1 绪论 1
1.1 生物工程的概念及特点 1
1.2 生物工程的研究内容 2
1.2.1 发酵工程 2
1.2.2 细胞工程 3
1.2.3 基因工程 4
1.2.4 酶工程 6
1.2.5 生物反应工程 7
2 微生物与发酵工程 9
2.1 微生物概述 9
2.1.1 什么是微生物 9
2.1.2 微生物的特性 9
2.1.3 微生物按结构特征的分类 11
2.2 微生物的培养条件与培养基 11
2.2.1 微生物的培养条件 11
2.2.2 培养基 15
2.3 常见的工业微生物 19
2.3.1 细菌 19
2.3.2 放线菌 20
2.3.3 真菌 21
2.4 微生物常见的发酵过程 26
2.4.1 分批发酵 26
2.4.2 补料-分批发酵 28
2.4.3 半连续发酵 28
2.4.4 连续发酵 28
2.5 发酵条件的影响及其控制 29
2.5.1 培养基对发酵的影响及其控制 29
2.5.2 培养基的灭菌情况对发酵的影响 30
2.5.3 种子的培养对发酵的影响 30
2.5.4 温度对发酵的影响 31
2.5.5 pH对发酵的影响 32
2.5.6 溶解氧对发酵的影响 33
2.5.7 发酵终点的判断 34
参考文献 35
3 细胞工程 36
3.1 细胞工程简介 36
3.1.1 细胞工程发展简史 36
3.1.2 细胞工程主要应用 38
3.2 植物细胞培养技术 38
3.2.1 植物细胞的培养条件 39
3.2.2 植物细胞的悬浮培养 39
3.2.3 植物细胞或原生质体的固定化培养 45
3.2.4 植物细胞培养与次级代谢产物制备 46
3.3 植物组织培养技术 48
3.3.1 植物组织的培养方式 49
3.3.2 植物组织培养的问题分析 51
3.3.3 植物组织培养与次级代谢产物制备 52
3.4 动物细胞培养技术 54
3.4.1 动物细胞的培养条件 54
3.4.2 动物细胞的原代与传代培养 57
3.4.3 动物细胞的培养方式 61
3.4.4 动物细胞的冻存和复苏 63
3.4.5 动物细胞生物制药 65
3.5 细胞工程操作技术 69
3.5.1 细胞融合 69
3.5.2 细胞核移植 72
3.5.3 染色体工程 75
3.5.4 胚胎工程 79
参考文献 82
4 基因工程 83
4.1 基因工程概述 83
4.1.1 基因工程的概念 83
4.1.2 基因工程的发展简史 83
4.1.3 基因工程的研究内容 87
4.1.4 基因工程的研究意义 87
4.2 基因工程的工具酶 88
4.2.1 限制性核酸内切酶 88
4.2.2 DNA连接酶 93
4.2.3 DNA聚合酶 95
4.2.4 修饰酶类 97
4.3 基因工程的载体 99
4.3.1 质粒克隆载体 100
4.3.2 噬菌体载体 102
4.3.3 柯斯质粒载体 103
4.3.4 YAC载体 103
4.4 DNA重组技术的基本过程 104
4.4.1 目的基因的制取 105
4.4.2 目的基因与载体DNA的连接 107
4.4.3 DNA重组体导入受体细胞 109
4.4.4 重组体的筛选 111
4.5 基因工程的技术及应用 114
4.5.1 外源基因在大肠杆菌中的表达 114
4.5.2 外源基因在酵母中的表达 116
4.5.3 转基因动物 119
4.5.4 转基因植物 122
4.5.5 基因治疗 124
参考文献 126
5 酶与酶工程 127
5.1 酶工程概述 127
5.1.1 酶与酶工程的概念 127
5.1.2 酶的分类、命名和结构特征 127
5.1.3 酶的活力和活力单位 129
5.2 酶的生产 130
5.2.1 动植物细胞培养产酶 130
5.2.2 微生物发酵产酶 134
5.2.3 提高酶产量的方法 137
5.3 酶的分离纯化 138
5.3.1 酶分离纯化的一般程序 138
5.3.2 酶分离提取的条件 139
5.3.3 酶溶液的制备 139
5.3.4 酶的分离纯化 140
5.3.5 酶的结晶 143
5.3.6 酶的制剂与保存 144
5.4 酶的固定化 145
5.4.1 固定化酶概述 145
5.4.2 酶的固定化方法 146
5.4.3 固定化酶的形态和性质 148
5.5 酶的分子修饰 149
5.5.1 酶的化学修饰 149
5.5.2 酶的物理修饰 152
5.6 酶的应用 152
5.6.1 酶在轻工领域的应用 152
5.6.2 酶在食品领域的应用 154
5.6.3 酶在医药领域的应用 154
5.6.4 酶在环境污染治理领域的应用 157
5.6.5 酶在能源开发领域的应用 158
参考文献 160
6 生物反应工程 161
6.1 酶催化反应动力学 161
6.1.1 均相酶催化反应动力学 161
6.1.2 抑制作用的酶催化反应动力学 167
6.1.3 固定化酶催化反应动力学 172
6.1.4 影响酶催化活性的因素 175
6.2 细胞生长反应动力学 178
6.2.1 细胞反应过程计量学 179
6.2.2 细胞生长动力学的非结构模型 182
6.2.3 底物消耗与产物生成动力学 189
6.2.4 细胞反应动力学的结构模型 194
6.3 生物反应器的操作模型 196
6.3.1 反应器操作基础 197
6.3.2 分批式操作 197
6.3.3 流加式操作 200
6.3.4 连续式操作 201
6.4 生物反应器的传递过程 205
6.4.1 生物反应体系的流变学特性 205
6.4.2 生物反应器的传递过程 209
6.4.3 体积传质系数的测定及其影响因素 212
6.4.4 溶氧方程与溶氧速率的调节 219
参考文献 219
7 生物工程常见基础设备 220
7.1 灭菌除菌设备 220
7.1.1 连消塔 220
7.1.2 维持罐 222
7.1.3 空气过滤器 222
7.2 分离提纯设备 225
7.2.1 精馏装置 226
7.2.2 萃取装置 229
7.2.3 蒸发装置 233
7.2.4 干燥装置 238
7.2.5 过滤装置 242
7.2.6 离心装置 244
7.3 微生物发酵设备 246
7.3.1 通风发酵设备 247
7.3.2 嫌气发酵设备 252
7.4 酶生物反应器 259
7.4.1 搅拌罐式反应器 259
7.4.2 填充床式反应器 260
7.4.3 流化床式反应器 261
7.4.4 鼓泡式反应器 262
7.4.5 膜式反应器 262
参考文献 263
8 生物工程学科前沿 264
8.1 生物降解塑料及其生物降解 264
8.1.1 生物降解塑料 264
8.1.2 塑料降解概述 264
8.1.3 脂肪族聚酯的生物降解 265
8.1.4 可再生资源合成塑料的生物降解 267
8.1.5 共混聚合物塑料的生物降解 268
8.1.6 热固性塑料的生物降解 269
8.1.7 总结与展望 269
8.2 生物质能概述 270
8.2.1 生物质能简介 270
8.2.2 生物质能利用的主要技术 270
8.2.3 几种重要的生物质能 271
8.2.4 生物质能展望 276
8.3 天然生物活性物质开发 277
8.3.1 生物活性物质简介 277
8.3.2 多糖类天然活性物质的开发 277
8.3.3 黄酮类化合物的开发 278
8.4 干细胞与组织工程 285
8.4.1 干细胞 285
8.4.2 胚胎干细胞 285
8.4.3 成体干细胞 287
8.4.4 组织工程 289
8.5 酶制剂在食品工业的应用 292
8.5.1 食品酶在食品生产中的应用 292
8.5.2 酶技术在食品安全检测中的应用 297
8.6 生物芯片技术 298
8.6.1 生物芯片的分类 298
8.6.2 生物芯片技术的应用现状 299
8.6.3 生物芯片技术的发展趋势 302
8.7 生物制药 303
8.7.1 生物药物的定义 303
8.7.2 生物药物的特性 303
8.7.3 生物药物的分类 304
8.7.4 生物药物的发展过程 306
8.7.5 生物药物研究的新进展 306
8.8 油藏极端环境石油烃厌氧生物降解产甲烷 308
8.8.1 油藏石油烃降解过程内源微生物种类及功能 309
8.8.2 油藏条件对微生物的影响 313
8.8.3 降解产生中间代谢产物及终产物 314
8.8.4 残余油生物气化研究现状 315
参考文献 316