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| 編輯推薦： |
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本书以对环境可听声波作出有效应答的单细胞微生物——大肠杆菌为研究对象，开展微生物对声环境应激效应研究，探讨声波暴露的剂量-效应关系，揭示其作用途径及分子机理，对于理解包括微生物在内的生物体对声环境的调整与适应机制具有十分重要的意义；对声效应的合理开发和利用也具有积极的指导作用，有利于探索和建立基于单细胞生物的声波暴露风险评估及预警体系，开发基于声效应的促生长、促代谢、促合成的新型生物技术等。
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| 內容簡介： |
本书以结构简单并易对可听声波做出有效应答的单细胞微生物——大肠杆菌为研究对象，介绍并分析可听声波对其生长特性、生理生化和胞内生物大分子合成等的影响；探究可听声波对大肠杆菌高密度培养的影响，为基因工程菌的生长代谢调控提供理论和技术支撑；借助高通量测序技术，明确可听声波对大肠杆菌的转录调控作用；通过钙离子通道和机械敏感性离子通道对可听声波作用的响应，揭示声波对微生物生物学效应的作用机制。
本书可供生物工程尤其是环境微生物学和微生物代谢相关科研工作者参考。
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| 關於作者： |
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吴影，河南科技大学，讲师，参与河南省高等教育教学改革研究与实践项目，河南省研究生教育改革与质量提升工程项目，“发酵工程学课程体系建设”教改项目，“生物工程设备”精品资源共享课程。主要从事食品微生物、营养与健康等研究领域。主持河南省自然科学基金面上项目1项，河南省科技攻关项目1项。完成省科技鉴定成果3项。发表论文15篇，其中SCI，EI收录论文5篇，获授权发明专利5项
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1可听声波的生物学效应相关研究3
1.2微生物声应激研究5
1.3实验对象的选择7
参考文献8
第2章微生物声暴露实验平台的搭建12
2.1固体培养实验装置的设计13
2.2液体培养实验装置的设计14
2.3实验装置的优化15
2.3.1对照箱对声波加载的影响16
2.3.2液体培养声波加载方式的确定16
2.3.3搅拌装置对声波加载的影响17
2.3.4搅拌条件下液体培养声波加载方式的确定17
2.3.5调控装置对声波加载的影响17
参考文献18
第3章声暴露对大肠杆菌生长特性的影响19
3.1引言20
3.2研究方法20
3.2.1声波加载试验20
3.2.2菌体生物量的测定21
3.2.3大肠杆菌生长曲线21
3.2.4菌体比生长速率的测定21
3.2.5细菌电镜样品的制备22
3.3研究结果与分析23
3.3.1声暴露对固体培养大肠杆菌生长的影响23
3.3.2声暴露对液体培养大肠杆菌生长过程的影响28
3.3.3声频率对液体培养大肠杆菌生长的影响29
3.3.4声强级对液体培养大肠杆菌生长的影响32
3.3.5声功率级对液体培养大肠杆菌群体生长的影响35
3.3.6声暴露对大肠杆菌细胞形态的影响38
3.4小结39
参考文献39
第4章声暴露对大肠杆菌生理生化特性的影响45
4.1引言46
4.2研究方法47
4.2.1固体培养加载试验47
4.2.2液体培养加载试验47
4.2.3无菌培养上清的制备48
4.2.4细胞收集与破碎48
4.2.5ATP酶活的测定49
4.2.6MDA含量的测定49
4.2.7SOD酶活性测定50
4.2.8CAT酶活性的测定51
4.2.9质膜通透性的测定52
4.2.10质膜蛋白的红外分析52
4.3研究结果与分析52
4.3.1声暴露对固体培养大肠杆菌抗氧化酶活的影响52
4.3.2声暴露对液体培养大肠杆菌抗氧化酶活的影响54
4.3.3声暴露对液体培养大肠杆菌胞内自由基含量的影响56
4.3.4声暴露对液体培养大肠杆菌胞内能量代谢的影响57
4.3.5声暴露对液体培养大肠杆菌细胞膜的影响59
4.4小结61
参考文献62
第5章声暴露对大肠杆菌大分子合成的影响68
5.1引言69
5.2研究方法69
5.2.1哈氏弧菌BB170的预培养69
5.2.2胞内总蛋白的提取70
5.2.3蛋白质电泳制胶步骤70
5.2.4胞内总蛋白含量的测定72
5.2.5RNA提取73
5.2.6RNA电泳及浓度测定74
5.3研究结果与分析74
5.3.1声暴露对固体培养大肠杆菌胞内蛋白质合成的影响74
5.3.2声频率和强度对液体培养大肠杆菌胞内蛋白质合成的影响75
5.3.3声暴露对大肠杆菌生长过程中胞内大分子合成的影响76
5.4小结78
参考文献78
第6章声波对大肠杆菌高密度培养的影响82
6.1引言83
6.1.1影响大肠杆菌高密度培养的因素83
6.1.2大肠杆菌高密度培养的方法84
6.1.3群体感应与大肠杆菌高密度培养85
6.2研究方法88
6.2.1哈氏弧菌BB170的预培养88
6.2.2哈氏弧菌BB170荧光检测实验89
6.2.3葡萄糖和麦芽糖消耗速率的测定89
6.3研究结果与分析91
6.3.1声频率和声强对大肠杆菌菌体密度的影响91
6.3.2声波对大肠杆菌底物消耗速率的影响92
6.3.3声波对大肠杆菌AI-2分子表达的影响94
6.3.4声波对大肠杆菌群体感应系统的影响95
6.4小结99
参考文献100
第7章声暴露对大肠杆菌的转录调控作用105
7.1引言106
7.2研究方法107
7.2.1声暴露实验107
7.2.2基因转录组测定步骤107
7.2.3转录组测序数据分析方法108
7.3研究结果与分析109
7.3.1转录组数据质量评估109
7.3.2声暴露大肠杆菌差异基因分析111
7.3.3声暴露对大肠杆菌代谢网络结构的影响121
7.3.4声暴露对大肠杆菌能量代谢模型的影响124
7.4小结129
参考文献130
第8章大肠杆菌声暴露下生物学效应的作用机制139
8.1引言140
8.1.1钙离子在声效应信号转导中的作用140
8.1.2机械敏感性离子通道的研究现状141
8.2研究方法143
8.2.1钙离子和EGTA对大肠杆菌生长的影响144
8.2.2可听声波加载实验144
8.2.3固体培养胞内钙含量的测定144
8.2.4液体培养胞内游离钙的测定144
8.2.5钙离子通道阻滞剂试验145
8.2.6质粒转化方法146
8.2.7双通道缺失菌株构建方法148
8.3实验结果与分析150
8.3.1胞内游离钙离子检测方法的优化150
8.3.2钙离子对大肠杆菌生长代谢的影响151
8.3.3声波对固体培养大肠杆菌胞内钙浓度的影响151
8.3.4声波对液体培养大肠杆菌胞内钙浓度的影响155
8.3.5抑制剂对声波处理大肠杆菌胞内钙浓度的影响159
8.3.6声波对不同MS通道类型胞内游离钙离子的影响159
8.3.7钙离子通道阻滞剂对声暴露生物学效应的影响161
8.3.8大肠杆菌双通道缺失菌株的构建162
8.3.9声波对不同MS通道类型大肠杆菌的影响164
8.4小结168
参考文献169
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| 內容試閱：
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声波在自然界中无处不在，几乎所有生物都不可避免地与之有所“接触”。关于声波对生物体的生物学效应，很多研究者推测它是通过机械振动的形式作用于细胞表面，而这种机械振动可能引起细胞膜表面张力的改变，触动膜上的感受器，从而激发细胞内部产生一系列的代谢反应，终表现出不同的声应激现象。
关于超声和次声生物学效应及机制的研究已越来越深入和广泛，而对于频率为20~20000Hz的可听声波，相关的生物学效应研究关注较少。目前，国际上有关可听声波的生物学效应研究尚不够普遍，对其效应的实验观察尚不够系统，其作用的分子机理也不够清楚，而国内开展此项研究工作的单位甚少，这在一定程度上制约了声生物学效应的开发利用。因此，深入开展可听声波对生物体作用的研究，探索声刺激剂量与效应间的内在联系，建立生物体声刺激应激效应模型，揭示相关频段声波对生物生长代谢的影响、可能的作用途径及分子机理，必将为可听声波的合理开发和利用奠定理论基础。
当前的可听声波生物学效应研究多关注于结构复杂的高等动植物，但由于多细胞生物本身结构相对复杂，细胞接受物理刺激、胞内启动应答、胞间信息交流等过程更是难于探究，目前还没有建立一个成熟的研究方法和体系。本研究选用常见的单细胞微生物大肠杆菌作为实验菌，以期通过其相对简单的代谢体系对这一领域做基础的探索。
大肠杆菌在现代生物工程和工业微生物的研究中扮演着重要的角色，在重组蛋白质生产中得到了广泛的应用。随着大肠杆菌培养技术的不断发展，传统的高密度培养方法要想进一步提高菌体发酵的终浓度变得越来越难，成本也越来越高，所以一部分工作者正在尝试一些新的方法。相关研究发现，声波作为一种周期性震荡的机械波，在通过溶液的过程中，不仅能加强培养体系的传质过程，还能对细胞的表面形成一种周期性的“挤压”，增加细胞膜的流动性，加速胞内流体的运动，促进细胞生长代谢，加速产物的积累。但目前声效应产生的具体机制尚不清楚。
本书主要研究分析了可听声波对大肠杆菌生长特性、生理生化和胞内生物大分子合成等的影响；探究可听声波对大肠杆菌高密度培养的影响，为基因工程菌的生长代谢调控提供理论和技术支撑；借助高通量测序技术，明确可听声波对大肠杆菌的转录调控作用；通过钙离子和离子通道对可听声波作用的响应，揭示声波对微生物生物学效应的作用机制。本书的相关研究对于理解微生物对声环境的调整与适应机制具有十分重要的意义，对声效应的合理开发和利用也具有积极的指导作用，有利于探索和建立基于单细胞生物的声波暴露风险评估及预警体系，还可为建立基于声效应的促生长、促代谢、促合成的新型生物技术等奠定坚实基础。本书第1~4章由古绍彬撰写，第5~8章由吴影撰写。
由于成书仓促，本书难免存在不足之处，敬请广大同行批评指正。
作者
2021年4月
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