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1生物技术总论1

1.1生物技术的含义2

1.1.1生物技术的定义2

1.1.2生物技术的种类及其相互关系2

1.1.3生物技术涉及的学科3

1.2生物技术发展简史6

1.2.1传统生物技术的产生6

1.2.2现代生物技术的发展6

1.3生物技术对经济社会发展的影响7

1.3.1改善农业生产，解决食品短缺7

1.3.2提高生命质量，延长人类寿命9

1.3.3解决能源危机，治理环境污染11

1.3.4制造工业原料，生产贵重金属12

1.3.5生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响12

复习思考题14

2基因工程15

2.1基因工程概况16

2.1.1基因工程的含义16

2.1.2基因工程研究的理论依据16

2.1.3基因工程操作的基本技术路线17

2.2 DNA重组18

2.2.1 DNA的一般性质18

2.2.2获得需要的DNA片段21

2.2.3 DNA片段的连接25

2.3基因克隆载体26

2.3.1质粒载体27

2.3.2病毒（噬菌体）克隆载体28

2.3.3人工染色体载体31

2.3.4基因表达载体32

2.4目的基因33

2.4.1目的基因来源33

2.4.2分离目的基因的途径33

2.5目的基因导入受体细胞36

2.5.1受体细胞36

2.5.2重组DNA分子导人受体细胞37

2.5.3克隆子的筛选39

2.5.4重组子的鉴定41

2.6基因工程技术与国计民生43

2.6.1基因工程技术用于诊断疾病44

2.6.2基因工程技术用于研制药物44

2.6.3基因工程技术用于转基因植物45

2.6.4基因工程技术用于转基因动物46

2.6.5基因工程的安全性问题与对策46

复习思考题47

3细胞工程48

3.1细胞工程的基础知识与基本技术49

3.1.1基础知识49

3.1.2基本操作49

3.2植物细胞工程50

3.2.1植物组织培养50

3.2.2植物细胞培养和次生代谢物的生产52

3.2.3植物细胞原生质体制备与融合54

3.2.4单倍体植物的诱发与利用56

3.2.5人工种子的研制58

3.2.6植物脱病毒技术60

3.3动物细胞工程60

3.3.1细胞、组织培养61

3.3.2动物细胞融合62

3.3.3淋巴细胞杂交瘤产生单克隆抗体技术63

3.3.4细胞核移植与动物克隆64

3.3.5染色体转移70

3.3.6干细胞研究71

3.4微生物细胞工程74

3.4.1原核细胞的原生质体融合75

3.4.2真菌的原生质体融合75

3.5人工编码细胞（细菌）76

复习思考题79

4发酵工程80

4.1发酵工程概况81

4.1.1发酵类型81

4.1.2发酵技术的特点82

4.1.3发酵技术的应用82

4.2微生物发酵过程83

4.2.1发酵工业中的常用微生物83

4.2.2培养基85

4.2.3发酵的一般过程87

4.3液体深层发酵88

4.3.1发酵的操作方式88

4.3.2发酵工艺控制92

4.3.3发酵设备94

4.3.4下游加工过程96

4.4固体发酵98

4.5典型产品的发酵生产99

4.5.1抗生素发酵生产99

4.5.2氨基酸发酵生产101

4.5.3维生素发酵生产102

复习思考题103

5酶工程104

5.1酶的发酵生产105

5.1.1优良产酶菌种的筛选105

5.1.2基因工程菌（细胞）的构建105

5.1.3微生物酶的发酵生产106

5.2酶的分离纯化109

5.2.1酶制剂的制备109

5.2.2酶的纯化与精制110

5.2.3酶的纯度与酶活力111

5.2.4酶制剂的保存111

5.3酶分子的改造112

5.3.1酶分子修饰112

5.3.2酶的蛋白质工程113

5.3.3生物酶的人工模拟115

5.4生物催化剂的固定化116

5.4.1酶的固定化方法117

5.4.2细胞的固定化方法119

5.4.3固定化酶（细胞）的性质120

5.4.4固定化酶（细胞）的技术指标121

5.5酶反应器121

5.5.1酶反应器的基本类型122

5.5.2酶反应器的设计原则123

5.5.3酶反应器的性能评价123

5.5.4酶反应器的操作124

5.6生物传感器125

5.6.1生物传感器的原理125

5.6.2生物传感器的分类126

5.6.3生物传感器的发展前景127

5.7酶的应用128

5.7.1酶应用的领域128

复习思考题129

6蛋白质工程130

6.1蛋白质结构基础131

6.1.1蛋白质结构的基本构件131

6.1.2蛋白质的高级结构133

6.1.3蛋白质分子之间的相互作用135

6.1.4蛋白质结构与功能的关系135

6.2蛋白质工程的研究方法136

6.2.1蛋白质工程的研究策略136

6.2.2蛋白质全新设计137

6.2.3改变现有蛋白质的结构138

6.3蛋白质工程的应用实例140

6.3.1胰蛋白酶140

6.3.2金属硫蛋白140

6.3.3人白细胞介素-2140

6.3.4组织纤维蛋白溶酶原激活因子141

6.3.5枯草杆菌蛋白酶141

6.3.6工业用酶141

6.3.7生物酶定向进化142

6.4蛋白质组学142

复习思考题143

7生物技术与农业144

7.1生物技术与种植业145

7.1.1生物技术在诱导植物雄性不育中的利用145

7.1.2生物技术培育抗逆性作物品种146

7.1.3转基因作物品质改良149

7.1.4植物细胞工程的应用150

7.1.5生物农药及生物控制152

7.2生物技术与养殖业153

7.2.1动物分子育种技术154

7.2.2动物繁殖新技术157

7.2.3生物技术在动物饲料工业上的应用162

7.2.4畜禽基因工程疫苗163

7.2.5动物生物反应器164

7.2.6核移植技术及其在养殖业中的应用165

7.2.7胚胎干细胞技术及其在养殖业中的应用166

复习思考题167

8生物技术与食品168

8.1生物技术与食品生产169

8.1.1超级稻与单细胞蛋白169

8.1.2食品和饮料的发酵生产172

8.1.3酶与食品加工178

8.1.4新型甜味剂178

8.1.5其他食品添加剂179

8.1.6转基因食品180

8.1.7在农副产品深加工和综合利用方面的应用181

8.2生物技术与食品包装182

8.2.1酶工程在食品包装中的应用182

8.2.2基因工程在食品包装中的应用183

8.2.3包装检测指示剂在食品包装中的应用183

8.2.4生物信息技术在包装检测中的应用183

8.3生物技术与食品检测184

8.3.1免疫学技术的应用184

8.3.2分子生物学技术的应用185

8.3.3生物传感器技术的应用186

8.4转基因食品的检测187

8.4.1转基因食品的PCR检测187

8.4.2转基因食品的ELISA检测188

8.4.3转基因食品的生物芯片检测188

8.5生物技术与未来食品工业189

8.5.1新时代食品工业呈现的新特点189

8.5.2现代生物技术在未来食品工业上的应用189

复习思考题190

9生物技术与人类健康191

9.1生物技术与疫苗192

9.1.1疫苗概说192

9.1.2免疫系统及疫苗的作用机制194

9.1.3病毒性疾病的疫苗195

9.1.4细菌性疾病的疫苗202

9.1.5寄生虫病疫苗203

9.1.e基因疫苗204

9.1.7治疗性疫苗204

9.2生物技术与疾病诊断205

9.2.1 ELISA技术与单克隆抗体205

9.2.2 DNA诊断技术208

9.3生物技术与生物制药212

9.3.1抗生素及其他天然药物212

9.3.2基因工程药物214

9.3.3治疗性抗体215

9.4生物技术与生物疗法216

9.4.1基因治疗216

9.4.2干细胞的利用220

9.5人类基因组计划221

9.5.1 HGP产生的背景221

9.5.2 HGP的任务222

9.5.3 HGP的研究进展222

9.5.4 HGP对医学发展的影响223

9.5.5基因资源的保护223

9.5.6我国的HGP计划225

复习思考题226

10生物技术与能源228

10.1微生物技术与石油开采229

10.1.1微生物勘探石油229

10.1.2微生物二次采油229

10.1.3微生物三次采油231

10.2未来石油的替代物——乙醇232

10.2.1生产乙醇燃料的意义及其生化机制232

10.2.2乙醇替代汽油的实例232

10.2.3乙醇代替石油所用的原材料和面临的困难233

10.2.4纤维素发酵生产乙醇234

10.3植物“石油”235

10.3.1产“石油”的树235

10.3.2油料植物236

10.3.3藻类产油236

10.4传统可再生能源——甲烷237

10.4.1生产甲烷的生化机制237

10.5未来的新能源239

10.5.1氢能239

10.5.2生物燃料电池241

复习思考题244

11生物技术与环境245

11.1污水处理246

11.1.1稳定塘法246

11.1.2人工湿地处理系统法247

11.1.3污水处理土地系统法248

11.1.4活性污泥法249

11.1.5生物膜处理法251

11.2大气净化251

11.2.1生物净气塔252

11.2.2渗滤器252

11.2.3生物滤池252

11.3固体废弃物的生物处理253

11.3.1固体垃圾的生物处理253

11.3.2矿渣的生物淋溶处理256

11.4污染环境的生物修复257

11.4.1生物修复概述257

11.4.2生物修复的方法258

11.4.3生物修复技术的应用258

11.5环境污染监测与评价的生物技术262

11.5.1指示生物262

11.5.2核酸探针和PCR技术263

11.5.3生物芯片264

11.5.4生物传感器及其他264

复习思考题266

12对生物技术发明创新的保护267

12.1专利保护268

12.1.1专利的特征268

12.1.2授予专利权的条件268

12.1.3生物基因可专利性的争论269

12.1.4生物基因专利审查的标准270

12.1.5基因专利授权范围273

12.1.6人类基因的可专利性275

12.1.7专利保护的缺陷276

12.2商业秘密277

12.2.1商业秘密的要件277

12.2.2商业秘密形式的优势与缺陷278

12.2.3我国关于保护商业秘密的相关法律规定279

12.3生物技术发明的其他保护形式279

12.4生物技术专利保护的负面影响281

复习思考题282

13生物技术安全性及其应对措施283

13.1转基因生物的安全性问题284

13.1.1转基因微生物284

13.1.2转基因作物及食品287

13.1.3转基因动物300

13.2动物克隆302

13.2.1动物克隆技术与动物克隆的热潮302

13.2.2克隆人研究引起的恐慌303

13.2.3克隆人的挑战与机遇304

13.2.4治疗性克隆305

13.2.5干细胞研究306

13.2.6人造生命310

13.3生物武器310

13.3.1生物武器的危害310

13.3.2国际社会对生物武器的管控措施311

13.3.3生物恐怖主义及其应对措施312

复习思考题314

主要参考文献315