第一章 绪论 1
第一节 生物技术的定义和性质 1
第二节 生物技术的发展及应用概况 2
一、经验生物技术时期(从人类出现到19世纪中期) 2
二、近代生物技术建立时期(19世纪50年代至20世纪40年代) 3
三、近代生物技术的全盛时期(20世纪40年代初到20世纪70年代末) 5
四、现代生物技术建立和发展时期(从20世纪70年代末开始) 11
第三节 生物技术的发展趋势 17
第四节 有关生物技术的参考书目 22
一、生物技术综合性参考书 22
二、生物技术中有关生物学基础和工艺类性质的参考书 23
三、与生物技术相关的工程技术方面的参考书 26
四、有关生物技术的工具书 27
第二章 微生物代谢及其调节 28
第一节 微生物初级代谢 28
一、葡萄糖代谢 28
二、多糖和单糖的利用 31
三、脂肪酸、脂烃和芳香烃的氧化 33
四、氮的循环和氨基酸的降解 34
五、硫代谢 35
六、核苷酸的降解和有机磷的代谢 36
七、聚合物的氧化 37
第二节 代谢调节与协调 39
一、遗传控制 39
二、酶活性的调节 39
三、酶合成的调节 41
第三节 代谢系统的分子控制机制 45
一、作为调节性组分的σ因子 46
二、DNA结合蛋白：激活剂与阻遏物 46
三、二元调节系统 46
四、RNA水平的调节机制：衰减器模型 47
第四节 微生物次级代谢 48
一、微生物次级代谢的特性 48
二、前体 50
三、次级代谢物的生物合成 56
参考文献 59
第三章 基因工程 61
第一节 概述 61
一、基因工程的基本概念 61
二、基因工程的发展历史 63
三、基因工程的研究意义 64
第二节 用于DNA重组的工具酶 66
一、限制性核酸内切酶 67
二、T4-DNA连接酶 68
三、其他用于DNA重组的工具酶 69
第三节 分子克隆的载体系统 71
一、质粒载体 71
二、入噬菌体DNA载体 74
三、考斯质粒载体 75
四、M13噬菌体DNA载体 77
第四节 基因重组克隆的单元操作 78
一、DNA的体外重组 78
二、重组分子的转化与扩增 81
三、转化子和重组子的筛选与鉴定 83
第五节 目的基因的克隆 87
一、鸟枪法 87
二、cDNA法 88
三、PCR法 89
四、合成法 91
五、基因文库的构建 92
第六节 外源基因的高效表达 94
一、提高外源基因的剂量 95
二、强化外源基因的转录 96
二、强化外源基因的转译 97
四、促进表达产物的分泌 98
五、阻断表达产物的降解 99
六、提高重组子的稳定性 100
第七节 重组微生物的构建与应用 101
一、利用重组大肠杆菌生产人胰岛素 101
二、利用重组大肠杆菌生产人生长激素 103
三、利用重组大肠杆菌生产人干扰素 105
四、利用重组酵母菌生产乙肝疫苗 106
五、利用基因转化技术改良抗生素生产菌 107
第八节 高等植物基因工程 107
一、高等植物的载体转化系统 107
二、利用植物转基因技术研究基因的表达与调控 110
三、利用转基因植物生产重组异源蛋白 110
四、转基因技术在植物品种改良中的应用 111
第九节 高等动物基因工程 113
一、转基因导入动物体内的方法 113
二、利用动物转基因技术研究基因的表达与功能 115
三、转基因技术在动物遗传性状改良中的应用 116
四、利用转基因动物从产生物大分子 117
第十节 第二代基因工程 118
一、蛋自质工程的基本概念 118
二、基因的定向诱变 118
三、蛋白质工程的设计思想 122
第四章 代谢工程 124
第一节 概述 124
第二节 代谢工程应用实例 125
一、扩展菌种的生产特性 125
二、提高溶解氧的利用效率 126
三、改变对营养的要求 127
四、代谢流方向的改变 127
五、改变酶反应的调节 129
六、解除中间代谢物供应的限制 130
七、其他方面的应用 130
第三节 代谢网络的特性 130
一、代谢控制分析 130
二、代谢网络的刚性 134
第四节 代谢流分布的估计 138
一、反应动力学模型法 138
二、物料平衡法 143
三、信号流程图法 147
第五节 反向代谢工程 149
一、透明颤菌血红蛋白(VHb) 150
二、动物细胞的细胞周期控制 151
三、反向遗传学 151
参考文献 151
第五章 生物反应器 155
第一节 概述 155
一、生物反应器的衡算方程 155
二、生物反应器的基本类型 155
第二节 工业用生物反应器 158
一、机械搅拌式反应器 158
二、气升式反应器 165
三、其他型式的生物反应器 169
第三节 生物反应器的连续操作模式 174
一、不带循环的单罐连续操作 174
二、带循环的连续培养 176
三、流加培养 177
四、连续培养中的动态学 178
第四节 生物反应器的放大 183
一、相似性 183
二、放大准则 184
参考文献 185
第六章 微生物培养技术原理 187
第一节 种子的制备 187
一、生产种子的重要性与要求 187
二、影响种子质量的因素 187
第二节 培养(发酵)工艺 188
一、分批(间歇)培养(发酵) 188
二、补料(流加)-分批培养(发酵) 192
三、半连续培养(发酵) 195
四、连续培养(发酵) 195
第三节 影响培养(发酵)的各种因素及其控制 200
一、培养基 201
二、灭菌情况 204
三、种子质量 204
四、温度对发酵的影响 205
五、pH的影响 208
六、溶氧的影响 208
七、二氧化碳的影响 209
八、比生长速率的影响与控制 209
第四节 过程计算机监控 211
一、设定参数 212
二、状态参数 212
三、间接参数 213
四、离线发酵分析 214
五、在线发酵仪器的研究进展 215
六、计算机在发酵监控方面的应用 215
七、生物过程的建模 215
八、发酵过程估算技术 216
参考文献 217
第七章 基因重组菌培养 220
第一节 基因重组菌的稳定性 220
一、培养过程中重组菌稳定性对群体组成变化的影响 220
二、培养条件对稳定性的影响 222
第二节 影响外源基因表达的因素 225
一、培养基 226
二、比生长速率 227
三、培养条件 228
四、外源基因表达的诱导强度 228
五、代谢副产物的影响 229
第三节 发酵过程的优化和控制 229
一、高密度培养 229
二、代谢副产物生成的防止 230
三、发酵过程的控制 233
四、展望 235
参考文献 236
第八章 生物催化技术 239
第一节 概述 239
第二节 生物催化剂的筛选和制备 241
一、生物催化剂的筛选与改良 241
二、生物催化剂的发酵和下游加工 247
三、生物催化剂的固定化 249
第三节 生物催化剂的性能及其表征 251
一、酶催化的动力学与机理 251
二、生物催化剂的稳定性与稳定化 255
三、固定化对酶动力学和性质的影响 257
第四节 非常规介质中的生物催化 257
一、几种典型的非水介质系统 257
二、非水溶剂的选择原则 261
三、有机相酶催化的新特性 262
第五节 生物催化剂的应用 263
一、酶作为最终产品的应用 263
二、酶作为加工助剂的应用 265
三、酶在食品与饮料生产中的应用 266
四、酶作为工业催化剂的应用 267
参考文献 270
第九章 植物细胞培养 273
第一节 植物细胞培养发展历史 273
第二节 植物细胞培养特性与基本培养技术 273
一、植物细胞培养特性 273
二、基本培养技术 274
第三节 快速繁殖 275
第四节 植物细胞遗传、生理、生化和病毒方面的研究 275
第五节 有用代谢物的生产 277
一、为何要用植物细胞培养技术 277
二、产品研究开发现状 278
三、育种 279
四、影响因子 280
第六节 大量培养技术 287
一、生物反应器的选型、设计与开发 287
二、反应器操作条件 288
三、过程开发与反应器操作策略 291
第七节 小结和展望 293
参考文献 293
第十章 动物细胞培养 299
第一节 概述 299
一、动物细胞培养的发展历史 299
三、通过动物细胞培养得到的产品 300
第二节 细胞培养物的特性 301
一、细胞的贴壁依赖性生长 301
二、细胞培养物 302
三、细胞的生长和死亡 303
四、常用细胞系 305
第三节 培养基和添加剂 306
一、培养基的物理性质 306
二、细胞培养基的基本组成 307
三、血清 309
四、无血清和无蛋白培养基 311
第四节 细胞培养的基本方法 313
一、动物细胞培养基本工艺 313
二、维持培养和放大培养 314
三、细胞计数 316
四、细胞保存 316
第五节 细胞培养用生物反应器 317
一、动物细胞培养用生物反应器的型式 317
二、细胞培养生物反应器的控制系统 321
三、生物反应器中的细胞培养模式 322
第六节 动物细胞的代谢 324
一、葡萄糖的代谢 325
三、谷氨酰胺的代谢 326
三、其他氨基酸的代谢 328
四、代谢流分析 328
第七节 组织工程 329
一、体外重建人体组织的培养 329
二、组织工程的研究进展 331
第八节 杂交瘤技术 332
一、细胞融合用的细胞 332
二、细胞融合 333
三、杂交瘤细胞的选择性培养和克隆 333
参考文献 335
第十一章 海洋生化工程及其在海水养殖中的应用 337
第一节 海洋生化工程概论 337
一、海洋生物资源开发的重要性 337
二、我国海洋生物技术发展的若干分析 339
三、海洋生化工程这一交叉学科的产生背景 340
四、海洋生化工程定义和研究范畴 340
五、海洋生化工程特点分析 341
第二节 海洋生化工程在藻类生物技术开发中的应用 343
一、海洋生化工程在大型海藻生物技术中的应用 343
二、海洋生化工程在微藻生物技术中的应用 343
第三节 海洋生化工程在海珍品工厂化养殖中的应用 351
一、海珍品工厂化养殖现状及存在问题 351
二、海珍品循环水式工厂化养殖系统中的海洋生化工程问题分析 352
三、海水工厂化养殖系统中的在线检测与计算机控制 353
参考文献 356
第十二章 生物技术产品的分离和纯化 359
第一节 概述 359
第二节 细胞破碎和固液分离 361
一、细胞破碎技术 361
二、固液分离 364
第三节 包涵体产物的分离 367
一、包涵体的分离和变性溶解 368
二、变性蛋白的纯化和复性技术 369
第四节 液-液萃取 370
一、溶剂萃取 370
二、双水相萃取 373
三、反胶束萃取 374
四、超临界萃取 375
第五节 沉淀 376
一、盐析沉淀 376
二、等电点沉淀 377
三、溶析沉淀 378
第六节 膜分离 378
一、膜分离技术概述 378
二、超滤 380
三、微滤 384
第七节 层析 385
一、层析分离基本原理 387
二、层析过程 390
二、离子交换层析 393
四、疏水作用层析 397
五、亲和层析 399
六、固定化金属离子亲和层析 406
七、凝胶过滤层析 409
参考文献 412