现代生物技术与生物工程导论
《现代生物技术导论》教学大纲
《现代生物技术导论》教学大纲课程编号：课程名称：《现代生物技术导论》总学时数：16 学时本课程是生物技术专业学生进一步深入学习专业相关课程的基础，为进一步学习《基因工程》、《细胞工程》、《微生物工程》、《生物工程下游技术》以及《生物技术制药》等课程奠定基础。
一、说明部分1、课程性质现代生物技术导论（Introduction to Modern Biotechnology）是一门全面介绍现代生物技术的原理和应用的学科,课程从多个角度向学生全方位的介绍现代生物技术的概念、原理、研究方法和应用实例，内容涉及DNA重组技术，蛋白质工程，发酵工程，现代生物农药和肥料，动植物基因工程，重组疫苗，分子诊断和基因治疗等内容。
它的内容体现原理和实际相结合的原则,内容具有全、新特点。
2、教学目标及意义（1）这门课的教学目标是向生物技术本科专业的学生介绍生物技术的基本概念、基本原理和基本理论，介绍生物技术各主要分支学科的概况及其最新进展；掌握生物技术应用和发展过程中的规律和解决问题的方法。
（2）为学生进一步学习其他专业基础课和专业课打下良好的基础。
（3）通过教学，贯彻“加强基础、拓宽专业、注重素质、突出能力”的人才培养模式，使学生了解生物技术的严谨性，增强人与自然和谐发展的意识，并提高他们采用生物学的思维方式来观察和解决问题的能力。
3、教学环节与教学要求现代生物技术导论是针对生物技术专业低年级本科生开设的一门课程，在讲授上注意理论和实际应用相结合的原则，注意增加教材没有的而正在被逐渐应用的生物技术的内容。
由于课时的原因，注意抓住重要的生物技术，尤其是和医学、农学紧密联系的学科的内容，开脱学生的思路。
在课堂讲授时积极引导学生在方法上改进的思考，培养学生理论和实际相结合的思维。
结合本教研室师资力量，派遣不同专业方向的多位特长教师授课，授课教师要求具有博士或副教授以上的学位或职称资格。
4、教学重难点重点是现代生物技术的相关概念、原理、研究方法。
生物工程导论
第一章绪论生物工程是生命科学和工程科学的交叉科学。
生物工程学科的任务是促进和实现生命科学的实验室研究成果向应用领域的转化。
1.1生物工程的学科基础以生物科学和生物技术为基础，结合化学工程、机械工程、控制工程、环境工程等工程学科，研究和发展利用生物体系或其中的一部分生产有益于社会的产品或达到一定社会目标的过程工程科学。
生物工程的研究对象包括活的生物体或它们的一部分。
生物工程的任务就是为细胞的生长和目标产物积累创造最好的条件，研究开发最适合的工艺路线和设备,实现工业化生产以满足社会需要.1。
2生物工程的研究领域生物工程的研究领域包括:基因工程、细胞工程、酶工程、微生物工程（发酵工程）及生物分离工程。
1.2.1基因工程DNA是遗传的物质基础，1967年第一个基因工程产品—-人胰岛素通过定位突变的方法使所表达的蛋白质产物的结构和功能发生变化,根据需要设计新的蛋白质氨基酸序列,已经发展成为一门新的交叉学科-—蛋白质工程。
1.2.2细胞工程细胞是构成包括人类、动物、植物和微生物在内的几乎所有生物的基本单元。
哺乳动物的干细胞(即未分化的细胞）也具有全能性和无限繁殖的能力。
发酵工程和生物分离技术的进步则是提高细胞培养工程和目标产物回收过程效率的可靠保障。
1。
2。
3酶工程几乎所有的酶都是蛋白质，酶又具有催化剂的功能,即能够降低化学反应的活化能、加快反应速率,在反应中不消耗，反应结束时恢复到原来的状态.酶工程是研究酶的分离、提纯及利用酶作为生物催化剂，实现化学转化,合成各种产物或达到人类所需社会目标的工程科学。
酶催化反应的特点是很高的效率和专一性1.2。
4发酵工程发酵工程已经泛指所有细胞(动物、植物、微生物及基因工程细胞）的大规模培养并获得目标产物的过程。
1.2。
5生物分离工程与其他分离过程类似,生物技术产品的分离方法也是根据被分离对象及主要杂质的物理化学性质设计分离提纯流程,但是生物技术产品的分离也具有其特殊性，主要表现：(1）目标产物的浓度低（2）目标产物和杂质的物理和化学性质十分接近，而且成分非常复杂(3)目标产物往往具有生物活性（4）在许多应用领域,生物技术产品有很高的纯度和安全性要求。
生物工程导论
生物工程导论一、课程性质及其设置目的与要求（一）课程性质和特点《生物工程导论》课程是我省高等教育自学考试现代农业管理专业（独立本科段）的一门重要的专业课程，其任务是培养应考者系统地学习生物工程领域的基本知识，了解生物工程的现状和发展趋势，掌握生物工程各研究领域的基本理论和方法，深刻认识生物工程在现代科技、可持续发展中的地位和作用，为生物工程在我国的发展与利用培养专门的管理人才。
（二）本课程的基本要求本课程共分为六章。
在对生物工程的学科基础、研究和应用领域进行简要介绍的基础上，重点阐述了基因工程、细胞工程、酶工程、微生物工程和环境工程的基本理论、研究领域、应用方法和发展前景。
通过对本书的学习，要求应考者对生物工程有一个全面和正确的了解。
具体应达到以下要求：1、解生物工程各研究领域的发展过程、现状和发展趋势，生物工程的研究与应用领域，生物工程在科技发展尤其是农业科技发展中的地位与作用；2、理解并掌握生物工程各研究领域的理论基础和基本原理；3、掌握生物工程各领域的基本方法、操作步骤和应用。
（三）本课程与相关课程的联系生物工程是生命科学和工程学科的交叉学科，覆盖的学科领域非常广泛，它是以生物科学、生物技术为基础，结合化工、环境工程等工程学科的综合性应用学科。
因此本课程的前修课程包括生物学（植物学、动物学和微生物学）、分子生物学、生物化学、生物技术、化工原理、环境工程等，这些课程可以帮助我们更好地掌握生物工程原理、方法和应用技术。
二、课程内容与考核目标第一章绪论（一）课程内容本章简要而全面地介绍了生物工程的学科基础、研究领域和服务对象。
（二）学习要求了解生物工程的理论基础、研究领域和服务对象，从而认识生物工程这门课程的基本概貌。
（三）考核知识点和考核要求1、领会：生物工程的学科基础；2、掌握：生物工程的研究领域和服务领域。
第二章基因工程（一）课程内容本章介绍了基因工程的发展历史、基础理论、工具酶、载体、获得目的基因的方法和途径、载体质粒的构建与转化、目的基因的高效表达及基因工程的应用与发展前景等。
生物工程与技术导论(第十章 生物分离工程基础)
产物纯化：除去与产物性质相近一些杂质，采 用色谱、电泳、结晶等分离手段；
萃取
➢ 利用组分在两个互不相溶的液 相中的溶解度差而将其从一个 液相转移到另一个液相的分离 过程称为液液萃取，也叫溶剂 萃取，简称萃取；
过滤
(a)饼层过滤 图 3-18
(b) 架桥现象 饼层过滤
滤饼过滤：在 介质表面形成 初始层，其孔 隙通道比过滤 介质孔隙更小， 能截留住更小 的颗粒；
深层过滤：固 体粒子被截留 于介质内部的 孔隙中。
过滤
过滤介质：表面过滤介质（滤布、滤网，回收 固相，高浓度）、深层过滤介质（砂滤层、多 孔塑料，回收液相，低浓度）；
➢ 主要用于分离和提取已经存在 于液相中的某种物质，在石油 化工、生化、食品、医药、轻 工等领域被广泛使用；
分液漏斗
有机相 水相
萃取应用
第一级 含青霉素乙酸戊酯
第二级
第三级
青霉素滤液 在三级逆流萃取装置中用乙酸戊酯从澄清的发酵液中分离青霉素
青 霉 废液 素 乙酸戊脂 提 取
➢ 在pH=2 时，以青霉素酸形式存在，溶于有机溶剂中， 在pH=7时，形成青霉素盐，能溶于水中；
膜分离的类型
微滤 超滤 纳滤 反渗透
▲■●◆×
▲■●◆× ▲■●◆×
× ×
悬浮粒子
▲
■
●
◆
×
× ×
▲■●◆
◆
▲ ■ ● ◆◆
▲ ■ ● ◆◆
大分子
▲■●
▲
■
●
● ●
▲ ■ ●●
▲■
■
▲■■
▲ ■■
现代生物技术导论——第一章 绪论
2、现代生物技术
• 主要是有效的分离、鉴定、克隆基因的方法； • DNA重组技术使得生物技术过程中生物转化
这个环节的优化过程变得更加有效； • 可以人工制造高产量的菌株； • 植物、动物都可以作为天然的生物反应器，用
来生产新的或改造过的基因产物；
3、现代生物技术的发展趋势
• 基因操作技术日新月异，不断完善； • 基因工程药物和疫苗研究与开发突飞猛进； • 转基因植物和动物取得重大突破； • 阐明生物体（目前主要有人类、水稻、拟南芥
1972
年 第 一 例 基 因 工 程 实 验
三、现代生物技术革命
生物技术的定义： 生物技术是应用自然科学及工程学的原
理，依靠微生物、动物、植物体作为反应 器将物料进行加工以提供产品来为社会服 务的技术。
1、传统生物技术
• 主要是通过微生物的初级发酵来生产商品， 包括三个重要步骤：
• 第一步：上游处理过程。 • 第二步：发酵和转化。 • 第三步：下游处理过程。
• 拟南芥是国际上第一个完成全部 基因组序列测定的高等植物。
• 美国于2001年启动了“2010年计 划”，目标是到2010年确定拟南 芥中所有基因的功能。
农业方面
• 遗传育种——农作物、畜牧业的优良品种
• 无籽西瓜
医药卫生方面
• 干扰素
细菌造雪
• 美国科学家发现 假单胞菌能在寒 冷的环境中将水 雾凝结成雪花。
化学化工学院 主讲教师：黄 磊
第一章 绪 论
人之初
被精子包围的 卵子 胚胎的开始
16个星期之后
受精卵发育成初具 雏形的胎儿
一、生命的本质特征
• 生长发育 • 繁殖与遗传 • 化学成分的同一性 • 严整有序的结构——细胞 • 新陈代谢 • 调节 • 应激性和运动 • 适应
《现代生物技术导论》教学大纲
《现代生物技术导论》教学大纲《现代生物技术导论》教学大纲课程编号：4060336 开课院系：化学与生物工程学院生物科学与工程系课程类别：本专业必适用专业：生物技术课内总学时：32 学分：2先修课程：生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、免疫学、生物技术制药基础审定：杜宏武一、课程教学目的本课程让学生系统了解现代生物技术的概念、原理、研究方法、发展方向及其应用领域。
内容主要包括(1) DNA重组、蛋白质与酶工程、动植物细胞工程、微生物发酵工程，(2) 医药、农业、食品、环保、能源等应用生物技术，(3) 重组疫苗、抗体工程、生物芯片、分子诊断、干细胞、基因治疗等现代生物技术的前沿领域。
二、课程教学基本要求1．课程重点：本课程的重点在于理解并掌握现代生物技术如基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程及抗体工程等基本理论及其应用。
2．课程难点：本课程的难点在于掌握以基因工程为核心的现代生物技术的新的技术和实际应用。
3．能力培养要求：通过本课程的教学，帮助学生掌握生物技术的基本方法原理，了解生物技术在科学研究、国民经济、社会生活中的应用和生物技术前沿领域的新进展。
为学生将来从事该领域科研、创业和实践工作奠定基础。
并且要求学生准确理解生物技术的基本概念和基本原理，系统掌握现代生物技术领域的主要方法与应用技术。
提高学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力。
三、课程教学内容与学时课堂教学( 32学时）1．绪论(2学时)1.1 了解现代生物技术的产生1.2 了解现代生物技术的商业化情况1.3 了解现代生物技术的前景1.4 了解中国的现代生物技术发展现状2．DNA重组技术与基因操作（2学时）2.1 了解DNA分子的基本结构与基本功能2.2 介绍类型II限制性内切酶的特点和主要用途2.3 理解并掌握基因工程的克隆载体2.4 了解原核细胞的转化和筛选的原理和方法3．原核生物的基因表达与操作（2学时）3.1 了解原核生物基因的转录和翻译3.2 了解有功能的启动子的分离3.3 理解并掌握可调控强启动子的分离3.4 理解并掌握融合蛋白和非融合蛋白的表达及纯化3.5 了解原核表达载体3.6 了解在原核生物中提高蛋白质表达量的方法3.7 了解原核生物表达产物的分离纯化4．基因诱变及蛋白质工程（2学时）4.1 基因诱变4.2 定点诱变在蛋白质工程中应用4.3 蛋白改进的其他常用方法4.4 了解用蛋白质工程对限定性内切酶进行改造的方法5．通过重组原核微生物生产商品（2学时）5.1生产蛋白药物5.2 生产限制性内切酶5.3 生产生物小分子5.4 生产生物多聚体6．现代发酵工程（2学时）6.1 微生物生长动力学6.2 发酵过程的优化6.3 生物反应器6.4 发酵产品的下游处理7．现代生物农药（2学时）7.1 微生物杀虫剂7.2 动物杀虫剂7.3 防治植物病害的微生物7.4 生物除草剂8．现代微生物肥料（1学时）8.1 了解微生物的固氮作用8.2 了解固氮酶的作用机制8.3 理解并掌握固氮酶基因的分离方法8.4 了解氢化酶的基本知识8.5 了解其他促进植物生长的细菌9．生物净化与生物废料再生（1学时）9.1 了解现代生物技术在降解非生物物质中的应用9.2 了解淀粉和其他含糖废液的利用情况9.3 了解木质纤维的利用的基本情况9.4 了解废气废水的生物净化10．真核细胞中重组蛋白的表达（2学时）10.1 理解并掌握酵母表达系统10.2 理解并掌握杆状病毒转化载体的构建及大规模应用中的一些问题10.3 了解哺育动物细胞的表达系统11．植物基因工程（1学时）11.1 理解并掌握植物转化的方法11.2 理解并掌握植物抗性基因工程11.3 了解改进作物的品质和花卉的性状11.4 了解雄性不育基因工程的基本方法11.5 了解利用植物作为生物反应器的基本内容11.6 了解转基因植物的生物安全性问题12．转基因动物（1学时）12.1 理解并掌握转基因鼠的研究方法12.2 理解并掌握转基因鼠的应用12.3 了解其他转基因动物如牛、羊、猪等12.4 了解转基因动物的应用前景12.5 了解克隆动物的基本情况13．单克隆抗体和抗体工程（1学时）13.1 理解并掌握抗体的结构和功能13.2 理解并掌握单克隆抗体13.3 理解单克隆抗体的改造和应用13.4 了解抗体的表达系统13.5 了解抗体芯片14．现代分子诊断技术（3学时）14.1 理解并掌握酶联免疫吸附测定的原理和局限性等14.2 理解并掌握DNA诊断系统如核酸杂交、疟疾的分子诊断等14.3 理解并掌握DNA指纹鉴定方法14.4 了解随机扩增多态DNA技术14.5 了解遗传性疾病的分子诊断技术14.6 了解癌症的分子诊断技术14.7 了解环境微生物的检测15．预防性及治疗性疫苗（3学时）15.1 了解疫苗的简介15.2 理解并掌握基因工程疫苗15.3 理解并掌握DNA免疫方法15.4 理解并掌握活体重组疫苗及其载体系统15.5 了解细菌及其他疫苗的基本情况15.6 了解艾滋病疫苗15.7 了解肿瘤疫苗16．人类基因的克隆（1学时）16.1 了解人类基因组计划及其研究方法16.2 理解并掌握基因芯片的原理及目前的发展状况16.3 了解蛋白质组学研究进展17．人类疾病的基因治疗（2学时）17.1 了解基因治疗的历史及现状17.2 理解并掌握基因治疗中的基因转移载体的构建17.3 理解并掌握非病毒载体介导的基因治疗17.4 理解并掌握反义疗法17.5 了解通过核酶进行基因治疗18．现代生物技术的规则与专利（2学时）18.1 了解现代生物技术制药的规则及要求18.2 了解转基因作物的争议及有关安全管理规则18.3 了解中国在基因治疗方面的相关法规18.4 了解现代生物技术专利的基本情况18.5 了解现代生物技术的社会伦理问题四、教材与参考书教材瞿礼嘉主编，《现代生物技术导论》，高等教育出版社，2004，第2版参考书1. Colin Ratledge et al，《Basic biotechnology》，高等教育出版社，2002，第2版2. 宋思扬、楼士林主编，《生物技术概论》，科学出版社，2003年，第2版3. 瞿礼嘉主编，《现代生物技术导论》，高等教育出版社，1998年，第1版4．朱圣庚主编，《生物技术》，上海科学技术出版社，1995年，第1版五、作业查阅资料，了解目前国内外生物技术方面的发展及目前比较前沿的技术，写一篇3000字左右的综述，其中至少要看15篇英文文献。
生物工程导论复习资料全
1.生物工程: 它是以现代生命科学为基础,结合先进的技术手段和其它基础科学的科学原理,按照预先的设计改造生物体或加工原料, 为人类生产出所需要的产品或达到某种新技术。
2.生物工程的研究对象: 包括活的生物体或它们的一部分.3.生物工程的任务:就是为细胞的生长和目标产物的积累创造最好的条件,研究开发最适合的工艺路线和设备,实现工业化生产以满足社会需要.※生物工程研究的是有活细胞参与的更复杂的反应过程。
4.生物工程的研究领域:①基因工程,在1967年完全确定DNA分子中64个三联密码子后不久,第一个基因工程产品-人胰岛素就面世了.基因工程的工力功能是编码蛋白质.通过定位突变的方法使所表达的蛋白质产物的结构和功能发生变化, 根据需要设计新的蛋白质氨基酸序列。
----蛋白质工程（名词解释）②细胞工程,细胞是构成包括人类、动物、植物和微生物在内的几乎所有生物的基本单元。
细胞最显著的特点:吸收环境中的营养物质,通过细胞内无数个由酶催化并得到良好组织和调节的化学反应.例如：①从微生物细胞培养中, 得到了抗生素、氨基酸、有机酸、溶剂、酶制剂及SCP （单细胞蛋白）等；②从植物细胞培养得到了紫杉醇、紫草宁等；③从动物细胞培养得到了EPO（促红细胞生成素）、生长因子及单克隆抗体等。
（选择）③酶工程,是研究酶的分离,提纯及利用酶作为催化剂,实现化学转化,合成各种产物或达到人类所需社会目标的工程科学.几乎所有的酶都是蛋白质,酶具有催化剂的功能.酶的来源包括动物,植物及微生物,来源不同的酶有不同的用途.（动物来源的酶一般用于医药或诊断试剂.植物和部分微生物来源的酶可用于食品工业,而工业用酶一般都来源于微生物.）（填空）※酶催化反应的特点：是有很高的效率和专一性, 酶催化反应的专一性包括底物专一性、基团专一性及立体专一性等。
④微生物工程(发酵工程),→泛指所有细胞（动物、植物、微生物及基因工程细胞）的大规模培养并获得目标产物的过程.是典型的多相、多尺度问题.采用液体深层发酵的方法.※发酵过程是以细胞为催化剂的化学反应工程。
生物工程导论复习资料
1.生物工程:它是以现代生命科学为基础,结合先进的技术手段和其它基础科学的科学原理,按照预先的设计改造生物体或加工原料，为人类生产出所需要的产品或达到某种新技术。
2.生物工程的研究对象: 包括活的生物体或它们的一部分.3.生物工程的任务:就是为细胞的生长和目标产物的积累创造最好的条件,研究开发最适合的工艺路线和设备,实现工业化生产以满足社会需要.※生物工程研究的是有活细胞参与的更复杂的反应过程。
4.生物工程的研究领域:①基因工程,在1967年完全确定DNA分子中64个三联密码子后不久,第一个基因工程产品-人胰岛素就面世了.基因工程的工力功能是编码蛋白质.通过定位突变的方法使所表达的蛋白质产物的结构和功能发生变化，根据需要设计新的蛋白质氨基酸序列。
----蛋白质工程（名词解释）②细胞工程,细胞是构成包括人类、动物、植物和微生物在内的几乎所有生物的基本单元。
细胞最显著的特点:吸收环境中的营养物质,通过细胞内无数个由酶催化并得到良好组织和调节的化学反应.例如：①从微生物细胞培养中，得到了抗生素、氨基酸、有机酸、溶剂、酶制剂及SCP（单细胞蛋白）等；②从植物细胞培养得到了紫杉醇、紫草宁等；③从动物细胞培养得到了EPO（促红细胞生成素）、生长因子及单克隆抗体等。
（选择）③酶工程,是研究酶的分离,提纯及利用酶作为催化剂,实现化学转化,合成各种产物或达到人类所需社会目标的工程科学.几乎所有的酶都是蛋白质,酶具有催化剂的功能.酶的来源包括动物,植物及微生物,来源不同的酶有不同的用途.（动物来源的酶一般用于医药或诊断试剂.植物和部分微生物来源的酶可用于食品工业,而工业用酶一般都来源于微生物. ）（填空）※酶催化反应的特点：是有很高的效率和专一性，酶催化反应的专一性包括底物专一性、基团专一性及立体专一性等。
④微生物工程(发酵工程),→泛指所有细胞（动物、植物、微生物及基因工程细胞）的大规模培养并获得目标产物的过程.是典型的多相、多尺度问题.采用液体深层发酵的方法.※发酵过程是以细胞为催化剂的化学反应工程。
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现代生物技术与生物工程导论
现代生物技术与生物工程导论
生物技术和生物工程是现代生物科学发展的两个重要方向。
生物技术是指利用生物学、化学、物理学、计算机等多学科知识，通过对生物体的结构、功能及其相互关系的研究，掌握生物基因、细胞、组织、器官的特点，建立相应理论与技术手段，从而改变和控制生命现象的过程。
而生物工程则是将生物技术的知识和技术应用于生物产品的生产和应用，是产业化生物技术的重要组成部分。
从这个角度来说，现代生物技术和生物工程具有不可忽视的重要性。
这些领域不仅仅是应用于生命科学研究，也涵盖了药物研究、食品领域、环境保护等等多个领域，进而在科技革命中扮演着至关重要的角色。
现代生物技术发展至今已经有了很多种类，如基因编辑、合成生物学、干细胞技术等等。
其中，基因编辑是指通过人工改变引起一系列特定的基因突变以创造心目中理想的基因，这种技术被发现有种种应用，在人类疾病管理领域中的前途有着十分广阔的应用价值。
合成生物学是一个新兴的生物学领域，它通过对自然物质，自然进程及其互动的完全理解来设计现代高级生命系统。
干细胞技术，则是浩浩荡荡的细胞治疗这一划时代的现象。
生物工程可以应用于食品工业、药物产业、制造业、污水处理等领域。
在生产工作中，它可以通过调整菌株、添加剂、生产流程等因素以达到生产不同产品的目的。
从而被证明可以解决许多传统技术所遇到的难题。
例如，通过基因工程技术重新设计酶系统，利用代谢途径逐级优化生物产物的合成途径，提高精度和效率，是生物工业生产中最为常用的方法。
同时，生物技术和生物工程也可以应用于生物医学领域，在治疗癌症、糖尿病、心血管病等多种疾病上发挥着重要作用。
例如，生物技术可以通过干细胞技术重建身体组织，生成更精准的蛋白质药物，为疾病治疗提供新方法。
而生物工程同样可以创建更为有效的药物，例如，一些靶向治疗药物的研究。
然而，尽管生物技术和生物工程已经在许多领域得到了成功应用，但是它们也存在一些问题和隐忧。
例如，在基因编辑领域，由于误操作和其他技术或伦理问题，可能会对人类基因造成永久性的损伤；同时，生物工程的杂交后代可能会存在潜在的危险性。
在这样的背景下，我们需要加强对现代生物技术和生物工程领域的学习、研究和监督，积极探索新的发展方向，创新开展具有广泛适用性的实用技术。
同时，我们也
需要更加重视伦理道德建设，注重人类的健康、安全等问题并进行全方位的研究。
总之，现代生物技术和生物工程领域的发展，不仅是科学和技术的高度发展，更是社会和经济的大力推动。
因此，对我们而言，要对生物技术与生物工程有所了解和掌握，且发挥出其相应的价值和效益，将科技生产和实用相结合。