 148 6.3 经典亚病毒举例 149 6.3.1 类病毒 149 6.3.2 拟病毒 150 6.3.3 朊病毒 150 6.4 病毒的工科微生物学实践 151 6.4.1 噬菌体与发酵工业的关系 151 6.4.2 人类和脊椎动物病毒病的有效防治 152 6.4.3 常见植物病毒病的农业应用防治 152 6.4.4 昆虫病毒用于生物防治 153 6.4.5 经典病毒在生物工程中的实际应用 154 复习思考题 156 下篇 微生物交叉学科及应用 第7章 微生物遗传学 158 7.1 遗传变异的生物学基础 158 7.1.1 利用微生物证明遗传物质基础的经典实验 158 7.1.2 遗传物质在细胞内的存在部位和方式 160 7.2 微生物的基因突变与育种应用 164 7.2.1 微生物基因突变 164 7.2.2 育种的微生物工程理论基础 171 7.3 微生物基因重组 176 7.3.1 原核微生物的基因重组 176 7.3.2 真核微生物的基因重组 181 7.4 微生物学与基因工程的关系 183 7.4.1 基因工程的核心步骤 184 7.4.2 微生物基因工程的应用和发展前景 185 7.4.3 工科应用拓展——功能性基因克隆的生物信息学分析 187 复习思考题 191 第8章 微生物生态学 193 8.1 微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发 193 8.1.1 微生物在自然界的广泛性分布 193 8.1.2 应用方法研究拓展——微生物资源的开发和利用 208 8.2 微生物与环境间的互作关系 209 8.2.1 共生 210 8.2.2 互生 212 8.2.3 拮抗 214 8.2.4 捕食 214 8.2.5 寄生 215 8.3 微生物在自然界物质循环中的作用 216 8.3.1 碳素循环 218 8.3.2 氮素循环 219 8.3.3 磷的循环 221 8.3.4 硫素循环与金属的细菌沥滤 222 8.3.5 铁的循环 224 8.4 工科微生物工程实际应用举例 224 8.4.1 微生物工程和污水清洁 224 8.4.2 微生物工程与沼气利用 229 8.4.3 工科应用拓展——环境污染的微生物监测 231 复习思考题 232 第9章 微生物进化分类学 233 9.1 微生物常规分类 233 9.1.1 主要系统分类单元 233 9.1.2 微生物物种学名 234 9.1.3 亚种以下的分类单元 235 9.2 生物界中微生物的地位 237 9.2.1 生物的界级分类学说 237 9.2.2 微生物的系统进化 239 9.3 各大类微生物的分类系统纲要 243 9.3.1 原核生物分类系统纲要 243 9.3.2 真核生物——真菌的分类系统纲要 244 9.4 微生物的分类鉴定及信息学应用 244 9.4.1 宏观经典分类鉴定方法 245 9.4.2 微观现代水平分类鉴定方法 246 9.4.3 科研应用拓展——构建微生物系统进化树 250 9.5 科研拓展——微生物进化的争论 262 复习思考题 264 第10章 微生物与免疫学 265 10.1 感染 265 10.1.1 感染的概念 265 10.1.2 决定感染的因素 265 10.1.3 感染的三种典型状况 269 10.2 非特异性免疫 270 10.2.1 机体屏障 271 10.2.2 细胞因素 271 10.2.3 免疫炎症反应 274 10.2.4 体液及组织中的抗菌物 274 10.3 特异性免疫 278 10.3.1 特异性免疫概述 278 10.3.2 免疫器官 279 10.3.3 免疫细胞的作用 282 10.3.4 免疫相关分子在体液免疫中的作用 286 10.4 免疫学方法及其应用 295 10.4.1 抗原抗体反应的一般规律 295 10.4.2 抗原及抗体的核心反应 296 10.4.3 现代免疫标记技术 298 10.5 免疫生物制品及工程应用 300 10.5.1 人工主动免疫的经典生物制品 300 10.5.2 人工被动免疫生物制品 302 复习思考题 304 第11章 专题拓展——微生物发酵工程概述 306 11.1 微生物发酵工程 306 11.2 微生物发酵工程历程 306 11.3 微生物发酵工程自身的特性 308 11.4 微生物发酵工程生物反应过程的简要分类 309 11.5 微生物发酵工程对人类社会的重要作用 309 主要参考文献 312