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第1章 绪论1

1.1 生物工程的学科基础1

1.2 生物工程的研究领域2

1.2.1 基因工程2

1.2.2 细胞工程3

1.2.3 酶工程3

1.2.4 发酵工程4

1.2.5 生物分离工程5

1.3 生物工程的服务领域6

1.3.1 人类健康6

1.3.2 农业7

1.3.3 资源和能源8

1.3.4 环境保护9

第2章 基因工程10

2.1 概述10

2.1.1 基因工程的诞生10

2.1.2 基因工程的内容11

2.2 基因工程的理论基础13

2.2.1 DNA的结构与功能13

2.2.2 DNA的变性、复性与杂交15

2.2.3 遗传信息的传递方向——中心法则15

2.2.4 基因的表达与调控16

2.3 基因工程工具酶18

2.3.1 限制性内切酶19

2.3.2 连接酶19

2.3.3 其他基因工程的工具酶20

2.4 基因工程载体20

2.4.1 基因工程载体的定义20

2.4.2 用于原核生物宿主的载体21

2.4.3 用于真核生物宿主的载体23

2.4.4 用于植物宿主的载体25

2.4.5 用于动物宿主的载体27

2.4.6 基因工程载体的必备条件和简单分类27

2.5 目的基因的获得27

2.5.1 原核生物目的基因的获得28

2.5.2 真核生物目的基因的获得30

2.6 目的基因与载体DNA的连接32

2.6.1 黏性末端DNA片段的连接32

2.6.2 非互补黏性末端或平端DNA片段的连接32

2.6.3 连接反应的效率33

2.7 目的基因导入受体细胞34

2.7.1 受体细胞34

2.7.2 重组DNA分子导入受体细胞35

2.8 重组体的筛选37

2.8.1 利用抗生素抗性基因37

2.8.2 营养缺陷互补法38

2.8.3 核酸杂交法38

2.8.4 通过免疫反应筛选39

2.8.5 通过酶活性筛选39

2.9 目的基因的高效表达39

2.9.1 概述39

2.9.2 影响目的基因表达的基本因素40

2.9.3 目的基因的不溶性高效表达41

2.9.4 目的基因的高效可溶性表达41

2.9.5 目的基因的高效分泌型表达41

2.9.6 基因工程宿主菌的改造42

2.9.7 利用细胞培养工程手段提高基因表达水平43

2.10 基因工程的应用与发展前景45

2.10.1 基因工程制药47

2.10.2 基因组工程48

主要参考书目51

思考题51

第3章 细胞工程53

3.1 概述53

3.2 动物细胞培养54

3.2.1 哺乳动物细胞种类及其性能54

3.2.2 动物细胞培养的环境特性58

3.2.3 动物细胞大规模培养60

3.2.4 昆虫细胞培养63

3.3 植物细胞大规模培养63

3.3.1 植物细胞株的建立与培养64

3.3.2 植物细胞培养的细胞生理特性67

3.3.3 植物细胞培养生物反应器的研究68

3.3.4 植物细胞培养的应用70

3.3.5 植物细胞培养的发展趋势72

3.4 转基因动植物73

3.4.1 转基因动物73

3.4.2 转基因植物76

3.5 干细胞技术80

3.5.1 干细胞分类80

3.5.2 干细胞的分离与培养81

3.5.3 干细胞的研究进展81

3.5.4 干细胞的应用前景和障碍83

3.6 组织工程85

3.6.1 组织工程概述85

3.6.2 组织工程的构建86

3.6.3 组织工程的展望88

思考题88

主要参考书目89

第4章 酶工程90

4.1 概述90

4.2 酶的命名和分类91

4.2.1 国际系统分类法92

4.2.2 国际系统命名法92

4.2.3 酶的活力和活力单位93

4.3 酶的化学本质、来源和生产93

4.3.1 酶的化学本质93

4.3.2 酶的来源和生产95

4.4 酶催化反应机理及反应动力学98

4.4.1 酶催化反应的特点98

4.4.2 酶催化反应的机理99

4.4.3 酶催化反应的速率理论100

4.4.4 酶催化反应动力学102

4.5 酶的固定化和固定化酶反应器105

4.5.1 酶的固定化105

4.5.2 固定化酶反应器106

4.6 酶工程的应用107

4.6.1 酶法生产高果糖浆109

4.6.2 酶法合成丙烯酰胺110

4.6.3 酶法生产L-氨基酸和有机酸110

4.6.4 酶法合成半合成抗生素生产的重要中间体111

4.6.5 酶用于光学活性化合物的制备112

4.6.6 酶用于疾病诊断和治疗113

4.6.7 生物传感器和蛋白质芯片114

4.6.8 酶在基因工程中的应用115

4.7 酶工程的研究进展116

4.7.1 酶的修饰和蛋白质工程116

4.7.2 酶的新用途——靶酶及酶标药物117

4.7.3 非水系统中的酶催化117

4.7.4 酶法固氮118

4.7.5 极端酶的研究和应用118

4.7.6 人工合成酶和模拟酶119

4.7.7 核酸酶120

4.7.8 抗体酶121

思考题122

主要参考书目123

第5章 微生物工程124

5.1 微生物工程的发展史125

5.1.1 显微镜与微生物的发现126

5.1.2 微生物与发酵127

5.1.3 微生物纯种培养技术128

5.1.4 丙酮／丁醇发酵和甘油发酵129

5.1.5 青霉素的发现与青霉素发酵的工业化129

5.1.6 微生物工程的发展131

5.2 常见的工业微生物132

5.2.1 细菌132

5.2.2 放线菌136

5.2.3 酵母137

5.2.4 霉菌138

5.3 微生物育种技术140

5.3.1 诱变育种141

5.3.2 代谢工程育种143

5.3.3 DNA重排与基因组重排育种144

5.4 微生物的营养和生长146

5.5 发酵工业的生产流程148

5.5.1 原料预处理148

5.5.2 发酵培养基的配制和灭菌148

5.5.3 无菌空气制备149

5.5.4 微生物种子的制备149

5.5.5 发酵过程的操作方式150

5.5.6 发酵产品及其分离提纯工艺152

5.6 生物反应器和反应动力学153

5.6.1 搅拌罐153

5.6.2 鼓泡塔154

5.6.3 气升式反应器154

5.6.4 流化床反应器和填充床反应器155

5.6.5 发酵过程的检测和控制156

5.6.6 发酵过程动力学和传质156

5.7 微生物发酵产品158

5.7.1 大宗及精细化学产品158

5.7.2 有机酸、氨基酸及其他食品添加剂159

5.7.3 酶制剂162

5.7.4 医药及检测试剂163

5.7.5 农用和兽用生物制品164

5.7.6 由微生物发酵生产的多糖和聚羟基链烷酸165

5.8 资源和能源领域中的微生物工程166

5.8.1 微生物冶金166

5.8.2 磷矿的微生物处理167

5.8.3 微生物与石油资源的开采和利用167

5.8.4 从生物量到能源168

思考题169

主要参考书目169

第6章 环境生物工程170

6.1 环境污染及其现状170

6.1.1 环境污染170

6.1.2 环境污染的分类170

6.1.3 大气污染与温室效应171

6.1.4 水体污染172

6.1.5 土壤污染173

6.1.6 环境污染的特征及危害173

6.1.7 环境污染源及优先污染物174

6.1.8 我国环境污染现状175

6.1.9 废水、大气质量指标与排放标准177

6.2 微生物在自然界物质循环中的作用178

6.2.1 碳元素循环178

6.2.2 氮素循环179

6.2.3 硫元素循环181

6.2.4 磷元素循环182

6.3 环境保护中常见的微生物群及其相互作用183

6.3.1 好氧微生物群183

6.3.2 厌氧微生物群185

6.3.3 环境中微生物的相互作用189

6.4 影响污染物生物降解的因素191

6.4.1 污染物的生物可降解性191

6.4.2 影响生物降解的因素193

6.5 典型有机污染物的生物降解机理195

6.5.1 卤代有机物的生物降解195

6.5.2 降解木质素及多环芳烃的微生物196

6.6 污染物在生态系统中的生物自净原理198

6.6.1 水体的自净198

6.6.2 土壤的自净199

6.6.3 空气的自净199

6.7 污水好氧生物处理200

6.7.1 活性污泥法基本概念200

6.7.2 活性污泥指标及参数201

6.7.3 活性污泥吸附与氧化阶段201

6.7.4 影响活性污泥活性的主要因素202

6.7.5 常用活性污泥处理工艺的类型和特点202

6.8 污水厌氧生物处理203

6.8.1 影响厌氧生物处理的主要因素204

6.8.2 厌氧生物处理工艺与反应器206

6.9 生物脱氮脱磷209

6.9.1 生物脱氮工艺209

6.9.2 生物除磷210

6.9.3 废水的同步脱氮除磷工艺212

6.10 废气生物净化与生物脱硫212

6.10.1 废气生物净化212

6.10.2 生物脱硫214

6.11 污染环境的生物修复216

6.11.1 微生物生物修复216

6.11.2 影响微生物修复的因素219

6.11.3 污染环境的植物修复220

6.11.4 生物修复的典型工程实例221

思考题221

主要参考书目222