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目录1

第1章 现代生物技术总论1

第一节 生物技术的含义1

一、生物技术的定义1

二、生物技术的种类及其相互关系2

（一）基因工程2

（二）细胞工程2

（三）酶工程2

（四）发酵工程3

（五）蛋白质工程3

三、生物技术涉及的学科3

第二节 生物技术发展简史4

一、传统生物技术的产生4

（一）生物体的化学元素组成5

一、生物体的结构组成5

第三节 生物体的结构组成及分类5

二、现代生物技术的发展5

（二）重要的生物大分子物质6

（三）生物膜7

（四）细胞10

二、生物的分类12

（一）生物的多样性12

（二）分类方法及分类等级12

（三）物种的命名方法13

（四）生物的分类系统14

（五）病毒界14

（六）原核生物界18

（七）原生生物界21

（八）菌物界25

（九）植物界26

（十）动物界30

（一）用于开发新型药品33

第四节 现代生物技术的应用及发展前景33

一、提高生命质量，延长人类寿命33

（二）用于疾病的预防和诊治34

（三）用于基因治疗34

（四）人类基因组计划35

二、解决能源危机、治理环境污染35

（一）解决能源危机35

（二）保护环境35

三、改善农业生产、解决食品短缺36

（一）有利于提高农作物的产量及品质37

（二）有助于发展畜牧业生产37

第2章 基因工程38

第一节 基因与基因工程38

一、核酸——生命之本38

（一）核酸的化学组成及理化性质38

（二）核酸的分子结构40

（三）核酸的生物学功能41

二、基因研究的进展44

（一）基因学说的创立44

（二）DNA是遗传信息的载体44

（三）基因与顺反子44

（四）“—基因—多肽”学说45

（五）中心法则与遗传密码45

（六）断裂基因、重叠基因和重复序列45

（七）移动基因和假基因46

三、基因工程的诞生和研究内容46

第二节 常用工具酶47

一、限制性核酸内切酶47

（一）限制性核酸内切酶的发现48

（二）限制性核酸内切酶的类型48

（四）Ⅱ型限制性核酸内切酶的特性49

（三）限制性核酸内切酶的命名原则49

（五）限制性核酸内切酶的活性单位51

（六）影响限制性内切酶活性的因素51

（七）限制性核酸内切酶的应用53

二、DNA连接酶53

三、DNA聚合酶54

（一）大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ55

（二）大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ大片段酶（Klenow大片段酶）56

（三）T4DNA聚合酶56

（四）T7DNA聚合酶及其修饰产物57

（五）逆转录酶57

（六）Taq DNA聚合酶57

四、分子克隆中常用的其他工具酶57

（一）甲基化酶57

（二）末端脱氧核苷酸转移酶57

（八）绿豆核酸酶58

（七）Ba131核酸酶58

（九）核糖核酸酶A58

（四）碱性磷酸酶58

（六）S1核酸酶58

（五）脱氧核糖核酸酶Ⅰ58

（三）T4多核苷酸激酶58

第三节 基因工程载体59

一、细菌质粒载体59

（一）质粒的生物学特性59

（二）质粒DNA的分离与纯化60

（三）常规质粒载体61

二、噬菌体载体64

（一）噬菌体的生物学特性65

（二）常规噬菌体载体65

三、柯斯质粒载体66

五、真核病毒载体67

四、酵母质粒载体67

（一）猴空泡病毒载体68

（二）牛痘病毒载体68

（三）牛乳头瘤病毒载体69

（四）昆虫杆状病毒载体69

（五）与基因治疗有关的载体69

第四节 目的DNA的获得………………………………………（70)一、化学合成法70

（一）脱保护作用71

（二）耦联反应71

（三）封端反应71

（四）氧化作用71

二、聚合酶链式反应法71

三、基因文库法73

（一）文库的构建73

（二）目的DNA克隆片段的分离74

（三）文库的筛选75

第五节 DNA分子重组及其导入受体细胞76

一、外源DNA片段与载体分子的重组76

（一）互补黏性末端DNA分子的定向克隆76

（二）平末端及非互补黏性末端DNA分子之间的连接76

二、重组DNA分子导入受体细胞78

（一）受体细胞78

（二）重组分子导入原核生物受体细胞的方法79

（三）重组DNA分子导入真核生物受体细胞的途径80

第六节 DNA重组子的筛选与鉴定82

一、遗传检测法82

（一）抗生素平板选择法82

（二）抗生素插入失活选择法82

（三）β-半乳糖苷酶显色选择法82

（四）DNA测序鉴定83

（三）PCR鉴定83

（五）R-环检测法83

（四）报告基因检测法83

（二）内切酶图谱鉴定83

（一）凝胶电泳检测83

二、物理检测法83

三、核酸杂交筛选法84

（一）菌落或噬菌斑原位杂交筛选法84

（二）Southern杂交筛选法84

四、免疫化学检测法85

第七节 基因工程技术的应用86

一、基因工程技术在工业中的应用86

二、基因工程技术在农牧业中的应用87

（一）通过基因工程的方法获得高产、稳产且具有优良品质的农作物87

（二）利用基因工程技术可培育出具有各种抗逆性的转基因农作物87

三、基因工程在医药卫生领域中的应用88

（一）基因诊断88

（二）基因治疗90

（三）基因工程抗体91

（四）基因工程疫苗92

（五）基因工程药物92

四、基因工程在其他行业中的应用94

第3章 细胞工程95

第一节 细胞学说的建立和发展95

一、细胞的发现95

二、细胞学说的建立95

三、细胞学说对细胞研究的推动作用96

（一）原生质理论的提出96

（二）细胞受精和分裂的研究96

（三）一些重要的细胞器的发现96

四、细胞学的发展97

一、细胞培养技术98

二、细胞融合技术98

第二节 细胞工程基本技术98

（一）制备原生质体99

（二）诱导细胞融合99

（三）筛选杂合细胞99

三、细胞拆合技术99

第三节 植物细胞工程100

一、几个基本概念100

二、植物组织培养101

（一）预备阶段101

（二）诱导去分化阶段102

（三）继代增殖阶段102

（四）生根发芽阶段102

（五）移栽成活阶段102

（一）植物细胞培养的基本方法103

（二）植物单细胞培养103

三、植物细胞培养103

（三）植物细胞的生物反应器大规模培养105

（四）植物细胞的两相培养技术108

（五）植物细胞的生物反应器固定化培养108

四、原生质体培养与体细胞杂交109

（一）原生质体的制备110

（二）原生质体的培养方法111

（三）原生质体融合与体细胞杂交111

（四）原生质体的发育与体细胞再生113

五、单倍体育种113

（一）单倍体育种的优越性113

（二）单倍体植株的诱导方法113

（三）花药培养114

六、人工种子115

（一）人工种子的结构115

（三）人工种子的制备116

（二）人工种子的优势116

（四）人工种子的储存与萌发117

第四节 动物细胞工程117

一、动物细胞培养117

（一）细胞培养的基本技术117

（二）细胞的冷冻保存与复苏120

（三）细胞污染的防治120

二、动物细胞融合120

（一）动物细胞的融合途径120

（二）融合细胞的筛选121

三、淋巴细胞杂交瘤和单克隆抗体122

（一）B淋巴细胞杂交瘤与单克隆抗体技术122

（二）人杂交瘤单克隆抗体技术123

（三）T淋巴细胞杂交瘤技术124

（一）细胞核移植125

四、核移植与动物克隆125

（二）动物克隆126

五、基因转移与转基因动物127

（一）基因转移的方法127

（二）转基因动物128

六、干细胞130

（一）胚胎干细胞130

（一）成体干细胞132

第五节 微生物细胞工程132

一、微生物细胞培养133

二、微生物原生质体技术133

（一）原生质体制备133

（二）原生质体再生133

（三）原生质体融合133

（四）融合子的检出133

（三）新型植物品种的培育134

（二）获取生物活性物质134

第六节 细胞工程的应用134

一、植物细胞工程的应用134

（一）优质植物的快速培育与繁殖134

二、动物细胞工程的应用135

（一）生产生物药物135

（二）快速繁殖优良、濒危动物品种135

（三）新型动物品种的培育135

（四）细胞治疗135

（五）器官修复或移植135

（六）建立疾病模型135

三、微生物细胞工程的应用136

（一）选育优质高产菌株136

（二）获取新的代谢产物136

（三）能源、环保方面的应用136

一、发酵工程的历史发展137

第4章 发酵工程137

第一节 微生物发酵的历史与现代发酵工业137

二、生物技术与发酵工业138

第二节 发酵工程的上游技术139

一、菌种分离、筛选的原则与步骤139

（一）采样140

（二）富集与分离140

二、产生特殊物质的微生物筛选141

（一）抗生素产生菌的筛选141

（二）抗肿瘤药物产生茵的筛选141

（三）抗病毒药物产生菌的筛选142

（四）免疫激活剂产生茵的筛选142

三、自然选育143

四、诱变育种143

（五）酶产生茵的筛选143

（六）酶抑制剂产生茵的筛选143

（一）诱变育种的基本方法144

（二）变异菌株的筛选145

（三）菌种保藏146

第三节 发酵工程的中游技术147

一、固体发酵147

二、液体发酵147

（一）生物反应器的设计目标148

（二）微生物反应器148

（三）酶反应器149

（四）动、植物细胞培养反应器150

第四节 发酵产品的下游加工过程151

一、概述151

（五）生物反应器的放大151

二、发酵液的预处理和固液分离方法152

三、微生物细胞的破碎157

四、提取158

（一）萃取158

（二）淀淀159

五、精制159

六、成品加工160

（一）喷雾干燥器160

（二）气流干燥器160

（三）沸腾干燥器161

（四）鼓式干燥器161

（五）冷冻干燥161

第五节 发酵过程的优化与控制161

一、发酵过程优化在生物工业中的地位161

二、发酵过程优化的研究内容162

三、发酵过程控制163

（二）程序控制164

（三）直接数字控制164

（四）优化控制或自适应控制164

（一）参数巡回采集和综合处理164

第六节 发酵工程的应用165

一、食品、饮料与发酵工程165

二、医学与发酵工程165

三、能源与发酵工程165

四、环保、农业与发酵工程166

五、材料与发酵工程166

第5章 酶工程168

第一节 酶是生物催化剂168

一、酶的研究史168

（一）酶的组成170

（二）酶蛋白的结构170

二、酶的组成与结构170

（三）酶的辅助因子171

（四）酶的活性中心171

三、酶的主要催化特点172

（一）酶催化的高效性172

（二）酶的底物专一性173

四、影响酶催化作用的因素174

（一）温度对酶活力的影响174

（二）酸碱度对酶活力的影响175

（三）激活剂和抑制剂对酶活力的影响175

五、酶的分类及命名175

（一）酶的分类175

（二）酶的命名176

第二节 酶的获取176

一、酶的发酵生产177

（一）酶的生产菌选育177

（二）培养基178

二、酶的分离纯化180

（三）酶产量的提高180

（一）材料的预处理181

（二）细胞的破碎182

（三）酶的抽提182

（四）酶的分离纯化183

三、酶分子的改造与模拟187

（一）酶分子的改造187

（二）酶的模拟188

第三节 固定化酶和固定化细胞技术189

一、固定化酶的制备189

二、固定化细胞的制备191

（二）包埋法192

三、固定化酶（细胞）的性质192

（一）物理吸附法192

（一）底物特异性的改变193

（二）最适pH的改变193

（三）最适温度的变化193

（四）动力学常数的变化193

（五）稳定性变化193

第四节 酶反应器193

一、酶反应器的设计原则194

二、酶反应器的类型和特点195

（一）间歇式酶反应器195

（二）连续搅摔釜式反应器195

（三）填充床反应器195

（四）流化床反应器195

（五）连续搅拌器——超滤膜反应器195

（一）根据固定化酶的形状进行选择196

三、酶反应器的选择196

（九）其他类型反应器196

（七）螺旋卷绕膜式反应器196

（六）循环反应器196

（八）中空纤维膜式反应器196

（二）根据底物的物理性质进行选择197

（三）根据酶反应动力学特性进行选择197

（四）根据酶的稳定性进行选择197

（五）根据操作要求及反应器费用进行选择197

第五节 酶的应用197

一、酶的应用领域198

二、生物传感器200

（一）什么是生物传感器200

（二）生物传感器的工作原理200

（三）生物传感器的发展前景201

第6章 蛋白质工程202

第一节 概述202

一、蛋白质在生命过程中的重要作用203

第二节 蛋白质的结构与功能203

二、蛋白质的组成204

三、蛋白质的结构207

（一）蛋白质的一级结构207

（二）蛋白质的二级结构207

（三）蛋白质的超二级结构和结构域210

（四）蛋白质的三级结构211

（五）蛋白质的四级结构211

四、蛋白质结构与功能的关系212

（一）蛋白质的一级结构决定高级结构212

（二）蛋白质分子的构象与功能的关系213

第三节 蛋白质工程技术216

一、蛋白质结构的分析方法216

（一）蛋白质晶体学方法216

（二）二维磁共振方法217

（三）蛋白质折叠的研究方法218

（四）蛋白质工程计算机辅助分子设计219

（五）蛋白质序列分析220

二、蛋白质功能的研究方法221

（一）酶学方法221

（二）蛋白质和多肽激素、生长因子的研究方法222

（三）受体蛋白质功能的研究方法224

（四）免疫活性蛋白质的研究方法224

（五）核酸结合蛋白的研究方法226

第四节 蛋白质组学226

一、蛋白质组学的产生226

二、蛋白质组学的概念227

三、蛋白质组学研究的技术手段227

（一）样品的制备227

（二）蛋白质组的分离技术228

（三）蛋白质组的鉴定技术228

（一）在医学上的应用230

四、蛋白质组学研究的应用230

（二）在基础生物学中的应用231

第五节 蛋白质工程应用231

一、蛋白质工程在工业酶中的应用231

（一）改善工业用酶的热稳定性231

（二）改良工业用酶的最适pH232

（三）提高工业用酶的催化效率232

（四）增强工业用酶的底物专一性233

二、蛋白质工程在医药工业中的应用233

（一）抗体的蛋白质工程233

（二）组织血纤维蛋白溶酶原激活因子的蛋白质工程234

（二）基于蛋白质结构的小分子药物设计235

第7章 生物芯片239

一、生物芯片的概念240

第一节 概述240

二、生物芯片技术发展的三个阶段241

（一）微阵列生物芯片技术241

（二）微流路芯片241

（三）微缩芯片实验室244

三、其他种类的生物芯片………………………………………（245)（一）组织芯片245

（二）细胞芯片245

第二节 基因芯片技术246

一、芯片的制备246

（一）载体246

（二）基因芯片制作方法247

（三）DNA芯片的类型249

二、样品的准备250

三、杂交反应及杂交后清洗250

四、基因芯片检测252

（一）荧光标记杂交信号的检测方法253

（二）生物素标记方法中的杂交信号探测254

第三节 生物信息学与基因芯片255

一、生物信息学发展现状255

二、生物信息学研究的主要任务256

三、基因芯片与生物信息学257

四、生物信息学在基因芯片中的具体应用259

（一）确定待检测的目标序列259

（二）高密度基因芯片设计259

（三）基因芯片检测结果分析及数据管理260

第四节 蛋白质芯片技术261

一、蛋白质芯片的分类及制备261

（四）蛋白质的固定262

（六）蛋白质芯片的使用262

（三）芯片的点印263

（一）载体的制备263

（五）芯片的封阻263

二、蛋白质芯片的技术过程263

（二）蛋白质的预处理263

三、蛋白质芯片与基因芯片的比较264

第五节 生物芯片的应用264

一、基因表达分析264

二、大规模DNA测序266

三、基因型、基因突变和多态性分析266

四、在肿瘤研究中的应用268

（一）肿瘤诊断268

（二）寻找肿瘤相关基因268

（三）肿瘤基因突变的研究269

（一）分枝杆菌的分型及耐药性的鉴定270

（二）病原微生物的快速诊断270

五、在病原微生物检测中的应用270

（四）基因芯片在抗肿瘤药物筛选中的应用270

（三）在病毒检测方面的应用271

六、在药物研究中的应用271

（一）新药研究与开发271

（二）生物芯片在药物作用机制研究中的应用273

七、在中医学领域中的应用275

（一）中药的研究275

（二）中医“证”本质的研究275

（三）针灸原理研究275

八、其他方面应用275

（一）在环境健康科学领域应用275

（二）体质医学的研究276

第8章 人类基因组计划及其研究方法278

第一节 人类基因组研究及策略279

一、遗传图280

三、转录图281

二、物理图281

四、序列图282

第二节 后基因组研究282

一、基因组的功能与结构预测——功能基因组学283

（一）基因组生物信息学284

（二）基因组元素组成的识别286

（三）疾病基因组学287

（四）药物基因组学292

二、蛋白质组学293

三、我国人类基因组计划的基本内容295

第9章 现代生物技术与生物安全298

第一节 概述298

第二节 微生物技术300

第三节 转基因技术与食品301

第四节 医药生物技术305

第五节 克隆技术306

第六节 生物武器309

第七节 生物安全管理312

第一节 现代生物技术制药的一般规则314

一、基因工程药物审批的一般程序314

第10章 现代生物技术规则及生物伦理道德314

二、基因工程药物生产环境的要求315

三、ISO证书316

第二节 现代生物技术的生物伦理道德问题317

一、伦理道德与遗传工程319

二、遗传隐私320

四、人“种”322

三、基因专利322

五、人类的生命交易323

六、人的克隆323

七、干细胞324

八、优生学325

九、生物技术与基督教信仰326

十、人类基因组及其思考326

十一、案例研究327