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第1章 概述1

1.1 生物技术概论1

1.1.1 生物技术的定义3

1.1.2 生物技术的内容3

1.1.3 生物技术的发展3

1.1.4 生物技术的应用5

1.2 环境生物技术5

1.2.1 环境生物技术的产生5

1.2.2 环境生物技术的研究范围6

1.3 本书内容7

第2章 酶工程9

2.1 概述9

2.1.1 人类对酶的认识历程9

2.1.2 酶的定义10

2.2 酶的催化特性11

2.1.3 酶工程的研究内容11

2.3 酶作用原理16

2.3.1 酶的分类及命名16

2.3.2 酶作用原理18

2.3.3 酶促反应的影响因素31

2.4 酶的生产及分离纯化41

2.4.1 酶的生产41

2.4.2 酶的分离纯化43

2.5 酶分子修饰60

2.5.1 酶分子的化学修饰62

2.5.2 生物酶工程63

2.6 酶固定化65

2.6.1 固定化方法66

2.6.2 固定化酶反应条件的变化68

2.7 酶反应器69

2.7.1 酶反应器的类型69

2.8.1 主要应用领域71

2.8 酶的应用71

2.7.2 酶反应器的设计原则71

2.8.2 酶在污染治理中的应用72

2.9 酶工程的现状及发展展望77

2.9.1 酶工程的现状77

2.9.2 酶工程的发展展望77

第3章 基因工程79

3.1 概述79

3.1.1 基因工程的诞生79

3.1.2 基因工程的内容80

3.2 基因工程的分子生物学基础82

3.2.1 DNA的结构与功能82

3.2.2 DNA的变性、复性与杂交86

3.2.3 遗传信息的传递方向--中心法则89

3.3 基因工程工具酶91

3.3.1 限制性内切酶92

3.3.3 基因工程中的修饰酶95

3.3.2 连接酶95

3.4 基因工程载体98

3.4.1 定义98

3.4.2 用于原核生物宿主的载体98

3.4.3 用于真核生物宿主的载体104

3.4.4 用于植物宿主的载体106

3.4.5 用于动物宿主的载体107

3.4.6 基因工程载体的必备条件107

3.4.7 载体的分类108

3.5 目的基因的获得109

3.5.1 概述109

3.5.2 基因的组成及分类110

3.5.3 原核生物目的基因的获得110

3.5.4 真核生物目的基因的获得113

3.6 目的基因导入受体细胞118

3.6.1 受体细胞118

3.6.2 受体细胞的分类118

3.6.3 目的基因导入克隆载体119

3.7.1 生物学方法122

3.7 重组体的筛选122

3.7.2 核酸杂交法124

3.7.3 印迹技术127

3.8 DNA序列分析129

3.8.1 Maxam-Gilbert化学降解法129

3.8.2 Sanger双脱氧法131

3.9 基因工程在环境污染治理中的应用132

3.9.2 拓宽氧化酶的专一性134

3.9.1 设计复合代谢途径134

3.9.3 增强无机磷的去除136

第4章 细胞工程138

4.1 细胞工程基础知识138

4.1.1 概述138

4.1.2 细胞的大小及分类139

4.1.3 细胞周期142

4.2.1 概述143

4.2 微生物细胞工程143

4.2.2 微生物细胞融合的基础知识144

4.2.3 原核细胞的原生质体融合146

4.2.4 真核细胞的原生质体融合148

4.3 植物细胞工程148

4.3.1 植物组织培养148

4.3.2 植物原生质体制备153

4.3.3 植物原生质体培养155

4.3.4 植物原生质体融合156

4.4 动物细胞工程157

4.4.1 动物细胞培养157

4.4.2 动物细胞融合158

4.4.3 单克隆抗体的制备162

4.4.4 细胞拆合165

4.6 抗污染型植物167

4.5.2 芳香族降解菌的构建167

4.5.1 纤维素降解菌原生质体融合167

4.5 得用细胞融合技术构建环境工程菌167

4.7 开发基于抗体的技术治理环境污染168

4.7.1 抗体片段和最小识别单元168

4.7.2 免疫分析和环境监测169

4.7.3 去除微量有机污染物170

第5章 发醇工程171

5.1 概述171

5.1.1 发酵的含义171

5.1.2 发酵工业的历史回顾171

5.2 发酵工程的内容173

5.2.1 发酵类型174

5.2.2 发酵方法176

5.2.3 发酵过程177

5.2.4 发酵工业的发展趋势178

5.3.1 菌种分离、筛选的原则与步骤179

5.3 优良菌种的选育179

5.3.2 自然选育182

5.3.3 诱变育种182

5.4 发酵过程及其测量192

5.4.1 发酵方式192

5.4.2 发酵动力学194

5.4.3 发酵过程检测200

5.5 发酵生物反应器202

5.6.1 概述204

5.6 代谢控制发酵204

5.6.2 代谢工程205

5.7 发酵过程优化及控制211

5.7.1 发酵过程模型212

5.7.2 非结构模型212

5.7.3 结构模型213

5.7.4 发酵过程控制214

5.8.2 固体废弃物处理215

5.8 固态发酵及固体废弃物处理215

5.8.1 固态发酵215

5.9 下游处理218

5.10 发酵与产物分离偶联技术219

5.10.1 偶联中使用的分离技术219

5.10.2 偶联技术的应用219

第6章 污染治理生物技术222

6.1 生物处理技术概述222

6.1.1 生物处理的基本原理222

6.1.2 微环境的概念及意义228

6.1.3 微生物催化降解的必要条件228

6.1.4 影响生物降解的因素229

6.1.5 生物处理过程控制230

6.1.6 生物处理过程的重要结构231

6.2 废水生物处理新技术236

6.2.1 生物脱氮除磷236

6.2.2 高效生物膜处理系统250

6.2.3 膜生物反应器255

6.2.4 序批式反应器257

6.2.5 升流式厌氧污泥床259

6.2.6 折流式厌氧反应器259

6.3 生物修复技术261

6.3.1 概述261

6.3.2 土壤污染的生物修复技术264

6.3.3 地下水污染的生物修复技术269

6.3.4 生物修复技术进展271

6.4 固体废弃物生物处理及处置技术273

6.4.1 概述273

6.4.2 堆肥274

6.4.3 填埋技术274

6.5 大气污染的生物治理技术277

6.5.1 生物法净化有机废气的原理277

6.5.2 有机废气生物处理的工艺研究与应用278

6.5.3 二氧化碳的微生物固定280

6.5.4 生物法净化有机废气的现状及需解决的问题286

6.6 有害有机污染物的现代生物处理技术287

6.6.1 有害有机污染物降解的生态学基础287

6.6.2 卤代烃类降解290

6.6.3 农药降解297

6.6.4 洗涤剂降解301

6.6.5 石油污染物治理302

6.7 重金属的生物处理技术306

6.7.1 生物吸附原理307

6.7.2 生物吸附剂308

6.7.3 生物吸附的影响因素309

6.7.4 生物吸附动力学311

6.7.5 生物吸附的应用--生物吸附柱的操作312

6.7.6 重金属阴离子的生物吸附315

6.7.7 重金属污染的植物修复315

7.1.1 概述318

第7章 污染预防生物技术318

7.1 煤的生物脱硫318

7.1.2 煤中硫的形态319

7.1.3 脱硫方法及其比较319

7.1.4 煤炭脱硫的微生物319

7.1.5 微生物脱硫的机理321

7.1.6 微生物脱硫工艺324

7.2 化石燃料的微生物脱氮328

7.2.1 化石燃料中的芳香氮化合物329

7.2.2 含氮污染物的去除330

7.2.3 生物技术用于化石燃料脱氮331

7.3 生物制浆332

7.4 矿冶生物技术--微生物湿法冶金334

7.4.1 湿法冶金所用微生物334

7.4.2 浸出工艺336

7.4.3 难浸金矿石的微生物处理338

7.5 生物合成替代化工合成339

第8章 生物技术与能源344

8.1 微生物与石油开采344

8.1.1 微生物勘探石油344

8.1.2 微生物二次采油345

8.1.3 微生物三次采油345

8.2 有机废弃物生产乙醇347

8.2.1 概述347

8.2.2 木质纤维的利用348

8.2.3 用淀粉和其他含糖废液生产乙醇354

8.2.4 纤维素酒精生物转化过程分析358

8.3 微生物产氢360

8.3.1 生物产氢的微生物360

8.3.2 固定化细胞产氢361

8.4 微生物产甲烷364

8.4.1 生产甲烷的生化机理364

8.4.2 厌氧反应热力学分析366

8.4.3 厌氧消化过程的微生物学369

8.4.4 实际应用370

第9章 废物资源化生物技术372

9.1 可生物降解塑料PHAs372

9.1.1 概述372

9.1.2 合成PHAs的主要微生物375

9.1.3 合成途径及关键酶377

9.1.4 PHAs生产工艺382

9.1.5 PHB的降解及PHB解聚酶386

9.1.6 PHB生产的前景及展望387

9.2 生产单细胞蛋白388

9.2.1 概述388

9.2.2 微生物蛋白的营养价值389

9.2.3 生产单细胞蛋白的微生物391

9.2.4 生产单细胞蛋白的原料393

9.3.5 单细胞蛋白生产工艺395

9.3.6 单细胞蛋白生产中应该考虑的问题398

第10章 环境生物监测与安全性评价400

10.1 生物传感器400

10.1.1 概述400

10.1.2 生物传感器的基本组成和工作原理400

10.1.3 生物传感器的分类402

10.1.4 生物传感器的特点403

10.1.5 生物传感器在环境监测中的应用404

10.2 DNA生物传感器及其在环境监测中的应用408

10.2.1 核酸杂交生物传感器的原理409

10.2.2 污染物的检测410

10.3 PCR技术411

10.3.1 PCR的反应原理412

10.3.2 PCR反应条件413

10.3.3 PCR技术的发展414

10.4 荧光原位杂交技术416

10.3.4 PCR技术在环境检测中的应用416

10.5 DNA芯片技术418

10.5.1 DNA芯片的类型419

10.5.2 DNA芯片的构建419

10.5.3 DNA芯片作用原理421

10.5.4 微芯片的性能421

10.5.5 DNA芯片信号检测系统422

10.5.6 DNA芯片技术的应用423

10.7 现代生物技术的伦理问题425

10.6 现代生物技术的安全性问题425

附录1 酶的分类和编号的简单说明427

附录2 氨基酸的缩写符号和相对分子质量434

附录3 常用蛋白质的相对分子质量435

附录4 pBR322质粒的限制性片段及其大小436

附录5 常用培养基和抗菌素437

附录6 基因工程安全管理办法440

参考文献444