工業微生物學

工業微生物學（第二版）

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作者：岑沛霖、蔡謹 編著

出版日期：2008年9月 書號：978-7-122-03168-6

開本：16 裝幀：平 版次：2版1次 頁數：428頁

全書分為上、下篇。上篇主要介紹微生物及微生物學的發展歷史，常見微生物的形態、結構和分類，微生物的營養、生長及其控制，微生物代謝調控理論，微生物的遺傳變異和育種等內容，在闡述微生物學一般理論的基礎上，對與工業微生物有關的特殊規律和方法作了詳細的論述；下篇主要以常見的微生物發酵產物為主線分章介紹了微生物能量代謝產物，氨基酸發酵的微生物，核苷、核苷酸及其類似物的微生物發酵，微生物和酶製劑工業，微生物發酵生產抗生素，微生物和基因工程，微生物和環境保護等。重點闡述了具有重要工業應用背景的微生物菌種及其選育的原理、方法和發酵產物代謝調控中的規律。

上篇 工業微生物學基礎

1 緒論

1．1 微生物及其特點

1．1．1 微生物

1．1．2 微生物的特點

1．1．2．1 體積小、面積大

1．1．2．2 吸收快、轉化快

1．1．2．3 生長旺、繁殖快

1．1．2．4 易變異、適應性強

1．1．2．5 種類多、分佈廣

1. 2 微生物學的發展簡史

1．2．1 古代中國對微生物的利用

1．2．2 微生物的發現及微生物學的發展

1．2．2．1 微生物學的啟蒙時期——形態

學期

1．2．2．2 微生物學的奠基時期——生理

學期

1．2．2．3 微生物學的分子時代——分子

生物學期

1．3 32業微生物學及其研究的對象和

任務

1．3．1 業微生物學及其研究對象

1．3．2 我國工業微生物學的研究概況

1．3．3 現代工業微生物學的發展趨勢

複習思考題

2 微生物的形態與分類

2．1 微生物在生物界中的地位

2．2 微生物的分類與命名

2．2．1 微生物的分類和鑒定方法

2．2．1．1 傳統的微生物分類方法

2．2．1．2 現代微生物分類方法

2．2．1．3 數值分類法

2．2．2 微生物的分類系統

2．2．2．1 細菌的分類系統

2．2．2．2 放線菌分類系統

2．2．2．3 真菌分類系統

2．2．3 微生物的命名法則

2．3 原核微生物的形態

2．3．1 微生物細胞

2．3．2 染色技術

2．3．2．1 正染和負染

2．3．2．2 染料

2．3．3 細菌

2．3．3．1 細菌的形態

2．3．3．2 細菌細胞大小

2．3．3．3 細菌細胞的結構

2．3．3．4 細菌的繁殖方式

2. 3．3．5 細菌的培養特徵

2. 3．3．6 常見的細菌

2．3. 4 放線菌

2．3．4．1 放線菌的形態構造

2．3．4．2 放線菌菌落形態

2．3．4．3 放線菌的生活史

2．3．4．4 放線菌的繁殖

2．3．4．5 放線菌生理

2．3．4．6 放線菌的代表屬

2．3．4．7 放線菌與細菌的比較

2．3．5 藍細菌

2．3．6 立克次體，支原體，衣原體

2．3．6．1 立克次體

2．3．6．2 支原體

2．3．6．3 衣原體

2．4 真核微生物

2．4．1 酵母菌

2．4．1．1 酵母菌的形態和大小

2．4．1．2 酵母菌的細胞構造

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 酵母菌的分類

2．4。1．6 工業上常見的酵母菌

2．4．2 黴菌

2．4．2．1 黴菌的形態和構造

2．4．2．2 黴菌菌落的形態特徵

2．4．2．3 黴菌的個體形態和結構

3 微生物的營養和生長

3．1 微生物的營養

3．1．1 微生物的營養類型

3．1．1．1 光能自養型或稱光能無機

自養型

3．1．1．2 光能異養型

3．1．1．3 化能自養型

3．1．1．4 化能異養型

3．1．2 微生物的營養要素

3．1．2．1 水

3．1．2．2 碳源

3．1．2．3 氮源

3．1．2．4 無機鹽

3．1．2．5 生長因子

3．1．2．6 能源

3．1．3 微生物的培養基

3．1．3．1 培養基的配製原則

3．1．3．2 培養基的種類

3．1．4 營養物質的跨膜運輸

3．1．4．1 營養物質的被動擴散

3．1．4．2 微生物對營養物質的主動

運輸

3．2 微生物的生長

3．2．1 微生物生長的測定

3．2．1．1 直接法

3．2．1．2 間接法

3．2．2 微生物的群體生長規律

3．2．2．1 分批培養

3．2．2．2 連續培養

3．2．2．3 同步分裂培養

3．2．2．4 微生物生長與產物形成的

關係

3．3 微生物的培養方法

3．3．1 固體培養

3．3．1．1 實驗室常見的固體培養

3．3．1．2 生產中常見的固體培養

3．3．2 液體培養

3．3．2．1 實驗室常見的液體培養

3．3．2．2 生產中常見的液體培養

3．3．3 連續培養

3．3．3．1 恆化培養

3．3．3。2 恆濁培養

3．3．3．3 多級連續培養

3．3．3．4 固定化細胞連續培養

3．3．3．5 連續培養的局限性

3．3．4 補料分批培養

3．3．5 混菌培養

3．4 影響微生物生長的環境因素，

3．4．1 物理因子對微生物生長的影響

3．4．1．1 溫度對微生物生長的影響

3．4．1．2 水分對微生物生長的影響

3．4．1．3 表面張力對微生物生長的

影響

3．4．1．4 輻射對微生物生長的影響

3．4．1．5 液體靜壓力(對微生物生長

的影響)

3．4．1．6 聲波對微生物生長的影響

3．4．2 化學因子對微生物生長的影響

3．4．2．1 氫離子濃度對微生物生長的

影響

3．4．2．2 氧化還原電位對微生物生長

的影響

3．5 消毒和滅菌

3．5．1 常見的滅菌和消毒的物理方法

3．5．1．1 乾熱滅菌法

3．5．1．2 濕熱滅菌法

3．5．1．3 過濾除菌法

3．5．1．4 紫外線滅菌

3．5．1．5 丁射線滅菌

3．5．1．6 微波滅菌

3．5．2 常用控菌的化學方法

3．5．2．1 化學表面消毒劑

3．5．2．2 防腐劑

3．5．2．3 化學治療劑

3．6 菌種保藏

3．6．1 菌種的退化及防治

3．6．1．1 菌種退化

3．6．1．2 菌種退化的原因

3．6．1．3 菌種退化的防治

3．6．2 菌種保藏的原理和方法

3．6．2．1 定期移植保藏法

3．6．2．2 液體石蠟保藏法

3．6．2．3 沙管保藏法、土壤保藏法

3．6．2．4 麩皮保藏法

3．6．2．5 蒸餾水保藏法

3．6．2．6 冷凍乾燥保藏法

3．6．2．7 液氮超低溫保藏法

3．6．2．8 甘油保藏法

3．6．3 國內外菌種保藏機構

複習思考題

4 微生物代謝的調節

4．1 酶合成的調節

4．1．1 酶的誘導

4．1．2 酶合成的阻遏

4．1．2．1 末端代謝產物阻遏

4. 1．2．2 分解代謝物阻遏

4. 2 酶活性的調節

4．3 微生物代謝調節的模式

4．3．1 直線式代謝途徑的反饋控制

4．3．2 分支代謝途徑的反饋控制

4．3．2．1 協同或多價反饋控制

4．3．2．2 合作反饋控制

4．3．2．3 累積反饋控制

4．3．2．4 順序反饋控制

4．3．2．5 同工酶控制

4．4 代謝的人工控制及其在發酵工業中的

應用

4．4．1 遺傳學的方法

4．4．1．1 營養缺陷型突變株的應用

4．4．1，2 抗反饋控制突變株的應用

4．4．1．3 選育組成型和超產突變株

4．4．1．4 增加結構基因數目

4．4．2 生物化學方法

4．4．2．1 添加前體繞過反饋控制點

4．4．2．2 添加誘導劑

4．4．2．3 發酵與分離過程耦合

4．4．2．4 控制細胞膜的通透性

4．4．2．5 控制發酵的培養基成分

複習思考題

5 微生物的菌種選育

5．1 從自然界中獲得新菌種

5．1．1 採樣

5．1．2 增殖

5．1．3 純化

5．1．4 性能鑒定

5．2 基因突變和微生物菌種選育

5．2．1 遺傳的物質基礎

5．2．1．1 遺傳物質化學本質的確證

5．2．1．2 核酸的結構與複製

5．2．2 基因突變

5．2．2．1 突變現象

5．2．2．2 突變的誘發因素

5．2．2．3 基因突變的特點

5．2．2．4 突變機制

5．2．3 自發突變與定向培育

5．2．4 誘變育種

5．2．4．1 誘變劑及其誘發機理

5．2．4．2 誘變育種方法

5．2．4．3 致突變物和致癌物的微生物

檢測

5．3 雜交育種

5．3．1 真核微生物的基因重組

5．3．1．1 酵母菌的有性雜交

5．3．1．2 黴菌的准性生殖

5．3．2 原核微生物的基因重組

5．3．2．1 細菌的接合

5．3．2．2 F因子轉導

5．3．2．3 轉導

5．3．2．4 轉化

5．4 原生質體融合

5．4．1 選擇親株

5．4．2 原生質體製備

5．4．3 原生質體融合

5．4．4 原生質體再生

5．4．5 篩選優良性狀融合重組子

5．5 基因工程

5．6 微生物育種新思路

5．6．1 拓展自然界中菌種篩選的範圍和

手段

5．6．2 以定點突變為代表的理性設計

5．6．3 以定向進化為代表的非理性

設計

5．6．4 合成生物學

5．7 菌種篩選

5．7．1 菌種篩選方案

5．7．2 一般變異菌的篩選方法

5．7．2．1 從菌體形態變異分析

5．7．2．2 平皿快速檢測法

5．7．2．3 搖瓶培養法

5．7．3 特殊變異菌的篩選方法

5．7．3．1 營養缺陷型突變株的篩選

5．7．3．2 抗性突變菌株的篩選

5．7．3．3 組成酶變異株的篩選

5．7．3．4 高分子廢棄物分解菌的

篩選

5．7．3．5 無泡沫菌株及高凝聚性菌株

的篩選

複習思考題

下篇 工業微生物學應用

6 微生物能量代謝產物

6．1 從碳氫化合物經濟向碳水化合物經濟

過渡中微生物能量代謝產物的地位

6．2 微生物能量代謝產物的發展歷史和

代謝途徑

6．2．1 微生物能量代謝產物生產的發展

歷史

6．2．2 微生物能量代謝產物的代謝

途徑

6．3 微生物厭氧發酵的能量代謝產物

6．3．1 酒精發酵的微生物

6．3．1．1 葡萄糖發酵生產酒精的

酵母

6．3．1．2 葡萄糖發酵生產酒精的

細菌

6．3．1．3 戊糖發酵生產酒精的微

生物

6．3．2 丙酮/丁醇發酵

6．3．3 發酵法生產2，3—丁二醇的

微生物

6．3．4 乳酸發酵的微生物

6．3．5 丙酸發酵的微生物

6．3．6 丁酸發酵的微生物

6．4 好氧發酵的能量代謝產物

6. 4．1 檸檬酸發酵的微生物

6．4．1．1 利用澱粉作為碳源發酵生產

檸檬酸的黑麴黴

6．4．1．2 利用烷烴生產檸檬酸的假絲

酵母

6．4．2 好氧發酵產生的其他有機酸

6．4．2．1 葡萄糖酸發酵

6．4．2．2 衣康酸發酵

6．4．2．3 其他有機酸發酵

複習思考題

7 氨基酸發酵的微生物

7．1 概述

7．1．1 微生物發酵法生產氨基酸的歷史

和發展趨勢

7．1．2 發酵法生產氨基酸的微生物

7．2 氨基酸發酵機理和菌種選育

7．2．1 氨基酸發酵機理

7．2．2 發酵法生產氨基酸的菌種選育

7．2．2．1 從營養缺陷型突變株選育

氨基酸產生菌

7．2．2．2 選育生產氨基酸的代謝調節

突變菌株

7．2．3 利用氨基酸生物合成的前體生產

氨基酸

7．2．4 利用基因重組技術獲得氨基酸生產

菌種

複習思考題

8 核苷、核苷酸及其類似物的微生物發酵

8．1 引言

8．2 核苷酸的代謝機理

8．2．1 嘌呤類核苷酸的生物合成途徑

及調節機制

8．2．2 嘧啶核苷酸的生物合成途徑和

調節機制

8．3 核苷酸類物質生產菌的分離和選育

8．3．1 核苷酸類物質生產菌的分離

8．3．1．1 生長圈法

8．3．1．2 特殊平板培養法

8．3．2 核苷酸類物質生產菌選育

8．4 發酵法生產核苷酸類物質

8．4．1 發酵法生產5-IMP

8．4．2 直接發酵生產5-IMP

8．4．3 直接發酵法生產5-GMP

8．4．3．1 發酵法生產AICAR

8．4．3．2 發酵法生產鳥苷

8．4．4 發酵法生產腺苷、腺苷酸和其他

腺苷酸類似物

8．4．5 發酵法生產S—腺苷—L蛋氨酸

複習思考題

9 微生物和酶製劑工業

9．1 概述

9．1．1 酶的分類和命名

9．1．2 主要的微生物酶製劑

9．1．3 產酶微生物的來源和特點

9．2 酶合成的調節和控制

9．2．1 原核生物中酶合成的基因水平

調節和控制

9．2．2 真核微生物產酶的基因水平調節

和控制

9．3 微生物中酶生物合成調節和控制在菌

種選育中的應用

9．3．1 產酶菌種的篩選

9．3．2 微生物產酶的誘導及組成型變異

株的選育

9．3．3 酶合成的反饋阻遏及其解除

9．3．4 酶的分解代謝阻遏及其解除

9．3．5 酶生物合成與微生物生長的

關係

9．4 酶蛋白的釋放

9．5 應用基因重組技術獲得酶製劑的生產

菌種

複習思考題

10 微生物發酵生產抗生素

10．1 概述

10．1．1 微生物次級代謝產物

10．1．2 抗生素的定義和分類

10．2 抗生素生產菌的微生物學基礎

10．2．1 芽孢桿菌屬

10．2．2 假單胞菌屬

lo．2．3 鏈黴菌和鏈輪絲菌

10．2．3．1 氨基環多醇類抗生素

10．2．3．2 含聚酮鏈結構的抗生素

10．2．3．3 聚酮鏈經取代、還原后的次級代謝產物

10．2．3．4 多肽類抗生素

10．2．3．5 核苷類抗生素

10．2．4 其他放線菌生產的抗生素

10．2．4．1 諾卡菌形放線菌

10．2．4．2 遊動放線菌

10．2．4．3 足分枝菌

10．2．5 黏細菌

10．2．6 麴黴

10．2．7 青黴

10．2．8 生產抗生素和次級代謝產物的其他微生物

10．3 新抗生素生產菌種的篩選

10．3．1 抗生素的基本篩選方法

10．3．2 提高篩選效率

10．3．2．1 改進篩選方法

10．3．2．2 改進抗生素生物活性的試驗方法

10．4 抗生素的生物合成機理

10．4．1 研究抗生素生物合成途徑的方法

10．4．1．1 示蹤劑技術

10．4．1．2 利用阻斷突變技術確定中間代謝產物

10．4．1．3 酶的鑒別

10．4．2 抗生素生物合成反應和途徑

10．4．2．1 類型I反應：初級代謝產物轉化為生物合成的中間產物

10．4．2．2 類型Ⅱ反應：小分子代謝產物的聚合

10．4．2．3 類型Ⅲ反應：基本結構的修飾

10．5 抗生素生物合成的調節

10．5．1 反饋調節

10．5．2 營養物濃度的調節

10．5．2．1 碳源阻遏

10．5．2．2 氮源調節

10．5．2．3 磷酸鹽控制

10．5．3 自調節因子和多效應影響因子

10．6 微生物對抗生素的自抗性

10．7 抗生素生產菌種的選育

10．7．1 菌種的提純

10．7．2 誘變和篩選

10．7．3 基因工程在抗生素生產菌選育中

的應用

複習思考題

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 限制性內切酶

11. 2．2 連接酶

11．2．3 其他常用的基因工程工具酶

11．3 獲得目的基因

11．3．1 PCR法

11．3．2 獲得原核生物目的基因

11．3．3 真核生物目的基因的獲得

11．4 基因工程載體

11．4．1 用於原核生物宿主的載體

11．4．1．1 質粒載體

11．4．1．2 噬菌體載體

11．4．1．3 柯斯質粒

11．4．2 用於真核生物宿主的載體

11．4．3 基因工程載體的設計

11．5 目的基因與載體DNA的連接

11．6 宿主細胞選擇

11．7 目的基因導入宿主細胞

11．7．1 轉化

11．7．2 轉導

11．7．3 顯微注射

11．7．4 高壓電穿孔法

11．7．5 多聚物介導法

11．7．6 粒子轟擊法

11．8 重組體的篩選

11．8．1 利用抗生素抗性基因篩選

11．8．2 營養缺陷互補法篩選

11．8．3 核酸雜交法篩選

11．8．4 通過免疫反應篩選

11．8．5 通過酶活性篩選

11．9 目的基因的高效表達

11．9．1 質粒設計對目的基因表達的影響

11．9．2 目的基因的高效分泌型表達

11．9．3 重組細胞培養基設計和培養條件優化

11．9．4 利用細胞培養工程手段提高基因表達水平

11．9．5 提高基因工程菌的質粒穩定性

11．9．5．1 引起基因工程菌質粒不穩定的原因

11．9．5．2 生長速率引起的質粒不穩定

11．10 代謝工程

11．1l 蛋白質工程及基因重排

11．12 基因工程的應用與發展前景

複習思考題

12 微生物與環境保護

12．1 環境中微生物的相互作用

12．2 環境保護中常見的微生物群

12．2．1 好氧微生物群

12．2．1．1 好氧的有機化能異養型微生物

12．2．1．2 原生動物

12．2．1．3 與污泥膨脹有關的微生物

12．2．2 厭氧微生物群

12．2．2．1 水解發酵細菌

12．2．2．2 產氫、產乙酸細菌

12．2．2．3 產甲烷細菌

12．3 利用微生物降解有毒、難分解的污染物

12．4 降解有害有毒污染物的特殊微生物

12．4．1 硫細菌

12．4．1．1 無色硫細菌

12．4．1．2 光養型硫細菌

12．4．2 降解木質素及多環芳烴的微生物

12．4．2．1 黃孢原毛平革菌

12．4．2．2 彩絨革蓋菌

12．4．2．3 白腐菌在造紙工業中的應用

12．4．2．4 白腐菌在多環芳烴降解和染料降解中的應用

12．4．3 降解含氯有機化合物的微生物

12．4．3．1 氯代烴的降解機理

12．4．3．2 微生物共代謝在含氯有機物降解中的作用

12．5 生物修復

複習思考題

參考文獻