工業微生物育種學（第四版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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施巧琴，吳鬆剛 編

圖書標籤:

• 工業微生物
• 微生物育種
• 工業微生物學
• 育種學
• 第四版
• 生物技術
• 發酵工程
• 菌種改良
• 微生物遺傳
• 生物工程

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030367389

版次：4

商品編碼：11206783

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育

開本：16開

齣版時間：2013-01-01

用紙：膠版紙

頁數：368

字數：574000

正文語種：中文

內容簡介

　　《工業微生物育種學（第四版）》是在《工業微生物育種學》第三版的基礎上修訂改編而成的。新版中編入瞭近年來工業微生物育種所采用的新方法和取得的新成果，尤其是在分子定嚮進化育種、基因敲除育種和全局轉錄機器工程育種等方麵的許多成功實例。同時，在第三版原有傳統工業微生物三大育種技術——誘變育種、代謝控製育種及雜交育種的基礎上，還補充瞭工業微生物生産菌株的培養基優化及工程菌株的高密度發酵技術等章節，完善瞭工程菌株目的産物的高效錶達的發酵工藝過程，具有實際應用價值。

目錄

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 緒論 1
第一節 工業微生物育種在生物發酵産業中的地位 1
第二節 工業微生物育種的進展 1
思考題 4
第二章 遺傳物質的基礎 5
第一節 染色體 5
一、染色體形態 5
二、原核生物及病毒染色體結構 6
三、真核生物染色體結構 7
四、染色體數目 7
第二節 核酸 9
一、核酸 9
二、RNA 9
三、DNA 10
第三節 基因的組織與結構 11
一、基因組 11
二、基因 12
三、遺傳密碼 13
思考題 15
第三章 基因突變 16
第一節 突變的分子機製 16
一、基因突變 17
二、染色體畸變和染色體組變 19
第二節 突變引起遺傳性狀改變及突變型的種類 20
一、突變引起遺傳性狀改變 20
二、突變型的種類 22
第三節 突變體的形成 25
一、突變體的形成過程 26
二、突變的修復 27
三、突變的錶型效應 32
四、錶型延遲 33
思考題 34
第四章 工業微生物育種誘變劑 35
第一節 物理誘變劑 35
一、物理誘變劑的生物學效應 35
二、非電離輻射——紫外綫 36
三、電離輻射 39
四、近年來發展的新型物理誘變劑 41
第二節 化學誘變劑 43
一、堿基類似物 44
二、烷化劑 47
三、脫氨劑(以亞硝酸為例) 52
四、移碼誘變劑 54
五、羥化劑(以羥胺為例) 54
六、金屬鹽類 55
七、其他化學誘變劑 55
八、化學誘變劑的安全操作 57
思考題 57
第五章 工業微生物産生菌的分離篩選 58
第一節 含微生物樣品的采集 58
一、從土壤中采樣 58
二、根據微生物生理特點采樣 60
三、特殊環境下采樣 61
第二節 含微生物樣品的富集培養 61
一、控製培養基的營養成分 62
二、控製培養條件 62
三、抑製不需要的菌類 63
第三節 好氧微生物的分離 63
一、稀釋塗布分離法和劃綫分離法 64
二、利用平皿中的生化反應進行分離 64
三、組織分離法 67
四、單細胞或單孢子分離法 68
五、通過控製營養和培養條件進行分離 69
第四節 厭氧微生物的分離 70
第五節 産目的産物的野生菌的篩選和菌株鑒定 74
一、初篩 74
工業微生物育種學
二、復篩 75
三、菌株鑒定 76
第六節 極端環境微生物的分離篩選 76
一、極端環境微生物的采樣、分離篩選 77
二、極端微生物酶分子生物學研究 80
第七節 生物可降解塑料菌株的分離篩選 82
一、生物可降解塑料概況 82
二、獲得生物可降解塑料的微生物途徑和菌株分離方法 83
三、PHA的閤成機製和發酵特點 85
思考題 85
第六章 工業微生物誘變育種 86
第一節 誘變育種的試驗設計和準備工作 87
一、誘變前對齣發菌株的瞭解 88
二、全麵瞭解菌種特性及其與生産性能的關係 89
三、瞭解影響菌種生長發育的主要因素 90
四、瞭解菌種有效産物中的各種組分在代謝閤成過程中與培養條件的關係 91
五、建立一個準確、簡便、快速檢測産物的方法 92
六、研究**的菌種保藏培養基和培養條件 92
第二節 誘變育種的步驟與方法 92
一、齣發菌株的選擇 92
二、齣發菌株的純化 95
三、單孢子(或單細胞)懸液的製備 96
四、誘變劑及誘變劑量 97
五、誘變劑的處理方法 101
六、影響突變率的因素 103
思考題 105
第七章 工業微生物變株傳統篩選和高通量篩選 106
第一節 突變株的傳統分離與篩選 106
一、突變株分離過篩選的基本環節 107
二、篩選的程序 107
三、分離和篩選 108
四、搖瓶液體培養 114
五、産物活性測定 114
六、搖瓶數據的調整和有關菌株特性的觀察分析 116
七、培養基和培養條件的調整 117
八、變種的特性研究與鑒定 117
九、誘變育種實例 119
第二節 突變株高通量篩選 121
一、常用儀器設備 121
二、高通量篩選技術中的常用方法 126
三、高通量篩選應用實例 131
思考題 134
第八章 營養缺陷型菌株的篩選 135
第一節 營養缺陷型菌株的分離和篩選 135
一、營養缺陷型的誘發 135
二、淘汰野生型菌株 136
三、營養缺陷型的檢齣 137
四、營養缺陷型的鑒定 138
第二節 通過耐結構類似物方法篩選高産菌株 142
一、直綫閤成途徑 144
二、分支途徑 144
思考題 145
第九章 抗噬菌體變株的選育 146
第一節 抗噬菌體突變株的分離與篩選 146
一、烈性噬菌體及其效價的測定 146
二、溫和性噬菌體及溶源菌 147
三、抗噬菌體菌株的選育 148
四、抗性菌株的特性研究 149
第二節 抗噬菌體菌株的選育實例 150
一、菌種 150
二、培養基成分 150
三、噬菌體的分離純化和原液製備 151
四、噬菌體菌株的選育 151
五、菌株抗噬菌體性能的檢驗 152
六、搖瓶發酵試驗 152
七、發酵罐發酵試驗 152
思考題 152
第十章 工業微生物代謝控製育種 153
第一節 代謝調節控製育種 153
一、組成型突變株的選育 154
二、抗分解調節突變株的選育 155
三、營養缺陷型應用於代謝調節育種 160
四、滲漏缺陷型應用於代謝調節育種 164
第二節 抗反饋調節突變株的選育 164
一、迴復突變引起的抗反饋調節突變株 164
二、耐自身産物突變株選育 166
三、纍積前體和耐前體突變株的選育 167
四、細胞膜透性突變株的選育 170
思考題 171
第十一章 工業微生物雜交育種 172
第一節 微生物雜交 172
一、微生物雜交育種的基本程序 172
二、雜交過程中親本和培養基的選擇 172
三、雜交育種的遺傳標記 174
第二節 黴菌雜交育種 175
一、黴菌的細胞結構和繁殖 175
二、黴菌雜交的原理和雜交技術 176
三、高産重組體的篩選 185
思考題 185
第十二章 工業微生物原生質體融閤育種 186
第一節 微生物原生質體融閤育種 187
一、直接親本及其遺傳標記的選擇 187
二、原生質體製備與再生 188
三、原生質體融閤 196
四、融閤體再生 198
五、融閤重組體檢齣與遺傳特性分析 201
六、原生質體融閤的應用 204
第二節 放綫菌原生質體融閤育種 205
一、放綫菌細胞壁組成、結構及水解 206
二、放綫菌原生質體融閤育種技術 206
第三節 黴菌原生質體融閤育種 209
一、黴菌原生質體製備 211
二、原生質體的再生 213
三、原生質體融閤和再生 213
四、融閤重組體分析與鑒定 215
第四節 工業微生物基因組改組育種 215
一、微生物基因組改組育種意義和原理 215
二、基因組改組育種技術及應用實例 218
思考題 222
第十三章 基因工程育種 223
第一節 概述 223
一、基因工程在微生物育種中的應用 224
二、基因工程原理和步驟 225
第二節 基因工程載體 226
一、質粒載體 227
二、λ噬菌體載體 232
三、柯斯質粒載體 236
第三節 基因工程所用的酶 237
一、限製性內切核酸酶 238
二、DNA聚閤酶 240
三、依賴於DNA的RNA聚閤酶 242
四、連接酶、激酶及磷酸酶 242
五、核酸酶 243
第四節 基因工程的主要步驟 244
一、DNA的製備 244
二、目的基因的産生與分離 246
三、DNA的連接 247
四、重組體導入大腸杆菌 248
五、含重組質粒的細菌菌落的鑒定 250
六、目的基因的錶達過程 251
第五節 基因的錶達係統 253
一、原核錶達係統 253
二、真核生物錶達係統 257
思考題 262
第十四章 分子定嚮進化育種 263
第一節 理性設計 264
一、寡核苷酸引物介導的定點突變 264
二、PCR介導的定點突變 266
三、盒式突變 267
第二節 非理性設計——蛋白質(酶)分子定嚮進化技術 267
一、蛋白質(酶)分子定嚮進化的發展 268
二、蛋白質(酶)分子定嚮進化策略 268
三、定嚮進化文庫的篩選方法 278
四、酶分子工程的應用和發展前景 279
思考題 281
第十五章 基因敲除育種 282
第一節 基因敲除育種原理 282
一、基因敲除育種概述 282
二、基因重組係統 283
第二節 工業微生物基因敲除育種技術及應用 287
一、基因敲除育種技術 287
二、基因敲除育種技術的應用 289
思考題 291
第十六章 全局轉錄機器工程育種 292
第一節 全局轉錄機器工程育種的原理 292
第二節 全局轉錄機器工程育種實施策略及方法 294
一、全局轉錄機器工程育種實施策略 294
二、全局轉錄機器工程育種實施方法 295
第三節 全局轉錄機器工程育種應用實例 295
第四節 全局轉錄機器工程育種有關的其他菌種改造新方法 296
思考題 297
第十七章 工業微生物生産菌的培養基優化 298
第一節 單因素優化方法 298
一、單因素優化方法含義 298
二、試驗範圍與試驗精度 299
第二節 正交試驗優化方法 299
一、正交的含義 299
二、正交試驗設計的方法 300
三、正交試驗結果 301
第三節 均勻試驗設計優化方法 304
一、均勻設計的特點 305
二、均勻設計在培養基優化中的應用 305
三、均勻設計優化應用實例 306
四、均勻設計的注意事項 308
第四節 響應麵優化設計方法 308
一、響應麵法的含義及特點 308
二、響應麵法的應用實例 309
第五節 人工神經網絡優化方法 314
一、人工神經網絡優化的含義及特點 314
二、人工神經網絡優化在培養基優化中的應用 314
思考題 315
第十八章 工程菌的高密度發酵技術 316
第一節 工程菌高密度發酵技術及其工程學基礎 316
一、高密度發酵技術概述 316
二、高密度發酵的工程學基礎 316
第二節 工程菌高密度發酵的主要影響因素及其控製 318
一、營養成分的影響及其控製 319
二、溫度的影響及其控製 320
三、pH的影響及其控製 321
四、溶氧的影響及其控製 321
五、泡

前言/序言

生物工程新紀元：探索微生物力量的無限可能 在人類文明的長河中，微生物一直扮演著不可或缺的角色。從古老的發酵技藝到現代的生物醫藥，它們以驚人的多樣性和旺盛的生命力，深刻地影響著我們的生活、健康乃至整個地球的生態平衡。隨著科學技術的飛速發展，我們對微生物的認識已進入一個嶄新的階段。過去，我們主要依賴自然界的偶然發現和經驗積纍來利用微生物；如今，藉助於基因工程、代謝工程、閤成生物學等前沿技術，我們正以前所未有的精準度和效率，主動地改造和優化微生物，將它們的潛力發揮到極緻。 本書並非一本枯燥乏味的學術專著，而是一次深入探索生物工程新紀元、揭示微生物力量無限可能性的引人入勝的旅程。它旨在為讀者打開一扇瞭解如何通過科學手段，駕馭微生物的力量，以應對人類社會麵臨的諸多挑戰的窗口。我們將一起走進一個充滿活力和創造力的領域，感受科技如何賦予這些微小的生命體以非凡的智慧和能力。 一、 微生物：潛藏的巨大能量 微生物，包括細菌、真菌、病毒、藻類以及古菌等，雖然微小，卻是地球上數量最多、種類最繁雜的生命群體。它們遍布在土壤、水體、空氣，甚至極端環境中，扮演著至關重要的生態角色。在自然界中，它們是分解者，循環著物質；是生産者，支撐著食物鏈；是共生者，維係著生態平衡。 然而，微生物的價值遠不止於此。在人類文明的發展史上，它們早已是不可替代的助手。從製作麵包、釀造酒類、發酵乳製品，到生産抗生素、酶製劑、有機酸，微生物的應用貫穿古今。時至今日，它們正成為解決當前社會諸多緊迫問題的關鍵。例如，在環境保護領域，通過微生物降解汙染物，我們可以治理被工業廢水汙染的河流，修復被化學品侵蝕的土壤；在能源領域，利用微生物發酵生産生物燃料，可以減少對化石燃料的依賴，緩解氣候變化；在健康領域，設計和生産新型疫苗、藥物，甚至開發基因療法，微生物都將是核心力量。 但自然界發現的微生物，其性能往往有限，難以滿足日益增長的工業化、精細化需求。這就催生瞭對“人工改造”微生物的需求。 二、 改造微生物：從“巧婦”到“神工” 傳統的微生物利用，就像是“巧婦”，在現有食材的基礎上，發揮智慧做齣美味佳肴。而現代的微生物改造，則更像是“神工”，能夠“按需定製”，甚至“從無到有”地創造齣具有特定功能的微生物。這背後，是生物工程技術的飛躍式發展。 基因工程（Genetic Engineering）： 這是微生物改造的核心技術之一。通過精確地剪切、插入、刪除或修飾微生物的基因組，我們可以改變它們的代謝途徑，使其産生特定的産物，或賦予它們新的能力。想象一下，我們可以讓一種普通的細菌，在我們的指令下，高效地生産齣曾經需要復雜化學閤成纔能獲得的藥物分子，或者産生能夠分解塑料垃圾的酶。基因工程就像是為微生物編寫全新的“指令集”，讓它們按照我們的藍圖工作。 代謝工程（Metabolic Engineering）： 如果說基因工程是改變微生物的“硬件”，那麼代謝工程就是優化它們的“軟件運行”。它專注於理解和改造微生物內部錯綜復雜的生化反應網絡，通過調整酶的活性、改變代謝物的流量，來提高目標産物的産量，減少副産物的生成，最終實現經濟高效的生産。這就像是對一個龐大的化工廠進行精細的流程優化，使其産能最大化，效率最高化。 閤成生物學（Synthetic Biology）： 這是當前最前沿的生物工程領域。它不僅是改造已有的微生物，更是試圖從頭設計和構建具有全新功能的生物係統。閤成生物學的目標是將生物學視為一種工程學，用工程學的原理來設計和構建生物模塊、設備和係統。我們可以設計一種微生物，能夠感知環境信號，並根據這些信號做齣響應，例如在檢測到早期癌癥跡象時發齣警報，或者在土壤貧瘠時自動釋放養分。閤成生物學打開瞭通往“生命設計”的大門。 三、 微生物改造的應用：觸及生活方方麵麵 這些先進的微生物改造技術，正在以前所未有的速度和廣度，滲透到我們生活的方方麵麵，帶來深刻的變革。 1. 醫藥與健康： 新型藥物的生産： 許多重要的藥物，如抗生素、胰島素、生長激素、疫苗等，都通過基因工程改造的微生物高效生産。例如，利用大腸杆菌生産重組人胰島素，徹底改變瞭糖尿病的治療方式。 基因治療與細胞治療： 改造後的病毒可以作為基因治療的載體，將健康的基因導入病變細胞，治療遺傳性疾病。通過基因工程改造的免疫細胞，則能夠更精準地識彆和攻擊癌細胞，為癌癥治療帶來新的希望。 診斷試劑的開發： 微生物可以被改造用於開發高靈敏度的診斷試劑，快速檢測疾病的發生，為早期乾預贏得寶貴時間。 2. 農業與食品： 生物農藥與生物肥料： 改造後的微生物能夠生産高效的生物農藥，減少化學農藥的使用，保護環境和食品安全。它們還可以作為生物肥料，固氮、解磷、解鉀，提高土壤肥力，減少化肥施用。 作物抗逆性改良： 通過基因工程，可以培育齣能夠抵抗病蟲害、乾旱、鹽堿等逆境條件的作物，提高産量，保障糧食安全。 食品安全與風味改良： 微生物在食品發酵過程中扮演著重要角色。通過改造，可以優化發酵過程，生産齣更安全、更美味、營養更豐富的食品，例如具有特殊風味的酸奶、奶酪。 3. 工業生産： 生物基化學品： 傳統上依賴石油化工生産的許多化學品，如乙醇、丁醇、乳酸、琥珀酸等，都可以通過微生物發酵廉價、可再生的生物質來生産，實現綠色可持續的生産模式。 酶製劑的開發： 工業生産中需要大量的酶，如洗滌劑酶、紡織酶、造紙酶等。基因工程可以高效地生産齣各種高性能的酶製劑，提高生産效率，降低能耗。 生物材料的生産： 利用微生物可以生産可降解塑料、生物縴維素等新型生物材料，為解決塑料汙染問題提供解決方案。 4. 環境保護與能源： 生物修復： 改造後的微生物可以被用於降解石油泄漏、農藥殘留、重金屬等有毒有害物質，淨化被汙染的水體和土壤，恢復生態環境。 生物燃料的生産： 微生物發酵生産的乙醇、丁醇等生物燃料，是替代化石燃料的清潔能源，有助於減少溫室氣體排放，應對氣候變化。 生物能源的開發： 微生物還可以用於生産生物氫氣、生物甲烷等，為能源結構轉型提供多元化的選擇。 四、 挑戰與未來：無限的想象空間 盡管微生物改造技術取得瞭輝煌的成就，但我們也必須認識到，這個領域依然麵臨著諸多挑戰。如何更精準地設計和控製復雜的生物係統？如何確保改造後的微生物在環境中安全可控？如何降低技術成本，使其惠及更廣泛的人群？這些都是需要我們不斷探索和解決的問題。 然而，正是這些挑戰，激發著科學傢們更深入的研究和更宏大的想象。未來的微生物工程，將更加注重係統的整體性和協同性，更加強調與環境的和諧共處。我們或許能夠設計齣能夠自我修復的材料，能夠高效生産定製化營養物質的“微型工廠”，甚至能夠幫助人類探索宇宙的“生命使者”。 本書的編寫，正是為瞭嚮讀者展現這個充滿活力和希望的領域。它不是一個技術的堆砌，而是一次思維的啓迪。通過對微生物改造的原理、方法及其廣泛應用的深入剖析，我們希望激發讀者對生命科學的興趣，對科技創新的熱情，以及對未來美好世界的憧憬。讓我們共同期待，在科學的引領下，這些微小的生命體，將為我們開啓一個怎樣的全新紀元。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，我對育種學理論基礎的掌握一直比較薄弱，尤其是涉及到復雜的遺傳調控網絡和代謝流分析時，總感覺抓不住重點。《工業微生物育種學（第四版）》的敘事方式非常注重邏輯的連貫性。它從最基礎的菌株變異機製開始，層層遞進，直到構建復雜的工程菌株。書中對於“理性設計”和“隨機誘變”的優缺點對比分析得極其到位，並且清晰地闡述瞭在不同生産目標下，如何權衡這兩種策略。我特彆喜歡它在講解酶工程部分時，所采用的類比和圖示，那些復雜的蛋白質結構和功能域的描述，不再是晦澀的術語堆砌，而是變得直觀易懂。這本書讓我對“育種”這個詞有瞭全新的理解，它不再是單純的篩選過程，而是一個高度係統化、多學科交叉的工程。對於準備考博或者希望係統梳理知識體係的讀者，這本書的深度和廣度都令人滿意。

評分☆☆☆☆☆

這本《工業微生物育種學（第四版）》簡直是我的“育種救星”！我一個剛入行的小白，麵對那些復雜的菌株改造和代謝途徑優化，簡直是寸步難行。但這本書，真的把那些高深的理論講得透徹又實用。比如，它對CRISPR/Cas9在工業菌株改良中的應用，不再是簡單的技術介紹，而是深入到具體的操作流程、潛在的脫靶風險以及如何設計齣高效的sgRNA序列。書裏大量的案例分析，讓我這個初學者也能快速理解“為什麼這樣做”，而不是死記硬背“怎麼做”。特彆是關於非模式微生物的遺傳操作部分，書中提供的那些“野路子”和替代方案，非常接地氣，對於我們實驗室目前資源有限的情況，簡直是雪中送炭。我已經把書裏的圖錶和流程圖打印齣來貼在實驗颱前，每次遇到瓶頸，翻開書的某個章節，總能找到新的思路和方嚮。對我來說，它不僅僅是一本教材，更像是一位資深導師在我身邊手把手指導。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版也給我留下瞭深刻的印象。作為一本專業書籍，它保持瞭極高的可讀性。紙張質量上乘，印刷清晰，即便是那些密集的基因序列圖和電泳結果圖，也能看得一清二楚。更值得稱贊的是，作者在第四版中對“可持續發酵”和“綠色育種”的關注，這體現瞭學術界對社會責任的擔當。書中專門闢齣章節探討如何利用生物能源或廢棄物作為底物進行高效育種，這不僅是技術上的革新，更是理念上的引導。它引導讀者思考，如何在新時代的背景下，平衡高産與環保。這本書的結構設計也考慮到瞭不同層次讀者的需求，基礎概念部分迴顧得恰到好處，而深入探討部分則留足瞭讓專業人士發揮的空間。總而言之，這是一次物超所值的學術投資，它不僅是知識的載體，更是對未來工業微生物發展的深刻洞察。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深研究員，我對市麵上大部分的“更新版”教材都持保留態度，總覺得隻是修修補補，缺乏實質性的突破。《工業微生物育種學（第四版）》卻讓我眼前一亮。它對宏基因組學和閤成生物學這兩大前沿領域的整閤，做得尤為齣色。書中不再將微生物育種孤立地看待，而是將其置於整個生物製造的大背景下進行闡述。關於“設計-構建-測試-學習（DBTL）循環”在菌株優化中的集成應用，作者的論述深刻且具有前瞻性，清晰地指齣瞭當前産業化瓶頸所在。更讓我欣賞的是，它對數據科學和機器學習在錶型篩選中的應用給齣瞭詳細的路綫圖，這對於我們團隊實現高通量篩選和智能決策至關重要。這本書的參考文獻更新及時且權威，幾乎涵蓋瞭近五年的頂級期刊成果，確保瞭內容的前沿性和嚴謹性。它無疑是當前工業微生物育種領域最全麵、最具戰略高度的參考書。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，我購買這本書的初衷是希望找到一些解決特定工業菌株耐受性差問題的對策。這本書在“環境脅迫下的菌株穩定性和強化”這一章，提供瞭非常務實的指導。它詳細分析瞭高濃度底物抑製、産物毒害、滲透壓變化等常見工業環境對微生物生理的影響機製，並對應給齣瞭基因層麵和生理層麵的應對策略。比如，書中介紹的通過調控細胞壁結構或外排泵係統來增強酵母菌抗逆性的具體基因靶點和操作步驟，我已經在實驗室中進行瞭初步驗證，效果立竿見影。這本書的實用性超齣瞭我的預期，它沒有過多糾纏於過時的基礎理論，而是聚焦於如何將理論知識轉化為提高工業發酵罐産率和穩定性的實際操作指南。對於車間技術人員和應用型研究人員來說，這本書的價值體現在它能直接轉化為經濟效益。