《生物技术概论》课程大纲

课程代码：

课程学分：2

课程总学时：28

适用专业：生物科学

一、课程概述

（一）课程的性质：生物技术概论是由一门多学科综合而成的边缘学科，包括了微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学和育种技术等几乎所有与生命科学有关的学科，特别是现代分子生物学的最新理论成就更是生物技术发展的基础。本课程为农学专业本科学生开设的专业基础课，为后续专业课程学习打下基础。

（二）设计理念与开发思路：本课程的主要任务是：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微生物学是生物科学专业的主干课，是生物科学专业学生必须具备的基础知识。

二、课程目标

通过本课程的学习，应使学生达到下列基本要求：

1．认识生物技术的概念、种类及其对经济社会发展的影响；

2．熟悉生物技术五大工程的原理、技术和方法；

3．了解生物技术在农业及其它领域的应用和成果；

4．了解国内外生物技术发明创新保护与生物安全性法规。

三、课程内容与要求

课程安排

生物技术的含义、特点和特征；生物技术的发展史；生物技术各项技术的概念及其相互关系；生物技术的应用领域及其对人类社会发展的影响。

本章重点：生物技术的含义、特点和特征（六高特征），生物技术各项技术的概念，生物技术在社会、经济和人类生活中的重要性。

本章难点：生物技术各项技术之间的相互关系。

教学要求：通过课堂讲授，使学生理解生物技术的含义，明确生物技术的特点和特征，识记生物技术所包含的五大工程概念，了解生物技术包含的各工程之间的相互关系，进而使学生明确本课程学习的目的和重要性。

思考题：

1．概念识记：生物技术  基因工程  细胞工程  发酵工程  酶工程  蛋白质工程

2．什么是生物技术，它包括哪些基本的内容?它对人类社会将产生怎么样的影响?

3．现代生物技术作为一项高技术具有的“六高”特征是什么?

4．为什么说生物技术是一门综合性学科，它与其他学科有什么关系?

5．简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的联系和区别。

6．生物技术的应用包括哪些领域?

（二）基因工程

基因工程诞生的理论基础和技术，基因工程的基本步骤，主要工具酶的作用机理和用途，基因载体的特点和用途，目的基因的来源及获得途径，PCR反应的原理和技术，受体细胞及其重组DNA导入技术，重组子的筛选和鉴定方法，基因工程应用领域及发展方向。

本章重点：基因工程的技术路线，主要工具酶的催化机理和用途，常用载体的特点和用途，目的基因克隆的途径和方法，重组DNA导入受体细胞的途径，重组克隆的筛选与鉴定方法。

本章难点：目的基因克隆的途径和方法，重组克隆的筛选与鉴定方法。

教学要求：通过课堂讲授，并辅以多媒体课件演示手段，使学生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，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，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。

思考题：

1．概念识记：基因  启动子  终止子  开放阅读框  外显子  内含子  性内切核酸酶  同裂酶  同尾酶  DNA连接酶  粘性末端  星号活性  PCR引物  DNA连接酶  基因克隆载体  复制子  T－载体  基因组文库  cDNA文库  α互补  分子杂交  Southern印迹杂交  Northern印迹杂交  Western印迹杂交

2．简述基因工程诞生的理论和技术。

3．简述基因工程研究的基本技术路线。

4．简述PCR的原理和基本过程。

5．简述性内切核酸酶和DNA连接酶的作用机制。

6．根据来源划分，基因克隆载体有哪几种类型？

7．在什么情况下最好使用质粒载体或λ噬菌体载体或Cosmid载体?

8．简述定位整合克隆载体的应用价值。

9．简述各种特殊用途克隆载体的特点。

10．根据启动子的特点，可以将载体划分为哪几种类型？有何特点？

10．从cDNA文库和基因组文库中获得的目的基因有什么不同?

11．如何采用PCR技术从生物材料中分离出目的基因?

12．什么样的细胞可用作受体细胞?，

13．阐述外源基因转入受体细胞的各种途径。

14．筛选克隆子有哪些方法?

15．阐述基因工程的科学意义和应用价值。

（三）细胞工程

细胞工程基本知识，细胞工程基本操作技术，植物细胞工程，动物细胞工程，微生物细胞工程。

本章重点：体细胞杂交，细胞核移植，细胞器移植，植物组织培养，单倍体植物的培养，合子胚培养，植物茎尖脱毒的原理和技术，动物细胞克隆技术，微生物原生质体融合技术。

本章难点：体细胞杂交，细胞核移植，植物的花药培养和花粉培养，植物脱毒的原理和技术，动物单克隆抗体。

教学要求：通过课堂讲授，结合多媒体课件演示，了解植物细胞及微生物细胞的原生质备和细胞融合方法，掌握动植物细胞及组织的培养方法和基本要领，熟悉动物体细胞克隆的基本程序。

思考题：

1．概念识记：细胞融合  去分化  胚状体  细胞固定化  单倍体  花药培养  花粉培养  细胞核移植  干细胞

1．细胞工程的理论基础是什么？

2．如何从植物细胞培养中获得较高的次生代谢物产量?

3．单倍体植株形单体弱，为什么还有不少科学家热衷于诱发产生单倍体植株?

4．什么是植物原生质体?如何制备植物原生质体和进行原生质体的融合?

5．人工种子包括哪几部分?如何制备人工种子?

6．利用茎尖分生组织培养脱除植物病毒的原理。

7．为什么用于繁殖的组培技术要尽量避免使用外源激素？

8．通过离体培养获得单倍体的途径有哪些？

9．花药培养与花粉培养有什么不同？

10．花培中再生植株的形成途径与再生植株倍性有何关系？

11．如何获得能在体外大量生长、分泌单克隆抗体的杂交瘤细胞克隆?

12．如何用体细胞克隆出一只哺乳动物?克隆动物有什么积极意义?

13．开展干细胞研究对人类有何积极的意义?

14．有什么方法可以分别去除革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌的细胞壁?

（四）发酵工程

发酵工程的基本原理，发酵常用微生物和生产菌种的培养技术，发酵技术的特点及应用，发酵培养基的种类、组成和配制，发酵的基本程序，发酵的工艺控制，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，发酵液的预处理和固液分离，发酵产物的提取和精制，发酵工程的应用事例。

本章重点：发酵微生物和生产菌种的培养技术，发酵的基本过程及工艺控制理论，发酵产品的分离精制。

本章难点：生产菌种的选育方法，发酵培养基的种类、组成和配制，发酵产物的加工。

教学要求：通过课堂讲授和多媒体课件演示，使学生了解发酵工程的基本内容和基本原理，掌握发酵培养基组成、配制及发酵菌种的培养，了解发酵类型和工艺控制，熟悉发酵设备以及发酵产物的分离提取和精制过程。

思考题：

1．概念识记：好氧性发酵  厌氧性发酵  分批发酵  连续发酵  补料分批发酵  沉淀法

2．发酵技术的特点有哪些？

3．微生物发酵产物有哪几种类型?

4．发酵常用微生物有哪些种类？

5．简述发酵的一般过程。

6．发酵工业中的培养基可分为哪几种类型？发酵培养基由哪些成分组成? 

7．比较分批发酵、连续发酵和补料分批发酵的优缺点。

8．下游处理过程分为哪几个步骤?相应的分离方法有哪些?

9．简述青霉素、谷氨酸和维生素C的生产工艺。

（五）酶工程

酶的基础知识，酶的发酵生产和分离纯化，酶的固定化技术，酶的修饰与改造，酶反应器和生物传感器的原理及应用等。

本章重点：优良产酶菌种的筛选，基因工程菌（细胞）的构建。

本章难点：基因工程菌（细胞）的构建、酶分子的改造和酶固定化技术原理。

教学要求：通过课堂讲授和多媒体课件演示，使学生了解酶的基础知识，熟悉发酵生产和发酵产品分离纯化的基本流程，认识对酶的固定化、酶的修饰改造和主要酶反应器类型，了解生物传感器及酶对现代人类生活的影响。

思考题：

1．概念识记：酶分子修饰  杂交酶  亲和层析  酶的比活力  固定化酶  酶反应器  生物传感器

2．酶工程包含哪些内容？

3．酶有何特性?

4．为什么要进行酶的分子修饰？如何进行酶分子的修饰？

5．酶固定化方法有哪些？各有何优缺点?

6．生物传感器有何用途?

（六）蛋白质工程

蛋白质工程的基础理论，蛋白质工程的基本原理、技术和工艺，基因工程技术在蛋白质工程中的应用，蛋白质组学。

本章重点：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的方法。

本章难点：蛋白质结构设计，改变蛋白质结构的方法。

教学要求：：通过课堂讲授，并辅以多媒体课件演示，使学生了解蛋白质结构、蛋白质分子设计和蛋白质修饰和表达等的基本原理，熟悉如何利用蛋白质工程技术和其他相关技术获得更加符合人类需求且比天然蛋白质更优良的蛋白质的策略。

思考题：

1．概念识记：基因的人工定点突变  蛋白质组学

2．简单叙述蛋白质结构的基本组件。

3．蛋白质工程的基本任务是什么？

4．简单描述反向生物学的途径。

5．举例说明对现有蛋白质进行改造的主要方法及其应用。

（七）生物技术与农业

生物技术在农业中的应用领域，生物技术在种植业中应用的成果和发展方向，生物技术在养殖业中的应用成果和发展方向。

本章重点：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。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。

本章难点：基因工程技术在作物改良中应用的策略和方法，体细胞杂交在植物育种中应用的策略和方法，农作物分子标记辅助育种的原理和方法，动物细胞克隆和胚胎移植技术。

教学要求：通过课堂讲授，结合多媒体课件演示，使学生了解现代生物技术在农业生产中应用领域和成果，熟悉转基因技术、细胞培养与次生代谢物生产技术、快繁技术以及动物育种、生产和繁殖中的生物技术。

思考题：

1．概念识记：Bt基因  生物农药  显微注射法  胚胎移植  体外胚胎生产  胚胎分割  性别控制技术  基因工程疫苗  生物反应器

2．现代农业生物技术与传统农业技术相比有何突出优越性?试举例说明。

3．植物转基因常用的外源基因导入方法有哪些?各有何优缺点?

4．基因工程抗虫棉已大面积应用于生产，同时也造成食棉昆虫的耐受性，如何看待这个问题?并提出解决问题的途径。

5．简述开展水稻基因组计划的意义。

6．动物转基因常用的外源基因导入方法有哪些?各有何优缺点?

7．动物胚胎工程的主要技术包括哪些方面?

8．生物技术在动物饲料工业上有哪些应用?

9．畜禽基因工程疫苗有哪些类型?

10．何谓动物生物反应器?其应用前景如何?

11．核移植技术将来在动物生产上的应用上有哪些主要方面?

11．干细胞技术在动物生产上应用前景如何?

（八）生物技术与食品

生物技术在食品加工中的应用，生物技术在食品检验中的应用，转基因食品的安全性评价，现代生物技术在食品工业上的应用方向。

本章重点：生物技术在单细胞蛋白生产、饮料生产与食品添加剂、食品发酵等食品生产加工过程中的重要作用，食品及转基因食品检测的生物技术。

本章难点：免疫学技术和PCR技术在食品检测中应用的原理和方法。

教学要求：通过课堂讲授，使学生了解现代生物技术在食品工业中的应用领域，认识生物技术在生产单细胞蛋白、生产饮料与食品添加剂、食品发酵等食品生产加工过程中的重要作用，熟悉免疫学技术和PCR技术等在食品检测中具体方法，明确现代生物技术在食品工业上的应用和发展趋势。

思考题：

1．什么是单细胞蛋白?简述它的几种来源。

2．举例说明食品发酵的用途。

3．应用于食品检测中的生物技术有哪些?

4．简述免疫学技术和PCR技术在食品检测中应用的原理和特点

4．你对转基因食品有什么看法?

5．谈谈现代生物技术在食品工业上的应用和发展趋势。

（九）生物技术与环境

“三废”的生物处理方法和技术，污染环境的生物修复，环境检测的指示植物、PCR技术和生物传感器的应用，生物芯片在环境污染检测中的应用。

本章重点：生物修复技术，环境监测与评价的生物技术。

本章难点：生物修复和环境监测与评价的生物技术方法。

教学要求：通过课堂讲授，使学生了解环境生物技术在处理“污水、废气和废料”及环境监测评价方面的具体应用，掌握环境生物修复技术、环境监测与评价的生物技术。

思考题：

1．概念识记： 稳定塘法  人工湿地处理系统法  土地处理系统法  活性淤泥法  生物膜处理法  生物淋溶技术  生物修复  生物累积法  生物吸附法  指示生物  生物芯片

2．生物法处理污水或废水有哪几种常见方法?污水治理的意义何在?

3．空气污染治理与水污染治理有什么关系?常见的方法有哪几种?

4．填埋技术有哪些优点?为什么说堆肥技术是一种可循环利用资源的方法?

5．简述固体垃圾生物处理的基本原理。

6．什么是生物修复技术?举例说明其应用价值。

7．基因工程在环境污染的生物这里中有何作用？

（十）生物技术与能源

微生物在石油勘探及提高石油开采率的应用，利用微生物发酵生产生物燃料的技术和方法，培育能高产“石油”的树木及开发未来能源的技术。

本章重点：微生物在石油开采、石油脱硫、石油脱氮和煤脱硫中的应用技术，生物燃料生产的生化机制和生物技术。

本章难点：微生物采油的原理、生物燃料生产的生化机制及技术。

教学要求：通过课堂讲授，使学生了解生物技术在提高石油开采量、降低乙醇燃油及甲烷燃料的生产成本、并提高产量及减少环境污染的应用，熟悉生物燃料生产的生物技术基本原理和技术，了解人工种植能产“石油”的树木及开发各种未来新能源等途径，掌握利用生物技术提高产能量及开发新能源的基本方法。

思考题：

1．概念识记： 不可再生能源  可再生能源  生物燃料

2．简述开发新能源的必要性。

3．简述微生物三次采油的原理。

4．简述乙醇燃料能替代石油的依据和乙醇发酵机制。

5．简述生产甲烷的生化机制。

6．谈谈你对未来能源的见解。

（十一）生物技术发明创新保护与生物安全性

生物技术发明创新实施保护的主要形式、新成果应采取的保护形式及重要性，我国及世界上对生物技术产品和工艺的保护状况，基因工程技术的安全性及其对社会安全、伦理、道德可能带来的重大影响，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。

本章重点：生物技术发明创新实施保护的主要形式及不同生物技术新成果应采取的保护形式。 

本章难点：专利的概念及其特性，商业秘密的构成条件，生物技术专利和商业秘密的保护形式。

教学要求：通过课堂讲授，使学生认识在研究开发和应用中保护生物技术发明的重要性，熟悉对生物技术发明创新实施保护的几种主要形式及不同生物技术的新成果应采取的保护形式，了解我国及世界上对生物技术产品和工艺的保护状况，认识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、道德可能带来的重大影响，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。

思考题：

1．简述对生物技术发明进行保护的几种主要形式及其优缺点。

2．用于申请专利的生物技术发明必须满足什么条件?

3．谈谈对我国生物技术发明进行保护的紧迫性。

4．谈谈现阶段转基因生物技术的应用及安全性。

5．人类是否应该克隆自己?

6．人类基因组计划对人类生存将产生哪些影响?

四、课程实施建议

（一）教学建议：该课程采用课堂理论教学与实验相结合的教学方法进行，教学手段主要是标本、模型和多媒体等结合，同时结合教师科研工作，使教学过程生动活泼、丰富多彩。

（二）教学评价：本课程采用

    考试类型：开卷

    记分方式：百分制

    考试时间：120分钟

    试题类型：填空、单项选择题、名词解释、简答题、论述题

    题型比例：填  空20%左右、  单项选择题10%左右、  名词解释 15%左右、

 简答题 25%左右、  论述题30%左右。

    难度等级及比例：简单:中等难度:较难或难比例是40:40:20。

    课程总评成绩构成：平时成绩占30%，期末考试成绩占70%

（三）教材选编

1．拟用教材：

宋思扬, 楼士林. 生物技术概论(普通高等教育“十一五”国家级规划教材，第三版). 北京: 科学出版社, 2005

2．拟用参考书：

（1）刘莹 主编. 生物技术概论. 沈阳: 辽宁大学出版社, 2006

（2）程备久. 现代生物技术概论. 北京: 中国农业出版社, 2003

（3）瞿礼嘉, 顾红雅. 现代生物技术. 北京: 高等教育出版社, 2004.

（4）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

（5）吴乃虎. 基因工程原理(上/下册). 北京: 科学出版社，2000

（四）课程资源的开发与应用

    本课程的课程资源主要参考“中国知网”的有关论文内容。

                                        编写者（课程负责人）：吴向华

                                        审核者（专业负责人）：

                                  院系（部门）教学委员会主任：

                                                      2016年2月 26 日