現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)

前言

　　科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，是引領(lǐng)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)力量。進(jìn)入2l世紀(jì)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)突破不斷涌現(xiàn)，學(xué)科交叉融合進(jìn)一步加強(qiáng)?；仡櫩茖W(xué)技術(shù)與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，可以看出，每次科技革命都會(huì)催生一種新型產(chǎn)業(yè)，誕生一個(gè)全新的經(jīng)濟(jì)模式。18世紀(jì)瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，動(dòng)力是主導(dǎo)技術(shù)，鐵路運(yùn)輸成為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，把農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)推向工業(yè)化經(jīng)濟(jì)。20世紀(jì)以電子技術(shù)為主體的電子電信和網(wǎng)絡(luò)使人類進(jìn)入信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代。繼網(wǎng)絡(luò)信息經(jīng)濟(jì)之后的產(chǎn)業(yè)革命將是什么？1953年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，在生命科學(xué)（life science）研究上取得重大突破，引發(fā)了一場(chǎng)正在全球范圍內(nèi)廣泛進(jìn)行的生物技術(shù)（biotechnology）革命。據(jù)分析，信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代的壽命約80年，預(yù)期在2020年人類將進(jìn)入生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代。　　如果說(shuō)現(xiàn)代自然學(xué)科的領(lǐng)頭學(xué)科是物理學(xué)的話，那么21世紀(jì)自然科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵帶頭學(xué)科就是生命科學(xué)。生命科學(xué)走在其他學(xué)科的前面，從理論觀念、思維方式和方法學(xué)上對(duì)其他學(xué)科起著重要作用，將從根本上改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)模式、生活方式及其生物倫理與道德觀念。2003年人類基因組計(jì)劃提前完成，生命科學(xué)研究進(jìn)入系統(tǒng)生物學(xué)，從定性描述轉(zhuǎn)向定量計(jì)算；而生物技術(shù)進(jìn)入合成生物學(xué)，從基因工程轉(zhuǎn)向到生物系統(tǒng)的人工合成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有關(guān)生物科學(xué)與生物技術(shù)的論文數(shù)占自然學(xué)科論文總數(shù)的27％，而全球生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)以每年遞增20％的速度發(fā)展。21世紀(jì)人類所面臨的根本性和棘手的問(wèn)題（如人口與健康、糧食與食品、環(huán)境與能源、國(guó)家安全等），生命科學(xué)與生物技術(shù)將提供重要支撐和答案。生命科學(xué)與生物技術(shù)的研究成果已經(jīng)滲透到人類社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域的革命性變化。1982年第一個(gè)基因工程藥物重組人胰島素實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前醫(yī)藥生物技術(shù)（medicinal biotechnology）已經(jīng)趨于成熟，上市產(chǎn)品包括生物技術(shù)藥物與疫苗、檢測(cè)與診斷試劑和醫(yī)療器械。1994年第一個(gè)基因工程改良的耐貯番茄被批準(zhǔn)，目前轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、油菜和玉米擴(kuò)大種植，2006年全球種植面積達(dá)1億公頃，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)（agricultural biotechnology）持續(xù)增長(zhǎng)。利用生物技術(shù)可以解決環(huán)境污染、化石燃料短缺，制造化學(xué)品和新材料，生產(chǎn)生物乙醇和生物柴油等，這些工業(yè)生物技術(shù)（industrial biotechnology）正在興起。

內(nèi)容概要

　　本教材以現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展為主線，圍繞前沿學(xué)科與技術(shù)、人們密切關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題、對(duì)學(xué)科技術(shù)和社會(huì)發(fā)展有重大影響的科技成果，設(shè)計(jì)選擇12個(gè)熱點(diǎn)主題。緒淪主要以生命科學(xué)的分支學(xué)科和重大技術(shù)的興衰演替為主體，介紹了生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展歷史和生命科學(xué)的方法論。生命科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)包括基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、病毒與艾滋病、分子腫瘤學(xué)；生物技術(shù)領(lǐng)域熱點(diǎn)包括合成生物學(xué)、基因技術(shù)、動(dòng)物克隆、干細(xì)胞工程、納米生物技術(shù)、生物芯片、生物能源；生命與社會(huì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)包括生物安全。從概念出發(fā)，介紹了各個(gè)主題的發(fā)展經(jīng)過(guò)和基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)論述了基本原理與技術(shù)及其成果應(yīng)用。把最新的科技進(jìn)展引入教材，內(nèi)容具有知識(shí)性、趣味性、信息性、科學(xué)性與人文性。　　《新世紀(jì)高等學(xué)校研究生適用教材：現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)》可作為研究生教材，也可作為高年級(jí)生物學(xué)（或生物技術(shù)、生物工程）本科生選用教材或醫(yī)藥、科研、生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 概述1.1.1 生命的過(guò)程特征1.1.2 生命系統(tǒng)的等級(jí)結(jié)構(gòu)1.1.3 生命科學(xué)及其地位1.2 生命科學(xué)的發(fā)展1.2.1 古代的生命科學(xué)1.2.2 形態(tài)學(xué)1.2.3 19世紀(jì)的生命科學(xué)1.2.4 20世紀(jì)的生命科學(xué)1.3 生物技術(shù)的發(fā)展1.3.1 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的生物技術(shù)1.3.2 工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的生物技術(shù)1.3.3 信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代的現(xiàn)代生物技術(shù)1.3.4 生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代1.4 生命科學(xué)思想與方法論1.4.1 哲學(xué)與生命科學(xué)1.4.2 生命科學(xué)的方法論1.4.3 人類文明與生命倫理第2章 基因組學(xué)2.1 概述2.1.1 基因2.1.2 脫氧核糖核酸2.1.3 基因組2.2 人類基因組計(jì)劃2.2.1 人類基因組計(jì)劃的提出和實(shí)施2.2.2 非營(yíng)利研究機(jī)構(gòu)和生物技術(shù)公司的競(jìng)爭(zhēng)2.2.3 人類基因組序列草圖的完成2.2.4 中國(guó)承擔(dān)的人類基因組計(jì)劃2.2.5 其他生物基因組研究進(jìn)展2.2.6 基因組計(jì)劃的局限2.3 后基因組時(shí)代的生命科學(xué)2.3.1 后基因組時(shí)代2.3.2 衍生基因組學(xué)2.3.3 系統(tǒng)生物學(xué)2.3.4 生物信息學(xué)第3章 系統(tǒng)生物學(xué)3.1 概述3.1.1 系統(tǒng)論與系統(tǒng)生物學(xué)3.1.2 系統(tǒng)生物學(xué)的研究策略3.1.3 系統(tǒng)生物學(xué)的研究步驟3.1.4 系統(tǒng)生物學(xué)的挑戰(zhàn)3.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)3.2.1 轉(zhuǎn)錄組及轉(zhuǎn)錄組學(xué)3.2.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究方法3.3 蛋白質(zhì)組學(xué)3.3.1 蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)組學(xué)3.3.2 蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法3.3.3 蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用3.4 代謝物組學(xué)3.4.1 代謝組學(xué)及代謝物組學(xué)3.4.2 代謝物組學(xué)研究方法第4章 合成生物學(xué)4.1 概述4.1.1 合成生物學(xué)的概念4.1.2 合成生物學(xué)的發(fā)展4.1.3 合成生物學(xué)的應(yīng)用4.2 生物元器件4.2.1 合成生物的單元4.2.2 合成生物的設(shè)計(jì)與優(yōu)化4.3 DNA的合成與元器件裝配4.3.1 基因定向突變合成技術(shù)4.3.2 核酸的全化學(xué)合成4.3.3 生物磚的合成與基因電路的集成4.3.4 基因組的合成與裝配4.4 合成生物的功能實(shí)現(xiàn)4.4.1 青蒿素代謝電路設(shè)計(jì)與從頭合成4.4.2 高級(jí)醇燃料代謝電路設(shè)計(jì)與從頭合成4.4.3 生物成像4.4.4 生物計(jì)算機(jī)第5章 病毒與艾滋病5.1 概述5.1.1 艾滋病的發(fā)現(xiàn)5.1.2 艾滋病的起源5.1.3 艾滋病的流行現(xiàn)狀5.2 病毒與免疫5.2.1 病毒5.2.2 免疫5.3 艾滋病的發(fā)病機(jī)制5.3.1 艾滋病毒5.3.2 HIV的感染5.4 艾滋病的臨床癥狀5.4.1 急性HIV感染期5.4.2 HIV潛伏期5.4.3 艾滋病期5.4.4 HIV的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)5.5 艾滋病的治療與預(yù)防5.5.1 艾滋病的治療5.5.2 艾滋病的預(yù)防與控制第6章 分子腫瘤學(xué)6.1 概述6.1.1 腫瘤的概念6.1.2 人類對(duì)腫瘤本質(zhì)的認(rèn)識(shí)6.1.3 癌細(xì)胞及其生長(zhǎng)的特性6.1.4 常見(jiàn)的惡性腫瘤6.2 致癌因素及其致癌機(jī)制6.2.1 化學(xué)致癌因素及其致癌機(jī)制6.2.2 物理致癌因素及其致癌機(jī)制6.2.3 病毒致癌因素及其致癌機(jī)制6.3 腫瘤相關(guān)基因及其調(diào)控機(jī)制6.3.1 癌基因6.3.2 抑癌基因6.3.3 腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因6.4 端粒、端粒酶與腫瘤6.4.1 端粒和端粒酶6.4.2 端粒、端粒酶與腫瘤6.5 腫瘤的防治6.5.1 腫瘤的預(yù)防6.5.2 腫瘤的生物治療第7章 基因技術(shù)7.1 基因擴(kuò)增技術(shù)7.1.1 PCR簡(jiǎn)史7.1.2 PCR原理與技術(shù)7.1.3 PCR技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展7.2 基因測(cè)序技術(shù)7.2.1 核酸測(cè)序技術(shù)簡(jiǎn)史7.2.2 傳統(tǒng)測(cè)序技術(shù)7.2.3 高通量測(cè)序技術(shù)7.3 基因重組技術(shù)7.3.1 傳統(tǒng)的重組技術(shù)7.3.2 Shuffling技術(shù)7.4 生物制造7.4.1 生物制造領(lǐng)域7.4.2 微生物發(fā)酵技術(shù)7.4.3 轉(zhuǎn)基因植物第8章 動(dòng)物克隆8.1 概述8.1.1 細(xì)胞克隆技術(shù)8.1.2 真核細(xì)胞的特點(diǎn)8.1.3 細(xì)胞增殖與細(xì)胞分化8.1.4 細(xì)胞分化8.2 動(dòng)物克隆技術(shù)8.2.1 動(dòng)物克隆的概念8.2.2 動(dòng)物克隆的方法8.2.3 動(dòng)物克隆的操作8.2.4 胚胎生物技術(shù)8.3 克隆技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展8.3.1 克隆技術(shù)的科學(xué)價(jià)值8.3.2 克隆技術(shù)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值8.3.3 克隆技術(shù)的醫(yī)療保健價(jià)值8.3.4 克隆人的爭(zhēng)論第9章 干細(xì)胞工程9.1 概述9.1.1 干細(xì)胞9.1.2 干細(xì)胞工程的研究進(jìn)展9.1.3 干細(xì)胞工程的重要性及意義9.1.4 干細(xì)胞工程的應(yīng)用9.2 干細(xì)胞體外培養(yǎng)技術(shù)9.2.1 干細(xì)胞的獲取9.2.2 干細(xì)胞培養(yǎng)的環(huán)境9.2.3 干細(xì)胞培養(yǎng)的基本方法及類型9.3 干細(xì)胞治療及臨床應(yīng)用9.3.1 造血干細(xì)胞9.3.2 胚胎干細(xì)胞9.3.3 其他類型的干細(xì)胞9.4 干細(xì)胞工程的展望9.4.1 干細(xì)胞工程的前景9.4.2 干細(xì)胞工程的挑戰(zhàn)第10章 納米生物技術(shù)10.1 概述10.1.1 納米和納米科技10.1.2 納米生物學(xué)和納米生物技術(shù)10.1.3 生物大分子的觀測(cè)和操縱10.1.4 納米生物技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10.2 納米生物材料10.2.1 天然納米生物材料10.2.2 納米仿生材料10.2.3 納米醫(yī)學(xué)材料10.3 納米生物傳感器10.3.1 基本概念10.3.2 納米生物傳感器的研究狀況10.4 納米載藥系統(tǒng)10.4.1 納米藥物載體10.4.2 納米基因傳遞系統(tǒng)10.4.3 納米微粒藥物10.5 納米生物機(jī)器人10.5.1 基本概念10.5.2 納米生物機(jī)器人的研究狀況10.5.3 納米生物機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展第11章 生物芯片11.1 概述11.1.1 生物芯片的產(chǎn)生11.1.2 生物芯片的基本概念11.1.3 主要生物芯片簡(jiǎn)介11.1.4 生物芯片的應(yīng)用11.1.5 國(guó)內(nèi)外生物芯片的現(xiàn)狀11.1.6 生物芯片的發(fā)展趨勢(shì)11.2 生物芯片的構(gòu)建11.2.1 生物芯片的原料11.2.2 生物芯片的構(gòu)建方法11.3 生物芯片的工作原理11.3.1 待測(cè)樣品的制備11.3.2 生物芯片與樣品的相互作用11.3.3 信號(hào)檢測(cè)11.3.4 生物芯片信息學(xué)第12章 生物能源12.1 概述12.1.1 生物質(zhì)與生物能源12.1.2 生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路線12.1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r12.1.4 生物能源的發(fā)展趨勢(shì)12.2 生物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化12.2.1 生物乙醇12.2.2 生物氫12.2.3 沼氣12.3 生物質(zhì)的物理化學(xué)轉(zhuǎn)化12.3.1 生物柴油12.3.2 生物質(zhì)液化12.3.3 生物質(zhì)氣化12.3.4 生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)第13章 生物安全13.1 概述13.1.1 生物安全的概念13.1.2 生物安全發(fā)展歷史13.2 轉(zhuǎn)基因生物的安全性13.2.1 轉(zhuǎn)基因生物的安全性評(píng)價(jià)的由來(lái)13.2.2 評(píng)價(jià)過(guò)程13.2.3 轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境安全性13.2.4 轉(zhuǎn)基因植物的爭(zhēng)論13.2.5 轉(zhuǎn)基因食品的安全性評(píng)價(jià)13.2.6 生物安全法規(guī)與管理13.3 反生物恐怖13.3.1 生物恐怖13.3.2 炭疽13.3.3 炭疽桿菌的生物學(xué)13.3.4 生物恐怖的預(yù)防和控制措施附錄1 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年鑒附錄2 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年鑒（部分）

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　生命科學(xué)既是一門(mén)最古老的科學(xué)，又是一門(mén)最年輕的學(xué)科。生命科學(xué)發(fā)展很快，很多生物學(xué)問(wèn)題正在被解決，我們處在一場(chǎng)生命科學(xué)的革命之中。本章從生命的概念出發(fā)，認(rèn)識(shí)生命科學(xué)和生物技術(shù)，了解其對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類文明的影響?！　?.1　概述　　生命是什么？不同時(shí)期、不同哲學(xué)家和科學(xué)家對(duì)其有不同的認(rèn)識(shí)，而且往往與其哲學(xué)觀有關(guān)。自然哲學(xué)家認(rèn)為生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種高級(jí)的特殊存在形式，把自然界的物體分為兩類，一類無(wú)生命，另一類有生命。有生命的物體就是生物體，即生物。地球上的生物包括動(dòng)物、植物和微生物，多種多樣，形態(tài)各異，種類繁多，數(shù)量巨大，目前估計(jì)有500～5000萬(wàn)個(gè)物種。被定名的約有150萬(wàn)種，其中動(dòng)物100多萬(wàn)種，植物40多萬(wàn)種，微生物10萬(wàn)多種。從熱力學(xué)第二定律來(lái)看，生命是一個(gè)不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的開(kāi)放系統(tǒng)，其演化過(guò)程總是朝著嫡減少的方向進(jìn)行，一旦負(fù)熵的增加趨近于零，生命將趨向終結(jié)，走向死亡。從生物物理學(xué)的三要素——物質(zhì)、能量、信息角度看，在生命的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，貫穿了物質(zhì)、能量、信息三者的變化、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。　　機(jī)械論認(rèn)為生命不是別的，只是機(jī)械裝置，其運(yùn)動(dòng)可用力學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)定律來(lái)解釋?！　“焉鼩w結(jié)為物質(zhì)似乎太簡(jiǎn)單，而且不盡合乎人理性。生物學(xué)家是徹底的唯物論者，他們不承認(rèn)超自然的或非物質(zhì)的力量，不能接受機(jī)械論的解釋。根據(jù)現(xiàn)有對(duì)生命的認(rèn)識(shí)，生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)和／或核酸。從生物學(xué)角度看，生命是由核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成的多分子、多層次的復(fù)雜體系，具有不斷自我更新、繁殖后代以及對(duì)外界產(chǎn)生應(yīng)答的能力，是一種過(guò)程，是一種現(xiàn)象。另外，生命還具有其社會(huì)屬性，沒(méi)有任何特殊的物質(zhì)、物體或力量可以和生命等同?！　?.1.1　生命的過(guò)程特征　　自然界的物體為什么有一些是有生命的而另一些是無(wú)生命的，生命具有哪些特性？對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行回答，可以找到生物體有別于非生物體的許多過(guò)程特征。　　1.　生長(zhǎng)與發(fā)育　　生命個(gè)體從出生到死亡都要經(jīng)歷劇烈的變化，這個(gè)變化就是生長(zhǎng)和發(fā)育。從原來(lái)的合子（受精卵）發(fā)育成胚胎，經(jīng)少年期、成年期，衰老直到死亡。生長(zhǎng)是細(xì)胞數(shù)目或體積增加的過(guò)程，而發(fā)育以細(xì)胞的分化為基礎(chǔ)，出現(xiàn)新類型的細(xì)胞、組織或器官，是功能變化的過(guò)程。生物體能通過(guò)新陳代謝的作用使細(xì)胞和個(gè)體不斷地改變其性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)與發(fā)育?！　　?/pre>




編輯推薦
　　《現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)》旨在使學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)的新知識(shí)，了解生命科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的重大成果，促進(jìn)生命科學(xué)與生物技術(shù)和其他相關(guān)自然科學(xué)、工程科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的相互滲透和交叉融合，拓寬研究生視野和思維，從而培養(yǎng)出全面、高素質(zhì)的創(chuàng)新型碩士生。 《新世紀(jì)高等學(xué)校研究生適用教材：現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)》以現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展為主線，圍繞前沿學(xué)科與技術(shù)、人們密切關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，從系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)、病毒與艾滋病等12個(gè)熱點(diǎn)主題對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了闡述。在附錄中還收錄了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年鑒及與生命科學(xué)相關(guān)的部分諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年鑒。





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