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前言 1

上篇 基础理论篇 1

第1章 绪论 1

1.1 生物技术的概念及内容 1

1.2 生物技术产生的理论基础和技术背景 2

1.2.1 生物技术产生的理论基础 2

1.2.2 生物技术产生的技术背景 3

1.3 生物技术对科学技术发展和人类社会进步的巨大影响 6

1.3.1 生物技术与人类健康 6

1.3.2 生物技术与农业生产 7

1.3.3 生物技术与林业生产 7

1.3.4 生物技术与工业生产 7

1.3.5 生物技术与环境保护 8

1.3.6 生物技术与能源 8

复习思考题 9

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第2章 基因工程 10

2.1 基因组 10

2.1.1 核基因组 10

2.1.2 叶绿体基因组 12

2.1.3 线粒体基因组 13

2.1.4 人类基因组计划 13

2.1.5 拟南芥基因组计划 15

2.1.6 蛋白质组 16

2.2 基因的结构 16

2.2.1 真核基因的结构 17

2.2.2 原核基因的结构 18

2.2.3 转座子的结构 18

2.3 基因的功能表达 19

2.3.1 转录 19

2.3.2 翻译 20

2.4 基因克隆的工具酶 21

2.4.1 限制性核酸内切酶 21

2.4.2 11型限制性核酸内切酶识别序列的特异性 22

2.4.3 11型限制性核酸内切酶切割方式与产物末端 23

2.4.4 限制性核酸内切酶的命名 24

2.4.5 同位酶 24

2.4.6 DNA连接酶 24

2.4.7 DNA聚合酶 25

2.4.8 碱性磷酸单酯酶 27

2.4.9 S1核酸酶 28

2.4.10 末端脱氧核苷酸转移酶 28

2.5 基因克隆载体 28

2.5.1 质粒载体 29

2.5.2 噬菌体载体 33

2.5.3 柯斯质粒载体 35

2.5.4 人工染色体载体 36

2.6 重组DNA技术 38

2.6.1 目的基因的来源 38

2.6.2 目的基因与载体的连接 39

2.7 重组体导入受体细胞 41

2.7.1 转化 41

2.7.2 感染 41

2.7.3 转染 41

2.7.4 常用的转基因方法 42

2.7.5 其他的转基因方法 42

2.7.6 受体细胞的选择 44

2.7.7 转化细胞的扩增 44

2.8 重组体的鉴定 44

2.8.1 载体遗传标记法 45

2.8.2 根据插入序列的表型特征选择重组体分子的直接选择法 46

2.8.3 限制性酶切鉴定 46

2.8.4 核酸杂交鉴定方法 46

2.8.5 PCR扩增产物电泳分析鉴定 47

2.8.6 核苷酸序列测定法 47

2.8.7 免疫化学检测法 48

复习思考题 49

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第3章 蛋白质工程 50

3.1 蛋白质的结构与功能 50

3.1.1 蛋白质的结构 51

3.1.2 蛋白质结构与功能的关系 60

3.1.3 蛋白质的相互作用 61

3.2 蛋白质结构的测定及预测 63

3.2.1 蛋白质三维结构的表示方法 63

3.2.2 X射线法测定蛋白质的晶体结构 64

3.2.3 核磁共振法测定蛋白质的溶液结构 65

3.2.4 蛋白质结构的预测 66

3.3 蛋白质分子设计 69

3.3.1 蛋白质分子设计的原理 69

3.3.2 蛋白质分子设计的原则 71

3.3.3 蛋白质分子设计的流程 72

3.3.4 蛋白质分子设计的类型及方法 73

3.4 蛋白质工程的进展及应用 75

3.4.1 蛋白质工程的理论研究 75

3.4.2 蛋白质工程的应用研究 78

复习思考题 80

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第4章 细胞工程 81

4.1 细胞工程的理论基础—细胞的全能性与形态发生 81

4.1.1 细胞的全能性 81

4.1.2 细胞分化 82

4.1.3 培养条件下的细胞脱分化与再分化 83

4.1.4 器官发生 84

4.1.5 体细胞胚发生 86

4.2 植物细胞工程培养基及培养环境 87

4.2.1 培养基 87

4.2.2 植物组织培养的环境条件 94

4.3 植物细胞工程应用途径 95

4.3.1 在植物育种方面的应用 95

4.3.2 种苗脱毒与快速繁殖 96

4.3.3 细胞培养生产有用次生产物 96

4.3.4 在细胞生物学和发育生物学领域的应用 96

4.3.5 在植物遗传、生理生化以及植物病理等基础研究中的应用 97

4.4 植物原生质体技术及应用 97

4.4.1 原生质体分离 97

4.4.2 分离原生质体的操作程序 98

4.4.3 原生质体培养 99

4.4.4 原生质体融合 102

4.4.5 原生质体的遗传饰变 104

4.5 核移植与染色体移植的技术 105

4.5.1 核移植技术 105

4.5.2 染色体移植技术 109

4.6 单克隆抗体技术 110

4.6.1 单克隆抗体的概念和原理 110

4.6.2 单克隆抗体的制备 112

4.6.3 单克隆抗体的应用及存在问题 114

4.7 干细胞技术 114

4.7.1 干细胞的基本概念 115

4.7.2 干细胞的基本类型 115

4.7.3 干细胞生物学基础 115

4.7.4 干细胞研究策略 116

4.7.5 干细胞研究的现状与展望 118

复习思考题 119

本章推荐阅读书目 119

第5章 发酵工程 120

5.1 发酵类型及技术特点 120

5.1.1 发酵类型 120

5.1.2 发酵技术的特点 122

5.2 微生物发酵工艺 122

5.2.1 工业生产中常用微生物 122

5.2.2 工业微生物育种技术 123

5.2.3 培养基 125

5.2.4 发酵的工艺流程 126

5.3 液体发酵 128

5.3.1 发酵类型 128

5.3.2 发酵罐 131

5.4 固体发酵 133

5.5 发酵工程的应用 134

复习思考题 135

本章推荐阅读书目 135

第6章 酶工程 136

6.1 概述 136

6.2 酶的提取和分离纯化 136

6.2.1 酶的来源 136

6.2.2 酶的提取 137

6.3 固定化技术 142

6.3.1 酶的固定方法 143

6.3.2 细胞的固定化及优点 144

6.3.3 固定化酶的指标和固定化酶的性质 145

6.4 酶的分子修饰 146

6.4.1 酶分子的化学修饰法 146

6.4.2 酶的生物工程修饰法 146

6.5 酶反应器 147

6.5.1 酶反应器的设计原则 147

6.5.2 酶反应器的类型 147

6.6 酶工程的应用 148

6.6.1 酶工程在食品加工中的应用 148

6.6.2 酶工程在轻化工业中的应用 149

6.6.3 酶工程在医药上的应用 149

6.6.4 酶工程在能源开发中应用 149

6.6.5 酶工程在环境工程中的应用 149

复习思考题 150

本章推荐阅读书目 150

下篇 技术应用篇 151

第7章 植物组织培养 151

7.1 概述 151

7.1.1 植物组织培养的含义 151

7.1.2 植物组织培养的特点 152

7.1.3 植物组织培养的应用 152

7.1.4 植物组织培养技术的展望 154

7.2 植物组织培养的基本要求 154

7.2.1 植物组织培养的基本流程 154

7.2.2 植物组织培养实验室的设置 155

7.2.3 植物组织培养实验室的布局 157

7.2.4 植物组织培养实验室的主要仪器设备 157

7.2.5 植物组织培养实验室常用的器皿用具 160

7.3 植物器官和组织培养 162

7.3.1 愈伤组织的诱导和分化 162

7.3.2 植物的快速繁殖 164

7.3.3 植物的脱毒培养 168

7.3.4 植物的胚培养 171

7.3.5 胚乳培养 173

7.3.6 花药和花粉培养 174

7.4 体细胞胚胎发生与人工种子 178

7.4.1 人工种子的概念 178

7.4.2 人工种子的结构和种类 178

7.4.3 人工种子的制作过程 179

7.4.4 人工种子的储藏及萌发 180

7.4.5 人工种子的意义和应用前景 181

复习思考题 182

本章推荐阅读书目 182

第8章 树木细胞培养和次生代谢物质生产 183

8.1 概述 183

8.1.1 植物次生代谢和次生代谢产物 183

8.1.2 植物次生代谢产物的类型及其应用价值 184

8.1.3 几种重要的树木次生代谢产物及其应用价值 185

8.2 细胞悬浮培养和单细胞培养 186

8.2.1 细胞悬浮培养 186

8.2.2 单细胞培养 189

8.3 林木细胞的大规模培养 191

8.3.1 林木细胞规模化培养体系的建立 191

8.3.2 生物反应器 193

8.3.3 培养过程中的工程技术问题 194

8.4 细胞培养的次生代谢产物积累和分离纯化 195

8.4.1 次生代谢产物积累的特性 195

8.4.2 提高次生代谢产物的途径 196

8.4.3 次生代谢产物的纯化和利用 198

复习思考题 200

本章推荐阅读书目 200

第9章 菌根技术 201

9.1 菌根的概念及类型 201

9.1.1 菌根的概念 201

9.1.2 菌根的主要类型 201

9.2 菌根对宿主植物的作用 203

9.3 形成菌根的真菌和宿主植物 204

9.3.1 形成外生菌根的真菌 204

9.3.2 形成VA菌根的真菌 205

9.3.3 形成外生菌根的宿主植物 205

9.3.4 形成内生菌根的宿主植物 205

9.4 菌根研究方法 205

9.4.1 外生菌根研究方法 205

9.4.2 VA菌根研究方法 208

9.5 外生菌根真菌的扩大繁殖 210

9.5.1 菌根真菌的固体培养 210

9.5.2 菌根真菌的液体培养 211

9.5.3 菌根菌剂的类型及其生产 211

9.5.4 菌剂检测与储存 212

9.6 菌根技术应用中注意的问题 212

复习思考题 213

本章推荐阅读书目 213

第10章 植物遗传图谱构建与基因定位 214

10.1 遗传标记 214

10.1.1 遗传标记的种类 214

10.1.2 DNA分子标记 215

10.2 遗传作图群体 224

10.2.1 暂时性分离群体 224

10.2.2 永久性分离群体 225

10.3 遗传图谱构建 226

10.3.1 遗传图谱概述 226

10.3.2 遗传图谱的制作 227

10.4 基因定位 231

10.4.1 质量性状基因定位 231

10.4.2 数量性状基因定位 233

10.5 分子标记辅助选择育种 235

10.5.1 分子标记辅助选择育种的应用 235

10.5.2 影响分子标记辅助选择的因素 237

复习思考题 238

本章推荐阅读书目 238

第11章 植物基因的分离克隆 239

11.1 概述 239

11.1.1 待分离克隆的基因分类 239

11.1.2 基因分离克隆方法的分类及选择策略 240

11.2 基因文库的构建与基因克隆 240

11.2.1 基因文库的种类 241

11.2.2 植物cDNA文库构建 242

11.2.3 植物基因组文库构建 246

11.2.4 植物人工染色体文库构建 249

11.2.5 从基因文库中分离目的基因 251

11.3 已知基因产物的基因克隆 253

11.3.1 利用PCR技术分离目的基因 254

11.3.2 核酸杂交筛选法分离目的基因 255

11.3.3 免疫学筛选法分离目的基因 256

11.4 蛋白质功能互补克隆 256

11.4.1 酵母双杂交体系分离克隆目的基因 256

11.4.2 噬菌体展示技术分离克隆目的基因 258

11.5 图位克隆 259

11.5.1 图位克隆的原理 259

11.5.2 图位克隆的方法步骤 259

11.6 差示克隆 261

11.6.1 mRNA差异显示技术 262

11.6.2 文库扣除杂交法 264

11.6.3 抑制消减杂交法 265

11.6.4 代表性差异分析法 266

11.7 已知部分或全部DNA序列的基因克隆 267

11.7.1 目的基因的RT-PCR扩增 267

11.7.2 RACE-PCR扩增全长cDNA 267

11.7.3 同源序列法扩增全长基因 268

复习思考题 269

本章推荐阅读书目 269

第12章 植物遗传转化和应用 270

12.1 概述 270

12.2 高等植物遗传转化系统 271

12.2.1 植物基因工程载体的构建 271

12.2.2 植物组织培养与基因转化的受体系统 274

12.2.3 植物基因工程中常用的标记基因 275

12.2.4 常用的植物遗传转化方法 277

12.3 转基因植株外源基因的表达与分析 282

12.3.1 外源基因整合的检测 282

12.3.2 外源基因转录水平的检测 283

12.3.3 外源基因表达蛋白的检测 283

12.3.4 转基因沉默及其对策 283

12.4 转基因林木和花卉的应用 286

12.4.1 抗虫基因转移 286

12.4.2 抗病基因转移 288

12.4.3 抗除草剂基因转移 289

12.4.4 抗逆境基因转移 289

12.4.5 改良木材品质基因转移 290

12.4.6 生殖、生长发育相关基因转移 290

12.4.7 改变花型花色相关基因及遗传转化 290

12.5 转基因植物安全性问题 291

12.5.1 转基因植物的生态安全性 291

12.5.2 我国转基因植物的安全性管理 293

复习思考题 295

本章推荐阅读书目 295

第13章 生物质能技术 296

13.1 沼气技术 296

13.1.1 沼气发酵的微生物类群 297

13.1.2 沼气发酵的主要反应历程 298

13.1.3 影响沼气发酵的因素 298

13.1.4 沼气发酵的特点 300

13.1.5 沼气工程 300

13.2 生物质燃料乙醇技术 302

13.2.1 乙醇发酵过程及发酵微生物 302

13.2.2 不同原料的乙醇生产工艺 304

13.3 新型生物燃料二甲基呋喃 306

13.4 生物柴油 307

13.4.1 生物柴油及其特点 307

13.4.2 生物柴油的原料 308

13.4.3 生物柴油的制备方法 308

复习思考题 310

本章推荐阅读书目 310

参考文献 311