《现代生物技术概论》课程教学大纲
一、基本信息
课程编号： Z033144 课程名称： 现代生物技术概论 英文名称： 课程性质： 选修课 总 学 时： 36 学 分： 2 适用对象：生物科学专业本科二年级 先修课程： *
二、编写说明
（一）课程的性质
本课程是高校生物科学专业的专业选修课。 （二）课程教学目标和基本要求
本课程的目标任务是：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。
本课程教学将采用理论教学相结合的方式进行。 （三）课程的重点和难点
本课程的讲授为1个学期，分为《生物技术总论》、《基因工程》、《细胞工程》、《发酵工程》、《酶工程》、《蛋白质工程》、《生物技术与农业》、《生物技术与食品》、《生物技术与人类健康》、《生物技术与能源》、《生物技术与环境》和《生物技术发明创新保护与生物安全性》部分。本课程重点是了解现代生物技术的基本概念、术语、基础理论和基本技术，以及在科技教育、科学研究和生产领域中的应用，使学生全面掌握现代生物技术的基本知识和基本技术，并与相关学科有机衔接，使其融会贯通，进一步系统化而形成完整的知识和技术体系；难点是基因工程、蛋白质工程和酶工程的相关理论基础和技术手段。
《现代生物技术概论》的重点章节是第二章、第三章、第四章、第五章、第六章。难点章节是第二章、第三章、第五章、第六章。
（四）课程教学方法与手段
《现代生物技术概论》专业选修课教学以理论教学法为主，结合多媒体等教学辅助手段，加强学生理解和记忆课程内容。在加强基础知识的同时，采用课堂PPT的教学方法。在课堂讲授过程中，适时提出一些问题与学生开展讨论，调动学生学习的积极性，以培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。为了促进学生对课程内容的学习，可根据讲授内容安排习题课，巩固课堂所学知识。
（五）实践环节
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本课程为通识课，暂无实践环节。 （六）教学时数分配表
《现代生物技术概论》教学时数分配表
教学内容 章节 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 主要内容 现代生物技术总论 基因工程 细胞工程 发酵工程 酶工程 蛋白质工程 生物技术与农业 生物技术与食品 生物技术与环境 生物技术与能源 生物技术与人类健康 生物技术发明创新保护与生物安全性 合计 36 36 讲授 2 5 4 3 3 3 3 2 3 2 3 3 实验 各教学环节学时分配 讨论 习题 课 外 其它 小 计 2 5 4 3 3 3 3 2 3 2 3 3 采用何种多媒体教学手段 PPT PPT PPT PPT PPT PPT PPT PPT PPT PPT PPT PPT （七）本课程与其它课程的联系
本课程是生物科学专业本科二年级学生的专业选修课，通过对这门课程的学习，旨在培养学生对生物技术相关领域的认识和兴趣，为后续专业课程学习提供导向性。
（八）教材与主要参考书
教材：《生物技术概论》(普通高等教育“十一五”国家级规划教材, 第四版), 宋思扬, 楼士林, 北京: 科学出版社, 2014年出版
参考书：
1、Robert F. Weaver. 郑用链等译. 分子生物学. 北京：科学出版社，2013. 2、瞿礼嘉, 顾红雅. 现代生物技术. 北京: 高等教育出版社, 2004. 3、莽克强, 陈受宜, 李季伦. 农业生物工程. 北京: 化学工业出版社, 2004. 4、吴乃虎. 基因工程原理(上/下册). 北京: 科学出版社，2000.
（九）说明
本课程是专业选修课。
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考核形式：考查。
评分办法：平时成绩占15%，考查成绩占70%（主要考察理论知识等方面），作业占15%。 三、教学内容纲要
《现代生物技术概论》教学内容纲要 第一章 绪论 （2学时）
一、教学内容
1. 生物技术的含义、特点和特征 2. 生物技术的发展史
3. 生物技术各项技术的概念及其相互关系
4.生物技术的应用领域及其对人类社会发展的影响。
第二章 基因工程（5学时）
一、
教学基本要求
1. 了解基因工程的基本概念、理论、步骤和技术，熟悉主要工具酶的作用机理和用途；
2. 明确基因载体的作用和用途，理解基因分离克隆的策略和基本方法； 3. 掌握PCR、载体构建、外源基因导入受体细胞和重组子筛选鉴定等技术，并对基因工程的应用及其发展方向有一定的认识。 二、教学内容
第一节 基因工程概述 基因工程概念，理论依据，主要操作步骤。（0.5学时）
第二节 核酸的结构和功能 DNA、RNA的结构特点和功能；基因的结构元件、中心法则；DNA和RNA的提取、纯化和电泳鉴定方法。（1学时）
第三节 基因工程工具酶 性内切酶的反应机制及用途；DNA连接酶的催化机理和用途；核酸聚合酶的催化机理和用途；常用修饰酶的作用机制和用途。（1学时）
第四节 基因克隆载体 基因克隆载体的概念，质粒载体的特性和作为载体应具备的条件（举例）；λ噬菌体的特性、噬菌体载体的类型和包装；柯斯质粒载体的特性和用途；克隆载体和表达载体的区别。（0.5学时）
第五节 目的基因的克隆 目的基因的来源（基因文库和cDNA文库）；获得目的基因的途径和主要方法，PCR反应的原理、反应体系和条件。（0.5学时）
第六节 目的基因导入受体细胞 受体细胞；重组DNA导入受体细胞的途径。（0.5学时）
第七节 重组克隆的筛选与鉴定 根据重组DNA分子特征鉴定重组子；根据
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目的基因转录产物(mRNA)鉴定重组子； 根据目的基因翻译产物（蛋白质、酶、多肽）鉴定重组子。（0.5学时）
第八节 基因工程进展 基因工程载体开发进展；转基因方法的研究进展；基因工程应用领域。（0.5学时） 三、教学的重点与难点
重点：基因工程的主要操作步骤，主要工具酶的催化机理和用途，3类常用载体的特点和主要用途，目的基因克隆的主要方法，重组DNA的导入受体细胞的途径，重组克隆的筛选与鉴定方法。
难点：目的基因的克隆策略，基因表达载体构建的策略和方法，重组克隆筛选鉴定方法。
第三章 细胞工程（4学时）
一、教学基本要求
1、了解制备植物细胞及微生物细胞的原生质备和融合的基本方法； 2、学习如何进行植物和动物细胞及组织的培养方法； 3、掌握单倍体植物的诱导及人工种子制备的基本方法； 4、认识利用动物体细胞克隆哺乳动物的基本方法及意义。 二、教学内容
第一节 细胞工程的基本知识和基本技术 细胞工程的基础知识；细胞工程的基本操作技术。（1学时）
第二节 植物细胞工程 植物组织培养；植物细胞培养和次生代谢物的生产；植物细胞原生质备与融合；单倍体植物的诱导与利用；人工种子的研制。（1学时）
第三节 动物细胞工程 细胞组织培养；动物细胞融合；淋巴细胞杂交瘤产生单克隆抗体技术；细胞核移植与动物克隆；染色体转移；干细胞研究。（1学时）
第四节 微生物细胞工程 原核细胞的原生质体融合；真菌的原生质体融合。（1学时）
三、教学的重点与难点
重点： 细胞工程的基本概念，基本原理，基本操作技术，植物细胞原生质备与融合，单倍体植物的诱导与利用，核移植与动物克隆等。 难点： 基本操作技术。
第四章 发酵工程（3学时）
一、教学基本要求
1、了解发酵工业微生物资源、生产菌种的选育；
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2、初步掌握发酵的类型、发酵的一般过程及工艺控制； 3、认识常用发酵设备以及发酵产物的分离、提取和精制过程。 二、教学内容
第一节 发酵工程基本知识 发酵常用微生物和生产菌种的选育，发酵技术的特点及应用。（1学时）
第二节 发酵过程的工艺控制 发酵培养基的种类、组成和配制，发酵的一般过程，发酵的工艺控制。（0.5学时）
第三节 发酵设备与发酵类型 发酵设备，发酵类型，发酵反应器的设计原则和性能评价，发酵反应器的操作基本要求。（0.5学时）
第四节 发酵产物的加工 发酵液的预处理和固液分离，发酵产物的提取和精制。（0.5学时）
第五节 典型产品的发酵生产 抗生素发酵生产，氨基酸发酵生产和维生素发酵生产的菌种和基本工艺。（0.5学时） 三、教学的重点与难点
重点：生产菌种的选育方法，培养基的种类、组成和配制，发酵的过程和工艺控制，发酵产物的加工。
难点：生产菌种的选育方法，工艺控制以及发酵产物的加工方法理解。
第五章 酶工程（3学时）
一、教学基本要求
1、了解酶的基础知识和酶工程的概念；
2、学习酶发酵生产的菌种选育、酶发酵生产工艺、酶的分离提纯技术、酶的固定化技术、酶的修饰改造、酶反应器和生物传感器的原理及应用等。 二、教学内容
第一节 酶的发酵生产 酶工程概念；优良产酶菌种的筛选； 基因工程菌（细胞）的构建；微生物酶的发酵生产和提高酶产量的措施。（1学时）
第二节 酶的分离纯化 酶制剂的制备；酶的纯化与精制；酶的纯度与酶活力；酶制剂的保存。（0.5学时）
第三节 酶分子的改造 酶分子修饰；酶的蛋白质工程。（0.5学时） 第四节 酶和细胞的固定化 酶的固定化方法；细胞的固定化方法；固定化酶（细胞）的性质；固定化酶（细胞）的指标。（0.5学时）
第五节 酶反应器 酶反应器的基本类型；酶反应器的设计原则；酶反应器的原理、分类和发展前景。（0.5学时） 三、教学的重点与难点
重点：酶工程、基因工程菌（细胞）的构建、酶分子的改造和酶固定化技术的基本概念及原理。
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难点：基因工程菌（细胞）的构建和酶固定化技术。
第六章 蛋白质工程（3学时）
一、教学基本要求
1、了解蛋白质工程的概念、蛋白质结构、蛋白质分子设计和蛋白质修饰和表达等的基本原理；
2、了解如何利用蛋白质工程技术和其他相关技术获得根据符合人类需求且比天然蛋白质更优良的蛋白质。 二、教学内容
第一节 蛋白质的结构基础 蛋白质结构基础；蛋白质结构的基本构件；蛋白质分子之间的相互作用；蛋白质结构与功能的关系。（1学时）
第二节 蛋白质工程的研究方法 蛋白质工程的研究策略；蛋白质全新设计；改变现有蛋白质的结构。（1学时）
第三节 蛋白质工程应用实例 胰蛋白酶；金属硫蛋白；人白细胞介素-2；组织纤溶酶原激活因子；枯草杆菌蛋白酶。（0.5学时）
第四节 蛋白质组学 蛋白质组学的概念；蛋白质组学的研究内容。（0.5学时）
三、教学的重点与难点
重点：蛋白质的高级结构；蛋白质结构与功能的关系；蛋白质的研究策略；难点：茎蛋白质结构与功能的关系认识；蛋白质功能和结构设计。
第七章 生物技术与农业（3学时）
一、教学基本要求
1、了解现代生物技术在农业生产中所具有的优势和对农业生产的推动作用； 2、认识生物技术在培育高产、抗病、抗逆植物新品种以及在培育优良生产性能动物新品系、动物快速繁殖、生物反应器等领域的应用。 二、教学内容
第一节 生物技术与种植业 植物组织培养技术在农业上的应用；体细胞杂交在植物育种中的应用；植物人工种子的研制；植物细胞培养及次生代谢物的生产；植物转基因育种；农作物分子标记辅助育种；水稻基因组计划。（2学时）
第二节 生物技术与养殖业 动物转基因技术与分子育种；动物繁殖新技术；生物技术在动物饲料工业上的应用；畜禽基因工程疫苗；动物生物反应器；核移植技术及其在养殖业中的应用；胚胎干细胞技术及其在养殖业中的应用。（1学时）
三、教学的重点与难点
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蛋白质设计技术与方法；改变蛋白质结构的方法。
重点：植物组织培养技术在农业上的应用、体细胞杂交在植物育种中的应用、植物转基因育种、农作物分子标记辅助育种和动物繁殖新技术。
难点：生物技术在农业上应用的结合点。
第八章 生物技术与食品（2学时）
一、教学基本要求
1、认识生物技术在生产单细胞蛋白、饮料与食品添加剂、食品发酵等食品生产加工过程中的重要作用；
2、了解现代生物技术在食品工业上的应用和发展趋势； 3、了解食品检测的主要生物学方法。 二、教学内容
第一节 生物技术与食品加工 生物技术在单细胞蛋白生产中的应用；生物技术在食品和饮料的发酵生产中应用；生物技术在食品发酵所用酶、甜味剂、食品添加剂等生产中的应用；现代生物技术在食品工业上的应用方向。（1学时）
第二节 生物技术与食品检验 免疫学技术的应用；分子生物学技术的应用。（1学时）
三、教学的重点与难点
重点：主要讲解生物技术在食品加工和检测方面的原理和新颖之处。 难点：生物技术在食品工业应用方面的结合点。
第九章 生物技术与环境（3学时）
一、教学基本要求
1、认识生物技术在环境污染治理及环境监测中的意义和作用；
2、了解水体污染、固体污染物、大气污染、石油污染、有机物污染、重金属污染所生物治理。 二、教学内容
第一节 不同类型污染物的生物处理技术 污水的生物处理；固体垃圾的生物处理；大气污染的生物处理；污染环境的生物修复。（2学时） 第二节 生物技术与环境污染监测 指示植物在环境检测中的应用；PCR技术在环境污染检测中的应用；生物传感器在环境污染检测中的应用；生物芯片在环境污染检测中的应用。（1学时） 三、教学的重点与难点
重点：不同污染物处理的生物技术和方法原理。 难点：污染物处理和修复的原理。
第十章 生物技术与能源（2学时）
一、教学基本要求
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1、了解如何利用微生物发酵工程技术，提高石油的开采量、降低乙醇燃料及甲烷燃料的生产成本；
2、认识生物技术在开发新内源方面的潜力。 二、教学内容
第一节 生物技术与能源开采 微生物与石油开采；石油生物脱硫；石油生物脱氮；煤的生物脱硫。（1学时）
第二节 生物技术与能源生产 生产乙醇燃料的意义、生化机制、原料及例证；甲烷燃料生产的意义、生化机制、原料及例证；未来的新能源。（1学时） 三、教学的重点与难点
重点：微生物发酵与能源开采和生产的原理。 难点：微生物发酵与能源开采和生产的结合点。
第十一章 生物技术与人类健康（3学时）
一、教学基本要求
1、认识医学领域是现代生物技术应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速的领域；2、了解生物技术在人类疾病诊断、预防和治疗中的作用； 3、了解生物制药的的主要方法；
4、认识生物芯片和组织工程的概念及其在医学中的主要应用； 5、了解生物技术中的伦理学问题。 二、教学内容
第一节 生物技术与疾病诊断 免疫学诊断技术；核酸诊断技术。（1学时） 第二节 生物技术与疫苗 疫苗知识；疫苗的类型；病毒性疾病的疫苗；细菌性疾病的疫苗；寄生虫病疫苗；避孕疫苗。（0.5学时）
第三节 生物技术与制药 基因工程制药；细胞工程制药。（0.5学时） 第四节 生物技术与生物疗法 基因治疗和免疫治疗；器官移植和胚胎干细胞；人类基因组计划；基因治疗和克隆技术与道德伦理。（1学时） 三、教学的重点与难点
重点：主要介绍生物技术与疾病诊断、疫苗设计和生产、制药等的理论基础。 难点：核酸诊断试剂和核酸疫苗用于疾病治疗的策略。
第十二章 生物技术发明创新保护与生物安全性（3学时）
一、教学基本要求
1、认识在研究开发和应用中保护生物技术发明的重要性；
2、了解对生物技术发明创新实施保护的几种主要形式，以及不同生物技术的新成果应采取哪种形式进行保护；
3、了解生物技术，尤其是基因工程技术的安全性及其对社会安全、伦理、道德
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可能带来的重大影响；
4、了解中国加入世界贸易组织以来在生物技术安全性方面面临的问题及对策。二、教学内容
第一节 生物技术发明创新的保护 专利保护；商业秘密；其它保护形式；对生物技术发明实施保护的紧迫性。（1学时）
第二节 生物技术的安全性及其影响 现代生物技术的规则；转基因作物的争议及其有关安全管理规则；现代生物技术的社会伦理问题；世界转基因作物贸易的安全管理。（2学时） 三、教学的重点与难点
重点：生物技术发明创新保护的重要性及其保护形式。 难点：对生物技术发明创新保护及其产品安全性的认识。
大纲制订人：陈祯
大纲审定人（系主任或教研室主任）： 张晓东
制订日期：2016年07月 修订日期： 年 月
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