《现代生物技术概论》教案

甘肃农业大学《现代生物技术概论》课程教案1课程名称现代生物技术概论课程代码010269学分4总学时64讲课学时48实验学时16课程性质基础课（）专业基础课（√）专业课（）必修课（）选修课（）任课教师张金文职称教授授课时间每学年第一学期9月～11月授课对象农学本科专业教学目的与要求现代生物技术是70年代未80年代初以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心发展起来的一门新兴学科。现已成为解决人类面临的人口、资源、能源、食物和环境等五大危机的主要途径之一。现代生物技术被世界各国视为一种高新技术，成为21世纪高技术革命的核心内容。本课程的教学目的是使学生了解如下内容：①基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等生物技术的基本原理和基本方法；②生物技术在农业、食品、人类健康、能源、环境等领域的应用；③国内外生物技术各领域发展的现状、发展方向及其对社会各方面的深刻影响。课程讲授的重点是现代生物技术的基本概念、术语、基础理论和基本技术，以及在科技教育、科学研究和生产领域中的应用，使学生全面掌握现代生物技术的基本知识和基本技术，并与相关学科有机衔接，使其融会贯通，进一步系统化而形成完整的知识和技术体系。教学基本要求学习本门课程的学生应具备植物学（或生物学）、有机化学、生物化学和遗传学的基本知识，采用听课和自学先结合的方式对课程进行系统的学习。本门课程的授课以课堂讲授为主、多媒体教学和互动式讨论等教学方法为主，在一些章节的教学中穿插多媒体教学方式，增加学生对所学内容的感性认识。教材使用教材：程备久.现代生物技术概论.北京:中国农业出版社,2003.主要参考资料1.刘莹主编.生物技术概论.沈阳:辽宁大学出版社，20062.宋思扬,楼士林.生物技术概论(第二版).北京:科学出版社，20033.瞿礼嘉,顾红雅.现代生物技术.北京:高等教育出版社,20044.莽克强,陈受宜,李季伦.农业生物工程.北京:化学工业出版社，2004.5.吴乃虎.基因工程原理(上/下册).北京:科学出版社，1997,2000.系（教研室）或导师审阅意见主任（导师）签字：年月日教学内容与学时分配教学时数教学内容讲课实验小计备注第一章现代生物技术总论2第二章基因工程87第三章细胞工程82甘肃农业大学《现代生物技术概论》课程教案2第四章发酵工程6第五章酶工程42第六章蛋白质工程43第七章生物技术与农业62第八章生物技术与食品4第九章生物技术与环境4第十章生物技术与能源2第十一章生物技术与人类健康4第十二章生物技术发明创新保护与生物安全性2教学进程节次授课内容（章节）学时1第一章生物技术总论第一节生物技术的概念第二节生物技术发展简史第三节生物技术对经济社会发展的影响22第二章基因工程第一节基因工程概述第二节核酸的结构和功能23第三节基因工程工具酶第四节基因克隆载体24第五节目的基因的克隆第六节目的基因导入受体细胞25第七节重组克隆的筛选与鉴定第八节基因工程进展26第三章细胞工程第一节细胞工程的基本知识和基本技术27第一节细胞工程的基本知识和基本技术28第二节植物细胞工程29第三节动物细胞工程第四节微生物细胞工程210第四节发酵工程第一节发酵工程基本知识211第二节发酵过程的工艺控制第三节发酵设备与发酵类型212第四节发酵产物的加工2甘肃农业大学《现代生物技术概论》课程教案3第五节典型产品的发酵生产13第五节酶工程第一节酶的发酵生产第二节第二节酶的分离纯化214第三节酶分子的改造第四节酶和细胞的固定化第五节酶反应器215第六章蛋白质工程第一节蛋白质的结构基础第二节蛋白质工程的研究方法216第三节蛋白质工程应用实例第四节蛋白质组学217第七章生物技术与农业第一节生物技术与种植业218第一节生物技术与种植业219第二节生物技术与养殖业220第八章生物技术与食品第一节生物技术与食品加工221第一节生物技术与食品加工第二节生物技术与食品检验222第九章生物技术与环境第一节不同类型污染物的生物处理技术223第一节不同类型污染物的生物处理技术第二节生物技术与环境污染监测224第十章生物技术与能源第一节生物技术与能源开采第二节生物技术与能源生产225第十一章生物技术与人类健康第一节生物技术与疾病诊断第二节生物技术与疫苗226第三节生物技术与制药第四节生物技术与生物疗法227第十二章生物技术发明创新保护与生物安全性第一节生物技术发明创新的保护第二节生物技术的安全性及其影响2合计54甘肃农业大学《现代生物技术概论》课程教案4章节第一章生物技术总论（2学时）教学目的与要求概要了解生物技术的含义、特点及其发展简史。了解现代生物技术的各项技术及其相互关系。认识生物技术的应用领域及其对人类发展的影响。教学内容第一节生物技术的含义生物技术的定义；生物技术的种类及其相互关系；生物技术涉及的学科。（1学时）第二节生物技术发展简史传统生物技术的产生；现代生物技术的发展。（0.5学时）。第三节生物技术对经济社会发展的影响改善农业生产、解决食品短缺；提高生命质量、延长人类寿命；解决能源危机、治理环境污染；制造工业原料、生产贵重金属；生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响。（0.5学时）重点、难点分析重点：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设计调控对策教学方法：采用归纳总结的方法，精讲基本概念，阐述生物技术的发展历史及应用前景。思考题：1.现代生物技术的特征是什么？2.什么是生物技术，它包括哪些基本内容？它对人类社会将产生怎样的影响？3.生物技术是一门综合性的学科，与其他学科有什么关系？4.简要说明生物技术的发展史及现代生物技术与传统生物技术的关系？5.生物技术的应用包括哪些领域？课后补遗章节第二章基因工程（8学时）教学目的与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。甘肃农业大学《现代生物技术概论》课程教案5教学内容第一节基因工程概述基因工程概念，理论依据，主要操作步骤。（1学时）第二节核酸的结构和功能DNA、RNA的结构特点和功能；基因的结构元件、中心法则；DNA和RNA的提取、纯化和电泳鉴定方法。（1学时）第三节基因工程工具酶限制性内切酶的反应机制及用途；DNA连接酶的催化机理和用途；核酸聚合酶的催化机理和用途；常用修饰酶的作用机制和用途。（1学时）第四节基因克隆载体基因克隆载体的概念，质粒载体的特性和作为载体应具备的条件（举例）；λ噬菌体的特性、噬菌体载体的类型和包装限制；柯斯质粒载体的特性和用途；克隆载体和表达载体的区别。（1.5学时）第五节目的基因的克隆目的基因的来源（基因文库和cDNA文库）；获得目的基因的途径和主要方法，PCR反应的原理、反应体系和条件。（1.5学时）第六节目的基因导入受体细胞受体细胞；重组DNA导入受体细胞的途径。（0.5学时）第七节重组克隆的筛选与鉴定根据重组DNA分子特征鉴定重组子；根据目的基因转录产物(mRNA)鉴定重组子；根据目的基因翻译产物（蛋白质、酶、多肽）鉴定重组子。（1学时）第八节基因工程进展基因工程载体开发进展；转基因方法的研究进展；基因工程应用领域。（0.5学时）重点、难点分析重点：基因工程的主要操作步骤，主要工具酶的催化机理和用途，3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。教学设计调控对策教学方法：精讲基本概念与技术；注重技术的应用。以课堂讲授为主，结合多媒体教学方式。核酸结构核功能、基因工程工具酶、基因克隆载体、遗传转化核重组克隆的筛选鉴定采用多媒体教学方法增加对学生的感性认识。思考题：1.基因工程研究的理论依据是什么？2.简述基因工程研究的基本技术路线。3.简述限制性内切核酸酶和DNA连接酶的作用机制。4.在什么情况下最好使用质粒载体或λ噬菌体载体或cosmid载体？5.简述定位整合克隆载体的应用价值。6.简述各种特殊用途克隆载体的特点。7.从cDNA文库和基因组文库中获得的目的基因有什么不同？8.如何采用PCR技术从生物材料中分离出目的基因？9.什么样的细胞可用作受体细胞？10.阐述外源基因转入受体细胞的各种途径。11.筛选克隆子有哪些方法？12.阐述基因工程的科学意义和应用价值。课后补遗甘肃农业大学《现代生物技术概论》课程教案6章节第三章细胞工程（8学时）教学目的与要求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。教学内容第一节细胞工程的基本知识和基本技术细胞工程的基础知识；细胞工程的基本操作技术。（2学时）第二节植物细胞工程植物组织培养；植物细胞培养和次生代谢物的生产；植物细胞原生质体制备与融合；单倍体植物的诱导与利用；人工种子的研制。（2学时）第三节动物细胞工程细胞组织培养；动物细胞融合；淋巴细胞杂交瘤产生单克隆抗体技术；细胞核移植与动物克隆；染色体转移；干细胞研究。（2学时）第四节微生物细胞工程原核细胞的原生质体融合；真菌的原生质体融合。（2学时）重点、难点分析重点：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，核移植与动物克隆等。难点：基本操作技术教学设计调控对策教学方法：精讲基本概念与技术；注重技术的应用。以课堂讲授为主，结合多媒体教学方法帮助学生增加感性认识。思考题：1.如何从一片嫩叶经组织培养培育出众多的完整植株？2.如何从植物细胞培养中获得较高的次生代谢物产量？3.单倍体植株形单体弱，为什么还有不少科学家热衷于诱发产生单倍体植株？4.什么叫植物原生质体？如何进行植物原生质体的融合？5.人工种子包括哪几部分？如何制备人工种子？6.如何获得能在体外大量生长、分泌单克隆抗体的交瘤细胞克隆？7.如何用体细胞克隆出一只哺乳动物？克隆动物有什么积极意义？8.开展干细胞研究对人类有何积极的意义？9.有什么方法可以分别去除革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌的细胞壁？课后补遗甘肃农业大学《现代生物技术概论》课程教案7章节第四章发酵工程（6学时）教学目的与要求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。教学内容第一节发酵工程基本知识发酵常用微生物和生产菌种的选育，发酵技术的特点及应用。（2学时）第二节发酵过程的工艺控制发酵培养基的种类、组成和配制，发酵的一般过程，发酵的工艺控制。（1学时）第三节发酵设备与发酵类型发酵设备，发酵类型，发酵反应器的设计原则和性能评价，发酵反应器的操作基本要求。（2学时）第四节发酵产物的加工发酵液的预处理和固液分离，发酵产物的提取和精制。（1学时）第五节典型产品的发酵生产抗生素发酵生产，氨基酸发酵生产和维生素发酵生产的菌种和基本工艺。（1学时）重点、难点分析重点：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。教学设计调控对策教学方法：建议精讲发酵工程的概念与原理、发酵的过程工艺控制以及发酵产物的加工等内容。复习题：1.微生物发酵产物有哪几种类型？2.发酵培养基由哪些成分组成？3.比较分批发酵、连续发酵和补料分批发酵的优缺点。4.下游处理过程分为哪几个步骤？相应的分离方法有哪些