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第1章 概述1

1.1生物技术概论1

生物技术的定义1

传统生物技术与现代生物技术1

现代生物技术的发展2

现代生物技术的特点及研究内容3

现代生物技术的应用5

1.2环境生物技术概论6

环境生物技术的定义6

现代环境生物技术的发展7

环境生物技术的研究范围7

1.3本书内容8

第2章 酶工程10

2.1概述10

对酶的认识历程10

酶及其应用研究发展11

酶工程的研究内容12

2.2酶的催化特性13

2.3酶作用原理17

酶的分类及命名17

酶催化反应原理19

酶催化反应的影响因素19

2.4酶催化反应动力学22

底物浓度对酶催化反应速度的影响23

Briggs和Haldane的稳态处理法24

关于米-门方程的讨论27

米氏常数的意义28

米氏常数的求法30

2.5酶的抑制作用34

抑制作用及其类型34

区分可逆和不可逆抑制作用的动力学方法34

竞争性抑制作用35

非竞争性抑制作用36

反竞争抑制作用37

底物抑制作用39

2.6酶的生产及分离纯化40

酶的生产40

酶的分离纯化42

2.7酶分子修饰59

酶分子的化学修饰60

酶分子的生物修饰61

2.8酶固定化63

固定化方法64

固定化酶性质的变化67

2.9酶反应器68

酶反应器的类型68

酶反应器的设计原则69

2.10环境污染治理中的重要酶及应用举例70

腈化物降解酶70

氨氧化酶78

酶在废水处理中的应用83

酶在土壤修复中的应用89

2.11酶工程发展展望100

第3章 基因工程101

3.1基因工程的发展101

3.2基因工程的分子生物学基础103

DNA的结构与功能103

DNA的变性、复性与杂交107

遗传信息的传递方向——中心法则110

3.3基因工程概要111

基因工程的概念111

基因工程的实验步骤112

基因工程操作的基本技术114

3.4基因工程工具酶114

限制性内切酶115

连接酶118

修饰酶119

3.5基因工程载体121

载体的必备条件121

载体的分类122

用于原核生物宿主的载体123

用于真核生物宿主的载体128

用于植物宿主的载体131

用于动物宿主的载体131

3.6目的基因的获得132

概述132

目的基因的获得方法132

原核生物目的基因的获得133

真核生物目的基因的获得135

3.7目的基因的转移139

受体细胞及其分类140

目的基因的导入方法141

3.8重组体的筛选144

传统生物学方法144

核酸杂交法146

印迹技术149

3.9 DNA序列分析151

Maxam-Gilbert化学降解法152

Sanger双脱氧法154

3.10基因工程微生物在污染治理中的应用158

微生物基因改造的主要目标及手段159

基因工程微生物的主要应用162

第4章 细胞工程169

4.1细胞工程基础知识170

细胞的大小及分类170

细胞周期173

4.2微生物细胞工程174

微生物细胞工程的主要内容174

微生物细胞融合的基础知识175

原核细胞的原生质体融合177

真核细胞的原生质体融合179

4.3植物细胞工程179

植物组织培养179

植物原生质体制备184

植物原生质体培养186

植物原生质体融合186

4.4动物细胞工程187

动物细胞培养188

动物细胞融合188

单克隆抗体的制备192

细胞拆合195

4.5细胞融合技术在污染治理中的应用197

动物细胞融合技术的应用197

植物细胞融合技术的应用198

微生物细胞融合技术的应用199

4.6抗性植物在生物修复中的应用200

植物对非生物胁迫应答的机制200

植物修复原理201

重金属污染的植物修复201

有机污染物的植物修复202

4.7抗体技术在污染治理中的应用204

抗体片段的开发204

免疫分析和环境监测205

去除微量持久性有机污染物206

4.8微生物表面展示技术在重金属污染治理中的应用206

微生物表面展示技术206

重金属污染治理207

第5章 发酵工程211

5.1概述211

发酵的含义211

发酵工业的回顾211

发酵工程的内容213

发酵工程的应用215

5.2发酵的基本过程215

5.3菌种选育216

菌种分离、筛选的原则与步骤217

自然选育219

诱变育种220

5.4发酵工艺227

发酵类型227

发酵方法229

发酵方式230

5.5发酵生物反应器232

5.6发酵过程监测234

监测参数234

监测技术235

5.7发酵动力学237

发酵动力学研究内容237

发酵动力学研究方法238

微生物生长动力学238

产物形成动力学241

5.8发酵过程优化及控制242

发酵过程的建模242

非结构模型243

结构模型243

发酵过程控制244

5.9下游处理245

5.10发酵与产物分离耦联技术246

耦联方式246

耦联技术的应用246

5.11代谢控制发酵249

代谢控制发酵的发展249

代谢控制发酵的理论基础250

代谢控制发酵的设计思路253

5.12固态发酵及固体废弃物处理255

固态发酵255

固态发酵生物反应器类型及特征256

堆肥258

5.13发酵工业的发展趋势260

第6章 污染治理生物技术262

6.1生物处理技术概述262

生物处理的基本原理262

微环境的概念及意义268

微生物催化降解的必要条件268

影响生物降解的因素269

生物处理过程控制270

生物处理过程的重要结构271

6.2废水生物处理新技术276

生物脱氮除磷276

高效生物膜处理系统290

膜-生物反应器295

序批式反应器297

升流式厌氧污泥床299

折流式厌氧反应器300

6.3生物修复技术301

生物修复技术基础301

土壤污染的生物修复技术304

地下水污染的生物修复技术308

生物修复技术进展311

6.4固体废弃物生物处理及处置技术313

概述313

堆肥313

填埋技术314

6.5大气污染的生物治理技术317

生物法净化有机废气的原理317

有机废气生物处理的工艺与应用317

二氧化碳的微生物固定320

生物法净化有机废气的现状及需解决的问题325

6.6有害有机污染物的现代生物处理技术326

有害有机污染物降解的生态学基础326

卤代烃类降解330

农药降解336

洗涤剂降解340

石油污染物治理341

6.7重金属的生物处理技术345

生物吸附原理346

生物吸附剂350

生物吸附的影响因素351

生物吸附动力学353

生物吸附应用中需注意的问题354

重金属阴离子的生物吸附357

重金属污染的植物修复358

第7章 污染预防生物技术360

7.1化石燃料的生物脱硫360

硫的形态及脱硫方法360

脱硫微生物及脱硫机理363

微生物脱硫工艺及其特性369

微生物脱硫的经济性分析374

微生物脱硫的现状及发展375

7.2化石燃料的生物脱氮376

化石燃料中的含氮芳香族化合物377

含氮污染物的生物转化377

生物技术用于化石燃料脱氮379

7.3生物制浆与生物漂白380

概述380

生物制浆380

生物漂白381

生物漂白的几种酶381

发展趋势390

7.4矿冶生物技术——微生物湿法冶金391

湿法冶金所用微生物392

微生物湿法冶金原理394

难浸金矿石的微生物处理394

微生物湿法冶金的机理396

微生物湿法冶金的分子生物学研究398

7.5生物合成替代化工合成399

第8章 生物技术与能源403

8.1概述403

8.2微生物与石油开采405

油藏微生物406

微生物采油的发展历史408

微生物勘探石油409

微生物二次采油410

微生物三次采油410

微生物采油机理411

采油微生物的选育及性能评价412

油藏微生物分子生态学研究414

8.3有机废弃物生产乙醇415

燃料乙醇的优势415

木质纤维的组成及其利用417

纤维素生物质的预处理及水解421

利用淀粉和其他含糖废液生产乙醇428

利用纤维素生产乙醇的发酵工艺432

生物质发酵生产乙醇的发展前景435

8.4微生物燃料电池437

微生物燃料电池工作原理437

微生物燃料电池中的微生物代谢反应438

微生物燃料电池中的电子传递机制440

8.5微生物制氢442

光合微生物产氢443

厌氧发酵产氢449

固定化微生物产氢451

生物产氢的前景展望454

8.6微生物产甲烷455

产甲烷的生化机理455

厌氧反应热力学分析456

厌氧消化过程的微生物学458

实际应用459

第9章 废物资源化生物技术461

9.1可生物降解塑料PHAs461

PHAs的结构及性质461

合成PHAs的主要微生物464

合成途径及关键酶466

PHAs生产工艺471

PHAs合成的代谢工程476

PHB的降解及PHB解聚酶480

PHB生产的前景及展望481

9.2生产单细胞蛋白482

概述482

单细胞蛋白的化学组成483

生产单细胞蛋白的微生物485

生产单细胞蛋白的原料488

单细胞蛋白生产工艺489

单细胞蛋白生产中应该考虑的问题493

单细胞蛋白的安全性与营养评价494

第10章 环境生物监测与安全性评价496

10.1生物传感器简介496

生物传感器的基本组成和工作原理496

生物传感器的分类497

生物传感器的特点499

10.2生物传感器在环境监测中的应用499

BOD生物传感器499

免疫传感器506

DNA生物传感器511

其他生物传感器514

10.3 PCR技术518

概述518

PCR反应原理519

PCR反应的五要素520

PCR反应体系与反应条件522

PCR反应特性524

PCR技术的发展527

PCR技术在环境检测中的应用531

10.4 DNA芯片技术532

概述532

DNA芯片的类型533

DNA芯片的构建534

DNA芯片的作用原理538

DNA芯片的功能539

DNA芯片信号检测系统及数据分析540

DNA芯片技术的应用542

10.5分子标记技术548

分子标记的概念及种类548

DNA指纹图谱分析549

变性梯度凝胶电泳法552

10.6荧光原位杂交技术552

基本原理及特点552

FISH的发展历程553

FISH的主要步骤554

探针及其标记554

FISH技术检测水体中大肠菌群555

10.7分子生物学方法在废水微生物研究中的应用557

分子生物学方法提供的信息557

在废水微生物研究中的应用559

10.8现代生物技术的安全性问题562

生物安全简介562

转基因生物安全563

生物入侵及其控制564

10.9现代生物技术的伦理问题567

生态伦理问题567

社会伦理问题568

参考文献570