生物技术概论(高立图书)

《生物技术概论》课程大纲课程代码：课程学分：2课程总学时：28适用专业：生物科学一、课程概述（一）课程的性质：生物技术概论是由一门多学科综合而成的边缘学科，包括了微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学和育种技术等几乎所有与生命科学有关的学科，特别是现代分子生物学的最新理论成就更是生物技术发展的基础。

本课程为农学专业本科学生开设的专业基础课，为后续专业课程学习打下基础。

（二）设计理念与开发思路：本课程的主要任务是：使学生熟悉生物技术的基本原理、技术和方法，了解生物技术在农业、食品、人类健康、能源及环境诸方面的作用和成果，认识生物技术对人类社会生活产生的深刻影响，进一步了解国内外生物技术发明创新保护与生物安全性政策微生物学是生物科学专业的主干课，是生物科学专业学生必须具备的基础知识。

二、课程目标通过本课程的学习，应使学生达到下列基本要求：1．认识生物技术的概念、种类及其对经济社会发展的影响；2．熟悉生物技术五大工程的原理、技术和方法；3．了解生物技术在农业及其它领域的应用和成果；4．了解国内外生物技术发明创新保护与生物安全性政策法规。

三、课程内容与要求（一）生物技术总论生物技术的含义、特点和特征；生物技术的发展史；生物技术各项技术的概念及其相互关系；生物技术的应用领域及其对人类社会发展的影响。

本章重点：生物技术的含义、特点和特征（六高特征），生物技术各项技术的概念，生物技术在社会、经济和人类生活中的重要性。

本章难点：生物技术各项技术之间的相互关系。

教学要求：通过课堂讲授，使学生理解生物技术的含义，明确生物技术的特点和特征，识记生物技术所包含的五大工程概念，了解生物技术包含的各工程之间的相互关系，进而使学生明确本课程学习的目的和重要性。

思考题：1．概念识记：生物技术基因工程细胞工程发酵工程酶工程蛋白质工程2．什么是生物技术，它包括哪些基本的内容?它对人类社会将产生怎么样的影响?3．现代生物技术作为一项高技术具有的“六高”特征是什么?4．为什么说生物技术是一门综合性学科，它与其他学科有什么关系?5．简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的联系和区别。

生物技术概论生物技术是一门涉及生物学、化学、物理、工程学等多个学科领域的综合性科学，它利用生物体或生物分子的特性进行研究、开发和应用。

生物技术的发展在现代科学中占据着重要的地位，对于人类的生活、健康和环境都有着重要的意义。

生物技术可以追溯到古代，早在几千年前，人们就开始使用发酵技术制作食品和酒精。

然而，真正意义上的现代生物技术的发展始于20世纪初，随着科技的进步和生物学的发展，生物技术在过去的几十年中取得了突破性的进展。

生物技术主要包括基因工程技术、细胞工程技术、蛋白质工程技术、酶工程技术等。

其中，基因工程技术是生物技术的核心内容，它通过改变生物体的遗传物质来实现对生物体性状的改良。

基因工程技术包括基因克隆、基因转导、基因敲除等多种手段，可以用于改善农作物的产量和品质，研制新型的药物和治疗方法，甚至可以用于改变人类自身的遗传特性。

细胞工程技术是生物技术的另一个重要领域，它通过对细胞的研究和利用，可以生产有用的化合物、疫苗和体外器官等。

细胞工程技术的发展不仅有助于改善药物和疫苗的生产工艺，还可以为组织工程和再生医学提供重要的基础。

蛋白质工程技术是指通过对蛋白质的结构和功能进行研究，利用基因工程等手段来改变蛋白质的性质和特性。

蛋白质工程技术的应用十分广泛，它可以用于制造具有特殊特性的药物、工业酶和生物材料等。

酶工程技术则是通过对酶的研究和改造，来提高酶的催化活性和稳定性，从而使其在工业和生物医学领域发挥更大的作用。

酶工程技术的应用范围广泛，例如在食品工业中，通过使用特定的酶可以使食物更易消化和更好吸收。

生物技术的发展在医学、农业、环境和工业等各个领域都产生了重要影响。

在医学领域，生物技术的应用已经取得了诸多突破，例如基因治疗和干细胞治疗等技术的发展，为人类治疗一些传统难以治愈的疾病提供了全新的希望。

在农业领域，生物技术可以改良作物的性状，提高产量和抗病能力，为解决全球粮食安全问题提供了有效手段。

同时，生物技术还可以使农业生产更加可持续，减少对环境的负面影响。

生物技术概论一、课程说明课程编号：280207X10课程名称：生物技术概论/Introduction to biotechnology课程类别：学科基础课程学时/学分：16/1先修课程：无机化学、有机化学、细胞生物学、生物化学、分子生物学适用专业：医学各专业教材、教学参考书：1．生物技术概论（第4版），宋思扬主编，科学出版社，20142．生命科学导论（第3版），张惟杰主编，高等教育出版社，20163．现代生物技术概论，马越，廖俊杰主编，中国轻工业出版社，2015二、课程设置的目的意义生物技术，也称为生物工程，是以生物科学为基础，并与工程技术有机结合的一门高新技术。

它广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工、能源和环境保护等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会有着深远的革命性影响。

生物技术概论涉及的内容多，综合性强，与其它学科交叉性大。

本课程将重点介绍现代生物技术的基本概念、术语、基础理论和基本技术，以及现代生物技术在科学研究、医药和工农业生产领域中的应用，使学生获得对生物技术的初步认识，为学习后续课程打下一定的基础。

三、课程的基本要求通过本课程的学习，让学生对生物技术的基本概念、基本原理和基本技术，尤其是对蛋白质工程、发酵工程、酶工程等基本知识与技术有一个基本的认识；加强学生在食品、能源、人类疾病诊疗等方面应用生物技术的能力培养和环境保护方面对学生基本素质的培养。

要求掌握和熟悉：1. 生物技术的概念,生物技术对健康及环境的影响。

2．细胞工程的概念，细胞培养。

3．生物技术在食品生产加工过程中的重要作用。

4. 生物术提高产能及开发新能源的有效方法。

5. 生物技术在农业生产过程中的重要作用；。

6．发酵工程概况；微生物发酵过程；液体深层发酵；固体发酵。

7. 蛋白质工程的概念；蛋白质结构基础；蛋白质工程的基本途径。

8.酶的发酵生产；酶的分离纯化；酶分子的改造；生物催化剂的固定法；酶反应器；生物传感器要求了解：生物技术的研究进展和一些重要生物技术应用的实例四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无六、考核方式及成绩评定七、大纲主撰人：大纲审核人：。

生物技术概论第一章绪论生物技术是一门涉及生命科学和工程学的跨学科学科，它利用生物体的细胞和分子来开发新的技术和产品。

生物技术的发展已经为我们带来了许多重要的科学和技术进展，不仅在医学领域，还在农业、环境保护和工业生产等领域都有广泛应用。

生物技术的发展源远流长，可以追溯到人类最早开始研究和利用生物体的历史。

早期的生物技术包括培育作物、养殖动物，以及利用发酵制作食物和饮料。

随着科学的发展，尤其是分子生物学和基因工程的兴起，生物技术开始发生革命性的变化。

生物技术的核心是对生物体的基因组进行研究和利用。

通过研究生物体的基因组，我们可以了解生物体的特点和功能，并进一步开发出新的技术和产品。

基因工程是生物技术的重要组成部分，它主要利用重组DNA技术来修改生物体的基因组，创造改良的生物体。

通过基因工程，我们可以生产出更加健康和高产的农作物，研发出更有效的药物和疫苗，改良动物品种，甚至可以克隆动物。

生物技术的应用领域广泛，其中最重要的之一是医学。

生物技术在医学领域的应用包括基因测序、基因诊断、基因治疗等。

通过基因测序，我们可以了解个体的基因组，从而对一些疾病有更准确的预测和诊断。

基因诊断可以帮助我们检测特定基因的异常，从而及早发现和治疗遗传性疾病。

基因治疗则可以通过修复或替代患者的异常基因来治疗一些遗传性疾病。

生物技术在农业领域的应用也非常重要。

通过生物技术，我们可以培育抗病虫害、耐逆性强的农作物品种，提高农作物的产量和质量。

同时，通过转基因技术，我们也可以使农作物具有抗除草剂和杀虫剂等特性，减少农药的使用。

这不仅可以减少对环境的污染，还可以降低农民的生产成本。

此外，生物技术在环境保护和工业生产领域也有广泛的应用。

通过利用微生物的能力来降解有害物质，我们可以减少工业废物对环境的污染。

同时，通过生物技术可以生产出更高效的生物燃料和生物塑料，替代传统的化石能源和塑料制品。

总的来说，生物技术对人类社会的发展和进步具有重要的意义。

生物技术概论一、名词解释基因工程：（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA 重组技术。

所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。

DNA变性：指核酸双螺旋碱基对的氢键断裂，双链变成单链，从而使核酸的天然构象和性质发生改变。

变性时维持双螺旋稳定性的氢键断裂，碱基间的堆积力遭到破坏，但不涉及到其一级结构的改变。

凡能破坏双螺旋稳定性的因素，如加热、极端的pH、有机试剂甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺等，均可引起核酸分子变性。

DNA克隆：应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗传物质——同源或异源、原核或真核、天然或人工的DNA与载体DNA相结合成一具有自我复制能力的DNA分子——复制子，继而通过转化或转染宿主细胞、筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增、提取获得大量同一DNA分子，即DNA克隆。

质粒：存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子。

转座子：是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA 序列。

它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分，转座子可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置，即一段DNA 顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。

位点特异性重组：重组发生在同源的短序列的范围之内，重组时发生精确的切割、连接反应，DNA 不失去、不合成。

两个DNA 分子并不进行对等的交换，有时是一个DNA 分子整合到另一个DNA 分子上（插入重组）。

是遗传重组的一类。

这类重组依赖于小范围同源序列的联会，重组也只发生在同源的短序列的范围之内，需要位点特异性的蛋白质分子参与催化。

回文结构：双链DNA 中的一段倒置重复序列,当该序列的双链被打开后,可形成局部“十”字形结构，这段序列被称为回文序列。

生物技术概论课程说明生物技术概论课程是一门介绍生物技术基本知识和应用的课程，在课程中，学生将学习到与生物技术相关的基础理论和技术方法，了解生物技术在农业、医学和环境保护等领域的应用，以及相关的伦理和法律问题。

本文将对该课程的大致内容进行说明。

一、导论在本节中，我们将介绍生物技术的定义、历史背景以及其在当今社会中的重要性。

学生将了解到生物技术对人类生活和社会发展的积极影响，以及生物技术的潜在风险和道德问题。

二、基础理论本节将重点介绍生物技术的基础理论。

学生将学习到分子生物学、基因组学、细胞生物学等相关基础概念和原理。

我们将深入探讨DNA 结构与功能，基因表达调控，以及蛋白质合成等基本生物学过程。

三、主要技术方法在这一部分，我们将介绍一些重要的生物技术方法。

学生将学习到基因克隆、重组DNA技术、PCR扩增、基因测序等实验技术，并了解这些技术在研究和应用中的具体操作步骤和原理。

四、生物技术在农业中的应用本节将重点介绍生物技术在农业领域的应用。

学生将了解到转基因作物的培育与应用，以及农业生物技术在抗病虫害、提高农产品产量和改良品质等方面的作用。

我们还将探讨农业生物技术的环境影响和风险评估。

五、生物技术在医学中的应用本节将介绍生物技术在医学领域的应用。

学生将了解到生物制药技术、基因诊断和基因治疗等方面的进展和应用。

我们还将深入讨论细胞体外培养技术、干细胞研究和克隆技术在医学中的应用前景。

六、生物技术的伦理与法律问题在本节中，我们将探讨生物技术所带来的伦理和法律问题。

学生将了解到生物技术与个人隐私、知情同意和动物福利等伦理问题的关系，并学习到生物技术相关的法律法规和规范。

我们还将讨论生物技术的道德边界和社会责任。

七、课程设计与实践在这一部分，我们将介绍生物技术概论课程的设计和实践。

学生将了解到该课程的教学目标和学习方法，并参与一些小型实验和实践任务，以提高实际操作技能和团队合作能力。

此外，学生还将进行文献阅读和课堂讨论，以加深对生物技术的理解。

【生物技术概论】教学大纲一，简介本课程以宋思扬主编【生物技术概论】为教程，用通俗易懂的方式介绍各项生物技术的根本原理和根本知识，是非生物学专业的本科生能够了解生物技术根本知识框架，促进其他学科的本科生对生物技术的关注，促进化学，物理，数学，地理等专业学生从事与生物技术相关的工作，促进文科有关专业的学生了解生物技术的根本知识，了解生物学对社会，文化，道德，伦理等的影响。

二，主要参考书：⒈宋思扬，楼士林，【生物技术概论】，1999，北京，科学出版社⒉马大龙，【生物技术制药】，2001，北京，科学出版社⒊莽克强，【农业生物工程】，1998，北京，化学工业出版社⒋翟礼嘉，顾红雅，胡苹等，【现代生物技术概论】，1998，北京，高等教育出版社三，主要内容：第一章生物技术总论〔2学时〕1．1 生物技术的含义1．2 生物技术开展简史1．3 生物技术对经济社会开展的影响第二章基因工程〔6学时〕2．1 核酸的1核酸的结构和功能2．2 基因工程工具酶2．3 基因克隆载体2．4 目的基因2．5 目的基因导入受提细胞2．6 克隆的筛选2．7 基因工程进展隆的7基因工程进展第三章细胞工程〔4学时〕3．1 细胞工程的根本知识3．2 植物细胞工程3．3 动物细胞工程3．4 微生物细胞工程第四章发酵工程〔5学时〕4．1 发酵工程根本知识4．2 发酵过程的工艺控制4．3 发酵设备概述4．4发酵产物的加工4．5发酵工业概况第五章酶工程〔5学时〕5．1 酶的根本知识5．2 酶的发酵生产和别离纯化5．3酶分子的改造5．4酶和细胞的固定化第六章生物技术与农业〔3学时〕6．1 植物生物技术6．2 动物生物技术第七章生物技术与食品7．1 生物技术与食品加工7．2 生物技术与食品检验第八章生物技术与医疗〔5学时〕8．1 生物技术与疫苗8．2 生物技术与疾病诊断8．3生物技术与生物制药8．4基因治疗8．5人类基因组方案第九章生物技术与能源〔2学时〕9．1 微生物与石油开发9．2 生物技术与新能源第十章生物技术与环境〔4学时〕10．1 生物技术与污水处理大气净化10．2 基因工程与污染治理10．3 生物技术与环境监测10．4 生物技术的平安性及对社会的影响共计36学时四，任课教师简介：杨建雄，男，1954年生，生命科学学院生化与分子生物学专业教授，高校教龄23年，多年承当本科生【生物化学与分子生物学】，【营养与食品卫生学】，【食品生物化学】等课程，研究生【生物化学与分子生物学技术】，【高级生物化学】等课程，出版的著作有：【生物化学简明教程】〔高等教育出版社，1999〕，【生物化学与分子生物学实验技术教程】〔科学出版社，2002〕，【人体营养与食品卫生】〔陕西教育出版社，1992〕，曾任教育部生物化学与分子生物学教学指导组成员，生命科学学院副院长，现任陕西省生物化学学会常务理事，校教学指导委员会委员，生科院教学直到委员会委员，生物化学与分子生物学教研室主任。

一、名词解释1、基因工程：按照人们的愿望，进行严密的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，有目的地改造生物种性，使现有的物种在较短时间内趋于完善，创造出更符合人们需求的新的生物类型，或者利用这项技术对人类疾病进行基因治疗，这就是基因工程。

2、复制子：从复制起始位点开始复制出一个DNA 分子或一个DNA 片段的核苷酸序列称为一个复制单位，或一个复制子。

3、同裂酶(isoschizomer)：另有一些限制性内切核酸酶虽然来源不同，但是具有相同的识别序列。

这样的限制性内切核酸酶被称为同裂酶，如BamHI 和Bst I 为同裂酶，具有相同的识别序列GGATCC。

4、基因克隆载体：把能够承载外源基因，并将其带人受体细胞得以稳定维持的DNA 分子称为基因克隆载体(gene cloning vector)。

5、内源平台整合载体：整合平台选定在受体细胞基因组的一个DNA 区，这样构建的整合载体是内源平台整合载体。

内源平台整合载体中，又可分为双交换置换载体、单交换插入载体和双交换插入载体。

6、外源平台整合载体：若整合平台是预先整合到受体细胞基因组的外源DNA区，这样构建的整合载体是外源平台整合载体。

外源平台整合载体多采用双交换插入载体。

7、体内同源重组：两个不同的DNA分子在同源序列处发生交换重组。

自然界发生频率低。

人发展了体内同源重组整合载体系统。

8、目的基因:在基因工程设计和操作中，被用于基因重组、改变受体细胞性状和获得预期表达产物的基因。

目的基因一般是结构基因，也就是能转录和翻译出多肽(蛋白质)的基因。

9、合成DNA 寡核苷酸连杆(1inker)：含有限制性内切核酸酶的识别序列寡核苷酸序列。

10、衔接头(adaptor)：含一种以上限制性内切核酸酶的识别序列，其一端或两端已具有黏性末端。

11、细胞培养技术：细胞培养是指动物、植物或微生物细胞在体外无菌条件下的保存和生长。

12、细胞融合技术：离体条件下将不同生物或同种生物不同类型的单细胞通过无性方式融合成一个杂合细胞的技术。

第一章生物技术总论一、概念1、生物技术：也称生物工程,是指人们以现代生命科学为基础、结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理,按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人们生产出所需产品或达到某种目的的一门新兴的、综合性的学科.2、传统生物技术与现代生物技术传统生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产商品,包括酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶与其他食品的传统工艺；现代生物技术是指在20世纪中叶后随着一些生物学领域的重要发现,以与随后产生的新手段和新技术,从而形成以现代生物科学研究成果为基础,以基因工程为核心的新兴学科.现代生物技术的产生和发展是以1953年D N A双螺旋结构模型建立为基础,以70年代D N A重组技术的建立为标志.二、生物技术的重要性1〕首先生物技术是解决全球性经济问题的关键技术,在迎接人口、资源、能源、食物和环境等五大危机的关键技术,可以解决人类所面临的诸如食品短缺问题、健康问题、环境问题、与资源问题；2〕其次,生物技术广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域,促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成,对人类生活产生重大而深远的影响.3〕此外生物技术还与与伦理、道德、法律等社会问题都有着密切的关系,对国计民生产生重大的影响.4〕综述：生物技术是现实生产力,也是具有巨大经济效益的潜在生产力.将是21世纪高技术革命的核心内容,生物技术产业是21世纪的支柱产业.三、生物技术的特征生物技术与其他高新技术一样所具有的"六高〞的基本特征：即高效益,可带来高额利润；高智力,具有创造性和突破性；高投入,前期研究与开发需要大量的资金投入；高竞争,时效性的竞争非常激烈；高风险；高势能,对国家的政治、经济、文化和社会发展有很大的影响,具有很强的渗透性和扩散性,有着很高的态势和潜在的能量.四、生物技术的种类1、时间上划分：可分为传统生物技术和现代生物技术2、根据生物技术操作对象与操作技术的不同,可分为基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、生化工程等.五、生物技术对经济社会发展的影响〔主要记粗字体〕1、改善农业生产、解决食品短缺1〕提高农作物的产量与品质•培育抗逆的作物优良品系•植物种苗的工厂化生产•提高粮食品质•生物固氮,减少化肥使用量2>发展畜牧业生产•动物的大量快速无性繁殖•培养动物的优良品系2、提高生命质量,延长人类寿命1〕开发制造奇特而贵重的新型药品2〕疾病的预防和诊断3〕基因治疗4〕人类基因组计〔H G P〕3、解决能源危机、治理环境污染1〕解决能源危机2〕环境保护4、制造工业原料、生产贵重金属1〕制造工业原料2〕生产贵重金属第二章基因工程一、概念1、基因工程的定义：按照人为的愿望,进行严密的设计,通过体外D N A重组和转移等技术,有目的地改造生物种性,使现有物种在较短的时间内趋于完善,从而创造出新的生物类型.2、基因克隆载体：外源基因必须先同某种传递者结合后才能进入细菌和动植物受体细胞,把这种能承载外源D N A片断〔基因〕带入受体细胞的传递者称之为基因克隆载体.3、目的基因和结构基因目的基因的：基因工程的主要目的是通过优良性状相关基因的重组,获得具有高度应用价值的新物质〔品系〕,为此必须从现有生物群体中,根据需要分离出可用于克隆的相关基因,这样的基因通常称之为目的基因,目的基因主要是结构基因.结构基因：作为一个能转录和翻译的结构基因必须包括转录启动子、基因编码区和转录终止子三部分.4、受体细胞和感受态细胞受体细胞：从实验技术上讲是能摄取外源D N A〔基因〕并能使其稳定维持的细胞；从实验目的上讲是有应用价值和理论研究价值的细胞；感受态细胞：是指处于易于摄取外源D N A片段生理状态的细胞.5、转化和转导转化：携带基因的外源D N A分子通过与膜结合进入受体细胞,并在其中稳定维持和表达的过程；转导：通过噬菌体〔病毒〕颗粒感染,从而把外源的D N A分子导入被感染的受体细胞的方法.二、基因工程的理论基础1〕D N A是遗传物质：核酸的组成和分类〔D N A和R N A〕2〕D N A双螺旋结构:1953年J a m e s D.W a t s o n和F r a n c i s H.C.C r i c k揭示了D N A分子的双螺旋结构和半保留复制机制.3〕中心法则和遗传密码:1957年C r i c k又提出了遗传信息传递的"中心法则〞,1964年M a r s h a l l N i r e n b e r g和G o b i n d K h o r a n a等终于破译了64个遗传密码；三、基因工程的特征1、跨物种性：外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖；2、无性扩增：外源D N A在寄主细胞内可大量扩增,和高水平表达；四、基因工程的主要操作内容1、目的基因的获取：从复杂的生物基因组中,经过酶切消化或P C R扩增等步骤,分离出带有目的基因的D N A片断；2、重组体的制备：将目的基因的D N A片断插入到能自我复制并带有选择性标记〔抗菌素抗性〕的载体分子上.3、重组体的转化：将重组体〔载体〕转入适当的受体细胞中.4、克隆鉴定：挑选转化成功的细胞克隆〔含有目的基因〕.5、目的基因表达：使导入寄主细胞的目的基因表达出我们所需要的基因产物.五、基因工程的安全性1、对环境的影响：重新组合一种在自然见尚未发现的的生物性状有可能给现有的生态环境带来不良影响.2、新型病毒的出现：制造带有抗生素抗性基因或有产生病毒能力的基因的新型微生物有可能在人类或其它生物体内传播.3、癌症扩散：将肿瘤病毒或其它动物病毒的D N A引入细菌有可能扩大癌症的发生X围.4、人造生物扩散：新组成的重组D N A生物体的意外扩散可能会出现不同程度的潜在危险.六、基因工程的应用1、基因工程在植物上的应用1〕提高植物的光合作用效率A.提高C O2的固定率：改变与光合作用有关的酶的结构和组成〔如二磷酸核酮糖羧化酶〕.B.提高光能吸收率和转化率：改变光能交换系统的分子的基因结构.2〕提高豆科植物的固氮效率：使非固氮植物转变为固氮植物或能与根瘤菌共生固氮.3〕转基因植物：是农业生物技术的主要内容,是将克隆到的特殊基因导入受体植物,使之增加一些优质性状〔高产、稳定、优质、抗虫、抗病等〕.2、基因工程在医药上的应用1>用转基因植物或动物生产药物2>用微生物生产药物大肠杆菌或酵母菌生产激素〔如胰岛素〕、干扰素等3>技术设计高效高特异性的生物制剂应用定点突变技术设计蛋白质或酶的结构,制造出高效高特异性的生物制剂4>研制疫苗：制造新型疫苗〔如H I V、乙肝、丙肝、霍乱、痢疾、S A R S〕5>基因治疗6〕法医鉴定7〕基因治疗〔仍在探索阶段〕：将正常的外源基因导入靶细胞中以弥补靶细胞所缺失或突变的基因或抑制异常基因的表达.例如基因病、肿瘤、心血管病、糖尿病等.3、基因工程在环境保护中的应用1>检测水污染:用重组细菌或转基因鱼等检测水污染;2>生物降解:用带有重组质粒的"超级菌〞分解油〔烷烃类〕、有机农药污染.4. 转基因动物将外源基因导入动物细胞,并在基因组内稳定整合,遗传给后代.使动物成为生物反应器生产有用的活性蛋白等.七、基因工程操作的主要技术原理〔了解〕电泳技术、分子杂交技术、P C R技术、D N A测序技术、R N A i技术八、基因工程工具酶的种类与作用〔把握,酶的作用自行百度〕限制性内切酶、D N A连接酶、D N A聚合酶、核酸酶、核酸修饰酶九、基因克隆载体1、定义：外源基因必须先同某种传递者结合后才能进入细菌和动植物受体细胞,把这种能承载外源D N A片断〔基因〕带入受体细胞的传递者称之为基因克隆载体.2、基因克隆载体的功能:运送外源基因高效转入受体细胞；为外源基因提供复制能力或整合能力；为外源基因的扩增或表达提供必要的条件3、作为基因克隆载体应当具备的条件：必须含有复制单元,以使得目的片断能再宿主细胞内复制；必须含有标记基因；标记基因的内部必须有合适的切割位点,使得外源基因插入到标记基因内使标记基因失活,从而能鉴定出重组的D N A 分子；对于表达载体来说,载体应该包括合适的控制单元,如启动子、终止子和核糖体结合位点.4、基因克隆载体的种类:质粒克隆载体、噬菌体和病毒克隆载体、〔噬菌体和质粒〕复合型克隆载体、酵母人工染色体、细菌人工染色体载体、哺乳类人工染色体十、目的基因的获得〔基因克隆〕1、目的基因和结构基因的定义2、结构基因的组成3、原核生物和真核生物结构基因的组成〔了解〕4、目的基因的分离方法<了解>十一、基因的体外重组与转化、重组体的选择与鉴定1、基本概念：受体细胞、转化和转导等2、植物转基因技术：植物转基因技术是将人工分离或修饰过的功能基因导人植物的基因组中,从而引起植物体性状的可遗传改变.1>植物的再生〔基因转化的受体系统建立〕：所谓植物基因转化受体系统是指用于转化的外植体通过组织培养途径或其他非组织培养途径,能高效、稳定再生无性系,并能接受外源D N A整合对转化选择抗生素敏感的再生系统.2〕植物基因转化受体系统的条件①高效稳定的再生能力②较高的遗传稳定性③具有稳定的外植体来源④对选择性抗生素敏感⑤对农杆菌侵染有敏感性3〕植物基因转化系统T i质粒载体介导的转化系统4〕转化方法：叶盘转化法3、植物基因工程应用1〕抗植物虫害基因与其应用2〕抗植物真菌病害基因与其应用3〕抗非生物胁迫基因与应用4〕提高作物产量改良作物品质的基因与其应用第三章细胞工程一、细胞工程的基础知识与基本技术1、基本知识：原核细胞和真核细胞2、基本理论：细胞全能性3、基本技术：无菌操作技术、细胞培养技术和细胞融合技术二、细胞工程的重要应用➢快繁➢优质植物快速培育与繁殖；➢动物胚胎工程快速繁殖优良、濒危品种；➢利用动植物细胞培养生产活性产物、药品；➢新型动植物品种的培育；➢供医学器官修复或者移植的组织工程；➢转基因动植物的生物工程反应器；➢在遗传学、发育学等领域的理论研究；➢在能源、环保等领域的应用.三、植物细胞工程1、概念：细胞的全能性:生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性植物组织培养：在无菌和人为控制外因〔营养成分、光照、温度、湿度等〕条件下,培养、研究植物组织器官,甚至进而从中分化、发育出整体植株的技术.外植体：即能诱发产生无性增殖系的器官或组织切段.胚状体：指的是在组织培养中分化产生的具有芽端和根端类似合子胚的构造.愈伤组织：泛指经细胞与组织产生的可传代的末分化细胞团分化和去分化：2、植物组织培养的过程1〕预备阶段：➢选择合适的外植体与其消毒处理➢配置适宜的培养基①含量丰富的基本成分,如糖类、氮、磷、钾、镁等；②微量无机物,如铁、锰、硼酸等；③微量有机物,如激动素、吲哚乙酸、肌醇等.2〕诱导去分化阶段：组织培养的第一步就是让这些器官切段去分化,使细胞重新处于旺盛有丝分裂的分生状态.3〕继代增殖阶段4〕生根成芽阶段5〕移栽成活阶段3、植物组织培养的类型依据培养基分细胞的悬浮培养细胞的固体培养依据外植体材料分类器官<组织>培养细胞培养依据培养途径分类：愈伤组织发生体细胞胚胎发生1〕愈伤组织培养：由植物各种器官的外植体增殖而形成的一种无特定结构和功能的细胞团,然后再诱导其生根、成芽,长成完整的植株的培养方法,愈伤组织的形成包括启动、分裂和形成三个时期.2〕细胞悬浮培养3〕器官培养4〕单倍体培养〔重点把握〕定义：单倍体是指细胞中仅含有一组染色体的个体.单倍体植株的诱发途径：➢天然诱发途径〔孤雌繁殖、孤雄繁殖、无融合生殖等〕➢人工诱导〔花药培养、花粉培养、未授粉子房或胚珠培养、杂交法获得单倍体植株〕.单倍体植株培养的目的：单倍体植株仅含有一组染色体,不存在基因之间的显隐性关系,通过染色体加倍,可以创造纯合的二倍体植株,作为杂交的亲本材料,获得较高的杂种优势等4、植物组织培养的应用1>初级与次级代谢物的生产；2>生物转化〔利用植物培养细胞为酶源使某种前体化合物生成相应产物的技术称之为生物转化.如毛地黄细胞培养物可使毛地黄毒素转化为β甲基地高辛〕；3>天然植物食用色素的生产4>快速繁殖,人工种子5>无病毒植物的培育6>转基因植物的培育7〕人工种子的研制人为制造的种子,它是一种含有植物胚状体或芽、营养成分、激素以与其他成分的人工胶囊.人工种皮、胚状体和人工胚乳三部分构成.➢不受环境因素的制约,一年四季可以进行工厂化生产；➢由于胚状体是经人工无性繁育产生,有利于保持该种系的优良性状；➢与试管苗相比,成本更低,更适合机械化田间播种；➢可根据需要在人工胚乳中添加适量的营养物、激素、农药、抗生素、除草剂等,以利于胚状体的健康生长.胚状体的制备与其同步化生长：可采用低温法、抑制剂法〔D N A合成抑制剂〕、分离法和通气法等进行诱导和筛选；人工胚乳的制备：人工胚乳的营养需求因种而异,但与细胞、组织培养的培养基大体相仿,同时可根据需要在培养基中添加适量的激素、抗生素、农药、除草剂等；人工种皮的制备：主要采用包埋剂－褐藻酸钠进行包埋,经氯化钙滴定、络合作用后形成具有一定刚性的人工种皮.贮存：一般要将人工种子保存在低温〔4－7°C〕,干燥〔<67％相对湿度〕条件下〔相对成本较高〕；萌发：在自然条件下,人工种子贮存时间较短,萌发率较低；在人为控制的条件下,萌发率相对较高.4、植物体细胞杂交1〕定义：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞,且把杂种细胞培育成新的植物体的方法2〕优势〔与有性杂交方法比较〕：打破了不同种生物间的生殖隔离限制,大大扩展了可用于杂交的亲本组合X围3〕体细胞杂交过程Ⅰ.原生质体的制备植物细胞原生质体是指那些已去除全部细胞壁的细胞.这部分细胞仅由细胞膜包裹,呈圆形,要在高渗液中才能维持细胞的相对稳定,原生质球〔球状体〕：指在酶解过程中残存少量细胞壁的原生质体.原生质体和原生质球都是进行原生质体融合的好材料.常用的外植体包括：种子胚、子叶、下胚轴、胚细胞、花粉母细胞、悬浮培养细胞和嫩叶.应液转绿是酶解成功的一项重要指标.去反应液中一些残留的组织块和破碎的细胞,可通过不锈钢网或尼龙布过滤,也可以采用低速离心法或比重漂浮法直接获取原生质体.新的渗透压稳定剂或原生质体培养液离心洗涤2-4次.果把它放入低渗溶液中,则很容易胀破.也可以用荧光增白剂染色后置紫外显微镜下观察,残留的细胞壁呈现明显荧光.通过以上鉴定,基本上可判别是否是原生质体与其百分率.此外,尚可借助台盼蓝活细胞染色、胞质环流观察以与测定光合作用、呼吸作用等参数定量检测原生质体的活力.Ⅱ.原生质体的融合乙二醇〔P E G〕结合高钙高p H诱导融合法已成为化学法诱导细胞融合的主流.型电极法和平行电极法对称融合方法.➢亲本双方的细胞核和细胞质能融合为一体,发育成为完全的杂合植株.➢融合细胞由一方细胞核与另一方细胞质组成,可能发育为核质异源植株➢融合细胞由双方胞质与一方核或再附加少量他方染色体或D N A构成；➢原生质体融合后两个细胞核尚末融合时就过早地被新出现的细胞壁分开.以后它们各自分生长成嵌合植株.Ⅲ.杂合体的鉴别与筛选化互补、生长互补.第四章发酵工程一、发酵工程的含义与主要内容1、定义：发酵工程是生物技术的重要组成部分,是生物技术产业化的重要环节.它将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机结合起来,是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术,由于它以培养微生物为主,所以又称微生物工程.2、主要内容：包括生产菌种的选育、发酵条件的优化和控制、反应器的设计与产物的分离、提取与精制等.〔填空〕二、发酵工程概况1、主要的发酵类型：〔填空〕1〕微生物菌体发酵2〕微生物酶发酵3〕微生物代谢产物发酵4〕微生物转化发酵5〕生物工程细胞的发酵2、发酵技术的特点：1）微生物的生长特点➢发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌,酵母菌和霉菌➢对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力；➢有极强的消化能力；➢有极强的繁殖能力；➢种类多、产酶的品种多,生产容易、成本低.2〕发酵技术的特点➢发酵过程以生物体的自动调节方式进行,数十个反应过程能够象单一反应一样,在发酵设备中一次完成；➢反应通常在常温常压下进行,条件温和,能耗少,设备较简单；➢原料通常以蜜糖、淀粉等碳水化合物为主,可以是农副产品、工业废水或可再生资源〔植物秸秆、木屑等〕；➢容易生产复杂的高分子化合物,能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入等反应；➢发酵过程中需要防止杂菌污染、设备需要进行严格的清洗、灭菌,空气需要过滤等.3、发酵工程的应用发酵工程广泛应用在医药工业、食品工业、能源工业、化学工业、冶金工业、农牧业、环境保护等行业中,而且发挥越来越重要的作用.三、微生物发酵过程1、发酵方法的类别厌氧性发酵根据微生物的种类分类好氧性发酵兼性发酵闭发酵根据培养基的物理性状分类固体发酵液体发酵2、工业生产常用微生物：细菌、放线菌、酵母菌、霉菌和其他微生物〔担子菌、藻类〕3、培养基1〕培养基的种类：孢子培养基、种子培养基和发酵培养基.子培养基是制备孢子用的.生产中常用的孢子培养基有麸皮培养基、大〔小〕米培养基,由葡萄糖〔或淀粉〕、无机盐、蛋白胨等配制成的琼脂斜面培养基等.供孢子发芽和菌体生长繁殖用的.常用的原料有葡萄糖、糊精、蛋白胨、玉米浆、酵母粉等,培养基的成分随菌种而改变.酵培养基是供菌体生长繁殖和合成大量代谢产物用的,要求此种培养基的组成丰富完整,营养成分浓度和粘度适中,利于菌体的生长,进而合成大量的代谢产物.2〕酵培养基的组成：碳源、氮源、无机盐和微量元素、生长因子、水和产物形成的诱导物、前体和促进剂4、发酵的一般过程〔上、中、下游过程简要论述〕1〕上游工程➢菌种的分离、纯化与选育➢菌种斜面培养➢种子扩大培养➢发酵罐的清洗、灭菌➢培养基的配置和灭菌等2〕中游工程➢微生物发酵与控制发酵是微生物合成大量产物的过程,是整个发酵工程的中心环节.包括分批发酵、半连续发酵和连续发酵、固体发酵和液体发酵等.影响发酵的因素很多,如温度、p H、通风、搅拌、罐压力等等,必须适当地控制影响发酵的各种条件,掌握发酵的动态,并进行杂菌的检查和产物测定,使整个发酵过程顺利进行.3〕下游工程：➢发酵产物的分离、纯化和精制：发酵液的预处理和固液分离：目的是改善发酵液性质,以利于固液分离,常用酸化、加热和加絮凝剂等方法；提取：目的主要是浓缩,也起到对产物一定的纯化作用,常采用吸附法、离子交换法、沉淀法、萃取法、超滤法等；精制：进一步纯化发酵产物,可采用沉淀、超滤、层析等方法.成品加工：对获得产物进行最后的浓缩、无菌过滤和去热原、干燥、加稳定剂等.四、发酵操作方式与工艺控制1、发酵的操作方式〔问答,三种方式优缺点比较,需要加三种方式的概念〕1〕分批发酵：先将空罐杀菌,培养基装入发酵罐,接种之后进行培养,在培养过程中,培养基成分减少,微生物增殖.微生物周围的环境随时间而变化,是一种非稳态操作法.优缺点：此法不易染菌,但很难采用控制基质等浓度的方法来增大发酵生产能力.在分批发酵系统中,微生物具有典型的生长周期〔延滞期、指数生长期〔对数生长期〕、减速期、静止期或稳定期、衰亡期〕.目前多用在酒精、氨基酸、抗生素生产中.2〕连续发酵：在往发酵罐中连续供给新鲜培养基的同时,将含有微生物和产物的培养液,从发酵罐中连续放出,叫做连续培养法.优点：可以维持稳定的操作条件,有利于微生物的生长代谢,从而使产率和产品质量也保持相对的稳定；能够有效地实现机械化和自动化,降低劳动强度,减少操作人员与病原微生物和毒性产物接触的机会；减少设备清洗、准备和灭菌等非生产占有的时间,提高设备利用率,节省劳动力和工时；由于灭菌次数减少,使测量仪器探头的寿命得以延长；缺点：由于是开放系统,加上发酵周期长,容易造成杂菌污染；在长周期连续发酵中,微生物容易发生变异；对设备、仪器与控制元器件的技术要求较高；粘性丝状菌菌体容易附着在器壁上生长和在发酵液内结团,给连续发酵操作带来困难.3〕补料分批发酵：又称半连续发酵,是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术,是指在微生物分批发酵中,以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术；优点：补料分批发酵既可以保证微生物生长的需要,又不造成不利的影响,从而达到提高产率的目的；补料分批发酵可以分为两种类型：单一补料分批发酵和反复补料分批发酵.2、发酵工艺控制:温度、p H值、溶解氧的浓度、种龄与接种量五、发酵设备〔了解〕1、定义：进行微生物深层培养的设备.2、应具备的条件：。

《生物技术概论》课程（090208）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：生物技术概论课程代码：090208学分与学时：4.0学分72学时课程性质：专业必修授课对象：生物技术及应用专业二、课程教学目标与任务《生物技术概论》是理、工、农科院校本、专科生物技术专业、生物科学专业的一门非常重要专业必修课，也可作为非生物学专业的选修课。

通过本课程的学习，使学生掌握生物工程（基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程及蛋白质工程）技术的含义、原理、操作方法及应用，为今后进一步的学习、科研或工作打下重要的理论基础。

本课程的教学任务：使学生理解和掌握基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程及蛋白质工程的基本原理，了解当今生物技术领域的应用现状及研究热点，了解生物技术对社会、文化、道德、伦理等的影响。

三、学时安排课程内容与学时分配表四、课程教学内容及基本要求第一章绪论教学目的：介绍生物技术的特点及其发展筒史，现代生物技术的主要应用及其对人类社会发展的影响，现代生物技术的各项技术及其与其他学科的相互关系，引用各种资料激发学生对本门课程的学习兴趣。

基本要求：了解生物技术的含义、特点及其发展筒史，了解现代生物技术的各项技术及其与其他学科的相互关系。

了解现代生物技术的主要应用及其对人类社会发展的影响。

重点与难点：生物技术的含义、特点；现代生物技术的各项技术及其与其他学科的相互关系。

教学方法：以课堂讲授为主。

教学内容：一、现代生物技术的概念二、生物技术发展简史三、现代生物技术的主要应用第二章基因工程教学目的：介绍基因工程基本原理和基本操作过程，为进一步学习生物技术相关知识和从事基因工程工作打下基础，通过讲解使学生对基因工程的发展动态有初步的了解。

基本要求：了解基因工程基本原理和基本操作过程；并初步了解基因工程的发展动态；掌握基因工程的基本操作技术、酶学、载体、目的基因、基因导入受体细胞的方法、基因的分离与鉴定。

重点与难点：基因工程的基本操作技术、酶学、载体、目的基因、基因导入受体细胞的方法、基因的分离与鉴定。

《生物技术概论》书本复习思考题参考答案一、生物技术总论1.现代生物技术是一项高新技术，它具有高新技术的“六高”特征是指哪“六高”？高效益；高智力；高投入；高竞争；高风险；高势能。

2.什么是生物技术，它包括那些基本的内容？它对人类社会将产生怎样的影响？生物技术，有时也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。

生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。

它主要包括发酵技术和现代生物技术。

其包括：基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程，现代生物技术发展到高通量组学芯片技术、基因与基因组人工设计与合成生物学等系统生物技术。

生物技术设计人类各个的层面，大到人类基因组的研究，小到我们平时吃到的米饭，在医药、动植物设计广泛，在电子产品中也有运用到生物技术。

3.为什么说生物技术是一门综合性的学科，它与其他学科有什么关系？因为生物技术设计到很多个方面，有医药、林农业、食品、环境、能源、化学品、设等等，不仅仅是局限于生物这一方面，例如研究使用到了高科技电子设备，两者必须结合才能进行研究，生物分子学也被运用到计算机的研发中去。

4.简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的关系。

现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而加快发展起来的。

两者的差别：传统生物技术的研究水平是细胞或组织水平，现代生物技术的研究水平是在分子水平。

两者的关系：现代生物技术的研究是以传统生物技术为基础。

现代生物技术的研究能够促进传统生物技术研究。

5. 生物技术的应用包括那些领域？其涉及到：农业、食品、人类健康、能源问题、环境问题、工业、金属、军事、电子二、基因工程1. 基因工程研究的理论依据是什么？不同基因具有相同的物质基础；基因是可以切割的；基因是可以转移的；多肽与基因之间存在对应关系；遗传密码是通用的；基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代。

生物技术概论一、名词解释凝胶过滤：跟剧不同的蛋白质分子对固定化在载体上的特殊配基具有不同识别和结合能力来高效分离纯化蛋白质。

酶活力：指酶催化一定化学反应的能力比活力：每毫克蛋白所含的酶活力单位数酶分子修饰：通过对蛋白酶主链剪接切割和侧链化学修饰对酶分子进行改造以使其具有天然酶不具备的优良性状杂交酶：两种或两种以上的酶的不同结构片段构成的新酶酶固定化：将酶用物理方法固定在不溶于水的载体上形成一种可重复使用的酶酶反应器：根据酶催化特性而设计的反应设备生物传感器：对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器二、简答题第一章生物技术总论1、生物技术：指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。

2、生物技术的种类：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程3、如何论述生物技术的基本内容？生物技术是现代生物学发展及其与相关学科交差融和的产物，其核心是以DNA重组技术为中心的基因工程，还包括微生物工程、生化工程、细胞工程及生物制品等领域。

4、简述离子交换层析法的原理及过程原理：据酶极性不同，电荷不同的物质，对管柱上离子交换有不同亲和力，改变pH而依次可将其分离出来步骤：离子扩散到树脂表面、交换位置、进行离子交换、被交换离子扩散到树脂表面第二章基因工程1、基因工程：按照人们的愿望，进行严密的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，有目的地改造生物种性，是现有的物种在较短时间内趋于完善，创造出更符合人们所需求的心得生物类型，或者利用这种技术对人类疾病进行基因治疗。

2、简述基因工程的操作过程A提取目的基因B目的基因与运载体结合C将目的基因导入受体细胞D目的基因的检测和表达3、基因工程常用载体，受体细胞，工具酶是哪些常用载体：质粒，噬菌体。

受体：大肠杆菌，酵母细胞。

工具（程）酶：限制性内切酶，DNA连接酶,逆转录酶4、基因工程中转化与转染的概念转化是指DNA导入细菌的过程，转染是指病毒或以它作为载体构成的重组子导入真核细胞的过程5、为什么说基因研究是把双刃剑因为基因研究可以让我们从根本上了解和治疗疾病，延长人的寿命单一些转基因食品无法确定是否对人的健康产生不良影响6、谈谈对转基因食品安全性问题的认识转基因食品利用新技术创造产品也是一种新事物，人们自然对食用转基因食品安全有疑问很多研究表明转基因存在潜在的危险，但更多的科学家实验表明转基因食品是安全的。