现代环境生物技术与应用

 

现代环境生物技术是现代生物技术与环境科学紧密结合形成的新兴交叉学科。本书系统讲述了现代生物技术的主要内容及其在环境学科中的重要应用，以环境污染与生物技术之间的互动为核心，结合一些热点问题，对环境生物技术在环境保护领域污染治理中的应用进行了探讨。书中主要介绍了酶工程、基因工程、细胞工程、发酵工程和蛋白质工程五大工程的基本原理，以及五大工程在环境污染治理中的应用，内容涉及环境生物技术、污染治理和预防、废物资源化利用、环境生物监测相关方法及对象以及安全性评价等。

赵远，1991年参加工作，主要从事遗传育种和分子生物学及环境微生物技术等教学与科研工作，2008年4月进入清华大学博士后流动站从事工业生态学与环境微生物技术科研工作，2010年6月进入常州大学环境学院工作。曾为本科生、研究生主讲《分子生物学》、《环境微生物学》、《植物学》和《生命科学前沿技术》等课程。2005年开始指导研究生工作。在二十多年的研究工作中，主持或参加了各种科技部或省科技厅科技攻关项目9项，国家自然科学基金或省自然科学基金4项，国家风险基金项目2项，973、863项目2项，以及其他一些项目。同时获得省部级及市厅级奖项5项，发表文章40多篇，其中第一作者二十余篇。

第一章绪论（1）
第一节生物技术概论（1）
一、生物技术的定义（1）
二、生物技术的发展（1）
三、生物技术的应用（2）
第二节环境生物技术概论（3）
一、环境生物技术的定义（3）
二、环境生物技术的优势（3）
三、环境生物技术的研究内容（3）
四、环境生物技术应用的研究进展（3）
第三节现代环境生物技术（4）
一、现代环境生物技术的发展（4）
二、现代环境生物技术的特点（5）
第四节本书概述（6）
参考文献（7）
第二章酶工程（8）
第一节酶的基本概念（8）
一、酶的命名（9）
二、蛋白类酶(P酶)的分类（9）
三、核酸类酶(R酶)的分类（11）
四、酶的组成（13）
第二节酶的催化特性（14）
一、酶催化作用的专一性（14）
二、酶催化作用的高效性（14）
三、酶催化作用的条件（15）
第三节酶作用原理（15）
一、酶分子的结构基础（15）
二、酶作用原理（16）
第四节酶催化反应动力学（18）
一、米氏方程的提出（18）
二、米氏方程的推导（19）
三、米氏方程的讨论（20）
四、米氏常数Km的意义（22）
第五节酶促反应的影响因素（23）
一、酶浓度对酶促反应的影响（23）
二、底物浓度对酶促反应的影响（24）
三、温度对酶作用的影响（24）
四、pH对酶促反应的影响（25）
五、抑制剂对酶促反应的影响（26）
六、激活剂对酶促作用的影响（28）
第六节酶的生产及分离纯化（28）
一、酶的生产（29）
二、产酶菌种要求（30）
三、提高酶产量的方法（32）
四、打破酶合成调节机制的方法（33）
五、酶的分离纯化的基本原则（34）
六、酶的分离纯化（34）
第七节酶工程研究进展（36）
一、酶的应用研究进展（36）
二、酶学理论研究（37）
三、酶工程研究的重要意义（38）
第八节酶工程的应用（39）
一、酶工程在医药方面的应用（39）
二、酶工程在食品方面的应用（42）
三、酶在轻工、化工产品制造方面的应用（46）
四、酶在环境保护方面的应用（49）
参考文献（52）
第三章基因工程（54）
第一节基因工程概述（54）
一、基因工程的发展（54）
二、基因工程的内容（56）
第二节基因技术的分子生物学基础（58）
一、DNA结构和功能（58）
二、DNA的存在形式（70）
三、DNA信息传递链的复制（72）
四、DNA的变性、复性和杂交（73）
五、特定基因片段的PCR扩增（75）
六、遗传信息的传递和中心法则（76）
第三节基因工程工具酶（77）
一、性核酸内切酶（77）
二、连接酶（79）
三、DNA聚合酶（80）
四、DNA修饰酶（80）
第四节基因工程载体（81）
一、质粒克隆载体（82）
二、病毒(噬菌体)克隆载体（84）
三、染色体定位克隆载体（87）
四、人工染色体克隆载体（87）
五、特殊用途的染色体载体（88）
第五节目的基因的获得（88）
一、基因的概念（88）
二、目的基因的来源（89）
三、获得目的基因的途径（89）
第六节目的基因的转移（96）
一、基因表达载体的构建（96）
二、将目的基因导入受体细胞（97）
第七节重组体的筛选（100）
一、表型特征筛选(遗传检测法)（101）
二、菌落(噬菌斑)原位杂交筛选（104）
三、免疫学方法筛选（106）
四、结构分析筛选（106）
五、转译筛选（107）
第八节基因工程技术与方法（108）
一、凝胶电泳技术（108）
二、杂交技术（109）
三、PCR技术（110）
四、生物芯片（112）
五、基因文库构建（113）
六、酵母双杂交系统（113）
七、DNA测序（114）
第九节分子生态技术（115）
一、原位荧光杂交(FISH)（115）
二、变性梯度凝胶电泳(DGGE)（115）
三、末端性酶切(T-RFLP)（116）
四、长度异质性PCR(LH-PCR)（116）
五、核糖体基因间隔序列分析(ribosoma lintergenic spacer analysis，RISA)（116）
六、单链构象多态性分析(single-strand conformation polymorphism，SSCP)（116）
七、定量实时PCR(quantitative real-time PCR)（117）
第十节转基因技术(transgenic technology)（117）
一、发展历史（117）
二、技术目的（118）
三、主要分类（118）
四、技术原理（119）
五、遗传转化方法（121）
六、鉴别方法（122）
七、转基因技术的应用（123）
八、管理措施（130）
第十一节基因工程在污染治理中的应用（131）
一、在重金属污染治理上的应用（131）
二、在农药污染治理上的应用（132）
三、在石油污染治理上的应用（133）
四、在表面活性剂污染治理上的应用（134）
五、在农业污染治理上的应用（134）
六、在废水污染物治理中的应用（135）
参考文献（135）
第四章细 胞 工 程（137）
第一节细胞工程基础知识（137）
一、细胞工程的基本概念（137）
二、细胞工程的发展历程（138）
三、细胞工程的研究内容（139）
四、细胞工程的发展前景（142）
第二节微生物细胞工程（142）
一、微生物细胞融合（143）
二、真菌的原生质体融合（146）
三、微生物发酵（146）
四、微生物细胞工程中的应用（148）
第三节植物细胞工程（149）
一、植物细胞工程的基本原理（150）
二、植物组织培养（151）
三、植物细胞工程的实际应用（152）
四、植物的胚胎培养与离体授粉（157）
五、植物种质资源的超低温保存（158）
第四节动物细胞工程（160）
一、动物细胞培养所需的基本条件（161）
二、动物细胞工程常用技术（161）
三、动物细胞染色体工程（165）
四、胚胎工程（168）
第五节细胞工程的应用（171）
一、农业（172）
二、医药卫生（173）
三、工业（174）
四、环境保护（174）
五、能源（178）
参考文献（179）
第五章发酵工程（180）
第一节发酵工程概述（180）
一、发酵的概念（180）
二、发酵工程的概念（180）
三、发酵工程的历史发展（181）
四、发酵类型（182）
五、发酵工程的特点（183）
六、发酵工程菌种的特点（184）
七、发酵技术的应用（185）
第二节微生物发酵过程（185）
一、微生物发酵过程的类型（185）
二、发酵工业中的常用微生物（186）
三、发酵工业培养基（189）
四、发酵的一般过程（194）
第三节菌种选育（195）
一、菌种的来源（195）
二、菌种的分离筛选（196）
三、菌种的选育（197）
第四节发酵生物反应器（197）
一、液体好氧发酵罐（198）
二、液体厌氧发酵罐（203）
三、固态发酵反应器（204）
四、新型生物反应器（205）
五、生物反应器设计原则（207）
六、发酵动力学（208）
第五节发酵过程监测（208）
一、菌体浓度的影响及控制（208）
二、基质的影响及控制（209）
三、温度对发酵的影响及控制（210）
四、pH值的影响及控制（211）
五、溶氧的影响及控制（212）
六、CO2的影响及其控制（213）
七、发酵终点的判断（214）
第六节发酵过程检测与优化（214）
一、发酵过程检测（215）
二、发酵过程优化（216）
第七节发酵工业的发展趋势（217）
一、我国发酵工业的现状（217）
二、我国发酵工业存在的问题（219）
三、我国发酵工业未来发展趋势（220）
参考文献（221）
第六章蛋白质工程（222）
第一节概述（222）
一、蛋白质工程的基本途径（222）
二、蛋白质工程的研究核心内容（223）
三、蛋白质工程的基本程序（224）
第二节蛋白质设计（225）
一、蛋白质分子设计的原理（226）
二、蛋白质分子设计的原则（228）
三、蛋白质分子设计的流程（229）
四、蛋白质分子设计的类型及方法（230）
第三节蛋白质分子特异性（230）
一、蛋白质结构的基本条件（230）
二、蛋白质的一级结构（232）
三、蛋白质的高级结构（232）
四、蛋白质分子间的相互关系（233）
五、蛋白质分子构象与功能的关系（235）
第四节蛋白质工程原理（235）
一、蛋白质工程的理论研究（236）
二、基因水平改造蛋白质（236）
第五节蛋白质的纯化和鉴定技术（239）
一、蛋白质的分离纯化原理及步骤（239）
二、电泳技术（244）
三、萃取技术（247）
四、色谱技术（248）
五、二维电泳技术（2-DE技术）（249）
六、质谱技术（250）
七、层析技术（251）
八、透析技术（252）
第六节蛋白质工程应用（254）
一、干扰素的保存（254）
二、生产单体速效胰岛素（254）
三、水蛭素改造（254）
四、生长激素改造（255）
五、治癌酶的改造（255）
六、蛋白质技术在石油化工领域的应用（255）
七、蛋白质工程的前景（258）
参考文献（258）
第七章现代生物技术研究与应用进展（260）
第一节现代生物技术研究与应用概述（260）
一、细胞工程研究进展（260）
二、酶工程研究进展（261）
三、发酵工程研究进展（261）
四、基因工程研究进展（262）
五、蛋白质工程研究进展（263）
第二节现代生物技术在废水处理中的研究进展（264）
一、微生物处理污水的机制（264）
二、污水处理中的特殊微生物（265）
三、污水处理的主要装置（265）
四、现代生物技术在废水治理中的应用和发展（267）
第三节现代生物技术在环境生物监测中的应用（270）
一、生物监测的基本概念（270）
二、现代生物技术分析（271）
三、现代生物技术在环境监测中的实践（276）
第四节现代生物技术在大气污染中研究进展（278）
一、大气污染（278）
二、主要大气污染物（279）
三、环境影响因素（280）
四、大气污染危害（281）
五、现代生物技术在大气污染中的研究（282）
第五节现代生物技术在土壤污染治理中的研究进展（285）
一、土壤污染物（285）
二、土壤环境背景值研究（287）
三、微生物修复技术（288）
四、植物修复技术（292）
五、微生物-植物修复技术（294）
六、高通量测序技术（304）
第六节现代生物技术在固体废弃物处理的研究进展（306）
一、概述（306）
二、堆肥（307）
三、填埋技术（307）
第七节生物采油技术（309）
一、微生物勘探石油的发展历史及原理（310）
二、生物采油存在的问题及发展趋势（312）
三、生物采油技术工程实例（313）
第八节现代生物技术的安全性问题（317）
第九节现代生物技术的伦理问题（317）
参考文献（318）