普通高中教科书
生物学
选择性必修3
生物技术与工程
上海科学技术出版社


主　　编：赵云龙　周忠良
本册主编：张惠展编写人员：（以姓氏笔画为序）　　　　　马昱澍　李竹青　何俊民　高红亮　鲍晓云
责任编辑：杨　硕　吴　玥美术设计：蒋雪静普通高中教科书　生物学　选择性必修3　生物技术与工程上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写
出 版　上海世纪出版(集团)有限公司　上海科学技术出版社　　　　（上海市钦州南路71号　邮政编码200235）发 行　上海新华书店印 刷　当纳利（上海）信息技术有限公司版 次　2021年3月第1版印 次　2021年3月第1次开 本　890毫米×1240毫米　1/16印 张　8字 数　160千字书 号　ISBN 978-7-5478-5299-6/G·1037定 价　10.10元
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目录
第       章         
        1
发酵工程　 1
节第1节第2 获得纯种微生物是发酵工程的基础
2
探究·实验1-1 酵母浸粉胨葡萄糖培养基的配制探究·实验1-2
6
酵母的分离和纯化探究·实验1-3
8
土壤中分解尿素细菌的分离与计数
12
发酵工程为人类提供多样化生物产品
15
探究·实验1-4 果酒和果醋的制作探究·实验1-5
17
酸奶的制作探究·活动1-6
19
虚拟仿真：发酵条件对微生物发酵的影响24

第       2章         
细胞工程　 33
第1节第2节第3节利用植物细胞工程培育新植株
34
探究·实验2-1 月季的快速繁殖39
利用动物细胞工程改良动物细胞
43
探究·活动2-2 收集单克隆抗体的应用实例47
利用胚胎工程快速繁育优良动物品种
57
1


第       章         
        3
基因工程　 65
第1节第2节第3节基因工程赋予生物新的遗传特性基因工程是一种重组DNA技术
66
73
探究·建模3-1模拟限制性内切核酸酶的切割作用探究·实验3-275

DNA的提取和鉴定探究·实验3-379

PCR扩增DNA的原理和操作探究·建模3-4
81
83
模拟DNA分子重组探究·实验3-5

PCR扩增产物的凝胶电泳鉴定86

蛋白质工程是基因工程的延伸89
第       4章         
生物技术安全与伦理　 103
节第1节第2节第3转基因产品的安全性引发社会广泛关注104
探究·活动4-1 辩论：转基因食品是否安全？109
生殖性克隆人带来诸多伦理问题
111
探究·活动4-2 讨论：你是否支持设计试管婴儿？
113
全面禁止生物武器
115
2


第节
第章

发酵工程
1
新鲜的泥土有一种特别的土腥味，散发这种土腥味的微生物可以生产一种抗生素——链霉素，用于治疗曾肆虐人类几千年的肺结核；从甜瓜上的一个霉斑可以找到生产另一种抗生素——青霉素的微生物，这些抗生素的发现和使用极大地增强了人类抵抗细菌性感染的能力……微生物为人类的生存和发展作出了巨大的贡献。那么，如何从自然环境中分离得到生产特定抗生素的微生物？抗生素又是如何在工厂中大规模生产的？这主要是利用了现代生物工程技术中的发酵工程技术。传统发酵主要利用微生物制作各种酸奶和泡菜等食品；而现代发酵则利用自动化控制和工程化技术体系大规模生产抗生素、蛋白质药物和燃料乙醇等各类产品。发酵工程技术在食品、医药、资源与环境保护等领域有着越来越广泛的应用。
11


第1章发酵工程
第 节
获得纯种微生物是发酵工
1
程的基础
带有酸味的醋、含苦味的啤酒、气味芳香的白酒，都是由谷物发酵而来，却能形成口味截然不同的产品，这都源于微生物的奇妙作用。人们利用微生物发酵制作食品的历史悠久，在此基础上发展而来的发酵工程技术则利用微生物大规模生长和代谢活动生产出更多有价值的产品。微生物是发酵工程的灵魂，不同产品的发酵生产需要使用不同来源、不同种类的微生物。让我们从认识生产抗生素的微生物开始，逐步了解发酵工程。
学习目标
●
归纳和概括微生物所需营养物质和生长条件，进一步形成结构与功能等生命观念，并能基于这些观念设计合适的培养基，选择合适的培养和计数方法，有目的地培养纯种微生物。归纳和概括无菌技术对微生物研究和发酵的影响，阐释无菌技术的方法和应用。关注微生物特定功能在生产和生活中的应用。
●●●●
抗生素的生产菌种
青霉素是人类最早发现的抗生素，现在抗生素的种类已达数千种，临床上常用的也有上百种。这些抗生素都是由不同种类的微生物产生的。
表1-1　一些微生物生产的抗生素及菌种特征
概念聚焦
根据培养微生物的目的，可以有针对性地设计培养基。分离和纯化微生物常用平板划线法和稀释涂布平板法。无菌技术是保障获得纯种微生物的关键技术。
抗生素生产菌种菌种主要特征青霉素产黄青霉菌、点青霉菌　　霉菌常见于变质的面包、奶酪和水果上，大多为专性好氧的真核微生物灰黄霉素灰黄青霉菌头孢霉素C头孢霉菌链霉素灰色链霉菌　　链霉菌是一种放线菌，主要分布在含水量较低、有机物较丰富和呈微碱性的土壤中，多为好氧的原核微生物卡那霉素卡那霉素链霉菌利福霉素地中海链霉菌土霉素龟裂链霉菌制霉菌素诺尔斯链霉菌井冈霉素吸水链霉菌
思考与讨论：
1. 欲大量生产抗生素，就要大规模培养对应菌种的微生物，微生物的培养需要满足哪些条件？2. 自然界中的微生物种类繁多，而且常常生活在一起，如何才能分离得到生产所需的纯种微生物？
2


获得纯种微生物是发酵工程的基础第1节
1．培养基为微生物提供所需营养物质
微生物需要的营养物质　在我们生活的周围，处处都有微生物在繁衍生息。微生物个体微小，在自然界中常常是多种微生物生活在一起。因此，分离、纯化和培养微生物是研究和利用微生物的前提。微生物的生存和生长依赖于适宜的营养物质和生长环境。培养基是一种由人工配制的适合微生物生长、繁殖并产生代谢产物的营养基质。只有了解微生物所需的营养物质和生长条件，才能设计出满足微生物培养需求的培养基。以微生物发酵生产维生素B
的一种培养基配方为例，微生物所需的营养物质一般包括碳源、氮源、生长因子、无机盐和水等（图1-1
2
）。
　碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后，成为微生物自身的结构物质和代谢产物。自养微生物能够利用CO
碳源
氮源　氮源物质主要用于合成细胞中的蛋白质、核酸等，一般包括蛋白质及其不同程度的降解产物，如蛋白胨（多肽混合物）、氨基酸，以及尿素、铵盐、硝酸盐等。该培养基中的氮源由酪蛋白和玉米浆提供。
为唯一或主要碳源，异养微生物则利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉和纤维素等有机碳源。葡萄糖、大豆油和甘油是该培养基中的碳源。
2
无机盐钼、酸盐、氯化物以及含钠、钾、钙、镁等元素的化合物。此外，还需要锌、锰、　无机盐一般有磷酸盐、硫铁、铜等微量元素。微量元素往往存在于天然有机物、自来水等物质中，一般不需要特别添加。该培养基中的KH
生长因子成自身不能合成或合　生长因子通常是指微生物量不足，但又是微生物生长和代谢所必需的小分子，如某些维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。酵母浸粉、牛肉浸膏或植物组织提取液等天然物质中含有不同的生长因子。某些微生物的生长不需要生长因子。该培养基中的生长因子由玉米浆提供。
发酵的一种培养基配方
2
PO是微生物生长和代谢所需要的无机盐。维生素B
24
　水是微生物生长和代谢必不可少的营养物质。
水
图1-1 微生物生长所需的营养物质
3


第1章发酵工程
选用或设计培养基首先要考虑选择适宜的营养物质。由于微生物具有不同的营养类型，对营养物质的要求也各不相同，且不同微生物生长、繁殖和代谢产物积累所需的pH也不相同。因此，必须根据各种微生物的特点及实验目的选用合适的培养基。培养基的类型　根据成分来源、物理状态和基本用途，可对培养基进行不同的分类（图1-2
学习提示
微生物的生长还需要能源。葡萄糖、淀粉等碳水化合物可作为异养微生物的能源。对于不能固氮的微生物来说，蛋白质同时具有氮源、碳源和能源三种功能。
）。用于工业生产的发酵培养基的原料还应具备来源丰富、价格低廉、质量稳定等特点。例如，常用的碳源有葡萄糖、蔗糖和淀粉水解物等，常用的氮源有玉米浆、黄豆饼粉和各种蛋白水解物等。
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