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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＇-IMP 287

8．4．3 直接发酵法生产5＇-GMP 288

8．4．2 直接发酵生产5＇-IMP 288

8．4．3．1 发酵法生产AICAR 289

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DNA 350

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