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| 內容簡介： |
编者结合自身多年教学和科研经验，以及环境分子生物学其他教材、专著、文献资料等编写本书。全书共包括分子生物学导论以及主要研究内容、环境微生物的分子分类、环境样品核酸的提取、环境组学、环境分子生物学技术及其在环境中的应用、微生物组数据的统计分析和可视化等八章内容。在每章后附有思考题，便于学生自学和总结。
本书可作为高等学校环境科学、环境工程、生态学等相关专业的本科或研究生教材，也可以作为环境相关从业者的参考资料。
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| 關於作者： |
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张海涵，西安建筑科技大学环境与市政工程学院副院长、教授。从事环境污染生态学、专业外语、环境监测、水处理生物学、水资源利用与保护、环境工程微生物学等十多门本科及研究生课程教学工作，主持和参与国家和省部项目十多项，包括国家自然科学基金面上项目“水源水库放线菌产嗅机制及原位控制研究”等。
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| 目錄：
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第1章 分子生物学导论 001~007
1.1 分子生物学概论 001
1.2 分子生物学简史 002
参考文献 007
第2章 分子生物学研究内容 008~062
2.1 DNA重组技术 008
2.1.1 基因转录的理论基础 009
2.1.2 转录过程 011
2.1.3 初始转录本的加工与转录后调节 013
2.2 基因表达调控 016
2.2.1 原核生物基因表达调控 016
2.2.2 真核生物基因表达调控 021
2.3 生物大分子 027
2.3.1 核酸的组成与结构 028
2.3.2 DNA的结构 030
2.3.3 RNA的种类及结构 038
2.3.4 蛋白质的生物合成 042
2.4 基因组、功能基因组与生物信息学研究 054
2.4.1 原核生物基因与基因组 054
2.4.2 噬菌体与病毒基因组 056
2.4.3 真核生物基因与基因组 057
2.4.4 真核生物染色体及其结构 058
2.4.5 酵母基因组及其特点 059
参考文献 060
第3章 环境微生物的分子分类 063~092
3.1 微生物的分类系统 063
3.1.1 微生物的分类与鉴定 063
3.1.2 分类方法 064
3.2 DNA组成分析 065
3.2.1 DNA中（G+C）的含量 065
3.2.2 基因组DNA（G+C）含量的测定 066
3.2.3 （G+C）含量在细菌分类鉴定中的作用 068
3.3 DNA分子杂交技术 069
3.3.1 DNA的变性和复性 069
3.3.2 DNA-DNA的分子杂交技术 070
3.4 16S rRNA序列分析技术 073
3.4.1 16S rRNA的分子结构 073
3.4.2 16S rRNA序列分析流程 074
3.4.3 16S rDNA测序与细菌分类地位的确定 078
3.4.4 基于16S rDNA的系统发生分类法 078
3.5 rDNA转录间隔区序列分析技术 080
3.5.1 23S rRNA的分子结构 080
3.5.2 16S-23S rDNA间隔区 081
3.5.3 16S-23S rDNA在细菌分类和鉴定中的应用 082
3.5.4 真核rDNA基因间隔区段序列分析及其应用 083
3.5.5 分子进化的概念 084
3.5.6 分子进化模型与序列分歧度计算 086
3.5.7 分子系统树的构建 088
参考文献 090
第4章 环境样品核酸的提取 093~102
4.1 DNA的提取 093
4.1.1 技术背景 093
4.1.2 常用方法介绍 094
4.1.3 不同环境样本的DNA提取 095
4.2 RNA的提取 097
4.2.1 技术背景 097
4.2.2 常用方法介绍 097
4.2.3 不同环境样本的RNA提取 099
参考文献 100
第5章 环境组学 103~137
5.1 环境宏基因组学 103
5.1.1 宏基因组学定义 104
5.1.2 宏基因组学的研究策略 105
5.1.3 宏基因组学与相关学科的联系 111
5.1.4 宏基因组学面临的挑战和发展前景 111
5.2 环境蛋白质组学 112
5.2.1 宏蛋白质组学面临的挑战和发展前景 112
5.2.2 宏蛋白质组学研究展望 117
5.3 环境微生物转录组学 119
5.3.1 转录组与转录组学 119
5.3.2 转录组的研究方法 121
5.3.3 展望 124
5.4 环境微生物代谢组学 124
5.4.1 代谢组概述 124
5.4.2 微生物代谢组学研究流程 126
5.4.3 微生物代谢组学的分析平台 129
5.4.4 数据挖掘 133
5.4.5 展望 134
参考文献 135
第6章 环境分子生物学技术 138~165
6.1 PCR技术 138
6.1.1 PCR技术的原理 138
6.1.2 PCR反应体系的组成 138
6.1.3 PCR反应过程 140
6.1.4 常用的PCR技术 140
6.1.5 PCR技术在环境领域的应用 141
6.2 分子标记技术 142
6.2.1 DNA指纹图谱技术 142
6.2.2 常见的分子标记技术及应用 144
6.2.3 分子标记技术在环境科学领域的应用前景 152
6.3 荧光标记技术 152
6.3.1 荧光原位杂交技术 153
6.3.2 实时荧光定量PCR技术 154
6.3.3 扩增子测序技术 154
6.4 基因差异表达研究技术 155
6.4.1 mRNA差别显示反转录PCR技术 155
6.4.2 GeneFishing技术 156
6.4.3 基因芯片技术 157
6.5 高通量测序技术 157
6.5.1 高通量测序技术的发展历程 157
6.5.2 常见的高通量测序技术 158
6.5.3 高通量测序技术的工作流程 160
6.5.4 高通量测序技术在生物学研究中的应用 161
6.5.5 未来发展方向与挑战 161
参考文献 162
第7章 分子生物学技术在环境中的应用 166~184
7.1 在土壤微生物研究中的应用 166
7.1.1 分子生物学技术在土壤微生物研究中的应用 166
7.1.2 系统生物学技术在土壤微生物研究中的应用 169
7.2 在水环境中的应用 170
7.2.1 分子生物学技术在水环境研究中的应用 171
7.2.2 系统生物学技术在水环境研究中的应用 173
7.3 在大气研究中的应用 174
7.3.1 大气微生物的来源及种类 174
7.3.2 气溶胶微生物的分析检测方法 175
7.4 在固废资源化中的利用 177
7.4.1 分子生物学技术在堆肥微生物研究中的应用 177
7.4.2 分子生物学技术在厌氧发酵中的应用 180
参考文献 183
第8章 微生物组数据的统计分析和可视化 185~208
8.1 微生物组数据的统计分析 185
8.1.1 扩增子序列变体（ASV）分析 185
8.1.2 群落多样性分析 185
8.2 微生物组数据统计及可视化实例 191
8.2.1 R语言执行PCA分析 191
8.2.2 R语言绘制环状热图 195
8.2.3 R语言绘制结构方程模型 198
8.2.4 R语言绘制网络图 201
8.2.5 R语言进行随机森林分析 204
参考文献 207
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| 內容試閱：
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环境问题日益受到全球范围的广泛关注，对人类和生态系统产生重要影响。分子生物学的迅速发展为环境污染治理提出了新的思路和方法，使得环境污染治理的研究由宏观向微观发展。分子生物学技术在清洁可再生能源开发、环境友好材料合成、生物探针开发及生态修复等领域也发挥着极为重要的作用。环境分子生物学是在这种大背景下迅速发展起来的环境科学与分子生物学的交叉学科。该学科的快速发展为环境相关领域的基础科学研究和新技术开发提供了新的思路和基础。通过研究我们可以了解环境中的微生物种类、微生物之间的关系以及微生物与生境的相互作用，从而对环境做出评价，预测环境的变化趋势。此外，通过研究环境微生物的群落结构，可以发现对人类有价值的新的基因资源，开发其潜在的应用价值。
环境分子生物学作为一门新兴的交叉学科，许多基础理论知识和专业操作技能来源于分子生物学学科。为了让学生以及其他有关读者能够更扎实地掌握环境分子生物学相关研究技术，我们综合了分子生物学、环境微生物学论文资料及相关教材和专著，结合编者的科学研究和教学实践，在广泛查阅国内外有关资料的基础上编写了本教材。全书共分为八章，其中，第1章阐述了分子生物学的定义以及发展历程，总结了分子生物学领域的诺贝尔奖获得者以及他们在推动该领域发展中所做的贡献；第2章重点阐述了分子生物学的四大研究内容，主要包括DNA重组技术、基因表达调控、生物大分子的结构与功能以及基因组、功能基因组与生物信息学研究；第3章回顾了环境微生物分子分类的基本原理，并且对DNA分子杂交技术、16S rRNA序列分析技术、rDNA转录间隔区序列分析技术等进行了系统描述；第4章重点探讨了环境样品核酸的提取方式，分别对不同环境样本DNA和RNA提取的技术背景以及常用方法进行了阐述，并且针对不同环境样本的提取方式进行了案例分析；第5章重点描述了四种环境组学的发展历程、研究策略、研究方法，以及现有研究方案的不足，并且提出了发展过程中所面临的挑战以及未来的展望；第6章对常用的环境分子生物学技术进行了系统阐述，主要针对PCR技术、分子标记技术、荧光标记技术、基因差异表达研究技术、高通量测序技术的基本原理以及常规操作流程进行了回顾，并且对上述技术在环境科学领域的重要贡献进行了详细介绍；第7章主要介绍了分子生物学技术在环境中的应用，重点阐述了分子生物学技术在土壤、水、大气、固废等中的微生物群落结构的监测以及污染修复方面的突出作用；第8章主要对微生物组数据的统计分析及其相关可视化方法进行了重点阐述，并且结合相关数据进行可视化案例分析。总之，本书遵循由基础理论到研究技术的原则，带领读者从理论到技术、从基础到应用循序渐进地获取环境分子生物学的相关知识。
本书由西安建筑科技大学环境与市政工程学院联合西安交通大学第一附属医院共同编写。具体分工如下：第1、2、3、5、7、8章由西安建筑科技大学环境与市政工程学院刘涛编写；第4、6章由西安交通大学第一附属医院朱峰教授编写。全书由西安建筑科技大学环境与市政工程学院张海涵教授负责修改和统稿。
环境分子生物学是一门随着科学技术进步而不断发展和完善的学科，加之编者水平有限，书中难免存在不妥及疏漏之处，恳请读者批评指正，促使我们不断修改完善并且再版，加快推进我国环境微生物学科专业建设和人才培养。
编者
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