工业微生物育种学（第四版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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施巧琴，吴松刚 编

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• 工业微生物
• 微生物育种
• 工业微生物学
• 育种学
• 第四版
• 生物技术
• 发酵工程
• 菌种改良
• 微生物遗传
• 生物工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030367389

版次：4

商品编码：11206783

包装：平装

丛书名： 普通高等教育

开本：16开

出版时间：2013-01-01

用纸：胶版纸

页数：368

字数：574000

正文语种：中文

内容简介

　　《工业微生物育种学（第四版）》是在《工业微生物育种学》第三版的基础上修订改编而成的。新版中编入了近年来工业微生物育种所采用的新方法和取得的新成果，尤其是在分子定向进化育种、基因敲除育种和全局转录机器工程育种等方面的许多成功实例。同时，在第三版原有传统工业微生物三大育种技术——诱变育种、代谢控制育种及杂交育种的基础上，还补充了工业微生物生产菌株的培养基优化及工程菌株的高密度发酵技术等章节，完善了工程菌株目的产物的高效表达的发酵工艺过程，具有实际应用价值。

目录

第三版序
第二版序
第一版序
第四版前言
第三版前言
第二版前言
第一版前言
第一章 绪论 1
第一节 工业微生物育种在生物发酵产业中的地位 1
第二节 工业微生物育种的进展 1
思考题 4
第二章 遗传物质的基础 5
第一节 染色体 5
一、染色体形态 5
二、原核生物及病毒染色体结构 6
三、真核生物染色体结构 7
四、染色体数目 7
第二节 核酸 9
一、核酸 9
二、RNA 9
三、DNA 10
第三节 基因的组织与结构 11
一、基因组 11
二、基因 12
三、遗传密码 13
思考题 15
第三章 基因突变 16
第一节 突变的分子机制 16
一、基因突变 17
二、染色体畸变和染色体组变 19
第二节 突变引起遗传性状改变及突变型的种类 20
一、突变引起遗传性状改变 20
二、突变型的种类 22
第三节 突变体的形成 25
一、突变体的形成过程 26
二、突变的修复 27
三、突变的表型效应 32
四、表型延迟 33
思考题 34
第四章 工业微生物育种诱变剂 35
第一节 物理诱变剂 35
一、物理诱变剂的生物学效应 35
二、非电离辐射——紫外线 36
三、电离辐射 39
四、近年来发展的新型物理诱变剂 41
第二节 化学诱变剂 43
一、碱基类似物 44
二、烷化剂 47
三、脱氨剂(以亚硝酸为例) 52
四、移码诱变剂 54
五、羟化剂(以羟胺为例) 54
六、金属盐类 55
七、其他化学诱变剂 55
八、化学诱变剂的安全操作 57
思考题 57
第五章 工业微生物产生菌的分离筛选 58
第一节 含微生物样品的采集 58
一、从土壤中采样 58
二、根据微生物生理特点采样 60
三、特殊环境下采样 61
第二节 含微生物样品的富集培养 61
一、控制培养基的营养成分 62
二、控制培养条件 62
三、抑制不需要的菌类 63
第三节 好氧微生物的分离 63
一、稀释涂布分离法和划线分离法 64
二、利用平皿中的生化反应进行分离 64
三、组织分离法 67
四、单细胞或单孢子分离法 68
五、通过控制营养和培养条件进行分离 69
第四节 厌氧微生物的分离 70
第五节 产目的产物的野生菌的筛选和菌株鉴定 74
一、初筛 74
工业微生物育种学
二、复筛 75
三、菌株鉴定 76
第六节 极端环境微生物的分离筛选 76
一、极端环境微生物的采样、分离筛选 77
二、极端微生物酶分子生物学研究 80
第七节 生物可降解塑料菌株的分离筛选 82
一、生物可降解塑料概况 82
二、获得生物可降解塑料的微生物途径和菌株分离方法 83
三、PHA的合成机制和发酵特点 85
思考题 85
第六章 工业微生物诱变育种 86
第一节 诱变育种的试验设计和准备工作 87
一、诱变前对出发菌株的了解 88
二、全面了解菌种特性及其与生产性能的关系 89
三、了解影响菌种生长发育的主要因素 90
四、了解菌种有效产物中的各种组分在代谢合成过程中与培养条件的关系 91
五、建立一个准确、简便、快速检测产物的方法 92
六、研究**的菌种保藏培养基和培养条件 92
第二节 诱变育种的步骤与方法 92
一、出发菌株的选择 92
二、出发菌株的纯化 95
三、单孢子(或单细胞)悬液的制备 96
四、诱变剂及诱变剂量 97
五、诱变剂的处理方法 101
六、影响突变率的因素 103
思考题 105
第七章 工业微生物变株传统筛选和高通量筛选 106
第一节 突变株的传统分离与筛选 106
一、突变株分离过筛选的基本环节 107
二、筛选的程序 107
三、分离和筛选 108
四、摇瓶液体培养 114
五、产物活性测定 114
六、摇瓶数据的调整和有关菌株特性的观察分析 116
七、培养基和培养条件的调整 117
八、变种的特性研究与鉴定 117
九、诱变育种实例 119
第二节 突变株高通量筛选 121
一、常用仪器设备 121
二、高通量筛选技术中的常用方法 126
三、高通量筛选应用实例 131
思考题 134
第八章 营养缺陷型菌株的筛选 135
第一节 营养缺陷型菌株的分离和筛选 135
一、营养缺陷型的诱发 135
二、淘汰野生型菌株 136
三、营养缺陷型的检出 137
四、营养缺陷型的鉴定 138
第二节 通过耐结构类似物方法筛选高产菌株 142
一、直线合成途径 144
二、分支途径 144
思考题 145
第九章 抗噬菌体变株的选育 146
第一节 抗噬菌体突变株的分离与筛选 146
一、烈性噬菌体及其效价的测定 146
二、温和性噬菌体及溶源菌 147
三、抗噬菌体菌株的选育 148
四、抗性菌株的特性研究 149
第二节 抗噬菌体菌株的选育实例 150
一、菌种 150
二、培养基成分 150
三、噬菌体的分离纯化和原液制备 151
四、噬菌体菌株的选育 151
五、菌株抗噬菌体性能的检验 152
六、摇瓶发酵试验 152
七、发酵罐发酵试验 152
思考题 152
第十章 工业微生物代谢控制育种 153
第一节 代谢调节控制育种 153
一、组成型突变株的选育 154
二、抗分解调节突变株的选育 155
三、营养缺陷型应用于代谢调节育种 160
四、渗漏缺陷型应用于代谢调节育种 164
第二节 抗反馈调节突变株的选育 164
一、回复突变引起的抗反馈调节突变株 164
二、耐自身产物突变株选育 166
三、累积前体和耐前体突变株的选育 167
四、细胞膜透性突变株的选育 170
思考题 171
第十一章 工业微生物杂交育种 172
第一节 微生物杂交 172
一、微生物杂交育种的基本程序 172
二、杂交过程中亲本和培养基的选择 172
三、杂交育种的遗传标记 174
第二节 霉菌杂交育种 175
一、霉菌的细胞结构和繁殖 175
二、霉菌杂交的原理和杂交技术 176
三、高产重组体的筛选 185
思考题 185
第十二章 工业微生物原生质体融合育种 186
第一节 微生物原生质体融合育种 187
一、直接亲本及其遗传标记的选择 187
二、原生质体制备与再生 188
三、原生质体融合 196
四、融合体再生 198
五、融合重组体检出与遗传特性分析 201
六、原生质体融合的应用 204
第二节 放线菌原生质体融合育种 205
一、放线菌细胞壁组成、结构及水解 206
二、放线菌原生质体融合育种技术 206
第三节 霉菌原生质体融合育种 209
一、霉菌原生质体制备 211
二、原生质体的再生 213
三、原生质体融合和再生 213
四、融合重组体分析与鉴定 215
第四节 工业微生物基因组改组育种 215
一、微生物基因组改组育种意义和原理 215
二、基因组改组育种技术及应用实例 218
思考题 222
第十三章 基因工程育种 223
第一节 概述 223
一、基因工程在微生物育种中的应用 224
二、基因工程原理和步骤 225
第二节 基因工程载体 226
一、质粒载体 227
二、λ噬菌体载体 232
三、柯斯质粒载体 236
第三节 基因工程所用的酶 237
一、限制性内切核酸酶 238
二、DNA聚合酶 240
三、依赖于DNA的RNA聚合酶 242
四、连接酶、激酶及磷酸酶 242
五、核酸酶 243
第四节 基因工程的主要步骤 244
一、DNA的制备 244
二、目的基因的产生与分离 246
三、DNA的连接 247
四、重组体导入大肠杆菌 248
五、含重组质粒的细菌菌落的鉴定 250
六、目的基因的表达过程 251
第五节 基因的表达系统 253
一、原核表达系统 253
二、真核生物表达系统 257
思考题 262
第十四章 分子定向进化育种 263
第一节 理性设计 264
一、寡核苷酸引物介导的定点突变 264
二、PCR介导的定点突变 266
三、盒式突变 267
第二节 非理性设计——蛋白质(酶)分子定向进化技术 267
一、蛋白质(酶)分子定向进化的发展 268
二、蛋白质(酶)分子定向进化策略 268
三、定向进化文库的筛选方法 278
四、酶分子工程的应用和发展前景 279
思考题 281
第十五章 基因敲除育种 282
第一节 基因敲除育种原理 282
一、基因敲除育种概述 282
二、基因重组系统 283
第二节 工业微生物基因敲除育种技术及应用 287
一、基因敲除育种技术 287
二、基因敲除育种技术的应用 289
思考题 291
第十六章 全局转录机器工程育种 292
第一节 全局转录机器工程育种的原理 292
第二节 全局转录机器工程育种实施策略及方法 294
一、全局转录机器工程育种实施策略 294
二、全局转录机器工程育种实施方法 295
第三节 全局转录机器工程育种应用实例 295
第四节 全局转录机器工程育种有关的其他菌种改造新方法 296
思考题 297
第十七章 工业微生物生产菌的培养基优化 298
第一节 单因素优化方法 298
一、单因素优化方法含义 298
二、试验范围与试验精度 299
第二节 正交试验优化方法 299
一、正交的含义 299
二、正交试验设计的方法 300
三、正交试验结果 301
第三节 均匀试验设计优化方法 304
一、均匀设计的特点 305
二、均匀设计在培养基优化中的应用 305
三、均匀设计优化应用实例 306
四、均匀设计的注意事项 308
第四节 响应面优化设计方法 308
一、响应面法的含义及特点 308
二、响应面法的应用实例 309
第五节 人工神经网络优化方法 314
一、人工神经网络优化的含义及特点 314
二、人工神经网络优化在培养基优化中的应用 314
思考题 315
第十八章 工程菌的高密度发酵技术 316
第一节 工程菌高密度发酵技术及其工程学基础 316
一、高密度发酵技术概述 316
二、高密度发酵的工程学基础 316
第二节 工程菌高密度发酵的主要影响因素及其控制 318
一、营养成分的影响及其控制 319
二、温度的影响及其控制 320
三、pH的影响及其控制 321
四、溶氧的影响及其控制 321
五、泡

前言/序言

生物工程新纪元：探索微生物力量的无限可能 在人类文明的长河中，微生物一直扮演着不可或缺的角色。从古老的发酵技艺到现代的生物医药，它们以惊人的多样性和旺盛的生命力，深刻地影响着我们的生活、健康乃至整个地球的生态平衡。随着科学技术的飞速发展，我们对微生物的认识已进入一个崭新的阶段。过去，我们主要依赖自然界的偶然发现和经验积累来利用微生物；如今，借助于基因工程、代谢工程、合成生物学等前沿技术，我们正以前所未有的精准度和效率，主动地改造和优化微生物，将它们的潜力发挥到极致。 本书并非一本枯燥乏味的学术专著，而是一次深入探索生物工程新纪元、揭示微生物力量无限可能性的引人入胜的旅程。它旨在为读者打开一扇了解如何通过科学手段，驾驭微生物的力量，以应对人类社会面临的诸多挑战的窗口。我们将一起走进一个充满活力和创造力的领域，感受科技如何赋予这些微小的生命体以非凡的智慧和能力。 一、 微生物：潜藏的巨大能量 微生物，包括细菌、真菌、病毒、藻类以及古菌等，虽然微小，却是地球上数量最多、种类最繁杂的生命群体。它们遍布在土壤、水体、空气，甚至极端环境中，扮演着至关重要的生态角色。在自然界中，它们是分解者，循环着物质；是生产者，支撑着食物链；是共生者，维系着生态平衡。 然而，微生物的价值远不止于此。在人类文明的发展史上，它们早已是不可替代的助手。从制作面包、酿造酒类、发酵乳制品，到生产抗生素、酶制剂、有机酸，微生物的应用贯穿古今。时至今日，它们正成为解决当前社会诸多紧迫问题的关键。例如，在环境保护领域，通过微生物降解污染物，我们可以治理被工业废水污染的河流，修复被化学品侵蚀的土壤；在能源领域，利用微生物发酵生产生物燃料，可以减少对化石燃料的依赖，缓解气候变化；在健康领域，设计和生产新型疫苗、药物，甚至开发基因疗法，微生物都将是核心力量。 但自然界发现的微生物，其性能往往有限，难以满足日益增长的工业化、精细化需求。这就催生了对“人工改造”微生物的需求。 二、 改造微生物：从“巧妇”到“神工” 传统的微生物利用，就像是“巧妇”，在现有食材的基础上，发挥智慧做出美味佳肴。而现代的微生物改造，则更像是“神工”，能够“按需定制”，甚至“从无到有”地创造出具有特定功能的微生物。这背后，是生物工程技术的飞跃式发展。 基因工程（Genetic Engineering）： 这是微生物改造的核心技术之一。通过精确地剪切、插入、删除或修饰微生物的基因组，我们可以改变它们的代谢途径，使其产生特定的产物，或赋予它们新的能力。想象一下，我们可以让一种普通的细菌，在我们的指令下，高效地生产出曾经需要复杂化学合成才能获得的药物分子，或者产生能够分解塑料垃圾的酶。基因工程就像是为微生物编写全新的“指令集”，让它们按照我们的蓝图工作。 代谢工程（Metabolic Engineering）： 如果说基因工程是改变微生物的“硬件”，那么代谢工程就是优化它们的“软件运行”。它专注于理解和改造微生物内部错综复杂的生化反应网络，通过调整酶的活性、改变代谢物的流量，来提高目标产物的产量，减少副产物的生成，最终实现经济高效的生产。这就像是对一个庞大的化工厂进行精细的流程优化，使其产能最大化，效率最高化。 合成生物学（Synthetic Biology）： 这是当前最前沿的生物工程领域。它不仅是改造已有的微生物，更是试图从头设计和构建具有全新功能的生物系统。合成生物学的目标是将生物学视为一种工程学，用工程学的原理来设计和构建生物模块、设备和系统。我们可以设计一种微生物，能够感知环境信号，并根据这些信号做出响应，例如在检测到早期癌症迹象时发出警报，或者在土壤贫瘠时自动释放养分。合成生物学打开了通往“生命设计”的大门。 三、 微生物改造的应用：触及生活方方面面 这些先进的微生物改造技术，正在以前所未有的速度和广度，渗透到我们生活的方方面面，带来深刻的变革。 1. 医药与健康： 新型药物的生产： 许多重要的药物，如抗生素、胰岛素、生长激素、疫苗等，都通过基因工程改造的微生物高效生产。例如，利用大肠杆菌生产重组人胰岛素，彻底改变了糖尿病的治疗方式。 基因治疗与细胞治疗： 改造后的病毒可以作为基因治疗的载体，将健康的基因导入病变细胞，治疗遗传性疾病。通过基因工程改造的免疫细胞，则能够更精准地识别和攻击癌细胞，为癌症治疗带来新的希望。 诊断试剂的开发： 微生物可以被改造用于开发高灵敏度的诊断试剂，快速检测疾病的发生，为早期干预赢得宝贵时间。 2. 农业与食品： 生物农药与生物肥料： 改造后的微生物能够生产高效的生物农药，减少化学农药的使用，保护环境和食品安全。它们还可以作为生物肥料，固氮、解磷、解钾，提高土壤肥力，减少化肥施用。 作物抗逆性改良： 通过基因工程，可以培育出能够抵抗病虫害、干旱、盐碱等逆境条件的作物，提高产量，保障粮食安全。 食品安全与风味改良： 微生物在食品发酵过程中扮演着重要角色。通过改造，可以优化发酵过程，生产出更安全、更美味、营养更丰富的食品，例如具有特殊风味的酸奶、奶酪。 3. 工业生产： 生物基化学品： 传统上依赖石油化工生产的许多化学品，如乙醇、丁醇、乳酸、琥珀酸等，都可以通过微生物发酵廉价、可再生的生物质来生产，实现绿色可持续的生产模式。 酶制剂的开发： 工业生产中需要大量的酶，如洗涤剂酶、纺织酶、造纸酶等。基因工程可以高效地生产出各种高性能的酶制剂，提高生产效率，降低能耗。 生物材料的生产： 利用微生物可以生产可降解塑料、生物纤维素等新型生物材料，为解决塑料污染问题提供解决方案。 4. 环境保护与能源： 生物修复： 改造后的微生物可以被用于降解石油泄漏、农药残留、重金属等有毒有害物质，净化被污染的水体和土壤，恢复生态环境。 生物燃料的生产： 微生物发酵生产的乙醇、丁醇等生物燃料，是替代化石燃料的清洁能源，有助于减少温室气体排放，应对气候变化。 生物能源的开发： 微生物还可以用于生产生物氢气、生物甲烷等，为能源结构转型提供多元化的选择。 四、 挑战与未来：无限的想象空间 尽管微生物改造技术取得了辉煌的成就，但我们也必须认识到，这个领域依然面临着诸多挑战。如何更精准地设计和控制复杂的生物系统？如何确保改造后的微生物在环境中安全可控？如何降低技术成本，使其惠及更广泛的人群？这些都是需要我们不断探索和解决的问题。 然而，正是这些挑战，激发着科学家们更深入的研究和更宏大的想象。未来的微生物工程，将更加注重系统的整体性和协同性，更加强调与环境的和谐共处。我们或许能够设计出能够自我修复的材料，能够高效生产定制化营养物质的“微型工厂”，甚至能够帮助人类探索宇宙的“生命使者”。 本书的编写，正是为了向读者展现这个充满活力和希望的领域。它不是一个技术的堆砌，而是一次思维的启迪。通过对微生物改造的原理、方法及其广泛应用的深入剖析，我们希望激发读者对生命科学的兴趣，对科技创新的热情，以及对未来美好世界的憧憬。让我们共同期待，在科学的引领下，这些微小的生命体，将为我们开启一个怎样的全新纪元。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我对育种学理论基础的掌握一直比较薄弱，尤其是涉及到复杂的遗传调控网络和代谢流分析时，总感觉抓不住重点。《工业微生物育种学（第四版）》的叙事方式非常注重逻辑的连贯性。它从最基础的菌株变异机制开始，层层递进，直到构建复杂的工程菌株。书中对于“理性设计”和“随机诱变”的优缺点对比分析得极其到位，并且清晰地阐述了在不同生产目标下，如何权衡这两种策略。我特别喜欢它在讲解酶工程部分时，所采用的类比和图示，那些复杂的蛋白质结构和功能域的描述，不再是晦涩的术语堆砌，而是变得直观易懂。这本书让我对“育种”这个词有了全新的理解，它不再是单纯的筛选过程，而是一个高度系统化、多学科交叉的工程。对于准备考博或者希望系统梳理知识体系的读者，这本书的深度和广度都令人满意。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我购买这本书的初衷是希望找到一些解决特定工业菌株耐受性差问题的对策。这本书在“环境胁迫下的菌株稳定性和强化”这一章，提供了非常务实的指导。它详细分析了高浓度底物抑制、产物毒害、渗透压变化等常见工业环境对微生物生理的影响机制，并对应给出了基因层面和生理层面的应对策略。比如，书中介绍的通过调控细胞壁结构或外排泵系统来增强酵母菌抗逆性的具体基因靶点和操作步骤，我已经在实验室中进行了初步验证，效果立竿见影。这本书的实用性超出了我的预期，它没有过多纠缠于过时的基础理论，而是聚焦于如何将理论知识转化为提高工业发酵罐产率和稳定性的实际操作指南。对于车间技术人员和应用型研究人员来说，这本书的价值体现在它能直接转化为经济效益。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版也给我留下了深刻的印象。作为一本专业书籍，它保持了极高的可读性。纸张质量上乘，印刷清晰，即便是那些密集的基因序列图和电泳结果图，也能看得一清二楚。更值得称赞的是，作者在第四版中对“可持续发酵”和“绿色育种”的关注，这体现了学术界对社会责任的担当。书中专门辟出章节探讨如何利用生物能源或废弃物作为底物进行高效育种，这不仅是技术上的革新，更是理念上的引导。它引导读者思考，如何在新时代的背景下，平衡高产与环保。这本书的结构设计也考虑到了不同层次读者的需求，基础概念部分回顾得恰到好处，而深入探讨部分则留足了让专业人士发挥的空间。总而言之，这是一次物超所值的学术投资，它不仅是知识的载体，更是对未来工业微生物发展的深刻洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本《工业微生物育种学（第四版）》简直是我的“育种救星”！我一个刚入行的小白，面对那些复杂的菌株改造和代谢途径优化，简直是寸步难行。但这本书，真的把那些高深的理论讲得透彻又实用。比如，它对CRISPR/Cas9在工业菌株改良中的应用，不再是简单的技术介绍，而是深入到具体的操作流程、潜在的脱靶风险以及如何设计出高效的sgRNA序列。书里大量的案例分析，让我这个初学者也能快速理解“为什么这样做”，而不是死记硬背“怎么做”。特别是关于非模式微生物的遗传操作部分，书中提供的那些“野路子”和替代方案，非常接地气，对于我们实验室目前资源有限的情况，简直是雪中送炭。我已经把书里的图表和流程图打印出来贴在实验台前，每次遇到瓶颈，翻开书的某个章节，总能找到新的思路和方向。对我来说，它不仅仅是一本教材，更像是一位资深导师在我身边手把手指导。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深研究员，我对市面上大部分的“更新版”教材都持保留态度，总觉得只是修修补补，缺乏实质性的突破。《工业微生物育种学（第四版）》却让我眼前一亮。它对宏基因组学和合成生物学这两大前沿领域的整合，做得尤为出色。书中不再将微生物育种孤立地看待，而是将其置于整个生物制造的大背景下进行阐述。关于“设计-构建-测试-学习（DBTL）循环”在菌株优化中的集成应用，作者的论述深刻且具有前瞻性，清晰地指出了当前产业化瓶颈所在。更让我欣赏的是，它对数据科学和机器学习在表型筛选中的应用给出了详细的路线图，这对于我们团队实现高通量筛选和智能决策至关重要。这本书的参考文献更新及时且权威，几乎涵盖了近五年的顶级期刊成果，确保了内容的前沿性和严谨性。它无疑是当前工业微生物育种领域最全面、最具战略高度的参考书。