绪论 1
第一部分 微生物的多样性及其应用 5
第1章 微生物生物技术：范畴、技术、事例 7
1.1 微生物生物技术的范畴 7
1.1.1 人类治疗学 8
1.1.2 农业 9
1.1.3 废水处理 12
1.1.4 有害废物的处理 13
1.1.5 化工原料 15
1.1.6 展望未来 18
1.2 公众关注微生物生物技术的应用 23
1.2.1 风险评估 24
1.2.2 实验生态系统——模型生态系统 28
1.3 微生物生物技术的经济学 29
1.3.1新食品技术的前景 29
1.3.2 处理乳清——案例研究 30
1.4 小结 31
第二章 微生物多样性 34
2.1 原核生物与真核生物 35
2.1.1 原核生物的两大类群 35
2.1.2 古细菌的分类 36
2.1.3 真细菌的分类 37
2.1.4 代谢的主要方式 38
2.2 微生物鉴定与分类的意义 41
2.2.1 分类与系统发育学 42
2.2.2 质粒与细菌的分类 43
2.3 常用细菌分类多样性 43
2.3.1 紫色细菌 44
2.3.2 革兰氏阳性菌 47
2.3.3 异常球菌分支 50
2.4 真菌 50
2.4.1 真菌的分类 52
2.4.2 酵母菌——应用最广的真菌 54
2.5.1 限制酶 55
2.5 微生物多样性可作为特异性酶的丰富来源 55
2.5.2 淀粉水解酶 56
2.6 微生物的可利用性和保存 57
2.7 小结 57
第二部分 微生物：大分子的活体工厂 59
第3章 利用细菌生产蛋白质 61
3.1 DNA转移到细菌 61
3.1.1 转化 61
3.1.2 接合 63
3.1.3 噬菌体DNA的注入和转导 64
3.2 载体的使用 65
3.2.1 克隆的总体策略 66
3.2.2 克隆载体 68
3.3 检测含有所需片段的克隆 78
3.3.1 使用合适模板的重要性 79
3.3.2 利用蛋白产物鉴定克隆 79
3.3.3 利用DNA序列鉴定克隆 80
3.3.4 DNA序列和蛋白产物的联合检测 81
3.4 聚合酶链式反应（PCR） 82
3.5 克隆基因的表达 83
3.6 表达蛋白的回收和纯化 86
3.6.1 融合蛋白表达 86
3.6.2 包含体的形成 87
3.6.3 防止包含体的形成 89
3.6.4 分泌性载体 89
3.7 实例：大肠杆菌生产凝乳酶 91
3.8 小结 93
第4章 利用酵母生产蛋白质 95
4.1 DNA导入酵母细胞 100
4.2 酵母的克隆载体 100
4.2.1 酵母整合质粒 100
4.2.2 酵母复制质粒 103
4.2.3 酵母游离质粒 103
4.2.4 酵母着丝粒质粒 103
4.3.2 启动子序列 105
4.3.1 质粒拷贝数 105
4.2.5 酵母人工染色体（YAC） 105
4.3 酵母中外源基因表达的增效作用 105
4.3.3 转录终止和mRNA的聚腺苷酰化作用 107
4.3.4 mRNA的稳定性 107
4.3.5 启始密码AUG的识别 107
4.3.6 多肽链的延长 108
4.3.7 外源蛋白的折叠 108
4.3.8 蛋白质的降解 108
4.3.9 糖基化作用 108
4.3.10 实例：乙型肝炎病毒表面抗原 109
4.4 外源基因的表达及产物分泌 111
4.4.1 实例：凝乳酶原在酶母中的表达 114
4.5 小结 115
第5章 重组疫苗与合成疫苗 117
5.1 传统疫苗存在的问题 118
5.2 生物技术对疫苗发展的影响 119
5.2.2 重组亚单位疫苗中一些潜在的问题 120
5.2.1 乙型肝炎亚单位疫苗 120
5.3 免疫应答产生的机制 123
5.4 提高亚单位疫苗的免疫效果 127
5.4.1 抗原的处理策略 127
5.4.2 应用活的弱毒载体 129
5.5 用于合成肽疫苗的亚单位抗原片段 132
5.5.1 抗原决定簇的鉴别 132
5.5.2 由一级结构预测抗原决定簇 134
5.5.3 口蹄疫疫苗：一种试验性肽疫苗 136
5.5.4 增添T辅助细胞的辅助作用 137
5.5.5 引发细胞免疫的肽 137
5.6 某些疾病疫苗生产所存在的困难 138
5.6.1 麻风病 138
5.6.2 疟疾 139
5.7 小结 142
第6章 微生物杀虫剂 145
6.1 苏云金芽孢杆菌 146
6.1.1 晶体内含体 148
6.1.2 δ-内毒素和cry基因 148
6.1.3 当代苏云金芽孢杆菌生物杀虫剂 158
6.2 球形芽孢杆菌 160
6.3 金龟子芽孢杆菌 161
6.4 杆状病毒 161
6.4.1 杆状病毒的生物学 163
6.4.2 杆状病毒杀虫剂 165
6.4.3 杆状病毒杀虫剂的未来可能性 166
6.5 小结 166
第7章 微生物酶 169
7.1 食品用酶的应用法规 170
7.2 微生物酶制剂的生产 170
7.2.1 菌株的策选和改造 171
7.2.2 发酵过程和培养基组成 173
7.3.1 淀粉加工 174
7.3 微生物酶的大规模应用 174
7.3.2 术语 176
7.3.3 酶法转化淀粉为糊精和糖 177
7.3.4 纺织品脱浆 180
7.3.5 加酶洗涤剂 180
7.3.6 枯草杆菌碱性蛋白酶的特性 180
7.3.7 枯草杆菌碱性蛋白酶的基因工程 180
7.3.8 干酷生产 182
7.4 小结 184
第8章 微生物多糖和聚酯 186
8.1 多糖 186
8.1.1 细菌多糖 187
8.1.2 多糖的结构 189
8.1.3 自然界中微生物多糖的作用 190
8.2 黄原胶 191
8.2.1 黄原杆菌属——植物病原菌 191
8.2.2 黄原胶的结构 191
8.2.3 黄原胶的性质 194
8.2.4 黄原胶的生物合成 195
8.2.5 黄原胶的生产 195
8.2.6 黄原胶结构的修饰 198
8.3 聚酯 199
8.3.1 自然界中的聚羟基烷酸 200
8.3.2 聚-3-羟基烷酸的生物合成和生物降解 201
8.3.3 3-羟基丁酸和3-羟基戊酸无规共聚物的生物合成 202
8.3.4 用单一基质生物合成共聚酯 203
8.3.5 调整生长条件产生新型细菌聚酯：一个实例 204
8.3.6 通过共代谢生物合成新型细菌聚酯 204
8.3.7 生产聚-3-羟基烷酸微生物和植物的基因工程 205
8.4 小结 207
第三部分 植物生物技术中的微生物 209
第9章 植物与微生物的相互作用 211
9.1 共生菌与病原菌的应用 212
9.1.1 利用工程化的共生菌保护植物免受冻害 212
9.1.2 利用固氮菌提高作物产量 213
9.2 转基因植物产品 216
9.2.1 利用根癌农杆菌将克隆基因转入植物 216
9.2.2 转基因植物举例 221
9.2.3 DNA的直接插入 226
9.3 小结 226
第四部分 从生物量到燃料 229
第10章 生物量 231
10.1.1 纤维素 232
10.1 植物生物量的主要成分 232
10.1.2 半纤维素 233
10.1.3 木质素 235
10.1.4 木材细胞壁的构造及组成 241
10.2 真菌和细菌对木质纤维素的降解 242
10.2.1 木质素的降解 242
10.2.2 纤维素的降解 247
10.2.3 半纤维素的降解 251
10.4 小结 254
10.3 酶促生物降解木质纤维素的前景 254
第11章 乙醇 257
11.1 第一阶段：从原料到可发酵糖 258
11.1.1 糖 259
11.1.2 淀粉 259
11.1.3 纤维素 259
11.2 第二阶段：从简单糖类到乙醇 260
11.2.1 酵母 260
11.2.2 运动发酵单胞菌：一种生产乙醇的替代微生物 266
11.3 同时糖化和发酵 273
11.3.1 阶段Ⅰ和Ⅱ相结合 273
11.3.2 梭菌发酵 274
11.4 评论:来自生物量的燃料乙醇 275
11.5 小结 277
第五部分 微生物代谢产物 279
第12章 氨基酸 281
12.1 突变株的发酵 282
12.1.1 营养缺陷突变株生产的生物合成中间产物 284
12.1.2 直链途径调节突变株生产氨基酸 286
12.1.3 支路调控型突变株的氨基酸生产 289
12.1.4 缺少复杂调控机制的微生物 290
12.1.5 营养缺陷型突变株生产氨基酸 290
12.1.6 通过调控突变株生产氨基酸 292
12.1.7 优先合成概念 294
12.1.8 生物合成基因的扩增 296
12.2 野生型菌株的发酵 297
12.2.1 关于细胞膜透性的疑问 297
12.2.2 功能性阻断柠檬酸循环的需要 298
12.2.3 与谷氨酸合成有关酶的调控 300
12.3 氨基酸发酵和重组DNA技术 301
12.4 酶法生产氨基酸 303
12.5 小结 304
第13章 抗生素 306
13.1 抗生素的种类 308
13.1.1 抗细菌剂 309
13.1.2 抗真菌剂 315
13.1.3 抗肿瘤抗生素 315
13.1.4 其他具药理活性的微生物产物 316
13.2 抗生素研究的目标 320
13.3 氨基糖苷类抗生素的开发 321
13.3.1 链霉素 323
13.3.2 新氨基糖苷类抗生素 324
13.3.3 氨基糖苷类抗生素抗性的起源与模式 329
13.3.4 氨基糖苷类抗生素在农业和兽医方面的应用 330
13.4 β-内酰胺类抗生素的发展 331
13.4.1 青霉素G 331
13.4.2 半合成青霉素 333
13.4.3 头孢菌素 338
13.4.4 具有非传统母核的化合物 343
13.4.5 对新型β-内酰胺的合理设计 346
13.5.1 抗生素生产的生理学 348
13.5 抗生素的生产 348
13.5.2 抗生素产生的遗传学 354
13.5.3 克隆 359
13.6 抗生素抗性问题 362
13.7 小结 364
第六部分 有机合成和降解 367
第14章 有机合成 369
14.1 酶的分类 370
14.2 类固醇和固醇的微生物转化 371
14.3 酰胺酶、肽酶和脂肪酶的生物催化* 374
14.3.1 半合成青霉素 374
14.3.2 脂肪酶的特性和应用 377
14.3.3 脂肪和油的酯交换 378
14.3.4 生物动力学转变：脂肪酶催化对映体选择性酯化反应 380
14.4 合成光学纯药物的例子 383
14.4.1 （S）-1,2-O-异亚丙基甘油的选择性氧化 383
14.4.2 (R)奈普生异构化为(S)奈普生 384
14.5 化工产品丙烯酰胺的微生物合成 385
14.5.1 绿针假单胞菌B23对丙烯腈的代谢 387
14.5.2 腈水解酶水平的调节 387
14.6 需要多步骤的生物催化合成 388
14．6．1 基因工程微生物细胞过量生产谷胱甘肽 388
14．6．2 维生素C生产的代谢工程 394
14.7 小结 399
第15章 环境中的应用 401
15.1 微生物的降解能力和有机物来源 401
15.2 污水和废水微生物学 403
15.2.1 污水和废水工厂处理过程 403
15.2.2 污水处理过程中有机合成化合物的降解 407
15.2.3 厌氧条件下地下水中有机化合物的降解 408
15.2.4 厌氧条件下地下水中的氧化脱卤 409
15.3 生物异源物质的降解 409
15.3.1 主要污染物及其对健康的影响 410
15.3.2 微生物在生物降解中的作用 413
15.3.3 生物修复的类型 414
15.3.4 生物降解的遗传特征和代谢特征 419
15.4 工业污染防治中的基因工程 428
15.4.1 基本原则 428
15.4.2 通过基因工程进行代谢途径的水平扩展 428
15.5 矿物回收中的微生物 431
15.5.1 细菌如何从矿物中沥滤金属 432
15.5.2 参与矿石氧化的微生物 433
15.5.3 通过堆积沥滤法回收铜 434
15.6.1 金属硫化物的沉淀 435
15.5.4 铀的沥滤 435
15.6 从水流出物中除去重金属的微生物 435
15.6.2 生物处理厂对贵重金属加工废水的脱毒 436
15.7 小结 438
问答题 441
问题 441
答案 449
索引 456