現代工科微生物學教程

成書過程

編寫背景

在生物工程、生物信息學和大數據技術的帶動下，微生物學發展迅速。在工科院校的教學活動中，微生物學課程具有作用重要、受益面廣和影響深遠等特點，更是理工學科交叉產生創新的源泉，這也是該書編寫的根本目的。

編寫情況

該書是在編者結合學習微生物學及從事相關工作的心得，並遴選相關微生物學文獻資料的基礎上編寫而成的，以期利用較少的篇幅提供較全面和豐富的基礎知識和套用理論，提高學習效率，更好地解決工科院校微生物類專業課程工科套用體現不足、學科交叉融合缺乏、工科生生物學基礎薄弱的問題。

該書的全部理論內容由謝暉獨立撰寫完成，微生物與植物相關套用聯繫部分由陳丹副教授撰寫完成，微生物藥物套用部分由曾琦博士撰寫完成。梁繼民、應瓊瓊、沈曉敏、詹勇華、陳雪利、朱守平、徐欣怡、王福、夏玉瓊、張象涵等教師在教材撰寫過程中提供了資料、建議以及對該書進行了校對。

出版工作

2018年8月，《現代工科微生物學教程》由西安電子科技大學出版社出版發行。

出版工作人員

策劃編輯	責任編輯	封面設計
高櫻	閻彬、雷鴻俊	倚天

內容簡介

該書從工科套用實踐角度闡明微生物的六大重要規律（結構功能、代謝產能、生長繁殖、遺傳變異、生態分布和系統進化），分上下兩篇（經典微生物學和微生物交叉學科及套用）共11章內容。上篇主要介紹微生物的形態和結構，微生物的營養及實踐套用，微生物的產能、耗能代謝及套用，微生物的生長繁殖及工程控制，病毒學基礎等，下篇主要介紹微生物遺傳學、微生物生態學、微生物進化分類學、微生物與免疫學、專題拓展——微生物發酵工程概述等。

教材目錄

第1章緒論 1

1.1 什麼是微生物——初識微生物 1

1.2 人類對微生物世界的認識 1

1.2.1 微生物學發展的萌芽階段 1

1.2.2 微生物學的發展歷程 2

1.2.3 近現代微生物學發展的歷史大事件 5

1.3 微生物學對生物學科發展的巨大作用 6

1.4 學科拓展——工科套用型微生物學發展與人類發展的密切關聯 7

1.5 微生物學的分類 8

1.6 微生物的特點及五大共性 8

複習思考題 14

上篇經典微生物學

第2章微生物的形態和結構 16

2.1 典型原核微生物的形態和結構 16

2.1.1 細菌的巨觀形態和結構 16

2.1.2 細菌的微觀結構組成 19

2.1.3 細菌的繁殖 30

2.1.4 細菌大量增殖後的菌落形態 30

2.1.5 拓展閱讀——細菌的實際套用 32

2.2 其他原核微生物的形態和結構 32

2.2.1 放線菌 32

2.2.2 支原體、衣原體和立克次氏體 35

2.2.3 黏細菌 37

2.2.4 蛭弧菌 37

2.2.5 藍細菌 38

2.3 古生菌的形態和結構概述 40

2.3.1 古生菌的發現 40

2.3.2 古生菌的形態 40

2.3.3 古生菌與細菌結構成分的差異 40

2.4 真核微生物的形態和結構及舉例 40

2.4.1 真核微生物的細胞構造 41

2.4.2 真核微生物舉例——黴菌 44

2.4.3 真核微生物舉例——酵母菌 48

2.4.4 知識拓展——蕈菌概述 52

複習思考題 53

第3章微生物的營養及實踐套用 54

3.1 微生物的六大營養要素 54

3.1.1 水 54

3.1.2 無機鹽 55

3.1.3 碳源 55

3.1.4 氮源 56

3.1.5 能源 56

3.1.6 生長因子 57

3.2 微生物營養類型概述 57

3.3 微生物培養基的種類 59

3.4 營養物質進入微生物的方式 61

3.5 微生物培養基的設計及其工程套用 63

3.5.1 設計培養基的原則和工科套用方法 63

3.5.2 採用正交最佳化分析法快速精準設計培養基 66

3.5.3 工程套用拓展——微生物培養基正交試驗設計案例 67

複習思考題 71

第4章微生物的產能、耗能代謝及套用 72

4.1 微生物的產能代謝 72

4.1.1 化能異養微生物的能量代謝 72

4.1.2 電子傳遞鏈 76

4.1.3 自養微生物產ATP和產還原力 79

4.2 微生物的分解代謝和合成代謝之間的聯繫概述 81

4.2.1 兩用代謝途徑 81

4.2.2 代謝物回補順序 82

4.3 微生物合成代謝途徑 82

4.3.1 微生物結構大分子——肽聚糖的合成 82

4.3.2 CO2的固定 83

4.3.3 生物固氮 85

4.3.4 工學套用拓展——微生物次級代謝物的合成 87

4.4 微生物的代謝調控與發酵生產 87

4.4.1 酶合成的調節 88

4.4.2 酶活性的調節 91

4.4.3 深度科研拓展——微生物代謝調控途徑機制 93

複習思考題 94

第5章微生物的生長繁殖及工程控制 96

5.1 微生物的生長規律 96

5.1.1 細菌的個體生長和同步生長 96

5.1.2 細菌群體生長繁殖及其相關數學模型 98

5.1.3 真核微生物的生長繁殖概述 101

5.1.4 微生物的連續培養及工科微生物學套用 103

5.2 影響微生物生長繁殖的主要因素 105

5.2.1 氧及與氧有關的微生物 105

5.2.2 溫度 106

5.2.3 pH值 108

5.3 微生物的培養、保藏及工程套用 109

5.3.1 實驗室培養法 109

5.3.2 菌種保藏套用理論及技術 111

5.3.3 工科套用拓展——微生物培養裝置 115

5.4 測定微生物生長繁殖的常用技術

方法 116

5.4.1 測定生長量 116

5.4.2 計繁殖數 117

5.5 控制微生物生長繁殖的理化因素 120

5.5.1 微生物生長控制基本知識 120

5.5.2 物理因素的代表 121

5.5.3 化學殺菌劑或抑菌劑 124

複習思考題 128

第6章病毒學基礎 129

6.1 病毒概述 129

6.1.1 前期發展 129

6.1.2 病毒的發現 130

6.1.3 病毒粒子的分析時期 131

6.1.4 病毒的分子時期 131

6.2 病毒的結構和功能 133

6.2.1 病毒的形態構造和化學組分 133

6.2.2 病毒的種類及其繁殖方式 138

6.2.3 套用拓展——病毒研究方法 148

6.3 經典亞病毒舉例 149

6.3.1 類病毒 149

6.3.2 擬病毒 150

6.3.3 朊病毒 150

6.4 病毒的工科微生物學實踐 151

6.4.1 噬菌體與發酵工業的關係 151

6.4.2 人類和脊椎動物病毒病的有效防治 152

6.4.3 常見植物病毒病的農業套用防治 152

6.4.4 昆蟲病毒用於生物防治 153

6.4.5 經典病毒在生物工程中的實際套用 154

複習思考題 156

下篇微生物交叉學科及套用

第7章微生物遺傳學 158

7.1 遺傳變異的生物學基礎 158

7.1.1 利用微生物證明遺傳物質基礎的經典實驗 158

7.1.2 遺傳物質在細胞內的存在部位和方式 160

7.2 微生物的基因突變與育種套用 164

7.2.1 微生物基因突變 164

7.2.2 育種的微生物工程理論基礎 171

7.3 微生物基因重組 176

7.3.1 原核微生物的基因重組 176

7.3.2 真核微生物的基因重組 181

7.4 微生物學與基因工程的關係 183

7.4.1 基因工程的核心步驟 184

7.4.2 微生物基因工程的套用和發展前景 185

7.4.3 工科套用拓展——功能性基因克隆的生物信息學分析 187

複習思考題 191

第8章微生物生態學 193

8.1 微生物在自然界中的分布與菌種資源的開發 193

8.1.1 微生物在自然界的廣泛性分布 193

8.1.2 套用方法研究拓展——微生物資源的開發和利用 208

8.2 微生物與環境間的互作關係 209

8.2.1 共生 210

8.2.2 互生 212

8.2.3 拮抗 214

8.2.4 捕食 214

8.2.5 寄生 215

8.3 微生物在自然界物質循環中的作用 216

8.3.1 碳素循環 218

8.3.2 氮素循環 219

8.3.3 磷的循環 221

8.3.4 硫素循環與金屬的細菌瀝濾 222

8.3.5 鐵的循環 224

8.4 工科微生物工程實際套用舉例 224

8.4.1 微生物工程和污水清潔 224

8.4.2 微生物工程與沼氣利用 229

8.4.3 工科套用拓展——環境污染的微生物監測 231

複習思考題 232

第9章微生物進化分類學 233

9.1 微生物常規分類 233

9.1.1 主要系統分類單元 233

9.1.2 微生物物種學名 234

9.1.3 亞種以下的分類單元 235

9.2 生物界中微生物的地位 237

9.2.1 生物的界級分類學說 237

9.2.2 微生物的系統進化 239

9.3 各大類微生物的分類系統綱要 243

9.3.1 原核生物分類系統綱要 243

9.3.2 真核生物——真菌的分類系統綱要 244

9.4 微生物的分類鑑定及信息學套用 244

9.4.1 巨觀經典分類鑑定方法 245

9.4.2 微觀現代水平分類鑑定方法 246

9.4.3 科研套用拓展——構建微生物系統進化樹 250

9.5 科研拓展——微生物進化的爭論 262

複習思考題 264

第10章微生物與免疫學 265

10.1 感染 265

10.1.1 感染的概念 265

10.1.2 決定感染的因素 265

10.1.3 感染的三種典型狀況 269

10.2 非特異性免疫 270

10.2.1 機體屏障 271

10.2.2 細胞因素 271

10.2.3 免疫炎症反應 274

10.2.4 體液及組織中的抗菌物 274

10.3 特異性免疫 278

10.3.1 特異性免疫概述 278

10.3.2 免疫器官 279

10.3.3 免疫細胞的作用 282

10.3.4 免疫相關分子在體液免疫中的作用 286

10.4 免疫學方法及其套用 295

10.4.1 抗原抗體反應的一般規律 295

10.4.2 抗原及抗體的核心反應 296

10.4.3 現代免疫標記技術 298

10.5 免疫生物製品及工程套用 300

10.5.1 人工主動免疫的經典生物製品 300

10.5.2 人工被動免疫生物製品 302

複習思考題 304

第11章專題拓展——微生物發酵工程概述 306

11.1 微生物發酵工程 306

11.2 微生物發酵工程歷程 306

11.3 微生物發酵工程自身的特性 308

11.4 微生物發酵工程生物反應過程的簡要分類 309

11.5 微生物發酵工程對人類社會的重要作用 309

主要參考文獻 312

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

課程資源

《現代工科微生物學教程》有配套的慕課——“現代工科微生物學”。

課程名稱	建設院校	授課平台	授課教師
現代工科微生物學	西安電子科技大學	中國大學MOOC	謝暉

教材特色

該書加入了較多微生物工程套用內容，更加注重微生物學實際問題求解過程中的計算、推導與套用，並加入較多高等數學、資料庫套用、微生物相關前沿進展、新實驗技術套用及生物信息學的內容，體現了現代工科微生物學的面貌，同時反映相關領域的前沿進展。

作者簡介

謝暉，男，工學博士，西安電子科技大學生命科學技術學院生物技術系副教授、高級實驗師、碩士生導師，主要從事基於拉曼光譜分子影像的藥物在體篩選及作用機制研究、基於人工智慧技術的教育大數據評價套用研究。