生物科学工业微生物学(二版)/岑沛霖/生物科学生物技术系列

上篇 工业微生物学基础 1 绪论 1．1 微生物及其特点 1．1．1 微生物 1．1．2 微生物的特点 1．1．2．1 体积小、面积大 1．1．2．2 吸收快、转化快 1．1．2．3 生长旺、繁殖快 1．1．2．4 易变异、适应性强 1．1．2．5 种类多、分布广 1. 2 微生物学的发展简史 1．2．1 古代中国对微生物的利用 1．2．2 微生物的发现及微生物学的发展 1．2．2．1 微生物学的启蒙时期——形态 学期 1．2．2．2 微生物学的奠基时期——生理 学期 1．2．2．3 微生物学的分子时代——分子 生物学期 1．3 32业微生物学及其研究的对象和 任务 1．3．1 业微生物学及其研究对象 1．3．2 我国工业微生物学的研究概况 1．3．3 现代工业微生物学的发展趋势 复习思考题 2 微生物的形态与分类 2．1 微生物在生物界中的地位 2．2 微生物的分类与命名 2．2．1 微生物的分类和鉴定方法 2．2．1．1 传统的微生物分类方法 2．2．1．2 现代微生物分类方法 2．2．1．3 数值分类法 2．2．2 微生物的分类系统 2．2．2．1 细菌的分类系统 2．2．2．2 放线菌分类系统 2．2．2．3 真菌分类系统 2．2．3 微生物的命名法则 2．3 原核微生物的形态 2．3．1 微生物细胞 2．3．2 染色技术 2．3．2．1 正染和负染 2．3．2．2 染料 2．3．3 细菌 2．3．3．1 细菌的形态 2．3．3．2 细菌细胞大小 2．3．3．3 细菌细胞的结构 2．3．3．4 细菌的繁殖方式 2. 3．3．5 细菌的培养特征 2. 3．3．6 常见的细菌 2．3. 4 放线菌 2．3．4．1 放线菌的形态构造 2．3．4．2 放线菌菌落形态 2．3．4．3 放线菌的生活史 2．3．4．4 放线菌的繁殖 2．3．4．5 放线菌生理 2．3．4．6 放线菌的代表属 2．3．4．7 放线菌与细菌的比较 2．3．5 蓝细菌 2．3．6 立克次体，支原体，衣原体 2．3．6．1 立克次体 2．3．6．2 支原体 2．3．6．3 衣原体 2．4 真核微生物 2．4．1 酵母菌 2．4．1．1 酵母菌的形态和大小 2．4．1．2 酵母菌的细胞构造 2．4．1．3 酵母菌的繁殖方式和生活史 2．4．1．4 酵母菌的菌落 2．4．1．5 酵母菌的分类 2．4。1．6 工业上常见的酵母菌 2．4．2 霉菌 2．4．2．1 霉菌的形态和构造 2．4．2．2 霉菌菌落的形态特征 2．4．2．3 霉菌的个体形态和结构 2．4．2．4 霉菌的繁殖方式 2．4．2．5 霉菌的生活史 2．4．3 担子菌 2．4．3．1 担子菌的一般形态构造 2．4．3．2 担子菌的繁殖方式 2．4．3．3 担子菌的生活史 2．5 非细胞型微生物 2．5．1 病毒 2．5．1．1 病毒的形态及构造 2．5．1．2 病毒(噬菌体)的生长 繁殖 2．5．1．3 噬菌体的生活史 2．5．1．4 噬菌体的分离 2. 5．1．5 噬菌体的污染与防治 2．5．1．6 干扰素 2．5．2 类病毒 2．5．3 拟病毒 2．5．4 朊病毒 复习思考题 3 微生物的营养和生长 3．1 微生物的营养 3．1．1 微生物的营养类型 3．1．1．1 光能自养型或称光能无机 自养型 3．1．1．2 光能异养型 3．1．1．3 化能自养型 3．1．1．4 化能异养型 3．1．2 微生物的营养要素 3．1．2．1 水 3．1．2．2 碳源 3．1．2．3 氮源 3．1．2．4 无机盐 3．1．2．5 生长因子 3．1．2．6 能源 3．1．3 微生物的培养基 3．1．3．1 培养基的配制原则 3．1．3．2 培养基的种类 3．1．4 营养物质的跨膜运输 3．1．4．1 营养物质的被动扩散 3．1．4．2 微生物对营养物质的主动 运输 3．2 微生物的生长 3．2．1 微生物生长的测定 3．2．1．1 直接法 3．2．1．2 间接法 3．2．2 微生物的群体生长规律 3．2．2．1 分批培养 3．2．2．2 连续培养 3．2．2．3 同步分裂培养 3．2．2．4 微生物生长与产物形成的 关系 3．3 微生物的培养方法 3．3．1 固体培养 3．3．1．1 实验室常见的固体培养 3．3．1．2 生产中常见的固体培养 3．3．2 液体培养 3．3．2．1 实验室常见的液体培养 3．3．2．2 生产中常见的液体培养 3．3．3 连续培养 3．3．3．1 恒化培养 3．3．3。2 恒浊培养 3．3．3．3 多级连续培养 3．3．3．4 固定化细胞连续培养 3．3．3．5 连续培养的局限性 3．3．4 补料分批培养 3．3．5 混菌培养 3．4 影响微生物生长的环境因素 ， 3．4．1 物理因子对微生物生长的影响 3．4．1．1 温度对微生物生长的影响 3．4．1．2 水分对微生物生长的影响 3．4．1．3 表面张力对微生物生长的 影响 3．4．1．4 辐射对微生物生长的影响 3．4．1．5 液体静压力(对微生物生长 的影响) 3．4．1．6 声波对微生物生长的影响 3．4．2 化学因子对微生物生长的影响 3．4．2．1 氢离子浓度对微生物生长的 影响 3．4．2．2 氧化还原电位对微生物生长 的影响 3．5 消毒和灭菌 3．5．1 常见的灭菌和消毒的物理方法 3．5．1．1 干热灭菌法 3．5．1．2 湿热灭菌法 3．5．1．3 过滤除菌法 3．5．1．4 紫外线灭菌 3．5．1．5 丁射线灭菌 3．5．1．6 微波灭菌 3．5．2 常用控菌的化学方法 3．5．2．1 化学表面消毒剂 3．5．2．2 防腐剂 3．5．2．3 化学治疗剂 3．6 菌种保藏 3．6．1 菌种的退化及防治 3．6．1．1 菌种退化 3．6．1．2 菌种退化的原因 3．6．1．3 菌种退化的防治 3．6．2 菌种保藏的原理和方法 3．6．2．1 定期移植保藏法 3．6．2．2 液体石蜡保藏法 3．6．2．3 沙管保藏法、土壤保藏法 3．6．2．4 麸皮保藏法 3．6．2．5 蒸馏水保藏法 3．6．2．6 冷冻干燥保藏法 3．6．2．7 液氮超低温保藏法 3．6．2．8 甘油保藏法 3．6．3 国内外菌种保藏机构 复习思考题 4 微生物代谢的调节 4．1 酶合成的调节 4．1．1 酶的诱导 4．1．2 酶合成的阻遏 4．1．2．1 末端代谢产物阻遏 4. 1．2．2 分解代谢物阻遏 4. 2 酶活性的调节 4．3 微生物代谢调节的模式 4．3．1 直线式代谢途径的反馈控制 4．3．2 分支代谢途径的反馈控制 4．3．2．1 协同或多价反馈控制 4．3．2．2 合作反馈控制 4．3．2．3 累积反馈控制 4．3．2．4 顺序反馈控制 4．3．2．5 同工酶控制 4．4 代谢的人工控制及其在发酵工业中的 应用 4．4．1 遗传学的方法 4．4．1．1 营养缺陷型突变株的应用 4．4．1，2 抗反馈控制突变株的应用 4．4．1．3 选育组成型和超产突变株 4．4．1．4 增加结构基因数目 4．4．2 生物化学方法 4．4．2．1 添加前体绕过反馈控制点 4．4．2．2 添加诱导剂 4．4．2．3 发酵与分离过程耦合 4．4．2．4 控制细胞膜的通透性 4．4．2．5 控制发酵的培养基成分 复习思考题 5 微生物的菌种选育 5．1 从自然界中获得新菌种 5．1．1 采样 5．1．2 增殖 5．1．3 纯化 5．1．4 性能鉴定 5．2 基因突变和微生物菌种选育 5．2．1 遗传的物质基础 5．2．1．1 遗传物质化学本质的确证 5．2．1．2 核酸的结构与复制 5．2．2 基因突变 5．2．2．1 突变现象 5．2．2．2 突变的诱发因素 5．2．2．3 基因突变的特点 5．2．2．4 突变机制 5．2．3 自发突变与定向培育 5．2．4 诱变育种 5．2．4．1 诱变剂及其诱发机理 5．2．4．2 诱变育种方法 5．2．4．3 致突变物和致癌物的微生物 检测 5．3 杂交育种 5．3．1 真核微生物的基因重组 5．3．1．1 酵母菌的有性杂交 5．3．1．2 霉菌的准性生殖 5．3．2 原核微生物的基因重组 5．3．2．1 细菌的接合 5．3．2．2 F因子转导 5．3．2．3 转导 5．3．2．4 转化 5．4 原生质体融合 5．4．1 选择亲株 5．4．2 原生质体制备 5．4．3 原生质体融合 5．4．4 原生质体再生 5．4．5 筛选优良性状融合重组子 5．5 基因工程 5．6 微生物育种新思路 5．6．1 拓展自然界中菌种筛选的范围和 手段 5．6．2 以定点突变为代表的理性设计 5．6．3 以定向进化为代表的非理性 设计 5．6．4 合成生物学 5．7 菌种筛选 5．7．1 菌种筛选方案 5．7．2 一般变异菌的筛选方法 5．7．2．1 从菌体形态变异分析 5．7．2．2 平皿快速检测法 5．7．2．3 摇瓶培养法 5．7．3 特殊变异菌的筛选方法 5．7．3．1 营养缺陷型突变株的筛选 5．7．3．2 抗性突变菌株的筛选 5．7．3．3 组成酶变异株的筛选 5．7．3．4 高分子废弃物分解菌的 筛选 5．7．3．5 无泡沫菌株及高凝聚性菌株 的筛选 复习思考题 下篇 工业微生物学应用 6 微生物能量代谢产物 6．1 从碳氢化合物经济向碳水化合物经济 过渡中微生物能量代谢产物的地位 6．2 微生物能量代谢产物的发展历史和 代谢途径 6．2．1 微生物能量代谢产物生产的发展 历史 6．2．2 微生物能量代谢产物的代谢 途径 6．3 微生物厌氧发酵的能量代谢产物 6．3．1 酒精发酵的微生物 6．3．1．1 葡萄糖发酵生产酒精的 酵母 6．3．1．2 葡萄糖发酵生产酒精的 细菌 6．3．1．3 戊糖发酵生产酒精的微 生物 6．3．2 丙酮／丁醇发酵 6．3．3 发酵法生产2，3—丁二醇的 微生物 6．3．4 乳酸发酵的微生物 6．3．5 丙酸发酵的微生物 6．3．6 丁酸发酵的微生物 6．4 好氧发酵的能量代谢产物 6. 4．1 柠檬酸发酵的微生物 6．4．1．1 利用淀粉作为碳源发酵生产 柠檬酸的黑曲霉 6．4．1．2 利用烷烃生产柠檬酸的假丝 酵母 6．4．2 好氧发酵产生的其他有机酸 6．4．2．1 葡萄糖酸发酵 6．4．2．2 衣康酸发酵 6．4．2．3 其他有机酸发酵 复习思考题 7 氨基酸发酵的微生物 7．1 概述 7．1．1 微生物发酵法生产氨基酸的历史 和发展趋势 7．1．2 发酵法生产氨基酸的微生物 7．2 氨基酸发酵机理和菌种选育 7．2．1 氨基酸发酵机理 7．2．2 发酵法生产氨基酸的菌种选育 7．2．2．1 从营养缺陷型突变株选育 氨基酸产生菌 7．2．2．2 选育生产氨基酸的代谢调节 突变菌株 7．2．3 利用氨基酸生物合成的前体生产 氨基酸 7．2．4 利用基因重组技术获得氨基酸生产 菌种 复习思考题 8 核苷、核苷酸及其类似物的微生物发酵 8．1 引言 8．2 核苷酸的代谢机理 8．2．1 嘌呤类核苷酸的生物合成途径 及调节机制 8．2．2 嘧啶核苷酸的生物合成途径和 调节机制 8．3 核苷酸类物质生产菌的分离和选育 8．3．1 核苷酸类物质生产菌的分离 8．3．1．1 生长圈法 8．3．1．2 特殊平板培养法 8．3．2 核苷酸类物质生产菌选育 8．4 发酵法生产核苷酸类物质 8．4．1 发酵法生产5-IMP 8．4．2 直接发酵生产5-IMP 8．4．3 直接发酵法生产5-GMP 8．4．3．1 发酵法生产AICAR 8．4．3．2 发酵法生产鸟苷 8．4．4 发酵法生产腺苷、腺苷酸和其他 腺苷酸类似物 8．4．5 发酵法生产S—腺苷—L蛋氨酸 复习思考题 9 微生物和酶制剂工业 9．1 概述 9．1．1 酶的分类和命名 9．1．2 主要的微生物酶制剂 9．1．3 产酶微生物的来源和特点 9．2 酶合成的调节和控制 9．2．1 原核生物中酶合成的基因水平 调节和控制 9．2．2 真核微生物产酶的基因水平调节 和控制 9．3 微生物中酶生物合成调节和控制在菌 种选育中的应用 9．3．1 产酶菌种的筛选 9．3．2 微生物产酶的诱导及组成型变异 株的选育 9．3．3 酶合成的反馈阻遏及其解除 9．3．4 酶的分解代谢阻遏及其解除 9．3．5 酶生物合成与微生物生长的 关系 9．4 酶蛋白的释放 9．5 应用基因重组技术获得酶制剂的生产 菌种 复习思考题 10 微生物发酵生产抗生素 10．1 概述 10．1．1 微生物次级代谢产物 10．1．2 抗生素的定义和分类 10．2 抗生素生产菌的微生物学基础 10．2．1 芽孢杆菌属 10．2．2 假单胞菌属 lo．2．3 链霉菌和链轮丝菌 10．2．3．1 氨基环多醇类抗生素 10．2．3．2 含聚酮链结构的抗生素 10．2．3．3 聚酮链经取代、还原后的次 级代谢产物 10．2．3．4 多肽类抗生素 10．2．3．5 核苷类抗生素 10．2．4 其他放线菌生产的抗生素 10．2．4．1 诺卡菌形放线菌 10．2．4．2 游动放线菌 10．2．4．3 足分枝菌 10．2．5 黏细菌 10．2．6 曲霉 10．2．7 青霉 10．2．8 生产抗生素和次级代谢产物的 其他微生物 10．3 新抗生素生产菌种的筛选 10．3．1 抗生素的基本筛选方法 10．3．2 提高筛选效率 10．3．2．1 改进筛选方法 10．3．2．2 改进抗生素生物活性的 试验方法 10．4 抗生素的生物合成机理 10．4．1 研究抗生素生物合成途径的 方法 10．4．1．1 示踪剂技术 10．4．1．2 利用阻断突变技术确定中间 代谢产物 10．4．1．3 酶的鉴别 10．4．2 抗生素生物合成反应和途径 10．4．2．1 类型I反应：初级代谢产物 转化为生物合成的中间 产物 10．4．2．2 类型Ⅱ反应：小分子代谢 产物的聚合 10．4．2．3 类型Ⅲ反应：基本结构的 修饰 10．5 抗生素生物合成的调节 10．5．1 反馈调节 10．5．2 营养物浓度的调节 10．5．2．1 碳源阻遏 10．5．2．2 氮源调节 10．5．2．3 磷酸盐控制 10．5．3 自调节因子和多效应影响 因子 10．6 微生物对抗生素的自抗性 10．7 抗生素生产菌种的选育 10．7．1 菌种的提纯 10．7．2 诱变和筛选 10．7．3 基因工程在抗生素生产菌选育中 的应用 复习思考题 11 微生物和基因工程 11．1 概述 11．2 基因工程工具酶 11．2．1 限制性内切酶 11. 2．2 连接酶 11．2．3 其他常用的基因工程工具酶 11．3 获得目的基因 11．3．1 PCR法 11．3．2 获得原核生物目的基因 11．3．3 真核生物目的基因的获得 11．4 基因工程载体 11．4．1 用于原核生物宿主的载体 11．4．1．1 质粒载体 11．4．1．2 噬菌体载体 11．4．1．3 柯斯质粒 11．4．2 用于真核生物宿主的载体 11．4．3 基因工程载体的设计 11．5 目的基因与载体DNA的连接 11．6 宿主细胞选择 11．7 目的基因导入宿主细胞 11．7．1 转化 11．7．2 转导 11．7．3 显微注射 11．7．4 高压电穿孔法 11．7．5 多聚物介导法 11．7．6 粒子轰击法 11．8 重组体的筛选 11．8．1 利用抗生素抗性基因筛选 11．8．2 营养缺陷互补法筛选 11．8．3 核酸杂交法筛选 11．8．4 通过免疫反应筛选 11．8．5 通过酶活性筛选 11．9 目的基因的高效表达 11．9．1 质粒设计对目的基因表达的 影响 11．9．2 目的基因的高效分泌型表达 11．9．3 重组细胞培养基设计和培养条件 优化 11．9．4 利用细胞培养工程手段提高基因 表达水平 11．9．5 提高基因工程菌的质粒 稳定性 11．9．5．1 引起基因工程菌质粒不稳定 的原因 11．9．5．2 生长速率引起的质粒不 稳定 11．10 代谢工程 11．1l 蛋白质工程及基因重排 11．12 基因工程的应用与发展前景 复习思考题 12 微生物与环境保护 12．1 环境中微生物的相互作用 12．2 环境保护中常见的微生物群 12．2．1 好氧微生物群 12．2．1．1 好氧的有机化能异养型 微生物 12．2．1．2 原生动物 12．2．1．3 与污泥膨胀有关的 微生物 12．2．2 厌氧微生物群 12．2．2．1 水解发酵细菌 12．2．2．2 产氢、产乙酸细菌 12．2．2．3 产甲烷细菌 12．3 利用微生物降解有毒、难分解的 污染物 12．4 降解有害有毒污染物的特殊 微生物 12．4．1 硫细菌 12．4．1．1 无色硫细菌 12．4．1．2 光养型硫细菌 12．4．2 降解木质素及多环芳烃的 微生物 12．4．2．1 黄孢原毛平革菌 12．4．2．2 彩绒革盖菌 12．4．2．3 白腐菌在造纸工业中的 应用 12．4．2．4 白腐菌在多环芳烃降解和 染料降解中的应用 12．4．3 降解含氯有机化合物的 微生物 12．4．3．1 氯代烃的降解机理 12．4．3．2 微生物共代谢在含氯有机物 降解中的作用 12．5 生物修复 复习思考题 附录1 微生物学发展史上相关事件及有关的诺贝尔奖 附录2 伯杰氏细菌系统分类学手册 附录3 病毒的分类 参考文献