(完整版)生物工程概论教学大纲

《生物工程概论》教学大纲
课程名称：生物工程概论
英文名称：Introduction to Bioengineering
课程编码：
学分：2
总学时：36
理论学时：36 学时
实验学时：0 学时
适用专业：非生物类本科专业
执笔人：
审核人:
一、课程的性质、地位与任务生物工程概论是生物类院校一些非生物学专业的必修课程之一。

20 世纪以来生命科学的研究迅速发展，从而推动了农业、林业、工业、医药卫生等多个领域的发展。

本课程介绍各项生物工程技术的基本原理和基本知识，使非生物专业的学生能够了解生物工程的基本知识框架，促进其他学科的学生对生命科学的关注，为他们了解生物工程相关的基础知识提供平台，对促进学科交叉、拓宽学生知识面，提高学生的高科技意识和创新思维方式，增强学生适应社会能力及择业机遇，都有着重要的现实意义。

二、教学目的与要求本课程为全校非生物专业学生的必修课。

通过本课程的学习，了解生物技术和生物工程的概念、研究对象、研究内容及与日常生产、生活的关系。

掌握五大生物工程技术的原理与方法，
并对生物工程的学科发展情况有初步的认识。

三、教学学时分配表
第一章 绪论 本章教学目的和要求： 通过本章的教学，让学生了解生物工程的概念、学科发展情况的基本内容，激发学生的学 习兴趣，了解本学科学习的大致内容。

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 教学目的和要求：
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。

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，三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。

教学内容：
、 DNA 的化学组成和分子结构
2 学时） 教学内容：
第一节 生物工程与生物技术的含义 第二节 生物技术的产生
一、传统生物技术 二、近代生物技术 三、现代生物技术
第三节 生物工程的基本内容
一、基因工程
二、细胞工程 三、酶工程 四、发酵工程 五、蛋白质工程
六、五大生物工程技术之间的联系 第
四节 生物技术涉及的学科及其技术 第
五节 现代生物技术的应用与产业化
一、 生物技术在各个领域的应用
二、应用生物技术的产业化及其基本特
征 第六节 现代生物技术的发展现状 0.25
学时 0.25 学时 0.5 学时 0.25 学时 0.25 学时 0.25 学时
第七节 现代生物技术对于人类生活、社会生存的重要影响 第二章 基因工程 第一节 基因工程的概念 第二节 DNA 的结构与功0.5
0.5
学时 学时 0.25 学时 4 学
、基因的分子结构 三、基因的功能
第三节 基因工程的施工步骤 0.5 第四节 目的基因的分离和合成 0.5
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。

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
学时 学时
一、反向转录法 二、从细胞基因组中直接分离 三、用 PCR 技术从基因组中扩增出目的基因 第五节 基因工程工具酶 一、限制性内切酶
二、连接酶 三、其它基因工程工具酶 第六节 基因克隆载体 一、质粒克隆载体 二、病毒克隆载体 三、人工染色体克隆载体 第七节 目的基因导入受体细胞 一、受体细胞 二、重组 DNA 导入受体细胞途径 第八节 基因工程的发展趋势 第三章 细胞工程 教学目的与要求：
0.5
0.5
学时
学时
0.5
学时
0.5
学时
（4 学时）
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。

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、干细胞工程
等。

难点：植物细胞工程和动物细胞工程的基本操作技术。

教学内容： 第一节 基本概念
一、细胞基本知识 二、细胞工程的概念、地位和作用 第二节 植物细胞工程 一、植物细胞的全能性 二、植物组织培养程序 三、细胞培养 四、原生质体制备、培养与融合 五、单倍体 第三节 动物细胞工程 一、动物细胞培养 二、昆虫细胞培养 三、动物细胞融合 四、核移植与动物克隆 五、干细胞工程 六、组织工程 第四章 发酵工程 教学目的与要求：
学时
学时
1.5
学时
4 学时）
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。

教学内容： 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。

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。

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。

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。

第一节 发酵工程概述 一、发酵与发酵工程 二、发酵工程的发展回顾 第二节 发酵工业的产业过程和设备 一、原料预处理 二、发酵培养基的种类、组成及配制 三、发酵生产中的微生物种类及灭菌技术 四、无菌空气的制备 五、菌种种子的扩大培养 六、发酵过程的设备 七、发酵过程的操作方式 八、发酵产品的分离和纯化 第三节 我国发酵工业的现状与展望 一、我国发酵工业的现状 二、我国发酵工业的展望 第五章 酶工程 教学目的与要求：
1
（4 学时）
学时
学时
学时
难点：基因工程菌（细胞）的构建和酶固定化技术。

教学内容：
第一节 酶工程的概念
一、酶催化的特点
二、酶工程的六大板块 第二节 酶的生产
一、获得生物催化剂的途径
二、酶的发酵生产
三、酶的分离纯化 第三节 工程酶 一、工程酶的概念
二、固定化酶 （ 性质、指标 ）
三、修饰酶
四、人工酶 第四节 酶反应器 一、酶反应器的基本类型 二、酶反应器的选择
三、酶反应器的操作 第五节 酶的应用及酶工程研究新领域
一、酶的应用概述
二、酶工程研究的新领域 第六章 蛋白质工程 教学目的与要求： 0.5 学时 1 学时 1 学时 1
学时 0.5 学时
（4 学时）
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。

教学内容：第节蛋白质的结构基础 1 学时
一、蛋白质的化学组成
二、蛋白质的结构
三、蛋白质结构与功能的关系
第二节蛋白质工程的研究方法 1 学时
一、蛋白质研究的一般步骤
二、蛋白质的纯化
三、蛋白质的分子设计
四、蛋白质工程与基因工程
1 学时
第三节定位诱变技术在蛋白质工程中的应用
一、提高T4 溶菌酶的热稳定性
二、提高重组β干扰素的专一活性与稳定性
三、胰岛素的蛋白质工程
第四节蛋白质工程展望 1 学时第七章生物技术与医药（2 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。

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
教学内容：
第一节天然药物制药0.5 学时
一、动植物来源的药物
二、微生物来源的药物
三、天然海洋药物
第二节DNA论断0.5 学时
一、DNA诊断概念与特点
二、DNA诊断在遗传性疾病中的应用
三、产前DNA诊断
四、DAN诊断在感染性疾病中的应用
五、DNA诊断在恶性肿瘤中的应用
六、基因检测---21 世纪预防医学最伟大的发明
七、DNA芯片
第三节基因工程制药0.25
一、激素和多肽类
二、酶类
三、疫苗
四、单克隆抗体
第四节基因治疗0.25
一、基因治疗概述
二、基因治疗的策略
三、遗传性疾病的基因治疗
四、肿瘤的基因治疗
五、神经系统疾病的基因治疗
六、反义疗法
七、自杀基因疗法
第五节DNA 指纹鉴定0.25 第六节干细胞技术与治疗性克隆0.25
学时
学时
学时
学时
一、干细胞技术
二、治疗性克隆第八章生物技术与农业（2 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。

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。

教学内容：
第一节农业植物生物技术0.75 时
一、植物组织培养技术在农业上的应用
二、细胞融合技术的应用
三、植物转基因育种
四、植物人工种子的研制和应用
五、农作物分子标记辅助育种第二节农业动物生物技术0.75 一、动物转基因技术与
分子育种
二、动物胚胎生物工程
三、动物克隆技术
四、生物技术在动物饲料作物育种及饲料工业上的应用第三节农业微生物技术0.5
一、微生物肥料二、生物固氮
三、微生物农药
四、农产品有害残留物质的微生物降解
五、微生物精饲料
六、微生物在饲料资源开发上的应用第九章生物技术与食品（2 学时）教学目的与要求：了解现代生物技术在食品生产、食品分析中的应用；认识到生物技术对食品产业带来的利弊。

重点：利用基因工程、细胞工程开发新食品资源；利用发酵工程、酶工程将农副原材料加工成为商品；利用酶工艺、发酵技术、生物反应器对传统食品进行改造。

难点：利用生物技术对食品进行二次开发形成新产品。

教学内容：
第一节生物技术与食品加工0.5 一、蛋白制品加工二、乳品工业
三、酿造类食品
四、蛋品加工
五、面包焙烤与谷类食品发酵第二节生物技术与食品贮藏和保鲜0.5 一、生物技术在
食品保鲜贮存中的应用二、生物技术在食品保鲜贮存中存在的问题及发展趋势第三节新型食品原料综合利用0.25 一、生物技术在果蔬综合利用中的应用二、生物技术在肉制品加工综合利用中的应用
三、生物技术在粮油综合利用中的应用
学学时学时
学时
学时学时
第四节 生物技术在食品分析中的应用 0.25 学时
一、检测食品鲜度 二、食品分析中的应用 第五节 生物技术与食品添加剂
0.5
学时
一、调味剂和香料 二、天然色素的开发 三、生物防腐剂的开发 第十章 生物技术与环境保
护
（2 学时）
教学目的与要求：
熟悉目前人类面临的各种环境问题，并掌握生物技术在水污染控制、大气污染治理、有毒 有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物处环境监测、环境友好材料的形成、环境
污染的修复和工业企业的清洁生产等方面的应用。

重点：掌握环境各种环境保护措施和环境监测手段中生物技术的广泛应用。

难点：生物技术在处理环境问题方面较传统技术所具有的显著优点。

教学内容：
第一节 环境问题 --- 人类生存与发展面临的严峻挑0.5 学时 第二节 环境污染检测与评价的生物技术 一、指示生物在环境监测与评价中的作用
二、核酸探针和 PCR 技术在环境监测与评价中的应用 0.25
学时
第三节 不同类型污染的生物处理技术 一、污水的生物处理 二、大气污染的生物处理 三、固体废弃物的生物处理
0.5
学时
第四节 污染环境的生物修复 一、生物修复工程的主要处理方法 二、重金属污染土壤的生物修复 三、海洋污染的生物修复技术
0.5
学时
第五节 环境污染预防的生物技术 一、清洁生产技术 二、环境友好材料开发中的生物技术
0.25
学时
第十一章 生物技术与能源 教学目的与要求：
（2 学时）
熟悉各种不同的生物能源，并了解这些生物质能源的开发利用原理；了解生物能源代替不 可再生资源的必要性。

重点：了解各种生物能源及其重要作用。

难点：各种生物能源的开发利用原理和技术攻关。

0.5 学时 0.5 学时
0.5 学时
0.25 学时
、沼气发酵条件
教学内容：
第一节 生物能源概述
第二节 生物质转化燃料酒精技术 一、燃料酒精的基本概况 二、燃料酒精的工业化生产 三、生物质转化燃料酒精的技术难点 四、蒸汽爆碎技术
第三节 生物柴油 一、生物柴油的主要特征 二、生物柴油的生产方法 三、国外生物柴油的发展状况 四、我国生物柴油的发展状况 五、我国生物柴油的产业化前景 第四节 沼气
、发酵工艺
三、沼气综合效益 第五节 生物制氢 0.25 学时 一、生物产氢
二、氢能发展远景
第十二章 生物技术与海洋生物开发 （2 学时）
教学目的与要求：
了解海洋生物开发的含义，理解海洋生物农业、 海洋生物药物与保健品、海洋生物能源的
应用，理解生物技术在海洋生物工程中的应用
重点：海洋生物药物与保健品，海洋生物农业， 海洋生物生产有用物质
难点：海洋生物生产有用物质
教学内容：
第一节 海洋生物农业 0.5 学时 一、海洋农业
二、海水农业开发
三、海洋生物药物与保健品
第二节 海洋生物药物与保健品 0.5 学时 第三节 海洋生物能源 0.25 学时 第四节 海洋生物生产有用物质 0.5 学时 一、微生物酶制剂
二、海洋生物霉素
三、海洋生物新材料
四、海洋生物中的新肥料
第五节 发展海洋生物工程的前景 0.25 学时 第十三章 生物技术的安全性及社会伦理问（2 学时）
教学目的与要求： 了解目前生物技术还存在的问题和风险，以及现代生物技术与国防、社会伦理道德之间的
一、克隆人的伦理与法律
二、利用克隆动物器官进行器官移植的伦理问题 五、考核方法及成绩评定
（一）理论课考核方式：
1、 考核方式： 笔试，开卷考试，分平时成绩和期末考试三部分综合考核。

2、 成绩评定： 平时成绩× 30%+期末考试× 70%。

六、教材及教学参考书
教材： 利容千 . 《生物工程概论》 （第二版） . 武汉: 华中师范大学出版社 , 2007 参考书：
1. 宋思杨 , 楼士林主编 . 生物技术概论 （ 第二版 ）. 北京 : 科学出版社 , 2003
关系。

重点：了解生物技术的安全性概念及其涉及的范围。

难点：
现代生物技术与社会伦理道德之间的关系。

教学内容： 第一节 生物技术的安全性 0.5 一、生物技术的安全性概念 二、世界各国对生物安全问题的认识和管理 三、关于生物安全的对策和建议 四、生物武器
第二节 人类基因组计划与伦理 1 一、保护基因隐私权，反对基因歧视 二、畸形优生学的死灰复燃 三、基因专利转化商品出售的伦理问题
第三节 动物克隆和人类克隆与伦理 0.5
学时
学时
学时
2. 王联结, 生物工程概论. 北京: 中国轻工业出版社, 2002
3.利容千, 王明全主编. 植物组织培养简明教程. 武汉: 武汉大学出版社, 2004
4.刘庆昌, 吴国良. 植物细胞组织培养. 北京: 中国农业大学出版社, 2003
5.程备欠. 现代生物技术概论. 北京: 中国农业出版社, 2003
6.刘冬等. 食物生物技术. 北京: 中国轻工业出版社, 2003
7.陶兴无. 生物工程概论. 化学工业出版社, 2005
8.迈克尔.M. 多马克. 《生物医学工程概论》第二版, 西安交通大学出版社, 2010
9.William J. Thieman and Michael A. Palladino. Introduction to Biotechnology. Second Edition. 科学出版社, 2011。