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1．绪论3

1．1 微生物及其特点3

1．1．1 微生物3

1．1．2 微生物的特点3

1．1．2．1 体积小、面积大3

上篇 工业微生物学基础3

1．1．2．2 吸收快、转化快4

1，1．2．3 生长旺、繁殖快4

1．1．2．4 易变异、适应性强5

1．1．2．5 种类多、分布广5

1．2．2 微生物的发现及微生物学的发展6

1．2．2．1 微生物学的启蒙时期——形态学期6

1．2．1 古代中国对微生物的利用6

1．2 微生物学的发展简史6

1．2．2．2 微生物学的奠基时期——生理学期7

1．2．2．3 微生物学的分子时代——分子生物学期13

1．3 工业微生物学及其研究的对象和任务15

1．3．1 工业微生物学及其研究对象15

1．3．2 我国工业微生物学的研究概况15

1．3．3 现代工业微生物学的发展趋势16

复习思考题19

2．微生物的形态与分类20

2．1 微生物在生物界中的地位20

2．2．1 微生物的分类鉴定方法23

2．2．1．1 传统的微生物分类方法23

2．2 微生物的分类与命名23

2．2．1．2 现代微生物分类方法24

2．2．1．3 数值分类法26

2．2．2 微生物的分类系统28

2．2．2．1 细菌的分类系统28

2．2．2．2 放线菌分类系统28

2．2．2．3 真菌分类系统28

2．2．3 微生物的命名法则29

2．3 原核微生物的形态32

2．3．1 微生物细胞32

2．3．3．1 细菌的形态34

2．3．3 细菌34

2．3．2．2 染料34

2．3．2．1 正染和负染34

2．3．2 染色技术34

2．3．3．2 细菌细胞大小37

2．3．3．3 细菌细胞的结构38

2．3．3．4 细菌的繁殖方式56

2．3．3．5 细菌的培养特征57

2．3．3．6 常见的细菌60

2．3．4 放线菌61

2．3．4．1 放线菌的形态构造61

2．3．4．2 放线菌菌落形态63

2．3．4．3 放线菌的生活史64

2．3．4．4 放线菌的繁殖64

2．3．4．6 放线菌的代表属65

2．3．4．5 放线菌生理65

2．3．4．7 放线菌与细菌的比较67

2．3．5 蓝细菌67

2．3．6 立克次氏体，枝原体，衣原体68

2．3．6．1 立克次氏体68

2．3．6．2 枝原体69

2．3．6．3 衣原体70

2．4 真核微生物71

2．4．1 酵母菌71

2．4．1．1 酵母菌的形态和大小72

3．5．2．2 防腐剂73

2．4．1．2 酵母菌的细胞构造73

2．4．1．3 酵母菌的繁殖方式和生活史76

2．4．1．4 酵母菌的菌落80

2．4．1．5 酵母菌的分类81

2．4．1．6 工业上常见的酵母菌81

2．4．2 霉菌83

2．4．2．1 霉菌的形态和构造84

2．4．2．2 霉菌菌落的形态特征84

2．4．2．3 霉菌的个体形态和结构85

2．4．2．4 霉菌的繁殖方式87

2．4．2．5 霉菌的生活史92

2．4．3 担子菌94

2．4．3．1 担子菌的一般形态构造94

2．4．3．2 担子菌的繁殖方式95

2．5．1 病毒96

2．5 非细胞型微生物96

2．4．3．3 担子菌的生活史96

2．5．1．1 病毒的形态及构造97

2．5．1．2 病毒(噬菌体Phage)的生长繁殖103

2．5．1．3 噬菌体的生活史105

2．5．1．4 噬菌体的分离107

2．5．1．5 噬菌体的防治108

2．5．2 类病毒109

2．5．1．6 干扰素109

2．5．3 拟病毒110

2．5．4 朊病毒110

复习思考题110

3．1．1．1 光能自养型或称光能无机自养型113

3．1 微生物的营养113

3．1．1 微生物的营养类型113

3．微生物的营养和生长113

3．1．1．3 化能自养型114

3．1．1．4 化能异养型114

3．1．2 微生物的营养要素114

3．1．1．2 光能异养型114

3．1．2．1 水115

3．1．2．2 碳源116

3．1．2．3 氮源116

3．1．2．4 无机盐117

3．1．2．5 生长因(素)子118

3．1．2．6 能源119

3．1．3 微生物的培养基119

3．1．3．1 培养基的配制原则120

3．1．3．2 培养基的种类121

3．1．4 营养物质的跨膜运输124

3，1．4．1 营养物质的被动扩散125

3．1．4．2 微生物对营养物质的主动运输126

3．2 微生物的生长129

3．2．1 微生物生长的测定130

3．2．1．1 直接法130

3．2．1．2 间接法133

3．2．2 微生物的群体生长规律134

3．2．2．1 分批培养134

3．2．2．3 同步分裂培养137

3．2．2．2 连续培养137

3．2．2．4 微生物生长与产物形成的关系138

3．3 微生物的培养方法139

3．3．1 固体培养140

3．3．1．1 实验室常见的固体培养140

3．3．1．2 生产中常见的固体培养142

3．3．2 液体培养143

3．3．2．1 实验室常见的液体培养144

3．3．2．2 生产中常见的液体培养144

3．3．3 连续培养146

3．3．3．1 恒化培养146

3．3．3．3 多级连续培养147

3．3．3．2 恒浊培养147

3．3．3．4 固定化细胞连续培养148

3．3．3．5 连续培养的局限性149

3．3．4 补料分批培养150

2．3．5 混菌培养151

3．4 影响微生物生长的环境因素152

3．4．1 物理因子对微生物生长的影响152

3．4．1．1 温度对微生物生长的影响152

3．4．1．2 水分对微生物生长的影响156

3．4．1．3 表面张力对微生物生长的影响156

3．4．1．4 辐射对微生物生长的影响157

3．4．1．6 声能对微生物生长的影响158

3．4．1．5 液体静压力对微生物生长的影响158

3．4．2．1 氢离子浓度对微生物生长的影响159

3．4．2 化学因子对微生物生长的影响159

3．4．2．2 氧化还原电位对微生物生长的影响160

3．5 消毒和灭菌162

3．5．1 常见的灭菌和消毒的物理方法162

3．5．1．1 干热灭菌法163

3．5．1．2 湿热灭菌法163

3．5．1．3 过滤除菌法168

3．5．1．4 紫外线灭菌171

3．5．1．5 γ射线灭菌171

3．5．1．6 微波灭菌171

3．5．2．1 化学表面消毒剂172

3．5．2 常用控菌的化学方法172

3．5．2．3 化学治疗剂174

3．6 菌种保藏175

3．6．1 菌种的退化及防治175

3．6．1．1 菌种退化175

3．6．1．2 菌种退化的原因175

3．6．1．3 菌种退化的防治176

3．6．2 菌种保藏的原理和方法177

3．6．2．1 定期移植保藏法177

3．6．2．3 沙管保藏法、土壤保藏法178

3．6．2．4 麸皮保藏法178

3．6．2．2 液体石蜡保藏法178

3．6．2．5 蒸馏水保藏法179

3．6．2．6 冷冻干燥保藏法179

3．6．2．7 液氮超低温保藏法180

3．6．2．8 甘油保藏法182

3．6．3 国内外菌种保藏机构182

复习思考题183

4．微生物代谢的调节185

4．1 酶合成的调节185

4．1．1 酶的诱导185

4．1．2 酶合成的阻遏188

4．1．2．1 末端代谢产物阻遏188

4．1．2．2 分解代谢物阻遏189

4．2 酶活性的调节191

4．3．1 直线式代谢途径的反馈控制192

4．3 微生物代谢调节的模式192

4．3．2 分支代谢途径的反馈控制193

4．3．2．1 协同或多价反馈控制193

4．3．2．2 合作反馈控制194

4．3．2．3 累积反馈控制194

4．3．2．4 顺序反馈控制194

4．3．2．5 同工酶控制195

4．4 代谢的人工控制及其在发酵工业中的应用196

4．4．1 遗传学的方法196

4．4．1．1 营养缺陷型突变株的应用196

4．4．1．2 抗反馈控制突变株的应用198

4．4．2．1 添加前体绕过反馈控制点199

4．4．2．2 添加诱导剂199

4．4．1．3 选育组成型和超产突变株199

4．4．2 生物化学方法199

4．4．1．4 增加结构基因数目199

4．4．2．3 发酵与分离过程耦合200

4．4．2．4 控制细胞膜的通透性200

4．4．2．5 控制发酵的培养基成分201

复习思考题201

5．微生物的菌种选育203

5．1 从自然界中获得新菌种203

5．1．1 采样203

5．1．3 纯化204

5．1．4 性能鉴定204

5．1．2 增殖204

5．2 基因突变和微生物菌种选育205

5．2．1 遗传的物质基础205

5．2．1．1 遗传物质化学本质的确证205

5．2．1．2 核酸的结构与复制207

5，2．2 基因突变210

5．2．2．1 突变现象210

5．2．2．2 突变的诱发因素210

5．2．2．3 基因突变的特点212

5．2．2．4 突变机制215

5．2．3 自发突变与定向培育217

5．2．4．1 诱变剂及其诱发机理218

5．2．4 诱变育种218

5．2．4．2 诱变育种方法224

5．3 杂交育种227

5．3．1 真核微生物的基因重组227

5．3．1．1 酵母菌的有性杂交227

5．3．1．2 霉菌的准性生殖228

5．3．2 原核微生物的基因重组230

5．3．2．1 细菌的接合230

5．3．2．2 F因子转导232

5．3．2．3 转导233

5．3．2．4 转化236

5．4 原生质体融合237

5．4．2 原生质体制备238

5．4．1 选择亲株238

5．4．4 原生质体再生239

5．4．3 原生质体融合239

5．4．5 筛选优良性状融合重组子240

5．5 基因工程240

5．6 菌种筛选242

5．6．1 菌种筛选方案242

5．6．2 一般变异菌的筛选方法242

5．6．2．1 从菌体形态变异分析242

5．6．2．2 平皿快速检测法243

5．6．3 特殊变异菌的筛选万法244

5．6．3．1 营养缺陷型突变株的筛选244

5．6．2．3 摇瓶培养法244

5．6．3．2 抗性突变菌株的筛选248

5．6．3．3 组成酶变异株的筛选250

5．6．3．4 高分子废弃物分解菌的筛选250

5．6．3．5 无泡沫菌株及高凝聚性菌株的筛选250

复习思考题251

下篇 工业微生物学应用255

6．生产溶剂和有机酸的微生物255

6．1 历史回顾255

6．2 溶剂发酵的微生物256

6．2．1 酒精发酵的微生物256

6．2．1．1 葡萄糖发酵生产酒精的酵母256

6．2．1．3 戊糖发酵生产酒精的微生物257

6．2．1．2 葡萄糖发酵生产酒精的细菌257

6．2．2 甘油发酵260

6．2．3 其他溶剂发酵260

6．3 柠檬酸发酵的微生物262

6．3．1 利用淀粉作为碳源发酵生产柠檬酸的黑曲霉262

6．3．2 利用烷烃生产柠檬酸的假丝酵母264

6．4 乳酸发酵的微生物264

6．5 其他有机酸发酵266

6．5．1 葡萄糖酸发酵266

6．5．3 其他有机酸发酵267

复习思考题267

6．5．2 衣康酸发酵267

7．氨基酸发酵的微生物269

7．1 概述269

7．1．1 微生物发酵法生产氨基酸的历史和发展趋势269

7．1．2 发酵法生产氨基酸的微生物270

7．2 氨基酸发酵机理和菌种选育271

7．2．1 氨基酸发酵机理271

7．2．2 发酵法生产氨基酸的菌种选育272

7．2．2．1 从营养缺陷型突变株选育氨基酸产生菌272

7．2．2．2 选育生产氨基酸的代谢调节突变菌株275

7．2．3 利用氨基酸生物合成的前体生产氨基酸279

7．2．4 利用基因重组技术获得氨基酸生产菌种280

复习思考题282

8．1 引言283

8．核苷、核苷酸及其类似物的微生物发酵283

8．2 核苷酸的代谢机理284

8．2．1 嘌呤类核苷酸的生物合成途径及调节机制284

8．2．2 嘧啶核苷酸的生物合成途径和调节机制285

8．3 核苷酸类物质生产菌的分离和选育285

8．3．1 核苷酸类物质生产菌的分离285

8．3．1．1 生长圈法285

8．3．1．2 特殊平板培养法285

8．3．2 核苷酸类物质生产菌选育286

8．4 发酵法生产核苷酸类物质287

8．4．1 发酵法生产5＇-IMP287

8．4．3 直接发酵法生产5＇-GMP288

8．4．2 直接发酵生产5＇-IMP288

8．4．3．1 发酵法生产AICAR289

8．4．3．2 发酵法生产鸟嘌呤289

8．4．4 发酵法生产腺苷、腺苷酸和其他腺苷酸类似物289

复习思考题290

9．微生物和酶制剂工业292

9．1 概述292

9．1．1 酶的分类和命名292

9．1．2 主要的微生物酶制剂294

9．1．3 产酶微生物的来源和特点294

9．2 酶合成的调节和控制296

9．2．1 酶合成的基因水平调节和控制296

9．2．2 真核微生物产酶的基因水平调节和控制297

9．3．1 产酶菌种的筛选298

9．3．2 微生物产酶的诱导及组成型变异株的选育298

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298

9．3．3 酶合成的反馈阻遏及其解除299

9．3．4 酶的分解代谢阻遏及其解除301

9．3．5 酶生物合成与微生物生长的关系303

9．4 酶蛋白的释放303

9．5 应用基因重组技术获得酶制剂的生产菌种304

复习思考题307

10．微生物发酵生产抗生素308

10．1 概述308

10．1．1 微生物次级代谢产物308

10．1．2 抗生素的定义和分类308

10．2．1 芽孢杆菌属311

10．2 抗生素生产菌的生物学基础311

10．2．2 假单胞菌属312

10．2．3 链霉菌和链轮丝菌312

10．2．3．1 氨基环多醇类抗生素313

10．2．3．2 含聚酮链结构的抗生素313

10．2．3．3 聚酮链经取代、还原后的次级代谢产物314

10．2．3．4 多肽类抗生素315

10．2．3．5 核苷类抗生素316

10．2．4 其他放线菌生产的抗生素316

10．2．4．1 诺卡氏菌形放线菌316

10．2．4．2 游动放线菌317

10．2．4．3 足分枝菌317

10．2．5 粘细菌317

10．2．8 生产抗生素和次级代谢产物的其他微生物318

10．2．6 曲霉318

10．2．7 青霉属318

10．3 新抗生素生产菌种的筛选319

10．3．1 抗生素的基本筛选方法319

10．3．2 改进筛选效率320

10．3．2．1 改进筛选方法320

10．3．2．2 试验方法的改进320

10．4 抗生素的生物合成机理322

10．4．1 研究抗生素生物合成途径的方法323

10．4．1．1 示踪剂技术323

10．4．1．2 利用阻断突变技术确定中间代谢产物323

10．4．2．1 Ⅰ类型反应——初级代谢产物转化为生物合成的中间产物324

10．4．2 抗生素生物合成反应和途径324

10．4．1．3 酶的鉴别324

10．4．2．2 Ⅱ类型反应——小分子代谢产物的聚合329

10．4．2．3 Ⅲ类型反应——基本结构的修饰334

10．5 抗生素生物合成的调节334

10．5．1 反馈调节335

10．5．2 营养物浓度的调节335

10．5．2．1 碳源阻遏335

10．5．2．2 氮源调节336

10．5．2．3 磷酸盐控制336

10．5．3 自调节因子和多效应影响因子337

10．6 微生物对抗生素的自抗性338

10．7．2 诱变和筛选339

10．7．1 菌种的纯化339

10．7 抗生素生产菌种的选育339

10．7．3 基因工程在抗生素生产菌选育中的应用342

复习思考题343

11．微生物和基因工程345

11．1 概述345

11．2 基因传递和重排的自然机制348

11．3 基因工程的基本要素349

11．3．1 目标基因的获得349

11．3．2 载体DNA350

11．3．3 基因重组353

11．3．4 质粒的转化353

11．4 宿主细胞的选择原则354

11．4．1 大肠杆菌355

11．4．2 Gram-阳性细菌356

11．4．3 低等真核生物细胞356

11．5 目标产物对基因重组技术的影响357

11．6 质粒稳定性及影响质粒稳定性的因素358

11．7 代谢工程360

复习思考题361

12．微生物与环境保护362

12．1 环境中微生物的相互作用365

12．2 环境保护中常见的微生物群365

12．2．1 好氧微生物群365

12．2．1．1 好氧的有机化能异养型微生物365

12．2．1．2 原生动物367

12．2．1．3 与污泥膨胀有关的微生物368

12．2．2．1 水解发酵细菌369

12．2．2 厌氧微生物群369

12．2．2．2 产氢、产乙酸细菌371

12．2．2．3 产甲烷细菌371

12．3 利用微生物降解有毒、难分解的污染物375

12．4 降解有害有毒污染物的特殊微生物376

12．4．1 硫细菌376

12．4．1．1 无色硫细菌376

12．4．1．2 光养型硫细菌378

12．4．2 降解木质素及多环芳烃的微生物379

12．4．2．1 黄孢原毛平革菌381

12．4．2．2 彩绒革盖菌382

12．4．2．4 白腐菌在多环芳烃降解和染料降解中的应用383

12．4．2．3 白腐菌在造纸工业中的应用383

12．4．3 降解含氯有机化合物的微生物384

12．4．3．1 氯代烃的降解机理385

12．4．3．2 微生物共代谢在含氯有机物降解中的作用386

12．5 生物修复386

复习思考题387

附录1 工业微生物的参考书和有关的国内外期刊388

附录2 伯杰氏系统细菌学手册(第九版)纲要393

附录3 Ainsworth(1973)的真菌分类系统纲要405

附录4 Smith的分类系统408

附录5 酵母菌分属检索表(Lodder，1970年)411

附录6 酵母菌分类系统(Kreger Van Rij，1982年)414