《现代生物技术概论》教案.docx
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《现代生物技术概论》教案
课程名称
现代生物技术概论
课程代码
010269
学分
4
总学时
64
讲课学时
48
实验学时
16
课程性质
基础课（）专业基础课（√）专业课（）必修课（）选修课（）
任课教师
张金文
职称
教授
授课时间
每学年第一学期9月～11月
授课对象
农学本科专业
教学
目的与
要求
现代生物技术是70年代未80年代初以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心发展起来的一门新兴学科。
现已成为解决人类面临的人口、资源、能源、食物和环境等五大危机的主要途径之一。
现代生物技术被世界各国视为一种高新技术，成为21世纪高技术革命的核心内容。
本课程的教学目的是使学生了解如下内容：
①基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等生物技术的基本原理和基本方法；②生物技术在农业、食品、人类健康、能源、环境等领域的应用；③国内外生物技术各领域发展的现状、发展方向及其对社会各方面的深刻影响。
课程讲授的重点是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。
教学
基本
要求
学习本门课程的学生应具备植物学（或生物学）、有机化学、生物化学和遗传学的基本知识，采用听课和自学先结合的方式对课程进行系统的学习。
本门课程的授课以课堂讲授为主、多媒体教学和互动式讨论等教学方法为主，在一些章节的教学中穿插多媒体教学方式，增加学生对所学内容的感性认识。
教材
使用教材：
程备久.现代生物技术概论.北京:
中国农业出版社,2003.
主要参
考资料
1.刘莹主编.生物技术概论.沈阳:
辽宁大学出版社，2006
2.宋思扬,楼士林.生物技术概论（第二版）.北京:
科学出版社，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，1997,2000.
系（教研室）或导师审阅意见
主任（导师）签字：
年月日
教学内容与学时分配
教学时数
教学内容
讲课
实验
小计
备注
第一章现代生物技术总论
2
第二章基因工程
8
7
第三章细胞工程
8
2
第四章发酵工程
6
第五章酶工程
4
2
第六章蛋白质工程
4
3
第七章生物技术与农业
6
2
第八章生物技术与食品
4
第九章生物技术与环境
4
第十章生物技术与能源
2
第十一章生物技术与人类健康
4
第十二章生物技术发明创新保护与生物安全性
2
教学进程
节次
授课内容（章节）
学时
1
第一章生物技术总论
第一节生物技术的概念
第二节生物技术发展简史
第三节生物技术对经济社会发展的影响
2
2
第二章基因工程
第一节基因工程概述
第二节核酸的结构和功能
2
3
第三节基因工程工具酶
第四节基因克隆载体
2
4
第五节目的基因的克隆
第六节目的基因导入受体细胞
2
5
第七节重组克隆的筛选与鉴定
第八节基因工程进展
2
6
第三章细胞工程
第一节细胞工程的基本知识和基本技术
2
7
第一节细胞工程的基本知识和基本技术
2
8
第二节植物细胞工程
2
9
第三节动物细胞工程
第四节微生物细胞工程
2
10
第四节发酵工程
第一节发酵工程基本知识
2
11
第二节发酵过程的工艺控制
第三节发酵设备与发酵类型
2
12
第四节发酵产物的加工
第五节典型产品的发酵生产
2
13
第五节酶工程
第一节酶的发酵生产
第二节第二节酶的分离纯化
2
14
第三节酶分子的改造
第四节酶和细胞的固定化
第五节酶反应器
2
15
第六章蛋白质工程
第一节蛋白质的结构基础
第二节蛋白质工程的研究方法
2
16
第三节蛋白质工程应用实例
第四节蛋白质组学
2
17
第七章生物技术与农业
第一节生物技术与种植业
2
18
第一节生物技术与种植业
2
19
第二节生物技术与养殖业
2
20
第八章生物技术与食品
第一节生物技术与食品加工
2
21
第一节生物技术与食品加工
第二节生物技术与食品检验
2
22
第九章生物技术与环境
第一节不同类型污染物的生物处理技术
2
23
第一节不同类型污染物的生物处理技术
第二节生物技术与环境污染监测
2
24
第一十章生物技术与能源
第一节生物技术与能源开采
第二节生物技术与能源生产
2
25
第十一章生物技术与人类健康
第一节生物技术与疾病诊断
第二节生物技术与疫苗
2
26
第三节生物技术与制药
第四节生物技术与生物疗法
2
27
第十二章生物技术发明创新保护与生物安全性
第一节生物技术发明创新的保护
第二节生物技术的安全性及其影响
2
合计
54
章节
第一章生物技术总论（2学时）
教学目的与要求
概要了解生物技术的含义、特点及其发展简史。
了解现代生物技术的各项技术及其相互关系。
认识生物技术的应用领域及其对人类发展的影响。
教学内容
第一节生物技术的含义生物技术的定义；生物技术的种类及其相互关系；生物技术涉
及的学科。
（1学时）
第二节生物技术发展简史传统生物技术的产生；现代生物技术的发展。
（0.5学时）。
第三节生物技术对经济社会发展的影响改善农业生产、解决食品短缺；提高生命质量、
延长人类寿命；解决能源危机、治理环境污染；制造工业原料、生产贵重金属；
生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响。
（0.5学时）
重点、难点分析
重点：
1.生物技术的概念；2.生物技术的种类及其相互关系；3.传统生物技术与现代
生物技术的区别。
难点：
生物技术的概念及其包含的内容
教学设计
调控对策
教学方法：
采用归纳总结的方法，精讲基本概念，阐述生物技术的发展历史及应用
前景。
思考题：
1.现代生物技术的特征是什么？
2.什么是生物技术，它包括哪些基本内容？
它对人类社会将产生怎样的影响？
3.生物技术是一门综合性的学科，与其他学科有什么关系？
4.简要说明生物技术的发展史及现代生物技术与传统生物技术的关系？
5.生物技术的应用包括哪些领域？
课后补遗
章节
第二章基因工程（8学时）
教学目的与要求
学习基因工程的概念、主要步骤和相关的分子生物学基础知识（基因工程诞生的三大理论和三大技术）。
了解常用工具酶的催化反应机制及主要用途，三种常用基因克隆载体（质粒、λ噬菌体和粘粒）的一般生物学特性、结构及其应用，目的基因的制备方法，重组体的构建及导入受体细胞的方法，重组子的筛选与鉴定方法。
通过学习为进一步掌握生物技术相关知识和从事基因工程工作打下基础，并对基因工程的发展动态有初步的了解。
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。
（1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限制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限制；柯斯质粒载体的特性和用途；克隆载体和表达载体的区别。
（1.5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。
（1.5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。
（1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）
重点、难点分析
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。
教学设计
调控对策
教学方法：
精讲基本概念与技术；注重技术的应用。
以课堂讲授为主，结合多媒体
教学方式。
核酸结构核功能、基因工程工具酶、基因克隆载体、遗传转
化核重组克隆的筛选鉴定采用多媒体教学方法增加对学生的感性认识。
思考题：
1.基因工程研究的理论依据是什么？
2.简述基因工程研究的基本技术路线。
3.简述限制性内切核酸酶和DNA连接酶的作用机制。
4.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？
5.简述定位整合克隆载体的应用价值。
6.简述各种特殊用途克隆载体的特点。
7.从cDNA文库和基因组文库中获得的目的基因有什么不同？
8.如何采用PCR技术从生物材料中分离出目的基因？
9.什么样的细胞可用作受体细胞？
10.阐述外源基因转入受体细胞的各种途径。
11.筛选克隆子有哪些方法？
12.阐述基因工程的科学意义和应用价值。
课后补遗
章节
第三章细胞工程（8学时）
教学目的与要求
了解制备植物细胞及微生物细胞的原生质体制备和融合的基本方法；学习如何进行植物和动物细胞及组织的培养方法；掌握单倍体植物的诱导及人工种子制备的基本方法；认识利用动物体细胞克隆哺乳动物的基本方法及意义。
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。
（2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；植物细胞原生质体制备与融合；单倍体植物的诱导与利用；人工种子的研制。
（2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。
（2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。
（2学时）
重点、难点分析
重点：
细胞工程的基本概念，基本原理，基本操作技术，植物细胞原生质体制备与融合，
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
教学设计
调控对策
教学方法：
精讲基本概念与技术；注重技术的应用。
以课堂讲授为主，结合多媒体
教学方法帮助学生增加感性认识。
思考题：
1.如何从一片嫩叶经组织培养培育出众多的完整植株？
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？
4.什么叫植物原生质体？
如何进行植物原生质体的融合？
5.人工种子包括哪几部分？
如何制备人工种子？
6.如何获得能在体外大量生长、分泌单克隆抗体的交瘤细胞克隆？
7.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？
8.开展干细胞研究对人类有何积极的意义？
9.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？
课后补遗
章节
第四章发酵工程（6学时）
教学目的与要求
了解发酵工业微生物资源、生产菌种的选育；生物工程菌发酵培养基组成及配制方法；初步掌握发酵的类型、发酵的一般过程及工艺控制；认识常用发酵设备以及发酵产物的分离、提取和精制过程；简要了解典型产品的发酵工艺。
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。
（2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。
（1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。
（2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。
（1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。
（1学时）
重点、难点分析
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。
教学设计
调控对策
教学方法：
建议精讲发酵工程的概念与原理、发酵的过程工艺控制以及发酵产物的
加工等内容。
复习题：
1.微生物发酵产物有哪几种类型？
2.发酵培养基由哪些成分组成？
3.比较分批发酵、连续发酵和补料分批发酵的优缺点。
4.下游处理过程分为哪几个步骤？
相应的分离方法有哪些？
5.简述青霉素的生产工艺。
课后补遗
章节
第五章酶工程（4学时）
教学目的与要求
了解酶的基础知识和酶工程的概念；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。
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。
（1学时）
第三节酶分子的改造酶分子修饰；酶的蛋白质工程。
（1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）
重点、难点分析
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。
难点：
基因工程菌（细胞）的构建和酶固定化技术。
教学设计
调控对策
教学方法：
精讲酶工程的基本概念及原理；细胞酶的固定化技术。
思考题：
1.酶有何特性？
何谓酶工程？
2.为什么要进行酶的修饰，酶的蛋白质工程是如何进行的？
3.酶固定化方法有哪些，各有何优缺点？
4.如何维持酶反应器恒定的生产力？
课后补遗
章节
第六章蛋白质工程（4学时）
教学目的与要求
初步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；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。
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。
（1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。
（1学时）
重点、难点分析
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；蛋白质设计
技术与方法；改变蛋白质结构的方法。
难点：
蛋白质结构与功能的关系认识；蛋白质功能和结构设计。
教学设计
调控对策
教学方法：
精讲蛋白质工程的概念与原理、蛋白质结构与功能的关系以及蛋白质的
研究策略。
思考题：
1.简单叙述蛋白质结构的基本组件。
2.简述氨基酸的基本理化性质。
3.简单描述反向生物学的途径。
4.举例说明对现有蛋白质进行改造的主要方法及其应用。
5.什么是蛋白质组学？
课后补遗
章节
第七章生物技术与农业（6学时）
教学目的与要求
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；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。
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。
（4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。
（2学时）
重点、难点分析
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。
教学设计
调控对策
教学方法：
采用多媒体教学方法展示生物技术在农业中的应用事例，提高学生
对在农业生产中生物技术的作用认识。
思考题：
1.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。
2.基因工程抗虫棉已大面积应用于生产，同时也造成棉铃虫的耐受性，如何看待这个问题？
并提出解决问题的途径。
3.简述开展水稻基因组计划的意义。
4.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？
5.动物胚胎工程的主要技术包括哪些方面？
6.生物技术在动物饲料工业上有哪些应用？
7.畜禽基因工程疫苗有哪些类型？
8.何谓动物生物反应器？
其应用前景如何？
9.核移植技术将来在动物生产上的应用上哪些主要方面？
10.干细胞技术在动物生产上有何应用前景？
课后补遗
章节
第八章生物技术与食品（4学时）
教学目的与要求
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；了解现代生物技术在食品工业上的应用和发展趋势；了解食品检测的主要生物学方法。
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。
（3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）
重点、难点分析
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。
教学设计
调控对策
教学方法：
通过介绍目前人们对食品质量、营养、安全性和食品保藏等方面的
需求，讲解生物技术在提高食品加工检验方面的作用和有机结合。
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.试述现代生物技术在食品加工方面的应用。
4.食品检测中生物技术的应用有哪些？
5.试述现代生物技术在食品工业上的应用和发展趋势。
课后补遗
章节
第九章生物技术与环境（4学时）
教学目的与要求
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；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。
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。
（3学时）
第一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）
重点、难点分析
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。
教学设计
调控对策
教学方法：
重点讲解生物技术在污染物处理和环境修复方面的原理及新颖和特
点之处。
思考题：
1.生物法处理污水或废水主要有哪几种方法？
2.简述固体垃圾生物处理的基本原理。
3.如何提高有机物生物治理效率？
4.什么是生物修复技术？
举例说明其应用价值。
5.举例说明生物技术在环境检测方面的应用。
课后补遗
章节
第十章生物技术与能源（2学时）
教学目的与要求
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；认识生物技术在开发新内源方面的潜力。
教学内容
第1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2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）
重点、难点分析
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。
教学设计
调控对策
教学方法：
通过例证展开生物技术在石油开采、能源生产方面的作用和潜力。
思考题：
1.简述开发新能源的必要性。
2.如何利用微生物勘探石油和提高采油量。
3.简述乙醇燃料能替代石油的依据。
4.简述人工生产甲烷能替代天然气燃料的依据。
5.谈谈你对未来能源的见解。
课后补遗
章节
第十一章生物技术与人类健康（4学时）
教学目的与要求
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；了解生物技术在人类疾病诊断、预防和治疗中的作用；了解生物制药的的主要方法；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；了解生物技术中的伦理学问题。
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。
（1学时）
第三节生物技术与制药基因工程制药；细胞工程制药。
（1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）
重点、难点分析
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。
教学设计
调控对策
教学方法：
在介绍人类所面临的重大疾病的基础上，介绍生物技术在预防和治
疗人类疾病方面的重要作用。
思考题：
1.现代生物技术在医学
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