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第一章 绪论 1

第一节 工业微生物育种在发酵工业中的地位 1

第二节 工业微生物育种的进展 1

第二章 遗传物质的基础 4

第一节 染色体 4

一、染色体形态 4

二、原核生物及病毒染色体结构 5

三、真核生物染色体结构 6

四、染色体数目 6

第二节 核酸 8

一、核酸 8

二、RNA 8

三、DNA 9

第三节 基因的组织与结构 10

一、基因组 10

二、基因 11

三、遗传密码 12

第三章 基因突变 15

第一节 突变的分子机制 15

一、基因突变 16

二、染色体畸变和染色体组变 18

第二节 突变引起遗传性状改变 19

一、突变引起遗传性状改变 19

二、突变型的种类 21

第三节 突变体的形成 24

一、突变体的形成过程 25

二、突变的修复 26

三、突变的表型效应 31

四、表型延迟 32

第四章 工业微生物育种诱变剂 34

第一节 物理诱变剂 34

一、物理诱变剂的生物学效应 34

二、非电离辐射——紫外线 35

三、电离辐射 38

四、近年来发展的新型物理诱变剂 40

第二节 化学诱变剂 41

一、碱基类似物 42

二、烷化剂 45

三、脱氨剂（以亚硝酸为例） 50

四、移码诱变剂 52

五、羟化剂（以羟胺为例） 53

六、金属盐类 53

七、其他化学诱变剂 54

八、化学诱变剂的安全操作 54

第三节 生物诱变剂 56

一、噬菌体 56

二、基因诱变剂 56

第五章 工业微生物产生菌的分离筛选 59

第一节 含微生物样品的采集 59

一、从土壤中采样 59

二、根据微生物生理特点采样 61

三、特殊环境下采样 62

第二节 含微生物样品的富集培养 62

一、控制培养基的营养成分 63

二、控制培养条件 63

三、抑制不需要的菌类 64

第三节 好氧微生物的分离 64

一、稀释涂布和划线分离法 65

二、利用平皿中的生化反应进行分离 65

三、组织分离法 68

四、单细胞或单孢子分离法 69

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 71

一、厌氧培养中几种除氧方法 71

二、红螺菌的分离 72

三、反硝化细菌的分离 73

四、脱氮硫杆菌的分离 74

五、乳酸菌的分离 74

第五节 野生型目的菌株的筛选和菌株鉴定 76

一、初筛 76

二、复筛 77

三、菌株鉴定 77

第六节 极端环境微生物的分离筛选 78

一、极端环境微生物的采样、分离筛选 78

二、极端微生物酶分子生物学研究 82

第七节 生物可降解塑料（PHA）菌株的分离筛选 83

一、生物可降解塑料概况 83

二、获得生物可降解塑料的微生物途径和菌株分离方法 84

三、PHA的合成机制和发酵特点 86

第六章 工业微生物诱变育种 88

第一节 诱变育种的试验设计和准备工作 89

一、诱变前对出发菌株的了解 90

二、全面了解菌种特性及其与生产性能的关系 91

三、了解影响菌种生长发育的主要因素 92

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 93

五、建立一个准确、简便、快速检测产物的方法 94

六、研究最佳的菌种保藏培养基和培养条件 94

第二节 诱变育种的步骤与方法 94

一、出发菌株 94

二、出发菌株的纯化 97

三、单孢子（或单细胞）悬液的制备 98

四、诱变剂及诱变剂量 100

五、诱变剂的处理方式 103

六、影响突变率的因素 106

第三节 突变株的常规分离与筛选 107

一、诱变育种的基本环节 108

二、筛选的程序 109

三、分离和筛选 110

四、摇瓶液体培养 115

五、产物活性测定 116

六、摇瓶数据的调整和有关菌株特性的观察分析 118

七、培养基和培养条件的调整 118

八、变种的特性研究与鉴定 119

九、诱变育种实例 120

第四节 营养缺陷型菌株的筛选 122

一、营养缺陷型菌株的分离和筛选 123

二、营养缺陷型突变株的应用 130

第五节 温敏突变株的筛选 130

一、温敏突变株的特性 130

二、温敏突变株的筛选方法 131

三、温敏突变株在发酵工业中的应用 133

第六节 抗噬菌体菌株的选育 136

一、烈性噬菌体及其效价的测定 136

二、温和性噬菌体及溶源菌 138

三、抗噬菌体菌株的选育 139

四、抗性菌株的特性研究 140

五、抗噬菌体菌株选育的实例 141

第七节 微生物发酵过程优化的正交法 143

一、正交的含义 143

二、正交试验设计方法 143

三、正交试验结果 145

第八节 微生物发酵过程优化的响应面法试验设计 148

一、微生物发酵过程优化过程概述 148

二、响应面法 149

三、响应面法的应用实例 150

第七章 工业微生物代谢控制育种 155

第一节 概论 155

一、初级代谢产物和初级代谢 156

二、次级代谢产物和次级代谢 156

三、初级代谢与次级代谢的关系 156

第二节 初级代谢的调节控制 157

一、酶合成的调节 158

二、酶活性的调节 161

三、反馈阻遏与反馈抑制的比较 165

第三节 次级代谢的调节控制 166

一、次级代谢产物的诱导调节 167

二、次级代谢产物碳源分解调节 167

三、次级代谢产物氮源分解调节 168

四、次级代谢反馈调节 169

五、磷酸盐的调节 170

六、细胞膜透性的调节 171

第四节 代谢调节控制育种 171

一、组成型突变株的选育 172

二、抗分解调节突变株的选育 173

三、营养缺陷型在代谢调节育种中的应用 177

四、渗漏缺陷型在代谢调节育种中的应用 181

五、抗反馈调节突变株的选育 182

六、细胞膜透性突变株的选育 191

七、其他抗性突变株的选育 192

第八章 工业微生物杂交育种 193

第一节 微生物杂交 193

一、杂交的意义 193

二、微生物杂交育种基本程序 193

三、杂交过程中亲本和培养基的选择 194

四、杂交育种的遗传标记 195

五、杂交育种方法 197

第二节 放线菌杂交育种 197

一、放线菌细胞结构与繁殖 197

二、放线菌杂交概况和原理 198

三、放线菌的杂交技术 201

第三节 酵母菌的杂交育种 206

一、酵母菌的细胞结构和菌落形态 207

二、酵母菌的生活史和繁殖方式 207

三、酵母菌的杂交 207

第四节 霉菌杂交育种 209

一、霉菌的细胞结构和繁殖 210

二、霉菌杂交的原理和杂交技术 210

三、高产重组体的筛选 219

第九章 工业微生物原生质体育种和原生质体融合育种 221

第一节 原生质体育种 221

一、原生质体再生育种 221

二、原生质体诱变育种 222

三、原生质体转化育种 225

四、原生质体融合育种 225

五、其他微生物原生质体育种 225

第二节 微生物原生质体融合育种 226

一、直接亲本及其遗传标记的选择 228

二、原生质体制备与再生 228

三、原生质体融合 236

四、融合体再生 239

五、融合重组体检出与遗传特性分析 242

六、原生质体融合的应用 245

第三节 细菌原生质体融合育种 246

一、概述 246

二、细菌原生质体融合育种一般程序 248

三、细菌原生质体融合育种技术 248

第四节 放线菌原生质体融合育种 252

一、放线菌细胞壁组成、结构及水解 253

二、放线菌原生质体融合育种技术 253

第五节 酵母菌原生质体融合育种 257

一、酵母菌细胞壁结构和遗传标记 257

二、酵母菌原生质体融合育种技术 258

第六节 霉菌原生质体融合育种 261

一、霉菌原生质体融合育种程序 262

二、培养基及相关溶液 262

三、霉菌原生质体融合的关键步骤 262

第十章 微生物基因组改组育种 268

第一节 微生物基因组改组育种意义和原理 268

一、基因组改组育种概述 268

二、基因组改组育种技术基本原理 269

第二节 基因组改组育种技术及应用实例 271

一、基因组改组育种技术 271

二、基因组改组育种技术应用实例 272

第十一章 基因工程育种 276

第一节 概述 276

一、基因工程在微生物育种中的应用 276

二、基因工程原理和步骤 278

第二节 基因工程载体 279

一、质粒载体 280

二、λ噬菌体载体 286

三、柯斯质粒载体 289

第三节 基因工程所用的酶 291

一、限制性内切核酸酶 291

二、DNA聚合酶 293

三、依赖于DNA的RNA聚合酶 295

四、连接酶、激酶及磷酸酶 296

五、核酸酶 296

第四节 基因工程的主要步骤 297

一、DNA的制备 297

二、目的基因的产生与分离 299

三、DNA的连接 301

四、重组体导入大肠杆菌 301

五、含重组质粒的细菌菌落的鉴定 303

六、目的基因的表达 304

第五节 基因定位诱变 306

一、定位诱变方法 307

二、将变异基因送回染色体 310

第十二章 分子定向进化育种 313

第一节 理性设计 313

一、寡核苷酸引物介导的定点突变 314

二、PCR介导的定点突变 315

三、盒式突变 317

第二节 非理性设计——蛋白质（酶）分子定向进化技术 317

一、蛋白质（酶）分子定向进化的发展 317

二、蛋白质（酶）分子定向进化策略 318

三、定向进化文库的筛选方法 327

四、酶分子工程的应用和发展前景 328

第十三章 高通量筛选技术 331

第一节 常用仪器设备 331

一、微孔板 331

二、微孔板恒温振荡培养器 332

三、多通道移液器 332

四、连续移液器 332

五、多道连续移液器 333

六、全自动移液工作站 333

七、酶标仪（微板光度计） 334

八、流式细胞仪 334

九、条形码 335

十、数据分析软件 336

第二节 高通量筛选技术中的常用方法 337

一、微孔板的使用和光学检测法 337

二、工程菌菌体裂解 337

三、报告基因 338

四、流式细胞术 341

五、蛋白质芯片 342

第三节 高通量筛选应用实例 343

一、漆酶的筛选 343

二、OmpT蛋白酶的筛选 344

第十四章 工业微生物菌种复壮与保藏 346

第一节 菌种的退化与复壮 346

一、菌种退化的原因 347

二、菌种退化的防止 349

三、菌种的复壮及其方法 352

第二节 工业微生物菌种的保藏 353

一、菌种保藏 353

二、菌种保藏注意事项 364

三、目前国内外主要菌种保藏机构 365

参考文献 368