《现代生物工程学》课程教学大纲 课程中文名称：现代生物工程学 课程英文名称：Modern Bioengineering 课程编号：ZH13501 课程类型：专业核心课 学时：总学时120 学分：6.5 适用对像：生物工程本科专业 先修课程：微生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学、化工原理等 课程简介： 《现代生物工程学》是生物工程专业的一门专业核心课程，该课程学术研究面宽、应用领域广 在生物工程专业课程体系中具有极其重要的地位和作用，进一步促进了生物工程专业应用型人才培 养方案作用的发挥。 该课程全面、深入地介绍了生物工程的概念、原理、发展方向及众多应用领域，包含了基因工 程、细胞工程、发酵工程、蛋白质与酶工程等4大工程的理论内容： 顺融合基大团 论和实验技能 蛋白质与酶工程：主要讲授蛋白质折叠技术、蛋白质的定向改造技术、酶的生产、纯化、固定化 技术、酶分子结构的修饰和改造等基本原理：培养学生在蛋白质与酶定向改造、酶的生产、纯化等 方面应用的理论和实验技能。 反酵 通过该课程的学习，可以进一步加强了同学们独立思考和综合应用能力，为其拥有良好的理论基 后从电契 、科研工作，促进我国生物工程 一、教学目标及任务 该课程是在生物化学、遗传学、生物统计学、微生物育种、生化工程、细胞生物学、微生物学等 多门课程相互交叉、相互渗透的基础上，综合应用了上述各门课程的理论知识和实践技术，逐步形 成和发展起来的， 透过该课程教学过得使同学们能够了解目前我国生物工程专业的发展现状与发展态劳堂却技术 程中4大工程的理论知识体系 基本流程 和基因工程在工农业及医学中的应用 握本课程的 木概 木原迎 基本操作技术和主要应 用掌握细胞工程设计的基本概念和基本原理：较系统地掌握植物和动物细胞培养的基本技术以及 细胞工程在科研和生产实际中的应用和研究动态： 掌握蛋白质工程的基本程序 解蛋白质结构预 测的基本思路，掌握酶工程的基本思路， 了解酶的应用、酶反应器的设计：掌握微生物产品生产的 基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和 工艺的研究与开发打好应用的理论基础
《现代生物工程学》课程教学大纲 课程中文名称：现代生物工程学 课程英文名称：Modern Bioengineering 课程编号：ZH13501 课程类型：专业核心课 学 时：总学时120 学 分：6.5 适用对象：生物工程本科专业 先修课程：微生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学、化工原理等 课程简介： 《现代生物工程学》是生物工程专业的一门专业核心课程，该课程学术研究面宽、应用领域广、 在生物工程专业课程体系中具有极其重要的地位和作用，进一步促进了生物工程专业应用型人才培 养方案作用的发挥。 该课程全面、深入地介绍了生物工程的概念、原理、发展方向及众多应用领域，包含了基因工 程、细胞工程、发酵工程、蛋白质与酶工程等4大工程的理论内容： 基因工程：主要讲授基因工程基因重组的方法、外源基因导入受体细胞的方法、重组子筛选与鉴 定的主要方法等基本原理。培养基因工程中的各种分子操作技术的能力。培养学生掌握基因工程技 术在微生物、动物、植物的应用。 细胞工程：主要讲授植物组织与细胞培养、动物细胞与组织培养、细胞融合等基本原理。培养单 克隆抗体、胚胎工程、干细胞工程、细胞拆合与细胞重组克隆技术和转基因生物与生物反应器等理 论和实验技能。 蛋白质与酶工程：主要讲授蛋白质折叠技术、蛋白质的定向改造技术、酶的生产、纯化、固定化 技术、酶分子结构的修饰和改造等基本原理；培养学生在蛋白质与酶定向改造、酶的生产、纯化等 方面应用的理论和实验技能。 发酵工程：主要讲授微生物及其培养、发酵机制、发酵动力学及发酵设备等基本原理；培养学生 发酵工程基本操作和产物的提取与精制、发酵工程生产举例、清洁生产与发酵工业污水处理等实践 技能。 通过该课程的学习，可以进一步加强了同学们独立思考和综合应用能力，为其拥有良好的理论基 础知识、较强的实际操作技能和应用能力，及今后从事教学、生产、科研工作，促进我国生物工程 领域产业的发展和相关行业人才培养的奠定了良好而深厚的基础。 一、教学目标及任务 该课程是在生物化学、遗传学、生物统计学、微生物育种、生化工程、细胞生物学、微生物学等 多门课程相互交叉、相互渗透的基础上，综合应用了上述各门课程的理论知识和实践技术，逐步形 成和发展起来的，一门具有独特专业视角和逻辑结构的应用性综合课程，很好地将专业基础课程和 专业方向课程有机衔接在一起，为生物工程专业的学生扎实了专业基础，加深了专业认识，拓宽了 专业视野。 通过该课程教学过程，使同学们能够了解目前我国生物工程专业的发展现状与发展态势、生物工 程中4大工程的理论知识体系、常用的研究方法和手段：基因工程的基本原理、基本流程、常规技术 和基因工程在工农业及医学中的应用，掌握本课程的基本概念、基本原理、基本操作技术和主要应 用；掌握细胞工程设计的基本概念和基本原理；较系统地掌握植物和动物细胞培养的基本技术以及 细胞工程在科研和生产实际中的应用和研究动态；掌握蛋白质工程的基本程序，了解蛋白质结构预 测的基本思路，掌握酶工程的基本思路，了解酶的应用、酶反应器的设计；掌握微生物产品生产的 基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和 工艺的研究与开发打好应用的理论基础
二、学时分配 第一部分基因工程(30学时) 第 基因工程的载体和工具酶 基因工程的常规技术 第四 基因在大肠杆菌酵母中的高效表达 童五音 转基因植物 官六章 转基因动物 第七章 基因治疗 第二部分细胞工程(30学时) 第一章 论 细响 植物离体无性繁殖和脱毒技术 第五 植物细胞培养及次生物质的生产 物原生质体培养和体细胞杂交 植物花 花药及单倍体育种 植物环胎岳 九 种质资源的离体保存 动物细跑培养技术 动物细胞合及杂交技术 动物怀胎广 动物干细胞技术 第三部分蛋白质与酶工程(30学时) 第 第四国 表达 蛋白质 基础 第九 第四部分发酵工程(30学时) 第一章 绪论 弟 工业微生物菌种和菌种的扩大培养 第四草 弟九 发酵机制及调节 第六章 微生物发酵动力学
二、学时分配 第一部分 基因工程（30学时） 第一章 绪论 3 第二章 基因工程的载体和工具酶 9 第三章 基因工程的常规技术 12 第四章 基因在大肠杆菌酵母中的高效表达 3 第五章 转基因植物 3 第六章 转基因动物 2 第七章 基因治疗 1 第二部分 细胞工程（30学时） 第一章 绪论 2 第二章 细胞工程实验室的组成及无菌操作技术 2 第三章 植物细胞工程的基本原理 3 第四章 植物离体无性繁殖和脱毒技术 3 第五章 植物细胞培养及次生物质的生产 3 第六章 植物原生质体培养和体细胞杂交 3 第七章 植物花粉、花药及单倍体育种 2 第八章 植物胚胎培养 2 第九章 种质资源的离体保存 2 第十章 动物细胞培养技术 4 第十一章 动物细胞融合及杂交技术 3 第十二章 动物胚胎工程 4 第十三章 动物干细胞技术 3 第三部分 蛋白质与酶工程（30学时） 第一章 绪论 2 第二章 蛋白质结构基础 2 第三章 蛋白质分子设计 2 第四章 蛋白质的修饰和表达 2 第五章 天然和重组蛋白质结构测定 2 第六章 蛋白质工程的应用 2 第七章 酶学基础 2 第八章 酶的化学修饰 2 第九章 酶的固定化 2 第十章 酶的人工模拟 2 第十一章 生物催化与手性技术 2 第十二章 酶基因工程 2 第十三章 核酶 2 第十四章 酶的发酵生产 2 第十五章 酶的应用 2 第四部分 发酵工程（30学时） 第一章 绪论 2 第二章 工业微生物菌种和菌种的扩大培养 4 第三章 培养基及其制备 3 第四章 灭菌和空气的净化 3 第五章 发酵机制及调节 5 第六章 微生物发酵动力学 4
第七章 发酵过程控制 5 第八竟 工业发酵的染菌及其防治 2 第九章 发酵生产实例 2 三、教学内容及教学要求 第一部分基因工程(30学时) 第一章绪论(3学时) 教学重点：遗传工程、基因工程的概念基因工程理论上的三大发现和技术上的三大发现：基 因工程的基本步骤：基因工程的意义。 教学难点：基因工程的概念：基因工程的基本步骤：基因工程的基本原理 教学要求：掌握基因工程技术的基本概念、基本原理以及基本过程，了解基因工程的发展历史 以及研究意义，主要是基因工程的诞生和成熟；掌握基因的现代概念，并理解基因与基因工程之间 的关系。 第一节基因工程的发展简史 1什么是基因工程 2.基因工程的开端 3.基因工程的发展 第二节基因工程的研究意义和应用 1.基因工程在工业领域的应用 2.基因工程在农业领域的应用 3.基因工程在医药领域的应用 第三节基因工程课程与其他课程之间的关系 第四节基因工程对人类将产生的影响 本章习题要点：简述基因工程的发展史 第二章基因工程的载体和工具酶(9学时) 教学重点：1、载体；克隆载体：表达载体；穿梭载体：质粒：严谨型质粒松弛型质粒：©Os位 点：入cl突变体：溶源/溶菌性噬菌体：粘粒(cosmid):噬菌粒：载体的基本要求：质粒的基本特 征及其分类；DNA的特点：MI3作为载体的优点：大肠杆菌质粒pBR322、pUC8、pGEM3Z-DNA的 特点：不同载体克隆DNA的片段大小：M13、DNA作为载体需要进行哪些改造？λ克隆载体的类 型：YAC载体包括那些结构，来源和构建方法。2、同位酶：同裂酶：同尾酶：DNA操作酶的功能 及应用(S1核酸酶，DNase I,.测序酶，DNA连接酶，Lig ,逆转录酶，碱性磷酸酯酶，甲基化 酶)：限制性内切酶的分类、命名原则：电泳后DNA的检测方法：DNA分子量的估算方法：怎样提 高平头末端的连接效率：如何实现目的基因与载体连接效率：提高重组率的方法。 教学难点：I、DNA操作酶的功能及应用：怎样提高平头末端的连接效率；如何实现目的基因 与载体连接效率：提高重组率的方法。2、严谨型质粒松弛型质粒：粘粒(cosmid)；噬菌粒： M13、DNA作为载体需要进行哪些改造？入克隆载体的类型：YAC载体包括那些结构，来源和构建 方法。 教学要求：1、通过本章的学习，熟悉基因工程中所使用的各种工具酶，并能在实际操作中运 用它们。2、熟悉基因工程中常用的各种载体，了解它们的特点并能在实际操作中运用它们。学握作 为载体的必备条件。了解载体的构建过程和基本方法。 载体 2。 我体 具酸 生内功 酸酶 NA连接 和Klenow大片段 性磷酸
第七章 发酵过程控制 5 第八章 工业发酵的染菌及其防治 2 第九章 发酵生产实例 2 三、教学内容及教学要求 第一部分 基因工程（30学时） 第一章 绪论（3 学时） 教学重点：遗传工程、基因工程的概念；基因工程理论上的三大发现和技术上的三大发现；基 因工程的基本步骤；基因工程的意义。 教学难点：基因工程的概念；基因工程的基本步骤；基因工程的基本原理。 教学要求：掌握基因工程技术的基本概念、基本原理以及基本过程，了解基因工程的发展历史 以及研究意义，主要是基因工程的诞生和成熟；掌握基因的现代概念，并理解基因与基因工程之间 的关系。 第一节 基因工程的发展简史 1.什么是基因工程 2.基因工程的开端 3.基因工程的发展 第二节 基因工程的研究意义和应用 1.基因工程在工业领域的应用 2.基因工程在农业领域的应用 3.基因工程在医药领域的应用 第三节 基因工程课程与其他课程之间的关系 第四节 基因工程对人类将产生的影响 本章习题要点：简述基因工程的发展史 第二章 基因工程的载体和工具酶 （9 学时） 教学重点：1、载体；克隆载体；表达载体；穿梭载体；质粒；严谨型质粒松弛型质粒；cos位 点；λ cI突变体；溶源/溶菌性噬菌体；粘粒（cosmid）； 噬菌粒；载体的基本要求；质粒的基本特 征及其分类；λDNA的特点；M13作为载体的优点；大肠杆菌质粒pBR322、pUC8、pGEM3Z-DNA的 特点；不同载体克隆DNA的片段大小；M13、λDNA作为载体需要进行哪些改造？λ克隆载体的类 型；YAC载体包括那些结构，来源和构建方法。2、同位酶；同裂酶；同尾酶； DNA操作酶的功能 及应用（S1核酸酶，DNase I,测序酶，DNA连接酶， Ligase,逆转录酶，碱性磷酸酯酶，甲基化 酶）；限制性内切酶的分类、命名原则；电泳后DNA的检测方法；DNA分子量的估算方法；怎样提 高平头末端的连接效率；如何实现目的基因与载体连接效率；提高重组率的方法。 教学难点：1、DNA操作酶的功能及应用；怎样提高平头末端的连接效率；如何实现目的基因 与载体连接效率；提高重组率的方法。2、严谨型质粒松弛型质粒；粘粒（cosmid）；噬菌粒； M13、λDNA作为载体需要进行哪些改造？λ克隆载体的类型；YAC载体包括那些结构，来源和构建 方法。 教学要求：1、通过本章的学习，熟悉基因工程中所使用的各种工具酶，并能在实际操作中运 用它们。2、熟悉基因工程中常用的各种载体，了解它们的特点并能在实际操作中运用它们。掌握作 为载体的必备条件。了解载体的构建过程和基本方法。 第一节 载体 1. 质粒载体 2. 噬菌体载体 3. 其他载体 第二节 工具酶 1. 限制性内切核酸酶 2. DNA聚合酶和Klenow 大片段 3. DNA连接酶 4. 碱性磷酸酶 5. 末端脱氧核苷酸转移酶
本章习题要点： l.什么是细菌的限制一修饰系统(restriction-modificationsystem,R-Msystem) 2.细菌的限制一修饰系统有什么意义？ 3,说明限制性内切核酸酶的命名原则要点， 4.作为基因克隆的载体必须具备那些特性？ 第三章基因工程的常规技术(12学时) 教学重点：电泳、PCR、杂交、测序的基本原理和操作步骤。 教学难点：PCR的应用：DNA与蛋白质的相互作用。 教学要求：掌握基因的分子克隆等基本技术的概念，以及重组体的概念和其鉴定方法，了解其 方法的基本原理和基本操作步骤，最主要的是基因的分子克隆技术。 第一节凝胶电泳技术 1.琼脂糖凝胶电泳的原理 2.琼脂糖凝胶电泳的影响因素 第二节杂交技术 1.探针与探针标记 2.Southern杂交 3.Northern杂交 4 Western方 5.菌落（嗜菌斑）原位杂交 第三节PCR技术 L.PCR技术的基本成分 2.PCR技术的原理和过程 3.荧光定量PCR 第四节生物芯片 1.DNA芯片 2.蛋白质芯片 第五节基因文库构建 1堪因组文库物律 2.cDNA文库的构建 第六节酵母双杂交系统 1.酵母双杂交系统的基本原理 2.酵母双杂交系统的应用 3.酵母双杂交系统存在的问题 第七节DNA测序 1.Sanger双脱氧链终止法 2.Maxam-Gilbert化学修饰法 本章习题要点 1、何谓PCR引物？试述其设计原则。 2、蛋白质的包含体形式表达时，折叠复性方法应具备哪些特点？ 第四章基因在大肠杆菌、酵母的高效表达(3学时) 教学重点：大肠杆菌基因表达载体构建的基因元件及常见大肠杆菌基因表达系统，基因融合的 策略及其优点 教学难点：外源基因在大肠杆菌中表达的基本条件、常用表达载体及提高表达的措施。 大肠杆菌基因表达系乡 其因表达产物 元件：掌握功能启动子分离的方法。 第一节基因的表达系统与表达策略 1.基因的表达系统 2.根据表达蛋白用途选择基因的表达策略 第二节基因在大肠杆菌中的高效表达 1.基于T7噬菌体RNA聚合酶/启动子的大肠杆菌表达系统 2.蛋白质的融合表达 3.蛋白质的分泌型表达 4.蛋白质的包含体形式表达与蛋白质复性
本章习题要点： 1．什么是细菌的限制—修饰系统(restriction-modificationsystem，R-Msystem) 2．细菌的限制—修饰系统有什么意义? 3．说明限制性内切核酸酶的命名原则要点。 4．作为基因克隆的载体必须具备那些特性？ 第三章 基因工程的常规技术（12 学时） 教学重点：电泳、PCR、杂交、测序的基本原理和操作步骤。 教学难点：PCR的应用；DNA与蛋白质的相互作用。 教学要求：掌握基因的分子克隆等基本技术的概念，以及重组体的概念和其鉴定方法，了解其 方法的基本原理和基本操作步骤，最主要的是基因的分子克隆技术。 第一节 凝胶电泳技术 1. 琼脂糖凝胶电泳的原理 2. 琼脂糖凝胶电泳的影响因素 第二节 杂交技术 1. 探针与探针标记 2. Southern杂交 3. Northern杂交 4. Western杂交 5. 菌落（嗜菌斑）原位杂交 第三节 PCR技术 1. PCR技术的基本成分 2. PCR技术的原理和过程 3. 荧光定量PCR 第四节 生物芯片 1. DNA芯片 2. 蛋白质芯片 第五节 基因文库构建 1. 基因组文库构建 2. cDNA 文库的构建 第六节 酵母双杂交系统 1. 酵母双杂交系统的基本原理 2. 酵母双杂交系统的应用 3. 酵母双杂交系统存在的问题 第七节DNA测序 1. Sanger 双脱氧链终止法 2. Maxam-Gilbert 化学修饰法 本章习题要点： 1、何谓PCR引物？试述其设计原则。 2、蛋白质的包含体形式表达时，折叠复性方法应具备哪些特点？ 第四章 基因在大肠杆菌、酵母的高效表达（ 3 学时） 教学重点：大肠杆菌基因表达载体构建的基因元件及常见大肠杆菌基因表达系统，基因融合的 策略及其优点 教学难点：外源基因在大肠杆菌中表达的基本条件、常用表达载体及提高表达的措施。 基本要求：掌握外源基因表达条件及影响表达的因素，大肠杆菌基因表达系统；了解基因表达产物 的检测方法；掌握表达载体、融合基因、融合蛋白的概念；掌握大肠杆菌基因表达载体构建的基本 元件；掌握功能启动子分离的方法。 第一节 基因的表达系统与表达策略 1. 基因的表达系统 2. 根据表达蛋白用途选择基因的表达策略 第二节 基因在大肠杆菌中的高效表达 1. 基于T7噬菌体RNA 聚合酶/启动子的大肠杆菌表达系统 2. 蛋白质的融合表达 3. 蛋白质的分泌型表达 4. 蛋白质的包含体形式表达与蛋白质复性
5.重组大肠杆菌的高密度培养 第三节基因在酵母中的高效表达 1,酵母表达系统概述 2.甲醇酵母表达系统 3.组织纤溶酶原激活剂在甲醇酵母中的表达 本章习题要点： 1、目的基因在大肠杆菌中表达时，为什么常用融合表达的方法？哪些蛋白或多肽可以用做担体 序列转福物G学时 教学重点：掌握植物基因工程研究常用的基因：转基因植物的概念，植物基因转移的方法。 教学难点：植物基因转移的途径，转基因植物的研究现状， 教学要求：掌握转基因植物的概念，植物基因转移的方法与途径，了解植物基因转移的操作过程： 了解植物基因工程研究常用的基因。 第一节植物的转基因技术 1.植物细胞培养技术 2.植物转基因技术的基本路线 3.转基因的受体系统 4.外源基因导入植物的方法 第二节转基因植物的筛选与检测 1.报告基因 2.分子生物学检测方法 第三节改进转基因的技术 1.转基因植物中外源基因的沉默 2.提高外源基因表达水平的策略 第四节农作物基因工程 .抗虫转基因植物 2.抗病毒作物 3.抗细菌和真菌作物 4.抗除草剂转基因作物 5.抗非生物胁迫作物 第五节生 物风应器 第六节转基因植物的安全性 1,标记基因的安全性 2.转基因植物安全性评价与争论的问题 木高位载体，其个导的转基因植物的原理如何？ 第六章转基因动物(2学时) 教学重点：反转录病毒载体的特点和应用。 教学难点：哺乳动物基因转移的方法与途径转基因技术的应用和发展 教学要求：掌握反转录病毒载体的特点和应用：了解其他常用的病毒载体的特点和应用：掌握哺乳 动物基因转移的方法与途径了解转基因技术的应用和发展。 第一节动物转基因技术 1,显微注射法 2.逆转录病毒法 3.胚胎干细胞法 4精子载体法 5.体细胞核移植法 6.受体介导法 第二节提高转基因效率的策略 第三节转基因动物的应用 1,转基因动物在基因功能等生命科学基础研究中的应用 2.转基因技术在动物育种中的应用
5. 重组大肠杆菌的高密度培养 第三节 基因在酵母中的高效表达 1. 酵母表达系统概述 2. 甲醇酵母表达系统 3. 组织纤溶酶原激活剂在甲醇酵母中的表达 本章习题要点： 1、目的基因在大肠杆菌中表达时，为什么常用融合表达的方法？哪些蛋白或多肽可以用做担体 序列？各有什么特点？ 第五章 转基因植物（3 学时） 教学重点：掌握植物基因工程研究常用的基因；转基因植物的概念，植物基因转移的方法。 教学难点：植物基因转移的途径，转基因植物的研究现状。 教学要求：掌握转基因植物的概念，植物基因转移的方法与途径;了解植物基因转移的操作过程; 了解植物基因工程研究常用的基因。 第一节 植物的转基因技术 1. 植物细胞培养技术 2. 植物转基因技术的基本路线 3. 转基因的受体系统 4. 外源基因导入植物的方法 第二节 转基因植物的筛选与检测 1. 报告基因 2. 分子生物学检测方法 第三节 改进转基因的技术 1. 转基因植物中外源基因的沉默 2. 提高外源基因表达水平的策略 第四节 农作物基因工程 1. 抗虫转基因植物 2. 抗病毒作物 3. 抗细菌和真菌作物 4. 抗除草剂转基因作物 5. 抗非生物胁迫作物 第五节 生物反应器 第六节 转基因植物的安全性 1. 标记基因的安全性 2. 转基因植物安全性评价与争论的问题 本章习题要点： 1、什么是Ti质粒载体，其介导的转基因植物的原理如何？ 第六章 转基因动物 （2 学时） 教学重点：反转录病毒载体的特点和应用。 教学难点：哺乳动物基因转移的方法与途径；转基因技术的应用和发展。 教学要求：掌握反转录病毒载体的特点和应用;了解其他常用的病毒载体的特点和应用;掌握哺乳 动物基因转移的方法与途径;了解转基因技术的应用和发展。 第一节 动物转基因技术 1. 显微注射法 2. 逆转录病毒法 3. 胚胎干细胞法 4. 精子载体法 5. 体细胞核移植法 6. 受体介导法 第二节 提高转基因效率的策略 第三节 转基因动物的应用 1. 转基因动物在基因功能等生命科学基础研究中的应用 2. 转基因技术在动物育种中的应用