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出版社： 人民教育出版社

ISBN：9787107177521

商品编码：29443321004

丛书名： 生物选修3 现代生物科技专题

出版时间：2015-05-01

深入探索生命奥秘，引领科技前沿：现代生物科技专题 在人类文明的长河中，对生命本质的探求从未止步。从古老的医药传说到如今日新月异的基因技术，生物学始终是驱动社会进步和提升人类福祉的关键学科。本书《现代生物科技专题》，旨在带领读者踏上一段引人入胜的求知之旅，深入剖析当下最前沿、最具影响力的现代生物科技，揭示其背后的科学原理、发展历程、应用前景以及伦理挑战。本书将为您打开一扇认识生命科学新维度的大门，激发您对未来科学探索的无限热情。 第一章 基因工程：生命的蓝图重塑 基因，作为生命的基本编码，其奥秘的揭示和技术的革新，是现代生物学最激动人心的篇章之一。本章将首先回顾基因的发现历程，从孟德尔的遗传规律到DNA双螺旋结构的阐明，为理解基因工程奠定坚实的理论基础。 基因工程的基石：限制性内切酶与DNA连接酶 我们将详细介绍这两类核心工具酶的作用机制。限制性内切酶如何如同“分子剪刀”，精确识别并切割特定的DNA序列，将外源基因从一个生物体转移到另一个生物体。DNA连接酶则扮演着“分子胶水”的角色，将不同来源的DNA片段连接起来，构建重组DNA分子。我们将通过具体的实验案例，例如质粒载体的应用，来阐述这些工具如何协同工作，实现基因的体外重组。 基因工程的关键技术：转化、筛选与表达 成功构建了重组DNA分子后，如何将其导入目标细胞并使其稳定遗传和发挥功能，是基因工程的下一重要环节。本章将深入讲解各种基因转化技术，包括微生物转化（如大肠杆菌）、植物转化（如农杆菌介导法、基因枪法）以及动物转化（如病毒载体介导法、显微注射法）。同时，我们还会探讨如何高效地筛选出成功转化的细胞，例如利用标记基因（如抗生素抗性基因、荧光蛋白基因）进行阳性筛选。最后，我们将讨论基因表达的调控，确保导入的基因能够按照预期在宿主细胞中转录和翻译，产生目标蛋白质。 基因工程的广泛应用 基因工程的强大力量体现在其对农业、医药、工业等多个领域的深刻变革。在农业领域，我们将探讨如何通过基因工程培育抗病虫害、耐旱、高产的作物，例如Bt棉花、抗除草剂大豆等，以及开发营养强化型作物，解决全球粮食安全问题。在医药领域，基因工程技术催生了大量的基因工程药物，例如胰岛素、生长激素、干扰素等，极大地改善了人类的健康水平。此外，基因工程在诊断、治疗遗传性疾病方面也展现出巨大的潜力，如基因治疗的最新进展。在工业领域，微生物发酵生产酶制剂、氨基酸等，也离不开基因工程的贡献。 基因工程的伦理与安全考量 任何一项颠覆性技术都伴随着伦理和安全的讨论。本章将理性分析基因工程可能带来的潜在风险，如基因污染、生物多样性影响、对人类生殖细胞的改造等。我们将深入探讨相关的法律法规和伦理准则，引导读者形成批判性思维，认识到科技发展的同时，更应关注其对社会和环境的长远影响。 第二章 蛋白质工程：功能性蛋白质的理性设计与改造 蛋白质是生命活动的执行者，其多样化的功能是生命现象的基础。蛋白质工程则是在了解蛋白质结构与功能关系的基础上，通过对蛋白质分子进行定向改造，以获得具有特定功能或更优性能的新型蛋白质，甚至设计出自然界不存在的蛋白质。 蛋白质的结构与功能之谜 本章首先会回顾蛋白质的基本结构层次（一级、二级、三级、四级结构），以及蛋白质折叠的分子机制。理解蛋白质结构如何决定其功能，是进行蛋白质工程的前提。我们将介绍分析蛋白质结构的方法，如X射线晶体学、核磁共振谱等。 蛋白质工程的核心技术：定点突变与定向进化 定点突变技术是蛋白质工程最基本的手段。它允许研究人员精确地改变蛋白质中某个氨基酸的序列，从而观察该改变对蛋白质功能和稳定性的影响。我们将详细介绍定点突变的技术原理和操作方法。 定向进化则是一种模拟自然选择的体外进化策略，通过对基因库进行诱变和筛选，快速获得具有所需性状的蛋白质。本章将阐述定向进化的基本流程，包括基因库的构建、高通量筛选方法的建立以及迭代优化。 蛋白质工程的应用领域 蛋白质工程在多个领域都展现出巨大的应用价值。在医药领域，可以设计生产治疗性酶、抗体药物，提高药物的特异性和疗效。在工业领域，可以改造用于洗涤剂、食品加工、生物催化等行业的酶，使其在更苛刻的条件下保持活性，提高效率。例如，开发更耐高温、耐酸碱的工业酶。在材料科学领域，通过蛋白质工程设计新型生物材料，如仿生材料、生物传感器等。 蛋白质工程的未来展望 随着对蛋白质分子认识的不断深入，蛋白质工程正朝着更精细化、智能化、系统化的方向发展。例如，利用人工智能和计算化学，预测蛋白质结构和功能，加速设计过程。本章将展望蛋白质工程在设计全新酶、人工蛋白质支架、甚至合成生命等前沿领域的潜力。 第三章 细胞工程：生命单元的精细操控与再生 细胞作为生命的基本单位，其工程化应用在现代生物科技中占据核心地位。细胞工程的研究与应用，不仅深刻理解了细胞的生命活动，更为治疗疾病、培育优良品种提供了强大的工具。 植物细胞工程：高效繁育与性状改良 植物细胞工程的核心技术包括植物组织培养、细胞培养、原生质体培养以及单倍体育种等。本章将详细介绍植物组织培养的原理和技术流程，如何从植物的离体器官或细胞培养出完整的植株。我们将重点阐述愈伤组织诱导、器官发生以及胚状体发生的形成机制。 原生质体培养技术则为克服植物细胞壁的限制，实现远缘杂交和基因转化提供了可能。单倍体育种则能够显著缩短育种年限，快速获得纯合子。 植物细胞工程的应用广泛，如快速繁殖珍稀濒危植物、培育无病毒种苗、改良作物品种的抗逆性和产量等。 动物细胞工程：繁殖、治疗与研究的新篇章 动物细胞工程技术包括动物体细胞克隆、胚胎工程（如体外受精、胚胎移植、胚胎分割）以及杂交瘤技术等。我们将深入探讨动物体细胞克隆的技术原理、操作过程及其在保护珍稀动物、培育优良品种方面的应用。 胚胎工程技术则为辅助生殖、提高繁殖效率、改良家畜性状提供了重要手段。体外受精与胚胎移植的成功，为不孕不育夫妇带来了福音。 杂交瘤技术是生产单克隆抗体的关键技术，在疾病诊断、抗体药物开发等方面具有不可替代的作用。本章将详细介绍杂交瘤的构建过程及其在医学诊断试剂、肿瘤治疗等领域的广泛应用。 干细胞研究与再生医学 干细胞因其强大的分化潜能，成为再生医学的研究热点。本章将介绍不同类型的干细胞，如胚胎干细胞、成体干细胞（如造血干细胞、间充质干细胞）以及诱导多能干细胞（iPSCs）。我们将探讨干细胞的分化调控机制，以及如何利用干细胞技术修复受损组织和器官，治疗疾病，如帕金森病、糖尿病、脊髓损伤等。再生医学的未来充满了希望，它有望为许多目前无法治愈的疾病提供根本性的治疗方案。 细胞工程的挑战与前景 尽管细胞工程取得了巨大成就，但仍然面临一些挑战，如技术效率、安全性、伦理争议等。本章将引导读者思考如何克服这些挑战，并展望细胞工程在人工器官构建、疾病模型建立、药物筛选等前沿领域的应用前景。 第四章 基因组学与后基因组学：宏观视角下的生命信息学 随着人类基因组计划的完成，生命科学进入了一个以基因组学为核心的宏观研究时代。基因组学研究揭示了生命体遗传信息的全部内容，而其后续的学科领域——后基因组学，则在此基础上，更加深入地研究基因组的结构、功能、调控以及与其他组学（如转录组学、蛋白质组学、代谢组学）的相互作用，以期全面理解生命的复杂性。 基因组学：生命密码的破译 本章将介绍基因组测序技术的飞速发展，从第一代测序技术到新一代高通量测序技术，如何以前所未有的速度和精度解析生物体的全部DNA序列。我们将探讨基因组的结构组成，包括基因、非编码区、重复序列等，以及基因组注释的基本原理。 基因组学的应用已经渗透到各个领域。在医学方面，人类基因组计划为疾病的遗传基础研究、个体化医疗、基因诊断和治疗提供了基础。在农业方面，通过基因组学研究，可以培育更高产、更优质、抗性更强的动植物新品种。 转录组学：基因表达的动态图谱 转录组学研究的是在一个特定时间、特定条件下，细胞内所有RNA分子的集合，即基因的表达谱。我们将介绍RNA测序（RNA-Seq）等技术，如何量化基因的表达水平，揭示基因在不同细胞类型、发育阶段或疾病状态下的差异性表达。转录组学数据有助于理解基因调控网络，发现新的功能基因和生物标志物。 蛋白质组学：生命功能的执行者 蛋白质组学研究的是在一个特定时间、特定条件下，细胞或组织内所有蛋白质的集合，包括其结构、功能、修饰、相互作用等。我们将介绍质谱技术在蛋白质鉴定和定量分析中的应用，以及研究蛋白质相互作用网络的方法。蛋白质组学是连接基因组学与表型功能的重要桥梁，它有助于揭示疾病的发病机制，发现新的药物靶点。 代谢组学：生命活动的化学指纹 代谢组学研究的是在一个特定时间、特定条件下，细胞或生物体内所有小分子代谢物的集合。我们将介绍各种谱学技术（如GC-MS、LC-MS、NMR）在代谢组学中的应用，如何鉴定和定量各种代谢产物，以及分析代谢通路。代谢组学能够反映生物体对环境的响应和生理状态，是理解生命活动物质基础的关键。 多组学整合与系统生物学 将基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等多种数据整合分析，是当前生命科学研究的重要趋势。本章将介绍多组学整合分析的方法和意义，如何构建生命系统的模型，实现对生命现象的整体性理解。系统生物学旨在以整体的、动态的、定量化的视角来研究生命，揭示复杂的生命机制。 第五章 生物技术与社会：发展、挑战与未来 现代生物技术的发展，不仅是科学探索的成果，更是深刻影响社会各个层面的驱动力。本章将从更宏观的视角，探讨生物技术的发展历程，梳理其对人类社会带来的巨大变革，并深入分析当前面临的挑战以及未来的发展趋势。 生物技术的发展史与里程碑 我们将简要回顾生物技术发展的重要历史节点，从早期的发酵技术到基因工程、细胞工程，再到如今的基因编辑、合成生物学等，梳理技术进步的脉络。 生物技术在国民经济和社会发展中的作用 我们将详细阐述生物技术在以下几个方面的贡献： 医药健康： 新药研发、疾病诊断、基因治疗、再生医学等，极大地提高了人类的健康水平和寿命。 农业生产： 基因改良作物、动物品种改良，提高产量、品质和抗逆性，保障粮食安全。 工业生产： 生物催化、生物降解材料、生物能源等，推动绿色工业发展，减少环境污染。 环境保护： 生物修复技术，利用微生物降解污染物，治理环境污染。 食品工业： 发酵食品、酶制剂，提高食品品质和安全性。 生物技术面临的挑战与争议 伦理与法律问题： 基因编辑的生殖细胞应用、转基因食品的安全性争议、生物资源的获取与共享等，引发广泛的伦理和法律讨论。 技术瓶颈与成本： 一些先进技术的研发成本高昂，推广应用存在困难。 公众认知与接受度： 一些公众对生物技术缺乏了解，存在误解和恐惧，影响技术的健康发展。 生物安全与风险管理： 如何有效防范生物技术可能带来的安全风险，确保生物安全。 生物技术的未来展望 基因编辑技术的广泛应用： CRISPR-Cas9等基因编辑技术的不断成熟，将为疾病治疗、农作物育种等带来革命性突破。 合成生物学的发展： 通过设计和构建新的生物部件、设备和系统，创造具有特定功能的生物体，开启生命创造的新纪元。 人工智能与生物技术的融合： AI在数据分析、模型构建、药物设计等方面的应用，将极大地加速生物技术的研究和开发。 个性化与精准医疗： 基于基因组学、蛋白质组学等数据的个体化精准医疗将成为主流。 生物技术在可持续发展中的作用： 生物技术将在解决气候变化、能源危机、资源短缺等全球性挑战中发挥越来越重要的作用。 通过对以上五个专题的深入学习，读者将能够系统地掌握现代生物科技的核心知识体系，理解其发展脉络和应用前景。本书不仅是知识的传授，更是对科学精神的传承，对探索未知的鼓励，以及对人类美好未来的期许。我们相信，这本书将成为您探索生命科学奥秘、把握科技发展前沿的宝贵伙伴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，说实话，给我带来了相当的震撼。它不仅仅是枯燥的理论堆砌，而是以一种非常贴近实际应用的方式，将复杂的生物科技知识娓娓道来。举个例子，在讲到基因工程的应用时，书中不仅仅解释了原理，还穿插了许多真实的案例，比如如何利用基因工程培育出抗虫害的作物，或者如何通过基因技术来治疗一些遗传性疾病。这些案例的引入，让我能够更直观地理解抽象的概念，也让我深刻地体会到生物科技是如何改变我们生活的。书中的图表和插画也做得非常用心，很多复杂的生物结构和分子过程，通过精美的图示，变得一目了然。我之前对一些生物过程的理解一直停留在模糊的层面，但读完相关章节后，感觉豁然开朗。而且，我觉得这本书的语言风格也很独特，它既保持了学术的严谨性，又没有完全摒弃通俗易懂的表达方式，这使得我这样非专业背景的读者也能轻松地跟随作者的思路前进，不会感到被知识的海洋淹没。

评分☆☆☆☆☆

我在翻阅这本书时，注意到它对于一些前沿科技的介绍，显得尤为前瞻和深入。例如，在讨论到“合成生物学”时，它并没有仅仅停留在概念的介绍，而是详细阐述了如何利用工程学的原理来设计和构建新的生物系统，以及这些系统在环境保护、生物能源开发等领域的潜在应用。这种对未来发展趋势的把握，让我觉得这本书非常有价值，它不仅仅是在传授现有的知识，更是在启发读者去思考和展望未来。此外，书中还涉及了一些关于生物伦理的讨论，这在科技飞速发展的当下，是一个非常重要且敏感的话题。教材能够以一种比较中立和全面的角度去探讨这些问题，引导读者进行理性思考，这一点非常值得肯定。这本教材的内容给我留下了一个深刻的印象：它不仅仅是一本教科书，更像是一扇通往未来科技世界的窗户，让我看到了生物学在改变世界方面的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这次拿到的是一本关于《现代生物科技专题》的选修教材，我个人是学理科出身，对生物科学一直保持着浓厚的兴趣，特别是当它与“科技”这两个字结合的时候，更是激发了我探索的欲望。拿到手的时候，厚度适中，纸张的质感也相当不错，摸上去有一种扎实的感觉，这一点对于经常翻阅学习的学生来说，是很重要的。封面设计简洁大气，没有过多的花哨元素，直接点明了主题，给人一种专业、严谨的印象。我迫不及待地翻开第一页，首先映入眼帘的是清晰的目录，让我对整本书的知识脉络有了一个初步的了解。感觉内容涵盖了从基础的分子生物学到前沿的基因工程、生物制药等多个方面，这些都是当前科技发展的重要领域，了解它们对于理解我们所处的时代至关重要。我个人尤其期待书中关于基因编辑技术的部分，这几年这项技术的发展速度惊人，相信教材中会有详实且深入的讲解。整体来说，这本书的装帧和初步印象都给我留下了很好的开端，让我对接下来的阅读充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排结构设计得非常合理。每一章节的开始都会有一个小引言，简要介绍本章将要探讨的主题，以及它与前后章节的联系，这有助于读者建立整体的知识框架。章节内部的知识点也划分得十分清晰，重点和难点都有标注，并且辅以大量的例题和思考题，能够很好地巩固和检验学习效果。我尤其欣赏的是，书中很多章节在结尾部分都设计了“拓展阅读”或者“前沿追踪”栏目，介绍一些最新的研究进展或者相关的科学新闻，这使得教材的内容始终保持着活力和时效性，不会给人一种陈旧的感觉。对于我这种希望能够跟上时代步伐的读者来说，这些拓展内容无疑是锦上添花，能够帮助我更深入地了解学科的最新动态。总而言之，这本书在内容组织和教学设计上，都体现了高度的专业性和前瞻性，能够有效地引导读者进行深入的学习和思考。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我印象深刻的是它所传递出的那种科学精神和探索的勇气。在介绍一些复杂的生物技术时，作者并没有回避其中的挑战和不确定性，而是坦诚地展示了科学家们在研究过程中所经历的困难和付出的努力。这种实事求是的态度，对于培养学生的科学素养至关重要。我感觉这本书不仅仅是在教授知识，更是在传递一种科学的态度和方法。例如，在探讨基因治疗的局限性时，它并没有夸大其词，而是详细列举了目前仍然存在的各种技术难题和伦理考量，这让我对这项技术有了更全面、更客观的认识。此外，书中还鼓励读者进行独立思考和质疑，提出自己的观点，而不是盲目接受书本上的内容。这种开放式的教学理念，能够极大地激发读者的学习兴趣和主动性，培养他们解决问题的能力。总的来说，这本书在内容深度和思想性上都达到了相当高的水准，是一本值得反复阅读和深入研究的教材。