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第一章 绪论1

第一节　生物工程的内容1

一、生物工程的定义1

目录1

二、生物工程的基本内容2

三、基因工程3

四、蛋白质工程4

五、酶工程5

六、细胞工程5

七、发酵工程6

一、传统生物技术时期7

第二节　生物工程的发展简史7

二、近代生物工程的形成和发展时期8

三、现代生物工程的形成和发展时期9

第二章 细胞生物学基础12

第一节　细胞是生命的基本单位12

一、细胞的发现12

二、细胞学说13

三、细胞生物学13

第二节　细胞的种类、结构和功能14

一、细胞的种类14

三、细胞的功能15

二、细胞的结构体系15

第三节　细胞的分裂、分化、癌变和衰老16

一、细胞的分裂16

二、细胞的分化17

三、细胞的癌变和衰老18

第四节　细胞的化学组成20

一、水20

二、无机盐21

三、有机小分子21

四、生物大分子23

一、氨基酸和肽25

第一节　生物功能大分子——蛋白质25

第三章 生物大分子的结构与功能25

二、蛋白质的分子结构28

三、蛋白质结构与功能的关系31

四、蛋白质的结构测定33

五、蛋白质结构预测33

六、蛋白质的理化性质35

七、蛋白质中的非氨基酸组分36

八、蛋白质的分离和纯化36

第二节　生物遗传大分子——核酸38

一、核酸的化学组成及一级结构38

二、DNA的空间结构与功能40

三、RNA的结构与功能45

四、核酸的理化性质49

第三节　糖类51

一、单糖51

二、低聚糖52

三、多糖52

四、糖复合物52

五、糖类的生物功能52

第四节　脂类与生物膜53

一、生物体内的脂类53

二、生物膜的化学组成54

三、生物膜的结构及功能56

第四章　基因工程58

第一节　基因工程的基本原理58

一、基因工程诞生的背景58

二、基因工程的诞生及其意义60

三、基因工程的基本概念和基本过程61

第二节　重组DNA常用的工具酶63

一、限制性核酸内切酶的发现63

二、限制性内切酶的分类和命名64

三、限制性内切酶的识别与切割序列64

四、限制性内切酶的应用65

第三节　重组DNA常用载体及其选择66

五、重组DNA技术中常用的工具酶66

一、质粒载体67

二、λ噬菌体68

三、黏粒及其他人工改建载体69

四、载体的选择69

第四节 目的基因的获取及其与载体的连接70

一、目的基因的获取途径70

二、目的基因与载体的连接73

第五节 重组DNA分子导入受体细胞的方法74

一、重组DNA导入微生物细胞74

二、基因导入动植物细胞75

一、重组体的筛选76

第六节 重组体的筛选和克隆基因的表达76

二、克隆基因的表达79

第五章　蛋白质工程81

第一节　蛋白质工程的产生及其意义81

一、蛋白质工程的产生81

二、蛋白质工程的意义81

第二节　蛋白质的生物合成83

一、蛋白质合成中三类RNA的作用83

二、蛋白质的生物合成过程86

第三节　蛋白质工程的内容和程序87

三、蛋白质工程和基因工程之间的关系88

二、蛋白质工程的程序88

一、蛋白质工程的内容88

第四节　蛋白质的分子设计89

一、蛋白质分子设计的基本概念89

二、蛋白质分子设计的类型89

三、蛋白质分子设计的流程90

四、药物蛋白质的分子设计90

五、蛋白质分子设计的现状91

第五节　蛋白质分子改造92

一、蛋白质分子改造的基本方法92

二、蛋白质改造工程实例95

一、人类对酶的认识历程96

第六章　酶工程96

第一节　酶工程的产生及发展96

二、酶制剂的生产97

三、固定化酶的产生和发展98

四、酶分子修饰技术的产生和发展99

五、限制性内切酶和非蛋白质酶的发现99

第二节　酶学基础100

一、酶的化学组成和性质100

二、酶的分类与命名101

三、酶催化反应作用的特点101

四、酶的结构和催化机制102

五、影响酶催化反应速度的因素104

第三节　生物酶工程106

一、现代酶工程的主要内容106

二、克隆酶107

三、突变酶108

四、从头设计酶109

五、进化酶110

六、杂合酶112

七、核酶和脱氧核酶114

一、化学修饰酶115

第四节　化学酶工程115

二、固定化酶与固定化细胞118

三、人工模拟酶123

第七章　细胞工程128

第一节　细胞工程的产生及发展128

一、植物组织培养和细胞培养128

二、细胞融合130

三、动物细胞体外培养和核移植131

第二节　细胞培养132

一、细胞培养的基本概念132

二、动物细胞培养133

三、植物细胞培养136

一、培养方法138

第三节　动物细胞大规模培养技术138

二、操作方式139

三、动物细胞生物反应器140

第四节　细胞重组与拆合141

一、两栖类和鱼类的核移植141

二、哺乳类动物的细胞核移植142

三、克隆动物142

四、体细胞克隆羊——“多莉”的产生及其意义144

第五节　细胞融合145

一、动物细胞融合145

二、单克隆抗体技术146

四、微生物细胞融合147

三、植物细胞融合147

第六节　干细胞工程148

一、干细胞的基本概念、特征与意义148

二、干细胞研究与应用的主要进展及国内外现状149

三、干细胞研究与应用的产业化前景150

第七节　胚胎工程152

一、冷冻保存技术153

二、胚胎移植153

三、体外生产胚胎153

四、胚胎克隆154

一、发酵工程的产生及发展155

第八章　发酵工程155

第一节　发酵工程的内容155

二、发酵的定义156

三、发酵的基本过程156

四、发酵工程产品的类型157

第二节　工业上常见的微生物158

一、细菌158

二、放线菌159

三、酵母菌159

四、霉菌160

五、病毒161

二、菌种的分离和筛选162

第三节　菌种的选育和保藏162

一、菌种选育的目的162

三、自然选育163

四、诱变育种164

五、杂交育种和分子育种164

六、菌种保藏165

第四节　发酵工艺165

一、种子扩大培养166

二、发酵方式166

三、发酵过程控制168

一、发酵液的预处理、固液分离和细胞破碎169

第五节　下游加工过程169

二、初步纯化（提取）170

三、高度纯化（精制）171

四、成品加工和发酵废液排放172

第六节　生化反应器172

一、生化反应器的类型173

二、机械搅拌式生化反应器173

三、自吸式充气发酵罐174

四、塔式罐175

五、发酵与产物分离耦联175

一、转基因作物种植面积与主产国177

二、转基因作物的种类177

第一节　转基因农作物发展现状177

第九章 生物工程在农业和食品方面的应用177

三、目前转基因作物的主要特性178

第二节 利用转基因技术培育农作物新品种178

一、提高农作物产量178

二、提高农作物的抗病虫害、抗逆和耐除草剂性能179

三、改良农作物品质181

第三节　生物固氮和生物肥料182

一、生物固氮182

二、生物肥料182

四、微生物肥料183

三、生物固氮研究的现状及发展趋势183

一、发酵生产生物饲料185

二、饲用酶的生产和应用185

第四节　生物饲料制剂185

三、基因重组生长激素186

四、基因工程疫苗187

第五节　生物农药187

一、细菌生物农药187

二、真菌生物农药188

三、病毒生物农药189

四、生物化学农药189

一、应用转基因技术改善动物的生产性能190

第六节　经济动物的生产190

二、改变代谢途径提高经济动物的产量191

三、利用胚胎技术加快家畜良种的繁殖192

四、转入抗病毒基因提高动物抗病能力192

第七节　转基因食品193

一、已改良营养品质的植物转基因食品193

二、高产优质的肉、奶和畜类动物转基因食品194

三、富含功能性成分的转基因食品194

四、色香味独特的转基因食品添加剂194

五、不同品种杂交的转基因超级食品194

六、可延长贮藏保鲜期的转基因果蔬食品195

七、可食性疫苗196

第八节　生物工程技术在食品加工中的应用196

一、利用基因工程、细胞工程技术改良食品资源197

二、利用现代生物工程技术改造传统的食品加工工艺197

三、利用基因工程和酶工程技术生产酱类食品199

四、利用基因工程和酶工程技术酿酒199

第十章 生物工程在医药方面的应用201

第一节　现代生物医药的基本内容201

一、生物药物的历史与发展201

二、生物药物的类型201

三、生物技术在生物医药产业方面的应用202

第二节　人类基因组计划203

一、人类基因组计划的意义203

二、人类基因组计划的内容203

三、后人类基因组学的研究204

四、人类基因组研究与未来药学205

第三节　基因诊断206

一、基因诊断的概念和特点206

二、基因诊断的常用技术方法207

三、基因诊断的应用209

第四节　基因治疗209

一、基因治疗的概念209

二、基因治疗的基本程序210

三、反义核酸技术211

四、基因治疗的应用与展望212

第五节　生物制药新技术213

一、重组激素、细胞因子和溶血栓物质213

二、抗体214

三、基因药物214

四、反义药物215

五、基因疫苗216

一、乳腺是生产重组蛋白质的理想器官217

二、乳腺生物反应器的优点217

第六节　乳腺生物反应器217

三、乳腺生物反应器开发研究的现状218

第十一章 生物工程在环境保护方面的应用220

第一节　污染物对环境破坏的现状220

一、污染物的迁移和降解途径220

二、污染物对环境的破坏和对人体的危害221

第二节　废水生物处理工程技术222

一、废水好氧生物处理工程技术222

二、废水厌氧生物处理工程技术225

第三节 固体废弃物生物处理及处置技术228

一、固体废弃物的分类228

二、焚化法228

三、卫生填埋法229

四、堆肥法230

第四节　废气的生物净化技术232

一、生物净化有机废气的基本原理232

二、生物吸收法233

三、生物过滤法233

四、净化气体污染物的微生物种类234

第五节　重金属污染的生物处理235

一、微生物处理重金属污染的机制235

二、利用微生物吸附治理重金属废水237

四、利用植物处理重金属污染238

三、微生物在土壤重金属污染治理中的应用238

第六节　有毒有害化合物的生物处理239

一、含油废水的生物处理239

二、烃类化合物的生物降解240

三、合成洗涤剂的生物降解241

四、氰（腈）化物的生物降解241

五、化学农药的生物降解242

第七节　生物增强技术242

一、生物增强技术的基本概念243

二、环保基因工程菌243

三、环保酶制剂244

四、生物增强技术的应用245

第八节　污染场地的生物修复247

一、生物修复的概念247

二、原位生物修复248

三、异位生物修复249

第九节　环境污染的预防250

一、化石燃料的生物脱硫、脱氮250

二、生物制浆252

三、可降解塑料PHAs的生产和应用253

四、清洁生产新工艺技术254

一、对自然环境和人类健康的影响256

第一节　基因工程技术的潜在威胁256

第十二章　生物安全性256

二、对生物安全性需进一步研究257

第二节　转基因作物与食品的安全性257

一、转基因作物与食品的类型257

二、转基因作物与食品的安全性评价258

三、转基因作物与食品安全性的争论258

第三节　转基因作物与食品安全的管理260

一、国际上转基因作物与食品安全管理现状260

二、我国转基因作物与食品安全管理现状262

三、如何面对转基因食品263

一、生物武器的历史265

二、生物武器的特点265

第四节　生物武器265

三、基因武器266

四、病原微生物武器用于战争267

五、生物武器的威胁及其防范268

第十三章 生物工程与社会伦理273

第一节　克隆技术、克隆人与伦理273

一、克隆羊“多莉”引发的冲击波273

二、克隆技术目前存在的问题273

三、克隆人违反人类伦理道德275

四、国际上对克隆人的态度276

二、各界人士对人类胚胎干细胞研究的反应278

第二节 人类胚胎干细胞研究与伦理278

一、胚胎是不是“人”？278

三、各国政府对人类胚胎干细胞研究的政策279

第三节　人类基因组研究与伦理280

一、人类基因组研究引发的社会问题280

二、基因隐私280

三、基因歧视281

四、基因组研究中的知情同意原则282

五、基因争夺282

六、我国基因资源的保护283

一、基因治疗的风险与伦理284

第四节　基因治疗与伦理284

二、基因治疗的现状285

三、有关基因治疗的法规286

四、基因检测和基因诊断的负面影响287

第十四章 生物工程的知识产权保护289

第一节　生物工程的知识产权保护范围289

一、专利权的保护289

二、植物新品种的保护290

三、其他形式的保护291

第二节　基因专利292

一、基因可专利性的争论292

二、基因专利权的竞争293

三、各国的基因专利制度294

四、基因专利的负面影响296

五、基因专利权保护存在的问题297

第三节 对重组基因生物活体的知识产权保护298

一、克隆动物298

二、微生物299

三、植物新品种300

第四节　生物多样性的保护301

一、保护生物多样性的三个国际条约302

二、生物多样性保护存在的三个问题302

三、我国生物多样性资源的开发、利用与保护303

参考文献305