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。首先介绍了酶工程、基因工程、细胞工程和发酵工程的基本原理，然后分章介绍了生物技术在环境污染治理中的应用，内容涉及污染治理、污染预防、清洁能源、废物资源化、环境生物监测与安全性评价等。本书既注重基本知识、基本概念的介绍，也注重该领域的最新发展。本书为教育部推荐研究生教学用书，可作为环境及相关专业高年级本科生及研究生的教材和教学参考书，也可供相关专业教师及科技人员参考。
《现代环境生物技术》一书第1版自2001年出版以来，承蒙广大读者厚爱，此书已成为多所大学高年级本科生、研究生教材或教学参考书。在几年的使用过程中，我们不断收到读者对本书的肯定意见，也听到了不少对本书的建议。我们在自己的教学过程中，也深深感受到学生们对本课程的热情。他们以不懈的钻研精神努力学习，关注现代环境生物技术的发展，对课程及本书的内容提出了许多建设性的意见。环境生物技术近年来随着现代生物学理论及技术的发展，正处于快速发展阶段，不断产生着新的理论与方法。这些都促使我们鼓励自己，尽所能改编此书，使其内容更加系统、丰富，更适合读者的需求。
与此书的第1版相比，第2版我们重点做了以下修改：
（1） 增强了书的系统性与合理性，调整了一些章节中部分内容的顺序，使读者更容易学习与系统掌握生物技术的全貌。
（2） 增加了大量新内容，重点是近年来发展起来的一些新的理论与方法。
以此奉献给读者，希望为大家学习现代环境生物技术提供有益的帮助。
现代环境生物技术发展迅猛，我们十分清楚，无论如何努力，均不可能涵盖所有相关内容。我们期望不断对此书进行修改与完善。
作者在此衷心感谢读者，悉心倾听批评意见。
本书出版得到了光华基金会和清华大学核能与新能源技术研究院课程体系建设工作小组的支持，清华大学出版社为本书的出版提供了大力帮助，特此致谢。
第1章概述
1.1生物技术概论
1.1.1生物技术的定义
1.1.2传统生物技术与现代生物技术
1.1.3现代生物技术的发展
1.1.4现代生物技术的特点及研究内容
1.1.5现代生物技术的应用
1.2环境生物技术概论
1.2.1环境生物技术的定义
1.2.2现代环境生物技术的发展
1.2.3环境生物技术的研究范围
1.3本书内容
第2章酶工程
2.1概述
2.1.1对酶的认识历程
2.1.2酶及其应用研究发展
2.1.3酶工程的研究内容
2.2酶的催化特性
2.3酶作用原理
2.3.1酶的分类及命名
2.3.2酶催化反应原理
2.3.3酶催化反应的影响因素
2.4酶催化反应动力学
2.4.1底物浓度对酶催化反应速度的影响
2.4.2Briggs和Haldane的稳态处理法
2.4.3关于米-门方程的讨论
2.4.4米氏常数的意义
2.4.5米氏常数的求法
2.5酶的抑制作用
2.5.1抑制作用及其类型
2.5.2区分可逆和不可逆抑制作用的动力学方法
2.5.3竞争性抑制作用
2.5.4非竞争性抑制作用
2.5.5反竞争抑制作用
2.5.6底物抑制作用
2.6酶的生产及分离纯化
2.6.1酶的生产
2.6.2酶的分离纯化
2.7酶分子修饰
2.7.1酶分子的化学修饰
2.7.2酶分子的生物修饰
2.8酶固定化
2.8.1固定化方法
2.8.2固定化酶性质的变化
2.9酶反应器
2.9.1酶反应器的类型
2.9.2酶反应器的设计原则
2.10环境污染治理中的重要酶及应用举例
2.10.1腈化物降解酶
2.10.2氨氧化酶
2.10.3酶在废水处理中的应用
2.10.4酶在土壤修复中的应用
2.11酶工程发展展望
第3章基因工程
3.1基因工程的发展
3.2基因工程的分子生物学基础
3.2.1DNA的结构与功能
3.2.2DNA的变性、复性与杂交
3.2.3遗传信息的传递方向——中心法则
3.3基因工程概要
3.3.1基因工程的概念
3.3.2基因工程的实验步骤
3.3.3基因工程操作的基本技术
3.4基因工程工具酶
3.4.1限制性内切酶
3.4.2连接酶
3.4.3修饰酶
3.5基因工程载体
3.5.1载体的必备条件
3.5.2载体的分类
3.5.3用于原核生物宿主的载体
3.5.4用于真核生物宿主的载体
3.5.5用于植物宿主的载体
3.5.6用于动物宿主的载体
3.6目的基因的获得
3.6.1概述
3.6.2目的基因的获得方法
3.6.3原核生物目的基因的获得
3.6.4真核生物目的基因的获得
3.7目的基因的转移
3.7.1受体细胞及其分类
3.7.2目的基因的导入方法
3.8重组体的筛选
3.8.1传统生物学方法
3.8.2核酸杂交法
3.8.3印迹技术
3.9DNA序列分析
3.9.1MaxamGilbert化学降解法
3.9.2Sanger双脱氧法
3.10基因工程微生物在污染治理中的应用
3.10.1微生物基因改造的主要目标及手段
3.10.2基因工程微生物的主要应用
第4章细胞工程
4.1细胞工程基础知识
4.1.1细胞的大小及分类
4.1.2细胞周期
4.2微生物细胞工程
4.2.1微生物细胞工程的主要内容
4.2.2微生物细胞融合的基础知识
4.2.3原核细胞的原生质体融合
4.2.4真核细胞的原生质体融合
4.3植物细胞工程
4.3.1植物组织培养
4.3.2植物原生质体制备
4.3.3植物原生质体培养
4.3.4植物原生质体融合
4.4动物细胞工程
4.4.1动物细胞培养
4.4.2动物细胞融合
4.4.3单克隆抗体的制备
4.4.4细胞拆合
4.5细胞融合技术在污染治理中的应用
4.5.1动物细胞融合技术的应用
4.5.2植物细胞融合技术的应用
4.5.3微生物细胞融合技术的应用
4.6抗性植物在生物修复中的应用
4.6.1植物对非生物胁迫应答的机制
4.6.2植物修复原理
4.6.3重金属污染的植物修复
4.6.4有机污染物的植物修复
4.7抗体技术在污染治理中的应用
4.7.1抗体片段的开发
4.7.2免疫分析和环境监测
4.7.3去除微量持久性有机污染物
4.8微生物表面展示技术在重金属污染治理中的应用
4.8.1微生物表面展示技术
4.8.2重金属污染治理
第5章发酵工程
5.1概述
5.1.1发酵的含义
5.1.2发酵工业的回顾
5.1.3发酵工程的内容
5.1.4发酵工程的应用
5.2发酵的基本过程
5.3菌种选育
5.3.1菌种分离、筛选的原则与步骤
5.3.2自然选育
5.3.3诱变育种
5.4发酵工艺
5.4.1发酵类型
5.4.2发酵方法
5.4.3发酵方式
5.5发酵生物反应器
5.6发酵过程监测
5.6.1监测参数
5.6.2监测技术
5.7发酵动力学
5.7.1发酵动力学研究内容
5.7.2发酵动力学研究方法
5.7.3微生物生长动力学
5.7.4产物形成动力学
5.8发酵过程优化及控制
5.8.1发酵过程的建模
5.8.2非结构模型
5.8.3结构模型
5.8.4发酵过程控制
5.9下游处理
5.10发酵与产物分离耦联技术
5.10.1耦联方式
5.10.2耦联技术的应用
5.11代谢控制发酵
5.11.1代谢控制发酵的发展
5.11.2代谢控制发酵的理论基础
5.11.3代谢控制发酵的设计思路
5.12固态发酵及固体废弃物处理
5.12.1固态发酵
5.12.2固态发酵生物反应器类型及特征
5.12.3堆肥
5.13发酵工业的发展趋势
第6章污染治理生物技术
6.1生物处理技术概述
6.1.1生物处理的基本原理
6.1.2微环境的概念及意义
6.1.3微生物催化降解的必要条件
6.1.4影响生物降解的因素
6.1.5生物处理过程控制
6.1.6生物处理过程的重要结构
6.2废水生物处理新技术
6.2.1生物脱氮除磷
6.2.2高效生物膜处理系统
6.2.3膜-生物反应器
6.2.4序批式反应器
6.2.5升流式厌氧污泥床
6.2.6折流式厌氧反应器
6.3生物修复技术
6.3.1生物修复技术基础
6.3.2土壤污染的生物修复技术
6.3.3地下水污染的生物修复技术
6.3.4生物修复技术进展
6.4固体废弃物生物处理及处置技术
6.4.1概述
6.4.2堆肥
6.4.3填埋技术
6.5大气污染的生物治理技术
6.5.1生物法净化有机废气的原理
6.5.2有机废气生物处理的工艺与应用
6.5.3二氧化碳的微生物固定
6.5.4生物法净化有机废气的现状及需解决的问题
6.6有害有机污染物的现代生物处理技术
6.6.1有害有机污染物降解的生态学基础
6.6.2卤代烃类降解
6.6.3农药降解
6.6.4洗涤剂降解
6.6.5石油污染物治理
6.7重金属的生物处理技术
6.7.1生物吸附原理
6.7.2生物吸附剂
6.7.3生物吸附的影响因素
6.7.4生物吸附动力学
6.7.5生物吸附应用中需注意的问题
6.7.6重金属阴离子的生物吸附
6.7.7重金属污染的植物修复
第7章污染预防生物技术
7.1化石燃料的生物脱硫
7.1.1硫的形态及脱硫方法
7.1.2脱硫微生物及脱硫机理
7.1.3微生物脱硫工艺及其特性
7.1.4微生物脱硫的经济性分析
7.1.5微生物脱硫的现状及发展
7.2化石燃料的生物脱氮
7.2.1化石燃料中的含氮芳香族化合物
7.2.2含氮污染物的生物转化
7.2.3生物技术用于化石燃料脱氮
7.3生物制浆与生物漂白
7.3.1概述
7.3.2生物制浆
7.3.3生物漂白
7.3.4生物漂白的几种酶
7.3.5发展趋势
7.4矿冶生物技术——微生物湿法冶金
7.4.1湿法冶金所用微生物
7.4.2微生物湿法冶金原理
7.4.3难浸金矿石的微生物处理
7.4.4微生物湿法冶金的机理
7.4.5微生物湿法冶金的分子生物学研究
7.5生物合成替代化工合成
第8章生物技术与能源
8.1概述
8.2微生物与石油开采
8.2.1油藏微生物
8.2.2微生物采油的发展历史
8.2.3微生物勘探石油
8.2.4微生物二次采油
8.2.5微生物三次采油
8.2.6微生物采油机理
8.2.7采油微生物的选育及性能评价
8.2.8油藏微生物分子生态学研究
8.3有机废弃物生产乙醇
8.3.1燃料乙醇的优势
8.3.2木质纤维的组成及其利用
8.3.3纤维素生物质的预处理及水解
8.3.4利用淀粉和其他含糖废液生产乙醇
8.3.5利用纤维素生产乙醇的发酵工艺
8.3.6生物质发酵生产乙醇的发展前景
8.4微生物燃料电池
8.4.1微生物燃料电池工作原理
8.4.2微生物燃料电池中的微生物代谢反应
8.4.3微生物燃料电池中的电子传递机制
8.5微生物制氢
8.5.1光合微生物产氢
8.5.2厌氧发酵产氢
8.5.3固定化微生物产氢
8.5.4生物产氢的前景展望
8.6微生物产甲烷
8.6.1产甲烷的生化机理
8.6.2厌氧反应热力学分析
8.6.3厌氧消化过程的微生物学
8.6.4实际应用
第9章废物资源化生物技术
9.1可生物降解塑料PHAs
9.1.1PHAs的结构及性质
9.1.2合成PHAs的主要微生物
9.1.3合成途径及关键酶
9.1.4PHAs生产工艺
9.1.5PHAs合成的代谢工程
9.1.6PHB的降解及PHB解聚酶
9.1.7PHB生产的前景及展望
9.2生产单细胞蛋白
9.2.1概述
9.2.2单细胞蛋白的化学组成
9.2.3生产单细胞蛋白的微生物
9.2.4生产单细胞蛋白的原料
9.2.5单细胞蛋白生产工艺
9.2.6单细胞蛋白生产中应该考虑的问题
9.2.7单细胞蛋白的安全性与营养评价
第10章环境生物监测与安全性评价
10.1生物传感器简介
10.1.1生物传感器的基本组成和工作原理
10.1.2生物传感器的分类
10.1.3生物传感器的特点
10.2生物传感器在环境监测中的应用
10.2.1BOD生物传感器
10.2.2免疫传感器
10.2.3DNA生物传感器
10.2.4其他生物传感器
10.3PCR技术
10.3.1概述
10.3.2PCR反应原理
10.3.3PCR反应的五要素
10.3.4PCR反应体系与反应条件
10.3.5PCR反应特性
10.3.6PCR技术的发展
10.3.7PCR技术在环境检测中的应用
10.4DNA芯片技术
10.4.1概述
10.4.2DNA芯片的类型
10.4.3DNA芯片的构建
10.4.4DNA芯片的作用原理
10.4.5DNA芯片的功能
10.4.6DNA芯片信号检测系统及数据分析
10.4.7DNA芯片技术的应用
10.5分子标记技术
10.5.1分子标记的概念及种类
10.5.2DNA指纹图谱分析
10.5.3变性梯度凝胶电泳法
10.6荧光原位杂交技术
10.6.1基本原理及特点
10.6.2FISH的发展历程
10.6.3FISH的主要步骤
10.6.4探针及其标记
10.6.5FISH技术检测水体中大肠菌群
10.7分子生物学方法在废水微生物研究中的应用
10.7.1分子生物学方法提供的信息
10.7.2在废水微生物研究中的应用
10.8现代生物技术的安全性问题
10.8.1生物安全简介
10.8.2转基因生物安全
10.8.3生物入侵及其控制
10.9现代生物技术的伦理问题
10.9.1生态伦理问题
10.9.2社会伦理问题
参考文献
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