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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

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、研究最佳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、泡沫的影响及控制 323

六、抑制性代谢副产物的影响及其控制 324

思考题 324

第十九章 工业微生物菌种的复壮与保藏 325

第一节 菌种的退化与复壮 325

一、菌种退化的原因 326

二、菌种退化的防止 328

三、菌种的复壮及其方法 331

第二节 工业微生物菌种的保藏 331

一、一般菌种保藏 332

二、菌种保藏注意事项 343

思考题 344

主要参考文献 345