生物工程概論(第三版)(簡體書)
商品資訊
系列名:石油和化工行業“十四五”規劃教材
ISBN13:9787122454973
出版社:化學工業出版社
作者:曾馳; 陶興無
出版日:2024/10/01
裝訂/頁數:平裝/321頁
規格:24cm*17cm (高/寬)
版次:三版
商品簡介
本書前兩版廣受歡迎,被眾多院校用作學習生物工程知識的入門教材。新版分為生物工程原理和生物工程應用兩大部分。第一部分(第一章到第八章)全面敘述了生物工程的基本原理和技術發展;第二部分(第九章到第十三章)介紹生物工程在農業、食品、醫藥、環境保護和能源開發等領域的應用情況,以及生物工程與社會倫理、生物工程的知識產權保護等相關知識。本書第三版在保持前兩版結構體系的基礎上,對所有內容進行了全面修訂,刪減了部分過時的資料,增加了生物工程新知識及其應用新進展,為初學者提供了全面的介紹、清晰的框架和深入學習的基礎。本書既可以作為普通高等院校生物工程專業的導論課教材,也可以作為生物工程相關專業的選修課教材或非生物類專業的通識課教材,同時便於相關領域的營銷、管理人員和其他自學者學習了解生物工程的基本知識。
作者簡介
陶興無,武漢輕工大學教授。教學經驗豐富,為本科生和研究生講授“生物工程設備”、“生物製藥設備”、“生物工程與工藝學”、“發酵工藝學”、“發酵代謝調控”、“發酵產品工藝學”、“發酵(製藥)工廠設計”和“生物工程概論”等課程。主持(參與)完成“魔芋葡甘聚糖降解工藝研究及其應用”等十余項國家和省市科技攻關課題。發表專業論文四十余篇;主編參編高校教材五部,其中兩部獲省部級二等獎。
序
前言
本書第二版自2015年6月出版以來,被許多高等院校選作生物工程專業的導論課教材、生物工程相關專業的選修課教材或非生物類專業的通識課教材,受到眾多讀者的好評,多次重印,並獲得中國石油和化學工業優秀出版物獎·教材獎二等獎。
本版入選石油和化工行業“十四五”規劃教材,在保持第二版結構體系的基礎上,對所有內容進行了全面更新,刪除了部分過時的內容,增加了生物工程新知識及其應用新進展,例如在“第四章 基因工程”中新增一節“合成生物學”,在“第十章 生物工程在醫藥方面的應用”中新增一節“疫苗”,以反映生物工程學科的新動態。本版仍秉承第二版的編寫原則,兼具系統性和先進性,力求簡明易懂、生動具體,為初學者提供生物工程學科的全面介紹和深入學習的基礎。
本版充分體現黨的二十大精神,融入了大量思政元素,力求在傳授專業知識的同時,引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀,落實立德樹人根本任務。本版尤其注重體現我國在生物工程領域的成就,例如在“疫苗”一節中全面介紹我國在新冠疫苗研發中的重大貢獻,從而弘揚愛國情懷,樹立民族自信,激勵學生為實現中華民族偉大復興的中國夢貢獻智能和力量。
全書由武漢輕工大學曾馳副教授修訂完成,並經陶興無教授審讀。
在本書編寫過程中參考了大量文獻,在此對這些文獻的作者表示衷心的感謝。同時,還要感謝支持幫助本書編寫、出版和使用的讀者、編輯和各位同仁。
本書的編寫得到了武漢輕工大學食品科學與工程一流學科建設揭榜項目和武漢輕工大學教材建設基金資助項目的支持。
限於作者水平,本書難免存在不妥之處,懇請讀者批評指正。
編者
2024年5月於武漢
第一版前言
21世紀是生命科學的世紀,是信息科學的世紀。2000年,在瑞士召開的世界經濟論壇上,美國前總統克林頓和英國首相布萊爾在他們的報告中,從政治家的角度列舉了兩項將影響21世紀社會發展的技術:一個是信息科學技術,另外一個就是由基因組研究作為標志的生命科學技術。著名的物理學家、諾貝爾獎獲得者楊振寧先生,在回顧20世紀的科學成果時曾說過,19世紀是物理學的世紀,它推動了整個自然科學的發展;20世紀信息技術的進步,使物理學在很多方面得到進一步的發展;但21世紀將是生命科學的世紀。青年學生崇拜的偶像、計算機技術的推動者——比爾·蓋茨也認為,影響21世紀整個人類社會經濟發展的不僅有信息科學技術,還應該有生命科學技術。
現在很多人稱20世紀影響科學發展的重要的三個突出成就是發現相對論、量子力學、DNA雙螺旋結構;20世紀影響人類的三大科學工程是曼哈頓計劃(導致了原子彈的發明)、阿波羅登月計劃(使人類開始了空間探測的時代)、人類基因組計劃。自20世紀90年代以來,隨著人類基因組計劃等各類生物基因組計劃的相繼展開,生物工程的發展呈現出前所未有的活力。新世紀人們把關注點更多地投向了生物工程產業。生物工程產業迅速崛起,已成為國際市場競爭的新領域,並展現出十分誘人的前景。
生物工程不僅僅屬於生物學家。過去幾十年獲得諾貝爾生理學或醫學獎和化學獎的科研成果,有相當多的成就是以生命科學為主體內容的,而獎項得主中相當一部分是化學家和物理學家出身。越來越多的物理學家、化學家、數學家、計算機專家、人文科學家和社會科學家等相關人士都在關注生物工程的發展。人口、資源、環境是21世紀人類所面臨的三大難題和挑戰。解決這三大難題的唯一有效途徑是發展生物工程。近十幾年來,無論是各國政府的發展策略還是企業風險投資,都把生物產業放在了優先發展的地位。在美國,人類基因組計劃的政府投資達30億美元,而私人機構的投入經費實際上已遠遠超過30億美元。
與信息產業一樣,生物技術是高新技術,不僅需要大批的生物工程專門人才,而且需要其他行業和學科更多人的參與。與20世紀80年代普及推廣計算機知識類似,創辦、整合生物工程(生物技術)專業成為我國高校最為時尚的舉措之一。據統計,至2003年我國擁有生物工程專業的高校119所,且呈繼續增長的趨勢。同時,全國各級各類學校普遍在非生物工程專業中增設生物工程概論作為必修或選修公共課。社會上從事相關行業的決策、投資、管理、生產和經營者也迫切需要了解或掌握生物工程的基本知識和最新進展。
當前有關生物工程的專業書籍很多,但對初涉生物工程領域又想盡快了解其基本概念和全貌的讀者來說,需要一本淺顯易懂的入門書,這是作者編撰本書的初衷。本書是作者在武漢工業學院多年講授全校公共選修課生物工程概論講義的基礎上,由陶興無(武漢工業學院)、劉志國(武漢工業學院)和田俊(華中科技大學)三位同志共同編寫而成,陶興無任主編。鄭衛平、楊孝坤、歐燕青、閔伶俐、周明英等同志也為書稿的順利完成做了大量文字工作。
本書可作為非生物工程專業公共課或生物工程專業的總論教材,並適合具備高中以上文化程度的讀者自學。全書共14章,第一部分(前8章)為生物工程原理,第二部分(後6章)為生物工程應用。課堂主要講授第一部分,第二部分供自學使用。僅需了解生物工程應用基本內容的讀者,也可只選學第二部分。由於生物工程進展“與時俱進”,內容“日新月異”,在編寫過程中參考了大量最新文獻資料,除書末所列部分主要參考文獻外,其余未一一列出。在此,謹向這些作者表示最誠摯的感謝。
由於作者水平所限,不足之處難免,敬請讀者指正。
陶興無
2005年1月於武漢
第二版前言
本書第一版自2005年8月出版後,已被許多高等院校作為公共課教材或生物工程及食品化工、醫藥材料等與生物工程相關專業的學科專業課教材,部分高校還指定本書為碩士研究生入學考試復習參考書,受到眾多讀者的好評。
本書第一版從編寫至今的十年,是生物工程飛速發展的時期,新理論新技術層出不窮,應用領域也日新月異,逐步深入。因此,本書第二版在保持第一版結構體系的基礎上,對第一部分生物工程原理(第一章到第八章)所有內容進行全面修訂,刪減了部分過時的資料,增加了本學科新知識;對第二部分生物工程應用(第九章到第十四章)的全部內容進行了更新。本書再版仍然保持第一版的編寫原則,既可以作為生物工程專業的總論教材,也可以作為相關交叉學科的非生物工程專業的課程用書,同時方便相關領域的營銷、管理、行政人員和自學者學習了解生物工程的基本知識。
在本書編寫過程中參考了大量文獻,在此對這些文獻的作者表示衷心的感謝!同時,還要感謝支持幫助本書編寫、出版和使用的讀者、編輯和各位同仁。
本書第二版修訂工作全部由武漢輕工大學(原武漢工業學院)陶興無完成。限於作者水平,本書在內容取舍、編寫方面難免存在不妥之處,懇請讀者批評指正。
陶興無
2014年8月於武漢
目次
第一章 緒論 001~014
第一節 生物工程的基本概念 001
一、生物工程的定義 001
二、生物工程的研究領域及其相互關係 002
三、現代生物工程涉及的學科 002
第二節 生物工程的發展簡史 003
一、傳統生物技術時期 003
二、近代生物工程的形成和發展時期 005
三、現代生物工程的形成和發展時期 006
第三節 現代生物工程的應用 007
一、提高生命質量,延長人類壽命 008
二、改善農業生產,解決食品短缺 009
三、解決能源危機,治理環境污染 010
四、製造工業原料,生產貴重金屬 010
第四節 現代生物工程對社會發展的影響 011
一、轉基因食品的安全性問題 011
二、轉基因生物對環境的危害 011
三、人權的保護問題 012
四、生物工程引發的其他社會問題 013
第二章 細胞生物學基礎 015~033
第一節 細胞生物學發展簡介 015
一、細胞的發現 015
二、細胞學說的創立 016
三、細胞生物學 016
第二節 細胞的基本特性 017
一、細胞的形態 017
二、細胞的基本功能 017
三、細胞結構上的相似性 018
第三節 細胞的類型、結構和功能 018
一、原核細胞 018
二、真核細胞 020
三、真核細胞與原核細胞的比較 022
四、病毒—非細胞的生命體 022
第四節 細胞的重要生命活動 024
一、細胞的繁殖 024
二、細胞分化 025
三、細胞的癌變和衰老 027
第五節 細胞的化學組成 029
一、水 029
二、無機鹽 029
三、有機小分子 030
四、生物大分子 032
第三章 生物大分子的結構與功能 034~069
第一節 生物功能大分子—蛋白質 034
一、氨基酸和肽 034
二、蛋白質的分子結構 037
三、蛋白質結構與功能的關係 040
四、蛋白質的結構測定 042
五、蛋白質的理化性質 042
六、蛋白質中的非氨基酸組分 044
七、蛋白質的分離和純化 044
第二節 生物遺傳大分子—核酸 046
一、核酸的化學組成及一級結構 046
二、DNA的空間結構與功能 048
三、RNA的結構與功能 054
四、基因和基因組結構 058
五、核酸的理化性質 061
第三節 糖類 063
一、單糖 063
二、寡糖 064
三、多糖 064
四、糖復合物 064
五、糖類的生物功能 064
第四節 脂類與生物膜 065
一、生物體內的脂類 065
二、生物膜的化學組成 066
三、生物膜的結構及功能 068
第四章 基因工程 070~114
第一節 基因工程的基本原理 070
一、基因工程誕生的背景 070
二、基因工程的誕生及其意義 073
三、基因工程的基本概念及操作流程 074
第二節 重組DNA常用的工具酶 076
一、限制性內切核酸酶 076
二、DNA連接酶 079
三、DNA聚合酶 081
第三節 重組DNA常用載體 084
一、質粒載體 085
二、λ噬菌體 087
三、柯斯質粒載體 088
四、人工染色體載體 089
五、高等真核細胞的克隆載體 091
第四節 目的基因的獲取及其與載體的連接 091
一、目的基因的獲取途徑 092
二、目的基因與載體的連接 097
第五節 重組DNA分子導入受體細胞 099
一、受體細胞的選擇 099
二、重組DNA分子轉化或轉染導入微生物細胞 102
三、重組DNA分子導入植物細胞 102
四、重組DNA分子導入哺乳動物細胞 103
第六節 重組體的篩選和克隆基因的表達 104
一、重組體的篩選 104
二、克隆基因的表達 107
第七節 合成生物學 109
一、合成生物學的概念與發展 110
二、合成生物學的層次化結構設計 111
三、生物模塊的標準化 112
四、合成生物學技術的應用 113
第五章 蛋白質工程 115~136
第一節 蛋白質工程的基本概念 115
一、蛋白質工程產生的背景 116
二、蛋白質工程的基本流程 116
三、蛋白質工程的特徵 117
四、蛋白質工程的研究內容 118
第二節 蛋白質的生物合成 119
一、蛋白質合成中三類RNA的作用 119
二、蛋白質的生物合成過程 123
三、新生肽鏈的折疊 124
第三節 蛋白質結構預測 126
一、預測蛋白質空間結構的意義 126
二、蛋白質序列分析及結構預測策略 127
三、蛋白質二級結構預測 128
四、蛋白質三級結構預測 130
第四節 蛋白質分子設計 132
一、蛋白質分子設計的基礎 133
二、蛋白質分子設計的流程 134
三、蛋白質分子設計的類型 135
第六章 酶工程 137~160
第一節 酶學基礎 137
一、酶的一般概念 137
二、酶的分類與命名 138
三、酶催化反應作用的特點 139
第二節 酶的結構與功能的關係 140
一、酶的結構及其催化功能 140
二、酶的活性中心 141
三、酶的催化機理 141
四、影響酶催化反應速度的因素 143
第三節 化學酶工程 145
一、酶分子的化學修飾 145
二、固定化酶 148
三、細胞的固定化 151
第四節 生物酶工程 153
一、克隆酶 153
二、突變酶 154
三、從頭設計酶 155
四、進化酶 156
五、雜合酶 158
六、核酶和脫氧核酶 159
第七章 細胞工程 161~204
第一節 植物組織與細胞培養 161
一、植物組織培養 162
二、植物細胞培養 170
第二節 動物細胞與組織培養 177
一、動物細胞與組織培養的基本概念 177
二、動物細胞的體外培養生長特性 178
三、動物細胞培養的營養和環境條件 179
四、動物細胞培養技術 180
五、細胞培養物的保存和復蘇 182
六、動物細胞的大規模培養 183
第三節 細胞工程的主要技術及其應用 184
一、細胞融合 184
二、染色體工程 189
三、動物體細胞核移植技術和克隆動物 192
四、胚胎工程 193
五、幹細胞及組織工程 196
第八章 發酵工程 205~235
第一節 發酵工程概述 205
一、發酵工程技術的發展歷史 205
二、發酵和發酵工程的定義 206
三、發酵工程產品的類型 207
四、發酵工程的基本內容 208
第二節 發酵工業用菌種 208
一、工業上常見的微生物 208
二、菌種的選育 212
三、菌種的退化與復壯 216
四、菌種的保藏 218
第三節 發酵生產過程 220
一、培養基及其滅菌 221
二、種子擴大培養 222
三、發酵方式 223
四、發酵工藝控制 227
五、基因工程菌的發酵特性 229
六、發酵產物的分離提取 230
第四節 發酵設備 232
一、生化反應器的類型 232
二、機械攪拌式發酵罐 233
三、自吸式發酵罐 233
四、氣升式發酵罐 234
五、塔式發酵罐 234
六、發酵與產物分離偶聯 235
第九章 生物工程在農業和食品方面的應用 236~250
第一節 利用轉基因技術培育抗逆性農作物品種 236
一、抗除草劑作物 237
二、抗昆蟲作物 237
三、抗病害作物 238
四、抗重金屬鎘的作物 239
第二節 利用轉基因技術提高農作物產量和質量 239
一、提高農作物產量 239
二、提高大豆中蛋白質和氨基酸的含量 240
三、改變油料作物的油脂組成及含量 240
四、彩色棉花 241
五、其他超級農作物品種 241
第三節 應用轉基因技術生產經濟動物 242
一、應用轉基因技術改善動物的生產性能 242
二、改變代謝途徑提高經濟動物的產量 243
三、利用胚胎技術加快家畜良種的繁殖 244
四、轉入抗病毒基因提高動物抗病能力 244
第四節 轉基因食品 245
一、已改良營養質量的植物轉基因食品 245
二、高產優質的肉、奶和畜類動物轉基因食品 246
三、富含功能性成分的轉基因食品 246
四、色香味獨特的轉基因食品添加劑 247
五、可延長貯藏保鮮期的轉基因果蔬食品 247
第五節 生物工程在食品工業中的應用 247
一、利用基因工程、細胞工程技術改良食品資源 248
二、利用現代發酵工程改造傳統的食品加工工藝 248
三、酶工程技術在食品工業中的應用 249
第十章 生物工程在醫藥方面的應用 251~281
第一節 生物技術藥物 251
一、生物技術藥物的概念 251
二、生物技術藥物的種類 253
三、生物技術藥物的發展趨勢 257
第二節 疫苗 259
一、新型冠狀病毒疫苗 259
二、治療性腫瘤疫苗 262
三、結核疫苗 264
第三節 人類基因組計劃 266
一、人類基因組計劃的內容 266
二、人類基因組計劃的研究結果 267
三、人類基因組計劃的意義 268
四、後人類基因組學的研究 270
第四節 基因診斷與基因治療 271
一、基因診斷 272
二、基因治療 278
第十一章 生物工程在環境保護和能源開發方面的應用 282~299
第一節 污水的生物凈化 282
一、污水好氧生物處理技術 283
二、污水厭氧生物處理技術 284
第二節 廢氣及大氣污染的生物治理 285
一、生物凈化有機廢氣的基本原理 286
二、生物過濾法 287
三、生物吸收法 288
四、生物滴濾法 288
第三節 固體廢棄物的生物降解 289
一、固體廢棄物生物降解的基本原理 290
二、好氧生物降解制堆肥 290
三、厭氧發酵制沼氣 291
第四節 環境污染的生物修復 292
一、生物修復的概念和分類 292
二、生物修復的基本原理 293
三、原位生物修復 295
四、異位生物修復 296
第五節 生物工程在能源開發中的應用 296
一、利用微生物開采石油 296
二、生物基燃料乙醇 297
三、植物石油 297
四、生物柴油 298
五、氫能 299
第十二章 生物工程與社會倫理 300~310
第一節 人類胚胎幹細胞研究中的生命倫理 300
一、胚胎幹細胞的不同來源及其倫理 300
二、生殖性克隆的倫理 302
三、治療性克隆的倫理 302
第二節 人類基因組研究引發的社會倫理 303
一、對基因隱私權的侵犯 303
二、產生基因歧視問題 304
三、基因治療帶來的倫理疑慮 305
四、基因增強的危害性問題 306
第三節 現代生物技術研究應遵循的倫理原則 307
一、尊重原則 307
二、不傷害原則 308
三、公正原則和平等互利原則 308
四、可持續發展原則 309
五、責任原則 309
第十三章 生物工程的知識產權保護 311~321
第一節 生物工程知識產權的類型 311
一、專利權的保護 312
二、植物新品種的保護 312
三、其他形式的保護 313
第二節 基因的專利保護 315
一、基因是屬於發現還是發明 316
二、基因專利的保護範圍 317
第三節 轉基因生物專利保護 318
一、轉基因植物專利保護 318
二、轉基因動物專利保護 319
三、轉基因微生物專利保護 320
參考文獻 322
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