【现货速发】现代环境生物技术与实验

生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展有望从根本上解决环境问题。目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分是利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用广、为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、受污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，都发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染的安全而彻底的方法。现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率、更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。

现代环境生物技术是现代生物技术与环境科学紧密结合而形成的新兴交叉学科。本书结合环境专业学生的生物学基础现状，融理论、案例与实验于一体，全面系统地介绍了现代环境生物技术在环保领域应用的基本原理、经典案例和具体操作。本书共5章。第1章绪论。第2章酶工程，主要介绍酶的催化特性、酶促反应动力学、酶的生产与分离纯化、酶分子的修饰以及酶的定向进化、酶的固定化以及酶反应器等。第3章基因工程，主要介绍DNA的变性、复性与杂交，基因工程工具酶与载体，目的基因的获得与导入，重组体的筛选，DNA序列分析。第4章专题，包括建立一个分子生物学实验室所需的仪器，微生物的分子生物学鉴定方法，PCR引物设计以及典型环境污染物修复基因工程菌的构建及应用。第5章实验，包括活性污泥总DNA的提取，活性污泥总DNA的16S rDNA-PCR扩增，DNA琼脂糖凝胶电泳，DNA的回收、测序及系统发育树的构建，DGGE法分析活性污泥微生物多样性，PLFA测定土壤菌群，Biolog法测试土壤微生物多样性，高效石油烃降解菌的分离和筛选，高效脱酚菌的分离和筛选，活性污泥的脱氢酶活性测定，漆酶产生菌的筛选固定化和酶活测定，16S rDNA微生物多样性分析，包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附特性，质粒DNA分离纯化与鉴定，感受态细菌的制备及细菌的转化等17个实验。

本书由王晓红、赵辉、张小梅编。其中，青岛科技大学王晓红负责编写第1章、第2章第6~8节、第4章、第5章和附录；山东科技大学赵辉负责编写第3章；青岛农业大学张小梅负责编写第2章第1~5节；山东科技大学侯斐斐、毕贞鹏、潘俊潼、孙晓婷在图表绘制、文字校对方面给予了很大帮助。

全书由青岛科技大学匡少平主审。

本书撰写过程中得到青岛科技大学环境与安全工程学院、山东科技大学化学与环境工程学院、青岛农业大学资源与环境学院等的大力支持，谨致谢忱。

由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。

编者

现代环境生物技术是现代生物技术与环境科学紧密结合而形成的新兴交叉学科。《现代环境生物技术与实验》结合环境专业学生的生物学基础现状，以在环保领域应用广泛的基因工程和酶工程为主，融理论、专题案例与实验于一体，全面系统地介绍了基因工程和酶工程在环保领域应用的基本原理、典型案例与专题，以及实验原理与方法步骤。本书重点介绍了分子生物学微生物种群鉴定与群落多样性分析，总DNA的提取，16S rDNA-PCR扩增，典型环境污染物高效降解菌的分离筛选与构建，DNA的回收、测序及系统发育树的构建等典型现代环境生物实验技术。书中不仅介绍了现代环境生物技术本身，还介绍了所涉及技术领域的发展、前景、研究方法、实验技术与软件操作步骤。

本书可作为高等院校环境科学与工程专业的教材，以及环境类相关专业高年级本科生及研究生的教材和教学参考用书，也可供相关专业教师及科技人员参考。

1绪论

1.1现代生物技术概论1

1.1.1现代生物技术的基础知识1

1.1.2现代生物技术的发展历程1

1.2现代环境生物技术概论3

1.2.1现代环境生物技术的基础知识3

1.2.2现代环境生物技术的应用3

思考题6

2酶工程

2.1概述7

2.1.1酶的发展历史与特性7

2.1.2酶工程的发展概况8

2.2酶的分类及作用原理10

2.2.1酶的分类与命名10

2.2.2 酶的作用原理12

2.3酶促反应动力学17

2.3.1米氏方程17

2.3.2酶促反应的影响因素20

2.4酶的生产与分离纯化26

2.4.1酶的生产26

2.4.2酶的分离纯化28

2.5酶分子修饰40

2.5.1酶分子修饰的基础知识41

2.5.2酶分子修饰的基本要求和原则42

2.5.3酶分子的修饰方法43

2.5.4酶修饰后的性质变化50

2.5.5生物酶工程52

2.5.6酶的定向进化55

2.6酶固定化57

2.6.1酶固定化的方法57

2.6.2固定化酶反应条件的变化59

2.6.3固定化酶的特性64

2.6.4固定化酶的应用66

2.7酶反应器69

2.7.1酶反应器的概念和要求69

2.7.2酶反应器的类型69

2.7.3酶反应器的选择73

2.7.4酶反应器的设计76

2.7.5酶反应器的操作79

2.8酶在环境保护中的应用82

2.8.1酶在环境监测方面的应用82

2.8.2酶在废水处理方面的应用83

2.8.3酶在可生物降解材料领域的应用84

思考题84

3基因工程

3.1概述86

3.1.1基因工程的分子生物学基础86

3.1.2DNA的结构与功能88

3.1.3DNA复制89

3.1.4RNA的结构与功能91

3.2DNA变性、复性与杂交93

3.2.1DNA变性93

3.2.2DNA分子复性95

3.2.3DNA分子杂交95

3.3基因工程工具酶95

3.3.1限制性内切酶96

3.3.2连接酶98

3.3.3修饰酶99

3.4基因工程载体100

3.4.1定义、分类和特点100

3.4.2用于原核生物宿主的载体101

3.4.3用于真核生物宿主的载体105

3.4.4用于植物宿主的载体108

3.4.5用于动物宿主的载体109

3.5目的基因的获得111

3.5.1基因的组成及分类111

3.5.2原核生物基因的组成111

3.5.3真核生物基因的组成112

3.5.4其他基因组基因的组成112

3.5.5原核生物目的基因的获得113

3.5.6真核生物目的基因的获得114

3.6目的基因的导入119

3.6.1受体细胞及其分类119

3.6.2目的基因导入受体细胞121

3.7重组体的筛选123

3.7.1生物学方法筛选123

3.7.2免疫学方法筛选124

3.7.3核酸分子杂交法筛选125

3.7.4印迹技术125

3.8DNA序列分析128

3.8.1化学降解法128

3.8.2双脱氧链终止法129

思考题131

4专题

4.1建立一个分子生物学实验室所需的仪器134

4.2微生物的分子生物学鉴定方法136

4.2.1PCR技术136

4.2.2基于PCR的分子生物学方法136

4.2.3不涉及PCR的分子生物学方法138

4.2.4展望139

4.3PCR引物设计139

4.3.1引物设计的基本原理140

4.3.2设计引物的黄金原则142

4.3.3引物设计软件界面144

4.3.4RT-PCR引物设计152

4.3.5简并引物设计过程和原则154

4.4典型环境污染物修复基因工程菌的构建及应用155

4.4.1基因工程菌构建的基本原理155

4.4.2材料和器材155

4.4.3操作步骤156

思考题157

5实验

5.1活性污泥总DNA的提取158

5.2质粒DNA分离纯化与鉴定159

5.3感受态细菌的制备及细菌的转化163

5.4利用16S rDNA方法分析不同污染土壤中微生物种群的变化165

5.5活性污泥总DNA的16S rDNA-PCR扩增实验169

5.6DNA琼脂糖凝胶电泳172

5.7聚丙烯酰胺凝胶中DNA的回收、测序及系统发育树的构建174

5.8酶的固定化176

5.9活性污泥的脱氢酶活性测定180

5.10有机污染物的微生物降解——高效脱酚菌的分离和筛选182

5.11Biolog法测试土壤微生物多样性184

5.12PLFA测定土壤菌群实验186

5.13DGGE法分析活性污泥微生物多样性189

5.14包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附特性实验191

5.15漆酶系列实验194

5.15.1漆酶产生菌的筛选195

5.15.2高产漆酶菌株酶活的测定197

5.15.3高产漆酶菌株的酶学特性198

5.15.4漆酶的固定化199

5.16利用微生物对石油污染土壤的生物修复200

5.17假丝酵母的扩大培养及生物柴油的制备203

附录

附录1实验注意事项205

附录2如何撰写实验报告206

附录3常用的碱基、氨基酸符号及缓冲液207

附录4培养基与试剂的配制218

附录5质粒抽提试剂与步骤222

附录6DNA操作原理223

附录7RNA操作试剂与步骤225

参考文献

现代环境生物技术是现代生物技术与环境科学紧密结合而形成的新兴交叉学科。《现代环境生物技术与实验》结合环境专业学生的生物学基础现状，以在环保领域应用广泛的基因工程和酶工程为主，融理论、专题案例与实验于一体，全面系统地介绍了基因工程和酶工程在环保领域应用的基本原理、典型案例与专题，以及实验原理与方法步骤。本书重点介绍了分子生物学微生物种群鉴定与群落多样性分析，总DNA的提取，16S rDNA-PCR扩增，典型环境污染物高效降解菌的分离筛选与构建，DNA的回收、测序及系统发育树的构建等典型现代环境生物实验技术。书中不仅介绍了现代环境生物技术本身，还介绍了所涉及技术领域的发展、前景、研究方法、实验技术与软件操作步骤。

本书可作为高等院校环境科学与工程专业的教材，以及环境类相关专业高年级本科生及研究生的教材和教学参考用书，也可供相关专业教师及科技人员参考。

《现代环境生物技术与实验》结合环境工程专业的实际情况和专业基础，以各项技术为主线，紧紧围绕环境污染治理、环境污染检测，特别是基因工程菌的鉴定、构建、扩增培养及其在环境污染治理中的应用，既包含现代环境生物技术的基本理论，又重视对关键技术实验技能和动手能力的培养，具有使用价值。