生物科学生物技术系列·普通高等教育规划教材·国家精品课程教材：基因工程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁婺洲 编

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122091055

版次：1

商品编码：10279771

包装：平装

丛书名： 生物科学

开本：16开

出版时间：2010-09-01

用纸：胶版纸

页数：284

正文语种：中文

内容简介

《基因工程》主要介绍了基因工程的基本概念、基本原理、常用基因工程操作技术以及基因工程与功能基因组学相结合的技术应用进展。主要内容包括三大块：一是基因工程的基本原理与基本技术，包括工具酶和克隆载体、表达载体及常用的基因表达系统，目的基因获取、制备、扩增、导入与鉴定的各种方法；二是基因工程在功能基因组学研究中的应用，包括基因表达谱的研究技术、全基因组化学诱变和转座子饱和诱变的技术、基因敲除与基因敲减的技术、GAL4/UAS过表达系统、酵母双杂交及免疫共沉淀等蛋白质相互作用研究的技术等；三是基因工程在工农业生产中的应用，包括转基因植物、转基因动物的制备与应用，基因治疗的原理与策略以及基因工程药物的研制与现状等。
本教材是专门针对国内生物及其相关专业本科生的就业和进一步考研、深造需要而编写的，适合普通高等院校及科研院所的本科生、研究生及专业课教师使用，也可作为相关领域科研人员的参考书。

目录

第1章 基因工程概述1
1.1 基因工程的概念与基本流程1
1.1.1 基因工程的概念1
1.1.2 基因工程的基本流程1
1.2 基因工程的发展简史3
1.2.1 基因工程诞生的背景3
1.2.2 基因工程的诞生4
1.2.3 基因工程的发展4
1.3 基因工程的研究意义和应用5
1.3.1 基因工程在功能基因组学研究中的应用5
1.3.2 基因工程在工业领域的应用6
1.3.3 基因工程在农业领域的应用7
1.3.4 基因工程在医药领域的应用9
1.4 趣味讨论：基因工程与克隆人的争论10
本章小结13
复习题13

第2章 基因工程的工具酶与载体14
2.1 工具酶14
2.1.1 限制性核酸内切酶14
2.1.2 DNA连接酶18
2.1.3 DNA聚合酶类21
2.1.4 碱性磷酸酶22
2.1.5 末端脱氧核苷酸转移酶23
2.1.6 其他工具酶23
2.2 克隆载体24
2.2.1 质粒载体24
2.2.2 噬菌体载体29
2.2.3 黏粒载体32
2.2.4 人工微小染色体33
2.3 表达载体34
2.3.1 原核表达载体34
2.3.2 真核表达载体43
2.4 实例分析：一个表达双色荧光的转基因斑马鱼载体的构建47
本章小结50
复习题50

第3章 目的基因的制备与鉴定52
3.1 从基因文库获取目的基因53
3.1.1 基因组文库的构建与筛选53
3.1.2 cDNA基因文库的构建与筛选56
3.2 从GENBANK基因组数据库获取目的基因65
3.2.1 基因组数据库66
3.2.2 计算机克隆目的基因67
3.3 PCR获取与扩增目的基因69
3.3.1 常规PCR70
3.3.2 反向PCR75
3.3.3 反转录PCR76
3.3.4 实时荧光定量PCR77
3.3.5 RACE�睵CR80
3.3.6 多重PCR81
3.3.7 原位PCR84
3.4 通过蛋白质工程改建目的基因85
3.4.1 蛋白质工程的概念85
3.4.2 蛋白质工程的定点突变技术86
3.4.3 蛋白质工程的定向进化技术88
3.5 目的基因的鉴定90
3.5.1 目的基因导入受体细胞的方法90
3.5.2 遗传表型检测法91
3.5.3 酶切电泳检测法96
3.5.4 核酸分子杂交98
3.5.5 PCR扩增鉴定筛选105
3.5.6 DNA序列测定105
3.6 实例分析：一个人类新基因hhole的克隆与分析109
3.6.1 人类新基因hhole的克隆109
3.6.2 人类新基因hhole的生物信息学分析113
本章小结117
复习题117

第4章 基因工程在基因功能研究中的应用118
4.1 基因的表达谱研究技术118
4.1.1 胚胎原位杂交技术119
4.1.2 胚胎抗体染色技术123
4.1.3 基因芯片技术127
4.1.4 蛋白质组学技术131
4.2 基因的突变研究技术134
4.2.1 化学诱变134
4.2.2 转座子全基因组诱变135
4.3 基因敲除与基因敲减技术138
4.3.1 基因敲除技术138
4.3.2 RNA干扰技术145
4.3.3 Morpholino干扰技术149
4.4 基因过表达与异位表达技术151
4.4.1 GAL4�睻AS系统的构建151
4.4.2 GAL4/UAS定时开启系统152
4.5 基因的相互作用研究技术153
4.5.1 凝胶迁移率阻滞技术154
4.5.2 染色质免疫沉淀技术155
4.5.3 酵母双杂交技术155
4.5.4 免疫共沉淀技术157
4.6 实例分析：HDAC1基因在小鼠心脏发育中的功能研究159
本章小结164
复习题165

第5章 转基因植物166
5.1 植物的转基因技术166
5.1.1 目的基因的克隆166
5.1.2 植物表达载体的选择167
5.1.3 植物转化受体系统167
5.1.4 外源基因导入植物的方法168
5.2 转基因植物的筛选与检测173
5.2.1 报告基因174
5.2.2 分子生物学检测方法176
5.3 转基因植物研究和生产现状177
5.3.1 抗除草剂转基因作物177
5.3.2 抗虫转基因作物178
5.3.3 提高作物产量和品质的转基因作物180
5.3.4 其他转基因作物181
5.3.5 植物生物反应器183
5.4 转基因植物的安全性185
5.4.1 转基因安全性的由来185
5.4.2 转基因安全性的争论186
本章小结190
复习题191

第6章 转基因动物192
6.1 动物的转基因技术193
6.1.1 显微注射法193
6.1.2 逆转录病毒法199
6.1.3 胚胎干细胞法201
6.1.4 体细胞核移植法203
6.2 转基因动物的筛选与检测207
6.2.1 报告基因207
6.2.2 分子生物学检测方法208
6.2.3 转基因动物整体表型的观察210
6.3 转基因动物的现状与应用210
6.3.1 转基因动物的现状210
6.3.2 转基因动物在基因功能研究中的应用210
6.3.3 转基因技术在动物育种中的应用211
6.3.4 转基因动物在医学研究中的应用212
6.3.5 动物生物反应器213
本章小结215
复习题215

第7章 基因治疗217
7.1 基因治疗的概念与策略217
7.1.1 基因治疗的途径与策略217
7.1.2 基因治疗的基本程序218
7.1.3 基因治疗的现状与问题220
7.2 基因治疗的载体222
7.2.1 逆转录病毒载体223
7.2.2 腺病毒载体225
7.2.3 腺伴随病毒载体227
7.2.4 单纯疱疹病毒载体228
7.2.5 非病毒载体229
7.3 重要疾病的基因治疗230
7.3.1 遗传病的基因治疗230
7.3.2 肿瘤的基因治疗235
7.3.3 艾滋病的基因治疗242
本章小结246
复习题246

第8章 基因工程药物247
8.1 基因工程药物的发展概况247
8.1.1 基因工程药物的发展简史与现状247
8.1.2 基因工程药物的特点254
8.1.3 基因工程药物的研发过程255
8.2 基因工程制药的下游技术256
8.2.1 基因工程菌的规模化培养256
8.2.2 基因工程菌细胞的破碎258
8.2.3 基因重组蛋白的分离与纯化259
8.3 几种重要基因工程药物的研发概况262
8.3.1 基因工程激素类药物262
8.3.2 基因工程细胞因子类药物265
8.3.3 基因工程抗体270
8.3.4 基因工程疫苗275
本章小结281
复习题281
参考文献282

精彩书摘

【本章导读】
基因工程是发展最快的一种生物技术，在生物技术中处于核心地位。本章介绍了基因工程的基本概念、基本流程以及基因工程诞生与发展的历史背景与简要过程。基因工程具有巨大的应用前景，在生命科学基础研究领域、工农业生产领域以及医药领域都取得了丰硕的应用成果。克隆技术也为人类繁殖方式及疾病治疗带来了一场革命。
21世纪是生命科学的世纪，而21世纪生命科学的核心则是生物技术。以生物技术和分子生物学为主体的现代生命科学已经成为带动和影响其他学科发展的领头学科。建立在分子生物学和遗传学基础之上的基因工程则是生物技术中发展速度最快、创新成果最多、应用前景最广的一门核心技术，它的显著特点是能够跨越生物种属之间不可逾越的鸿沟，打破常规育种难以突破的物种界限，开辟了在短时间内改造生物遗传特性的新领域。基因工程使得原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、以至人和其他生物之间的遗传信息可以进行重组和转移，因而基因工程成为当今生命科学领域中最具生命力、最引人注目的学科之一。

前言/序言

基因工程技术自1973年诞生之后，以惊人的速度飞速发展，其应用成果已经渗透到人们生活和工农业生产的各个领域，成为生物技术中发展速度最快、创新成果最多、应用前景最广的一门核心技术。基因工程课程也已成为国内外高校生物技术和生物科学专业本科生的一门专业主干课程。
湖南师范大学生命科学学院自1997年开始为硕士研究生开设基因工程课程，是全院唯一一门硕士研究生的专业基础课程。2002年开始为生物技术专业和国家生命科学技术人才培养基地的本科生开设基因工程专业课，现在授课对象已经扩展到了生物科学专业和树达学院生物技术专业的本科生。2008年，湖南师范大学基因工程本科教学项目相继获得学校和湖南省教育厅的精品课程建设立项，2009年获得国家教育部的精品课程建设立项。为了配合《基因工程》国家精品课程的建设，及时跟踪学科发展前沿，我们于2009年底开始着手编写这一本新的《基因工程》教材。
如今，生命科学已经进入功能基因组时代。基因工程在现阶段的主要特色就是基因工程技术与功能基因组学的完美结合与相互促进，因此本教材的主要特点就是第一次详细介绍了基因工程在基因功能研究中的应用，而功能基因组研究的需求又促使基因工程技术不断向前沿发展。对于师范类高校和综合性大学的生命科学相关专业的本科生来说，目前的就业去向主要有两个，一是去国内外高校和科研院所继续深造、读研和攻博，二是面向大专院校、科研院所以及生物制剂和制药公司从事教学、科研、研发和销售工作。不管哪一种去向，大部分的工作内容都会或多或少与基因工程及功能基因组学的研究技术打交道，因此本教材将基因工程技术与功能基因组学的结合也适应了大学生就业市场的需求。

生物技术前沿：从分子到系统的综合视角 本书聚焦于现代生物技术领域的核心原理、关键技术及其在生命科学、医学、农业和工业中的广泛应用，旨在为读者提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架。 本书内容涵盖了生物技术发展脉络中的几个关键支柱，强调理论与实践的紧密结合，特别关注近年来取得突破性进展的技术革新。我们精心构建了以下几个核心模块： 第一部分：分子生物学与基因操作基础 本部分奠定了理解现代生物技术所需的基础分子工具和理论。 1. 细胞与分子生物学基础的巩固： 详细阐述了原核与真核细胞的结构、功能及其动态调控机制。重点剖析了遗传物质（DNA和RNA）的结构、复制、转录和翻译过程的分子细节。对于基因表达的调控网络，特别是转录因子、表观遗传学修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰）及其对基因功能的影响，进行了深入的探讨。 2. 核心分子工具的原理与应用： 系统介绍了用于分析和操作核酸、蛋白质的经典与新型技术。这包括： 酶学工具： 限制性内切酶、连接酶、聚合酶的特性及其在分子克隆中的精确应用。 核酸分离与分析： 凝胶电泳（包括琼脂糖和聚丙烯酰胺电泳）的分离原理、Southern/Northern Blotting 的原理和信号检测方法。 高通量测序技术（NGS）的演进： 从第一代Sanger测序到新一代高通量测序技术（如Illumina平台），详细解析了测序文库的构建、簇生成和序列比对的生物信息学流程。此外，对PacBio和Oxford Nanopore等长读长测序技术在解决复杂基因组结构变异方面的潜力进行了评估。 3. 蛋白质工程基础： 阐述了蛋白质的结构与功能关系，包括一级、二级、三级和四级结构对酶活性和分子识别的重要性。深入讲解了蛋白质表达系统的选择（如大肠杆菌、酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞表达系统）及其优缺点。蛋白质的分离纯化技术（如亲和层析、离子交换层析、分子筛层析）的原理和优化策略被详尽介绍。 第二部分：合成生物学与基因编辑前沿 本部分着重于当前生物技术领域最具革命性的两个方向：人工设计生命系统与精确修改遗传密码。 4. 合成生物学的设计与构建： 合成生物学被定位为“工程化”生物系统的学科。内容涵盖了从生物元件（BioBricks）、模块化设计到构建复杂功能回路（如逻辑门、振荡器）的全过程。 标准元件库的建立： 讨论了如何标准化启动子、核糖体结合位点（RBS）和终止子，以实现元件的可预测组合。 代谢通路工程： 如何通过基因组层面的重构或优化，提高目标产物（如生物燃料、药物前体）的合成效率。 5. 革命性的基因编辑技术：CRISPR-Cas系统： 本书对CRISPR/Cas9系统的工作机制进行了最细致的阐述，包括sgRNA的设计、Cas9的切割模式以及DNA修复途径（NHEJ和HDR）的选择性。 CRISPR系统的拓展： 深入探讨了Cas12a、Cas13等其他效应蛋白的应用，以及碱基编辑（Base Editing）和先导编辑（Prime Editing）技术如何实现无双链断裂的精确单碱基或小片段替换，从而克服传统Cas9的局限性。 体内与体外应用挑战： 讨论了基因编辑技术在递送系统（如病毒载体AAV、非病毒纳米颗粒）构建上面临的脱靶效应和免疫原性等实际问题。 第三部分：生物技术在产业中的应用深度解析 本部分将理论知识与实际产业应用紧密结合，展示了生物技术如何驱动医药、农业和环境科学的变革。 6. 药物研发与生物制药： 新型治疗药物开发： 详细分析了单克隆抗体（mAb）的设计、人源化过程及其生产工艺（CHO细胞培养）。重点介绍了ADC（抗体药物偶联物）、双特异性抗体等新一代生物制剂的结构特点和作用机制。 疫苗技术平台： 对传统灭活/减毒疫苗、重组蛋白疫苗和核酸疫苗（mRNA/DNA疫苗）的原理、生产流程和优势进行了比较分析。特别强调了mRNA疫苗平台的技术壁垒与发展潜力。 细胞与基因治疗（CGT）： 全面介绍了CAR-T细胞疗法的设计原理（包括第二代、第三代CAR结构）、制造工艺（GMP要求）以及临床应用中面临的实体瘤靶向难题。对于体内基因治疗的AAV载体优化也进行了深入介绍。 7. 农业生物技术与食品安全： 转基因作物的策略： 不仅涉及抗虫、抗除草剂等性状的传统基因工程，还引入了利用基因编辑技术（如CRISPR）加速作物育种的新路径，例如提高营养价值或增强对非生物胁迫的抵抗力。 分子育种技术： 结合群体遗传学数据，介绍了基因组选择（Genomic Selection）在加速作物和畜牧业改良中的作用。 8. 环境生物技术与生物修复： 探讨了利用微生物工程技术处理工业废水和污染物。内容包括嗜重金属微生物的分离富集、生物降解污染物的酶催化机制，以及利用合成生物学方法设计“智能”微生物以实现特定环境监测或修复目标。 第四部分：生物技术伦理、法规与信息整合 9. 生物技术研究的法规与伦理考量： 对于基因编辑、人类胚胎研究、转基因生物的商业化应用等前沿议题，本书提供了中立、全面的伦理框架和国际国内相关的法律法规概述，强调负责任的研究实践。 10. 生物信息学与大数据整合： 强调了现代生物技术研究的数字化特征。系统介绍了处理海量组学数据（基因组学、转录组学、蛋白质组学）所需的计算工具、数据可视化方法，以及如何利用机器学习和人工智能算法从复杂数据集中挖掘生物学意义，推动个性化医疗的发展。 本书力求内容的前沿性、体系的完整性，并提供丰富的案例分析，以帮助读者掌握分析问题和解决实际生物技术挑战的能力。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对生命科学充满好奇的业余爱好者，之前对基因工程的了解非常有限，大多来自于科普文章和纪录片。偶然间，我朋友推荐了这本书，抱着试试看的心态翻开。这本书的开篇就用一种非常引人入胜的方式，描述了基因在我们身体中扮演的角色，以及科学家们是如何一步步揭开基因的秘密的。它没有使用过于深奥的词汇，而是用一种非常平实的语言，将复杂的生命过程娓娓道来。比如，在介绍基因编辑技术时，它就用了一个非常形象的比喻，将DNA比作一本厚厚的字典，而基因编辑技术就是能够精确地找到某个词语，并对其进行修改、删除或添加的能力。书中还穿插了一些有趣的历史故事，比如DNA双螺旋结构的发现过程，让我觉得科学研究充满了探索的乐趣。更重要的是，这本书让我对基因工程的应用有了更深刻的认识，比如如何通过基因工程技术培育出更高产、更抗病的作物，或者如何利用基因疗法治疗遗传性疾病。读完这本书，我感觉自己对生命的奥秘有了更深的理解，也对未来科技的发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书以一种非常清晰、循序渐进的方式，将基因工程这个复杂而迷人的领域展现在我面前。我是一名生物学专业的学生，之前对基因工程的了解大多停留在零散的概念和一些研究成果的报道上。拿到这本书后，我最大的感受就是它的系统性。从最基础的基因结构、DNA复制、转录和翻译的分子机制，到各种重组DNA技术的原理和操作，再到基因编辑、基因治疗等前沿应用，这本书都给予了详尽的阐述。作者们仿佛是我的私人导师，他们用通俗易懂的语言，辅以大量精心绘制的插图和图表，将抽象的概念形象化。例如，在介绍限制性内切酶时，它不仅解释了酶的工作原理，还生动地比喻为“分子剪刀”，让我立刻理解了它的功能。书中对实验步骤的描述也非常详细，从试剂的准备到结果的分析，都考虑到了实际操作中的每一个细节，这对于我这样需要动手实践的学生来说，简直是福音。更让我惊喜的是，书中还涉及了基因工程在农业、医药、环保等领域的广泛应用，让我看到了基因工程的巨大潜力和深远影响。读完这本书，我感觉自己对基因工程的理解从“知道有这么回事”提升到了“能够理解其内在逻辑并初步掌握相关技术”。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在读的研究生，我一直在寻找一本能够帮助我深入理解基因工程理论并指导我实验操作的书籍。这本《基因工程》简直就是为我量身定制的。它在理论深度和实践指导性上达到了一个非常高的平衡。书中对基因工程的各种技术，如基因克隆、基因表达调控、基因芯片技术等，都进行了非常详尽的阐述，并且引用了大量的最新研究成果和经典文献，这对于我进行文献检索和科研方向的把握非常有帮助。书中不仅解释了技术原理，还详细介绍了各种技术在实际研究中的应用案例，并且对不同技术的优缺点进行了客观的评价，这让我能够根据自己的研究需求，选择最合适的技术方案。此外，书中还包含了大量实验设计、数据分析以及结果解读的指导，这对于我撰写论文和申请项目至关重要。图谱、表格的运用也恰到好处，能够清晰地展示复杂的分子过程和实验数据。我尤其喜欢书中关于基因工程伦理和法规的章节，这让我对这项技术有了更全面的认识，也为我未来的研究方向提供了重要的参考。这本书的专业性和系统性，无疑将成为我科研道路上不可或缺的工具。

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我之前一直觉得基因工程是一个非常高深的领域，充满了各种专业术语和复杂的概念，感觉离我这个文科背景的人很遥远。但是，当我在一个偶然的机会下翻阅了这本《基因工程》之后，我的看法彻底改变了。这本书的叙述方式非常灵活，它并没有一开始就堆砌大量的专业知识，而是从一个更宏观的角度切入，比如从人类对基因的好奇心出发，然后逐步深入到基因的本质，再引入基因工程的诞生和发展。这种“由表及里”的讲解方式，让我这个初学者能够更容易地接受和理解。书中对于一些关键技术，比如PCR（聚合酶链式反应）的解释，就采用了类比的方式，将其比作“基因的复印机”，非常形象地解释了它扩增DNA片段的功能。而且，书中还穿插了一些历史故事和科学家的生平介绍，让我在学习知识的同时，也感受到了科学探索的魅力和艰辛。最令我印象深刻的是，它并没有回避基因工程的伦理争议和社会影响，而是从多个角度进行了探讨，引导读者进行独立思考。这本书的文字流畅优美，阅读起来就像在听一位博学的长辈在娓娓道来，让人感到亲切和启发，完全没有枯燥乏味的感觉。

评分☆☆☆☆☆

这本书以一种极具启发性的方式，探讨了基因工程的本质和未来。它不仅仅是一本技术手册，更像是一次关于生命本质的哲学思考。书中对基因与环境的相互作用、基因的进化潜力、以及人类干预基因过程可能带来的深远影响，都进行了深入的剖析。它没有简单地罗列技术细节，而是更侧重于对基因工程背后科学理念和伦理考量的探讨。例如，在讨论基因改造生物（GMOs）时，它并没有简单地肯定或否定，而是从生态平衡、食品安全、以及社会公平等多个维度进行了细致的分析，引发了我对“人与自然”关系的深刻反思。书中对未来基因工程发展趋势的预测，也充满了前瞻性和想象力，让我看到了这项技术在应对全球性挑战，如气候变化、疾病预防等方面的巨大潜力。这本书的语言富有感染力，常常能引发我内心的共鸣，让我思考在追求科学进步的同时，我们应该肩负怎样的责任。它让我明白，基因工程不仅仅是改变生命蓝图的技术，更是重塑人类未来的一种强大力量，而这种力量需要我们以审慎和智慧去驾驭。