宋思扬厦门大学生命科学学院教授，厦门大学应激细胞生物学国家重点实验室教授及室务委员会委员，曾任厦门大学生命科学学院副院长，博士研究生导师。主要从事分子生物学与基因工程研究。讲授“现代遗传学”、“现代分子生物学实验技术”、“医学遗传学”及“现代生物技术”等课程。参与30多项国家基金、国家“863”项目、科技部重大项目及地方基金和横向课题的研究工作。在国内外重要刊物上发表学术论文80多篇。申请发明专利30多项。现为福建省食用菌学会、福建省生物医学工程学会及厦门市生物化学学会常务理事。

生物技术被世界各国视为一项高新技术 ,它广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域 ,促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成 ,对人类生活将产生深远的革命性的影响 .因此 ,生物技术对于提高国力 ,迎接人类所面临的诸如食品短缺、健康问题、环境问题及经济问题的挑战是至关重要的 ;生物技术是现实生产力 ,也是具有巨大经济效益的潜在生产力 ,它将是21世纪高新技术革命的核心内容 ,生物技术产业将是21世纪的支柱产业 .许多国家都将生物技术确定为增强国力和经济实力的关键性技术之一 .我国政府同样把生物技术列为高新技术之一 ,并组织力量追踪和攻关 .
生物技术不完全是一门新兴学科 ,它包括传统生物技术和现代生物技术两部分 .传统的生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传统工艺 ;现代生物技术则是指20世纪70年代末80年代初发展起来的 ,以现代生物学研究成果为基础 ,以基因工程为核心的新兴学科 .当前所称的生物技术基本上都是指现代生物技术 .
本书主要讨论现代生物技术 .

111生物技术的定义
生物技术 (biotechnology),有时也称生物工程 (bioengine
ring),是指人们以现代生命科学为基础,结合其他基础学科的科学原理,采用先进的工程技术手段,按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需产品或达到某种目的.因此,生物技术是一门新兴的、综合性的学科.
先进的工程技术手段是指基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技
术.改造生物体是指获得优良品质的动物、植物或微生物品系.生物原料则指生物体的某一
部分或生物生长过程产生的能利用的物质,如淀粉、糖蜜、纤维素等有机物,也包括一些无
机化学品,甚至某些矿石.为人类生产出所需的产品包括粮食、医药、食品、化工原料、能
源、金属等各种产品.达到某种目的则包括疾病的预防、诊断与治疗,食品的检验,以及环
境污染的检测和治理等.
生物技术是由多学科综合而成的一门新学科.就生物科学而言,它包括了微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学、遗传与育种等几乎所有与生命科学有关的学科,特别是现代分子生物学的最新理论成就更是生物技术发展的基础.现代生命科学的发展已在分子、亚细胞、细胞、组织和个体等不同层次上,揭示了生物的结构和功能的相互关系,从而使人们得以应用其研究成就对生物体进行不同层次的设计、控制、改造或模拟,并产生了巨大的生产能力.
112生物技术的种类及其相互关系
近几十年来,科学和技术发展的一个显著特点就是人们越来越多地采用多学科的方法来解决各种问题.这将导致综合性学科的出现,并最终形成了具有独特概念和方法的新领域.生物技术就是在这种背景下产生的一门综合性的新兴学科.根据生物技术操作的对象及操作技术的不同,生物技术主要包括以下5项技术 (工程).
1121基因工程
基因工程 (geneengine
ring)是20世纪70年代以后兴起的一门新技术,其主要原理是应用人工方法把生物的遗传物质,通常是脱氧核糖核酸 (DNA)分离出来,在体外进行切割、拼接和重组.然后将重组了的 DNA导入某种宿主细胞或个体,从而改变它们的遗传品性;有时还使新的遗传信息 (基因)在新的宿主细胞或个体中大量表达,以获得基因产物 (多肽或蛋白质).这种通过体外 DNA重组创造新生物并给予特殊功能的技术就称为基因工程,也称 DNA重组技术.
1122细胞工程
一般认为,所谓的细胞工程 (cel
engine
ring)是指以细胞为基本单位,在体外条件下进行培养、繁殖;或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变,从而改良生物品种或创造新品种;或加速繁育动植物个体;或获得某种有用的物质的过程.因此细胞工程应
包括动植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术 (也称细胞杂交技术)、细胞器移植技术、克隆技术、干细胞技术等.
1123酶工程
所谓酶工程 (enzymeengine
ring)是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能,或通过对酶进行修饰改造,并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术.它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术.
1124发酵工程
利用微生物生长速度快、生长条件简单及代谢过程特殊等特点,在合适条件下,通过现代化工程技术手段,由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品称为发酵工程 (ferＧ mentAtionengine
ring),也称微生物工程.
1125蛋白质工程
蛋白质工程 (proteinengine
ring)是指在基因工程的基础上,结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识,通过对基因的人工定向改造等手段,对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质的技术.
应该指出,上述5项技术并不是各自独立的,它们彼此之间是互相联系、互相渗透的.其中的基因工程技术是核心技术,它能带动其他技术的发展.例如,通过基因工程对细菌或细胞改造后获得的 “工程菌”或 “工程细胞”,都必须分别通过发酵工程或细胞工程来生产有用的物质;通过基因工程技术对酶进行改造,以增加酶的产量、酶的稳定性,以及提高酶的催化效率等 (图1Ｇ1).

图1Ｇ1基因工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程和细胞工程之间的相互关系
113生物技术涉及的学科
现代生物技术是所有自然科学领域中涵盖范围最广的学科之一.它以包括分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫生物学、人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生理学、生物化学、生物物理学、遗传学等几乎所有生物科学的次级学科为支撑,结合了诸如化学、化学工程学、数学、微电子学、计算机科学、信息学等生物学领域之外的尖端基础学科,形成一门多学科互相渗透的综合性学科.其中,又以生命科学领域的重大理论和技术的
突破为基础 .例如 ,如果没有 WAtson和 Crick的 DNA双螺旋结构及阐明 DNA的半保留复
制模式 ,没有遗传密码的破译及 DNA与蛋白质的关系等理论上的突破 ,没有发现 DNA限制性内切核酸酶、DNA连接酶等工具酶 ,就不可能有基因工程高技术的出现 ;如果没有动植物细胞培养方法及细胞融合方法的建立 ,就不可能有细胞工程的出现 ;如果没有蛋白质结晶技术和蛋白质三维结构的深入研究 ,以及化工技术的进步 ,就不可能有酶工程和蛋白质工程的产生 ;如果没有生物反应器、传感器及自动化控制技术的应用 ,就不可能有现代发酵工程的出现 .另外 ,所有生物技术领域还使用了大量的现代化高精尖仪器 ,如超速离心机、电子显微镜、高效液相色谱仪、DNA自动合成仪、DNA序列分析仪、核磁共振仪、X光衍射仪等 (表1Ｇ1).这些仪器全部都是由微型计算机控制 ,全自动化的 .这就是现代微电子学和计算机技术与生物技术的结合和渗透 .没有这些结合和渗透 ,生物技术的研究就不可能深入到分子水平 ,也就不会有今天的现代生物技术 .
表1Ｇ1重要的现代生物技术仪器和设备
名称 用途
DNA (自动 )测序仪(自动 )测定核酸的核苷酸序列
蛋白质 /多肽自动测序仪 测定蛋白质、多肽的氨基酸序列
DNA自动合成仪 合成已知寡核苷酸序列
蛋白质 /多肽自动合成仪 合成已知氨基酸序列的蛋白质或多肽
生物反应器 细胞的连续培养
发酵罐 微生物细胞培养
聚合酶链反应仪 (PCR仪)DNA快速扩增
基因转移设备 将外源 DNA引进靶细胞
膜分离设备 大批量物质的分离
高效液相色谱仪 物质的分离与纯化及纯度鉴定
电泳设备 物质的分离与纯化及纯度鉴定
凝胶电泳系统 蛋白质和核酸的分离与分析
毛细管电泳仪 质量控制、组分分析
超速、高速离心机 分离生物大分子物质
电子显微镜 观察细胞及组织的超微结构
生物质谱仪 蛋白质及多肽的研究
流式细胞仪 细胞的计数、分离和收集
冷冻干燥仪 样品的低温冷冻干燥
液氮罐 /超低温冰箱 样品或细胞的冻存
核磁共振仪 生物分子的结构解析
X光衍射仪 蛋白质三维结构分析

人类已进入知识经济时代 ,知识经济的基本特征就是知识不断创新 ,高新技术迅速产业化.作为高新技术领域重要组成部分的生物技术 ,必然在知识经济的发展过程中大显身手并做出特殊的贡献 .我国是发展中国家 ,农业经济、工业经济、知识经济三元并存 ,面临着新的机遇和挑战 .在这种形势下 ,大力发展高新技术及其产业 ,加大知识经济在经济结构中的比重具有特别重要的意义 .生物技术与其他高新技术一样具有 “六高 ”的基本特征 ,即高效益,可带来高额利润 ;高智力 ,具有创造性和突破性 ;高投入 ,前期研究及开发需要大量的资金投入 ;高竞争 ,时效性的竞争非常激烈 ;高风险 ,由于竞争的激烈 ,必然带来高风险 ;高势能 ,对国家的政治、经济、文化和社会发展有很大的影响 ,具有很强的渗透性和扩散性,有着很高的态势和潜在的能量 .
另外 ,生物技术广阔的应用前景 ,高额的利润也促使生物技术快速发展 .生物技术的应用领域非常广泛 ,它包括医药、农业、畜牧业、食品、化工、林业、环境保护、采矿冶金、材料、能源等领域 (图1Ｇ2).这些领域的广泛应用必然带来经济上的巨大利益 .因此 ,各种与生物技术相关的企业如雨后春笋般地涌现 .概括地说 ,生物技术相关的行业可分为8大种类 (表1Ｇ2).

图1Ｇ2生物技术树
表1Ｇ2生物技术所涉及的行业种类

疾病治疗用于控制人类疾病的医药产品及技术,包括抗生素、生物药品、基因治疗、干细胞
利用等诊断临床检测与诊断,食品、环境与农业检测农业、林业与园艺新的农作物或动物,肥料,生物农药食品扩大食品、饮料及营养素的来源环境废物处理、生物净化、环境治理能源能源的开采、新能源的开发化学品酶、DNA/RNA、特殊化学品、美容产品设备由生物技术生产的金属、生物反应器、计算机芯片及生物技术使用的设备等

12生物技术发展简史
前面说过,生物技术不是一门新学科,它可分为传统生物技术和现代生物技术.现代生物技术是从传统生物技术发展而来的.
121传统生物技术的产生
传统生物技术应该说从史前时代起就一直为人们所开发和利用,以造福人类.在石器时代后期,我国人民就会利用谷物造酒,这是最早的发酵技术.在公元前221年,我国人民就能制作豆腐、酱和醋,并一直沿用至今.公元10世纪,我国就有了预防天花的活疫苗;到了明代,已经广泛种植痘苗以预防天花.16世纪,我国的医生已经知道被疯狗咬伤可传播狂犬病.在西方,苏美尔人和巴比伦人在公元前6000年就已开始啤酒发酵.埃及人则在公元前4000年前就开始制作面包.
1676年,荷兰人 Le
uwenhoek (1632~1723年)制成了能放大170~300倍的显微镜并首先观察到了微生物.19世纪60年代,法国科学家 PAsteur (1822~1895年)首先证实发酵是由微生物引起的,并首先建立了微生物的纯种培养技术,从而为发酵技术的发展提供了理论基础,使发酵技术纳入了科学的轨道.到了20世纪20年代,工业生产中开始采用大规模的纯种培养技术发酵化工原料丙酮、丁醇.20世纪50年代,在青霉素大规模发酵生产的带动下,发酵工业和酶制剂工业大量涌现.发酵技术和酶技术被广泛应用于医药、食品、化工、制革和农产品加工等部门.20世纪初,遗传学的建立及其应用,产生了遗传育种学,并于20世纪60年代取得了辉煌的成就,被誉为 “第一次绿色革命”.细胞学的理论被应用于生产而产生了细胞工程.在今天看来,上述诸方面的发展,还只能被视为传统的生物技术,因为它们还不具备高新技术的诸要素.
122现代生物技术的发展
现代生物技术是以20世纪70年代 DNA重组技术的建立为标志的.1944年,Avery等阐明了 DNA是遗传信息的携带者.1953年,WAtson和 Crick提出了 DNA的双螺旋结构模型,阐明了 DNA的半保留复制模式,从而开辟了分子生物学研究的新纪元.由于一切生命

生物技术概论自1999年第一版面市以来,深受读者欢迎,已被许多高校选作教材.第三版和第四版分别被列为“普通高等教育‘十一五’***规划教材”和“‘十二五’普通高等教育本科***规划教材”.此次改版是在原有结构体系的基础上增加新的进展,删除部分过时或庞杂的内容.生物技术概论内容丰富、新颖、文字流畅,可读性强,全面介绍了现代生物技术的概念、原理、研究方法、发展方向及其实际应用.内容涉及基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程,以及生物技术在农业、食品、医药、能源、环境保护等领域中的应用,同时还概要介绍了对生物技术发明创新的保护,以及生物技术的安全性等.生物技术概论共分13章,每章后附有小结及复习思考题,生物技术概论后附有主要参考文献.

***规划教材，版本高，有配套课件，是非生物专业学习生物技术的一本不可多得的教材

第四版前言
第三版前言
1 生物技术总论
2 基因工程
3 细胞工程
4 发酵工程
5 酶工程
6 蛋白质工程
7 生物技术与农业
8 生物技术与食品
9 生物技术与人类健康
10 生物技术与能源
11 生物技术与环境
12 对生物技术发明创新的保护
13 生物技术安全性及其应对措施
主要参考文献

技术 63334细胞核移植与动物克隆 64335染色体转移 70336干细胞研究 7134微生物细胞工程 74341原核细胞的原生质体融合 75

342真菌的原生质体融合 7535人工编码细胞 (细菌 ) 76复习思考题 794发酵工程 8041发酵工程概况 81411发酵类型 81412发酵技术的特点 82413发酵技术的应用 8242微生物发酵过程 83421发酵工业中的常用微生物 83422培养基 85423发酵的一般过程 8743液体深层发酵 88431发酵的操作方式 88432发酵工艺控制 92433发酵设备 94434下游加工过程 9644固体发酵 9845典型产品的发酵生产 99451抗生素发酵生产 99452氨基酸发酵生产 101453维生素发酵生产 102复习思考题 1035酶工程 10451酶的发酵生产 105511优良产酶菌种的筛选 105512基因工程菌 (细胞 )的构建 105513微生物酶的发酵生产 10652酶的分离纯化 109521酶制剂的制备 109522酶的纯化与精制 110523酶的纯度与酶活力 111524酶制剂的保存 11153酶分子的改造 112531酶分子修饰 112532酶的蛋白质工程 113533生物酶的人工模拟 11554生物催化剂的固定化 116541酶的固定化方法 117542细胞的固定化方法 119543固定化酶 (细胞 )的性质 120544固定化酶 (细胞 )的技术指标 12155酶反应器 121551酶反应器的基本类型 122552酶反应器的设计原则 123553酶反应器的性能评价 123554酶反应器的操作 12456生物传感器 125561生物传感器的原理 125562生物传感器的分类 126563生物传感器的发展前景 12757酶的应用 128571酶应用的领域 128复习思考题 1296蛋白质工程 13061蛋白质结构基础 131611蛋白质结构的基本构件 131612蛋白质的高级结构 133613蛋白质分子之间的相互作用 135614蛋白质结构与功能的关系 13562蛋白质工程的研究方法 136621蛋白质工程的研究策略 136622蛋白质全新设计 137623改变现有蛋白质的结构 13863蛋白质工程的应用实例 140631胰蛋白酶 140632金属硫蛋白 140633人白细胞介素Ｇ2 140634组织纤维蛋白溶酶原激活因子 141635枯草杆菌蛋白酶 141636工业用酶 141637生物酶定向进化 14264蛋白质组学 142复习思考题 1437生物技术与农业 14471生物技术与种植业 145
711生物技术在诱导植物雄性不育中的
利用 145712生物技术培育抗逆性作物品种 146713转基因作物品质改良 149
714植物细胞工程的应用 150715生物农药及生物控制 15272生物技术与养殖业 153721动物分子育种技术 154722动物繁殖新技术 157723生物技术在动物饲料工业上的应用
162724畜禽基因工程疫苗 163725动物生物反应器 164726核移植技术及其在养殖业中的应用
165727胚胎干细胞技术及其在养殖业中的

应用 166复习思考题 1678生物技术与食品 16881生物技术与食品生产 169
811超级稻与单细胞蛋白 169812食品和饮料的发酵生产 172813酶与食品加工 178814新型甜味剂 178815其他食品添加剂 179816转基因食品 180817在农副产品深加工和综合利用方面
的应用 18182生物技术与食品包装 182821酶工程在食品包装中的应用 182822基因工程在食品包装中的应用 183823包装检测指示剂在食品包装中的
应用 183824生物信息技术在包装检测中的应用
18383生物技术与食品检测 184831免疫学技术的应用 184832分子生物学技术的应用 185833生物传感器技术的应用 18684转基因食品的检测 187841转基因食品的 PCR检测 187842转基因食品的 ELISA检测 188843转基因食品的生物芯片检测 18885生物技术与未来食品工业 189
851新时代食品工业呈现的新特点 189852现代生物技术在未来食品工业上的

应用 189复习思考题 1909生物技术与人类健康 19191生物技术与疫苗 192911疫苗概说 192912免疫系统及疫苗的作用机制 194913病毒性疾病的疫苗 195914细菌性疾病的疫苗 202915寄生虫病疫苗 203916基因疫苗 204917治疗性疫苗 20492生物技术与疾病诊断 205921ELI SA技术与单克隆抗体 205922DNA诊断技术 20893生物技术与生物制药 212931抗生素及其他天然药物 212932基因工程药物 214933治疗性抗体 21594生物技术与生物疗法 216941基因治疗 216942干细胞的利用 22095人类基因组计划 221951HGP产生的背景 221952HGP的任务 222953HGP的研究进展 222954HGP对医学发展的影响 223955基因资源的保护 223956我国的 HGP计划 225复习思考题 226
10生物技术与能源 228101微生物技术与石油开采 2291011微生物勘探石油 2291012微生物二次采油 2291013微生物三次采油 231102未来石油的替代物 ———乙醇 2321021生产乙醇燃料的意义及其生化
机制 2321022乙醇替代汽油的实例 232
1023乙醇代替石油所用的原材料和面
临的困难 2331024纤维素发酵生产乙醇 234103植物 “石油 ” 2351031产 “石油 ”的树 2351032油料植物 2361033藻类产油 236104传统可再生能源 ———甲烷 2371041生产甲烷的生化机制 237105未来的新能源 2391051氢能 2391052生物燃料电池 241复习思考题 244

11生物技术与环境 245
111污水处理 246
1111稳定塘法 246
1112人工湿地处理系统法 2471113污水处理土地系统法 2481114活性污泥法 2491115生物膜处理法 251112大气净化 2511121生物净气塔 2521122渗滤器 2521123生物滤池 252113固体废弃物的生物处理 2531131固体垃圾的生物处理 2531132矿渣的生物淋溶处理 256114污染环境的生物修复 2571141生物修复概述 2571142生物修复的方法 2581143生物修复技术的应用 258115环境污染监测与评价的生物技术
2621151指示生物 2621152核酸探针和 PCR技术 2631153生物芯片 2641154生物传感器及其他 264复习思考题 266

12对生物技术发明创新的保护 267121专利保护 2681211专利的特征 2681212授予专利权的条件 2681213生物基因可专利性的争论 2691214生物基因专利审查的标准 2701215基因专利授权范围 2731216人类基因的可专利性 2751217专利保护的缺陷 276122商业秘密 2771221商业秘密的要件 277
1222商业秘密形式的优势与缺陷 2781223我国关于保护商业秘密的相关法律规定 279123生物技术发明的其他保护形式 279124生物技术专利保护的负面影响

281复习思考题 28213生物技术安全性及其应对措施 283131转基因生物的安全性问题 2841311转基因微生物 2841312转基因作物及食品 2871313转基因动物 300132动物克隆 3021321动物克隆技术与动物克隆的热潮
3021322克隆人研究引起的恐慌 3031323克隆人的挑战与机遇 3041324治疗性克隆 3051325干细胞研究 3061326人造生命 310133生物武器 3101331生物武器的危害 3101332国际社会对生物武器的管控措施
3111333生物恐怖主义及其应对措施 312复习思考题 314
主要参考文献 315

***规划，双色印刷，销量过万，配套课件