微生物生理學

本書主要從微生物生理學角度闡述微生物的生命活動規律，系統地介紹了微生物生理學的基礎理論、基本方法及進展情況，融新理論、新技術、新方法為一體，力求反映微生物生理學的最新發展動態及趨勢。重點內容包括：微生物細胞的結構和功能、微生物的營養與物質運輸、微生物的分解代謝、微生物的合成代謝、微生物的代謝調節、微生物的次級代謝及其調節、微生物的生長繁殖與環境、微生物的分化、基因組時代的微生物生理學等。本書內容全面系統，取材新穎，圖文並茂。可作為高等院校生命科學、生物工程、生物技術、微生物製藥、環境工程及相關專業的本科生、研究生的教材或教學參考書；也可供上述專業的科研人員、技術人員參考。

第一章緒論1

第一節微生物生理學研究對象與範圍1

一、研究對象1

二、研究範圍2

第二節微生物生理學研究中常用的技術與

方法2

第三節微生物生理學的發展和展望4

一、微生物生理學的發展4

二、21世紀微生物生理學的展望6

主要參考文獻9

第二章微生物細胞的結構和功能10

第一節原核微生物10

一、細胞壁11

二、細胞質膜和間體17

三、細胞質和內含物19

四、核區28

五、細胞壁以外的構造28

第二節真核微生物33

一、細胞壁33

二、鞭毛與纖毛34

三、細胞質膜35

四、細胞核35

五、細胞質和細胞器36

第三節原核微生物與真核微生物的比較41

一、一般特性的比較42

二、古生菌、真細菌與真核微生物的

比較43

主要參考文獻44

第三章微生物的營養與物質運輸45

第一節微生物的營養45

一、微生物細胞的化學組成45

二、微生物的營養類型46

三、微生物的營養要素47

第二節微生物營養物質的運輸53

一、單純擴散53

二、促進擴散53

三、主動運輸54

四、基團轉移56

五、膜泡運輸57

第三節營養物質運輸的調節58

一、營養物質本身的性質58

二、環境條件58

三、載體物質生物合成調節58

四、載體物質生理活性調節59

第四節代謝產物的分泌60

一、氨基酸的分泌60

二、核苷酸的分泌61

三、胞外酶的分泌61

主要參考文獻62

第四章異養微生物的生物氧化63

第一節代謝概論63

一、代謝類型63

二、微生物代謝的研究方法64

三、生物能學原理66

第二節葡萄糖酵解途徑69

一、EMP途徑69

二、HMP途徑70

三、ED途徑71

四、WD途徑72

五、葡萄糖直接氧化途徑74

第三節發酵作用74

一、發酵平衡75

二、乙醇發酵和甘油發酵75

三、乳酸發酵76

四、丙酸發酵77

五、丁酸發酵與丙酮丁醇發酵77

六、混合酸發酵與丁二醇發酵78

第四節呼吸作用80

一、有氧呼吸81

二、無氧呼吸84

第五節能量產生85

一、底物水平磷酸化85

二、氧化磷酸化86

三、光合磷酸化87

第六節生物大分子的降解87

一、多糖和二糖的分解88

二、蛋白質的分解90

三、核酸的分解90

第七節其他單糖物質的分解91

一、果糖的分解91

二、甘露糖的分解91

三、半乳糖的分解92

四、戊糖的分解92

第八節其他化合物的生物氧化92

一、含氮化合物的分解92

二、脂類物質的分解96

三、烴類化合物的分解100

四、芳香族化合物的分解101

五、聚β羥基丁酸的分解101

主要參考文獻103

第五章自養微生物的生物氧化105

第一節化能自養微生物的生物氧化105

一、氨的氧化105

二、硫的氧化106

三、鐵的氧化107

四、氫的氧化107

第二節光合微生物的光能轉換108

一、光能無機營養微生物109

二、光合色素109

三、光合單位110

四、光合磷酸化110

五、嗜鹽細菌的光能轉換111

第三節甲基營養型細菌的生物氧化112

一、甲基營養型細菌112

二、一碳化合物的氧化113

第四節產甲烷細菌的生物氧化114

一、產甲烷細菌的特徵114

二、產甲烷細菌的生物氧化和甲烷的

形成114

主要參考文獻115

第六章微生物的合成代謝116

第一節生物合成三要素與合成代謝的

一般原則116

一、生物合成三要素116

二、合成代謝的特點117

第二節二氧化碳的固定117

一、自養型微生物CO2的固定117

二、異養型微生物CO2的固定120

第三節二碳化合物的同化122

一、乙醛酸循環122

二、甘油酸途徑122

第四節糖類的合成123

一、單糖的合成123

二、糖核苷酸的合成及相互轉化125

三、多糖的合成125

第五節脂類的合成132

一、脂肪酸的合成132

二、磷脂的合成135

三、萜烯及其有關化合物的合成136

第六節生物固氮137

一、固氮微生物和固氮體系137

二、固氮的生化機制138

三、固氮作用的調節141

四、防氧保護機制142

五、固氮酶的檢測142

六、共生固氮作用144

第七節氨基酸的生物合成146

一、谷氨酸族氨基酸的合成146

二、天冬氨酸族氨基酸的合成148

三、丙酮酸衍生類型氨基酸的生物合成152

四、絲氨酸甘氨酸族氨基酸的合成153

五、芳香族氨基酸的合成154

六、組氨酸的生物合成154

第八節核苷酸的生物合成156

一、嘌呤核苷酸的生物合成156

二、嘧啶核苷酸的生物合成158

三、脫氧核糖核苷酸的合成160

四、輔酶核苷酸的生物合成161

第九節核酸的合成161

一、DNA的合成162

二、RNA的合成164

三、核酸合成的抑製劑165

第十節蛋白質的合成167

一、信使RNA167

二、轉運RNA168

三、蛋白質的合成過程169

主要參考文獻172

第七章微生物代謝調節174

第一節代謝調節的部位175

一、細胞（及細胞器）膜175

二、酶本身176

三、酶與底物的相對位置及間隔狀況

（代謝通道）176

第二節酶活性的調節176

一、激活和抑制177

二、酶活性調節的方式178

三、酶活性調節的分子機制181

第三節酶合成的調節185

一、酶合成的誘導185

二、酶合成的阻遏186

三、酶的誘導和阻遏的調節方式188

四、酶合成調節的分子機制191

五、反饋抑制與反饋阻遏比較197

第四節代謝調控198

一、產能代謝的調節：能荷調節198

二、細胞滲透性調控199

三、菌種遺傳特性的改變200

四、發酵工藝條件的控制204

主要參考文獻205

第八章微生物的次級代謝及其調節206

第一節次級代謝與次級代謝產物206

一、次級代謝產物類型206

二、次級代謝的特點208

三、次級代謝的生理功能210

第二節次級代謝產物的生物合成212

一、次級代謝產物的生源212

二、次級代謝產物生物合成的基本過程217

第三節次級代謝的調節控制227

一、初級代謝對次級代謝的調節227

二、碳代謝物的調節227

三、氮代謝物的調節228

四、磷酸鹽的調節229

五、ATP調節229

六、酶的誘導調節230

七、反饋調節230

八、細胞膜通透性調節231

九、金屬離子和溶解氧的調節232

十、微生物生長速率的調節232

主要參考文獻232

第九章微生物的生長繁殖與環境234

第一節單細胞微生物的生長234

一、細菌個體的生長234

二、細菌群體的生長236

三、酵母菌的生長238

第二節絲狀真菌和放線菌的生長240

一、絲狀真菌的生長240

二、放線菌的生長243

第三節微生物的生長曲線和生長的測定244

一、微生物的生長曲線244

二、微生物生長的測定248

第四節微生物生長動力學249

一、分批培養249

二、連續培養250

三、補料分批培養254

四、同步分裂培養254

第五節環境因素對微生物生長的影響256

一、影響微生物生長的環境因素256

二、微生物生長繁殖的控制261

第六節微生物對環境的反應269

一、微生物的趨向性與運動269

二、微生物抗高溫的方式270

三、微生物對極端pH的抗性272

四、微生物的抗藥性273

五、微生物對重金屬離子的抗性274

六、微生物的滲透調節275

主要參考文獻275

第十章微生物的分化276

第一節細菌芽孢的形成277

一、枯草芽孢桿菌的生活周期277

二、芽孢的結構278

三、芽孢的形成過程及遺傳控制279

第二節黏細菌的分化285

一、黏細菌的生活周期285

二、營養體的生長286

三、細胞聚集286

四、子實體形成287

第三節柄細菌的分化288

一、新月柄細菌的生活周期288

二、柄細菌細胞結構的發育289

三、柄細菌分化的遺傳控制289

第四節酵母菌的生長與分化290

一、芽殖為主的無性繁殖290

二、酵母菌子囊孢子的形成290

主要參考文獻293

第十一章基因組時代的微生物生理學294

第一節基因組學和蛋白質組學工具294

一、基因組的克隆294

二、DNA序列測定294

三、網路科學：DNA序列分析的網際網路

工具296

四、基因置換298

五、基因晶元298

六、蛋白質組學299

第二節傳統研究工具301

一、突變篩選技術301

二、熒游標定細胞分離技術302

三、報告基因302

四、聚合酶鏈反應303

五、凝膠遷移率及超遷移率實驗303

六、分子印跡檢測技術305

七、雙雜交分析306

主要參考文獻308