生物晶片与基因工程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　本书尝试由过去十年间（1999~2010），《科学月刊》上所刊载的相关文章挑选出兼具科学性及知识性（最好也有趣味性）的专文呈献给读者阅读，主要谈及的题目大致是有关分子生物学发展过程中所研发出极为重要的技术层面与伦理层面，科学是与时俱进的学问，如无关键性技术的出现，许多根本问题则无法解决。

　　当然任何新技术的研发，尤其牵涉到人类基因的议题在全世界皆引发医学伦理的争论，担心其不利于人类健康，本书即有四篇专文讨论其影响，基因工程中尤其是复制人的技术，让人产生道德上的不安，技术把人类推向扮演上帝的角色，但基督教基本信念却是人不该僭越上帝的职权。希望读者仔细分辨文本之述，以自身的理智来分辨科学与伦理间微妙之平衡，并以中华文化为基础解释之。

本书特色

　　★将过去四十年中《科学月刊》所刊载的各学科文章按编成专书。

编者简介

江建勋

　　辅仁大学生物学系毕业、英国伦敦大学大学学院解剖及发生生物学系博士班。主修：神经生物学、胚胎学、组织学。科学月刊社理事兼编辑委员、经济部标准检验局卫生及医疗器材国家标准技术委员会委员。

　　任教：辅仁大学全人教育中心及世新大学通识教育中心。

　　开课：通识课程「生物医学」、「人体疾病与生态」、「心理、生理与病理」。

　　着有《渐成基因与遗传设计》、《创伤之源起》；主编《生物医学》、《爱滋病肆虐三十载》、《生生不息的科学》(上、下)。

现代农业技术革新：从分子育种到精准农业的转型 图书简介 本书深入探讨了现代农业领域一系列革命性的技术进步，聚焦于如何利用尖端科学手段，实现农业生产效率的飞跃和可持续发展目标的达成。全书结构严谨，内容涵盖了从基础的分子生物学工具在作物改良中的应用，到宏观的智慧农业系统的构建与实施，旨在为农业科学家、技术人员、政策制定者以及关注未来粮食安全的高校师生，提供一份全面而深入的参考指南。 第一部分：分子生物学驱动的作物改良前沿 本部分详细剖析了传统育种方法在面对全球气候变化和人口增长压力时所面临的瓶颈，并系统地介绍了分子生物学技术如何成为解决这些挑战的核心动力。 第一章：作物基因组学与高通量测序的深度应用 本章首先回顾了作物基因组测序技术的发展历程，从第一代到最新的第三代测序技术（如PacBio和Oxford Nanopore），重点阐述了这些技术如何以前所未有的精度揭示复杂作物的基因组结构、变异位点和调控元件。书中详述了如何利用全基因组关联分析（GWAS）和选择性标记辅助育种（MAS）来快速识别与产量、抗逆性、营养品质等重要农艺性状紧密相关的基因标记。此外，还专门设立一节讨论了对重要经济作物（如水稻、小麦、玉米和豆类）的“泛基因组学”研究进展，强调了对种质资源多样性的全面挖掘对未来育种的战略意义。 第二章：转录组学与蛋白质组学在性状解析中的作用 作物性状的表型是基因型与环境互作的复杂结果。本章聚焦于如何利用转录组学（RNA-Seq）和差异表达基因分析来揭示特定环境胁迫（如干旱、盐碱、高温）下作物内部的分子响应网络。书中提供了多个案例研究，展示了如何通过识别关键的转录因子和信号通路，来设计更具针对性的改良策略。蛋白质组学部分则侧重于研究蛋白质的翻译后修饰及其在代谢调控中的关键作用，特别是在碳水化合物积累和次生代谢产物合成方面的最新发现。 第三章：基因编辑技术：精准靶向与安全应用 基因编辑技术被视为新一代育种工具的颠覆者。本章对CRISPR-Cas9系统在作物遗传改良中的应用进行了详尽的介绍，包括其工作原理、递送系统（如农杆菌介导、基因枪法）的优化，以及如何利用高通量筛选技术来验证编辑效率。重点讨论了碱基编辑器（Base Editors）和先导编辑器（Prime Editors）的出现，它们如何使定点突变和片段插入/删除更为精确和高效。书中还深入探讨了围绕基因编辑作物在全球范围内的监管环境、公众接受度以及保障其环境和食用安全的伦理考量。 第二部分：环境可持续性与精准农业的集成 第二部分将视角从分子层面提升到田间管理和生态系统层面，探讨如何将前沿技术融入到可持续农业的实践中。 第四章：土壤微生物组与植物健康 土壤是农业生产的物质基础，而土壤微生物组在养分循环、病虫害抑制和植物生长促进中扮演着核心角色。本章详细阐述了宏基因组学和微生物群落分析技术如何帮助我们理解和调控根际微生态环境。书中介绍了“生物肥料”和“生物农药”的开发流程，以及如何通过精准接种特定有益菌群来提高作物对低投入环境的适应性，减少对化学投入品的依赖。还探讨了土壤健康指标的数字化监测方法。 第五章：遥感与物联网驱动的精准田间管理 精准农业（Precision Agriculture）的核心在于“在正确的时间、正确的地点，施用正确量的投入品”。本章集中介绍了地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS/GNSS）在农田空间管理中的基础应用。重点剖析了无人机（UAV）和卫星遥感技术如何获取高分辨率的多光谱、高光谱及LiDAR数据，用于监测作物长势、识别水分胁迫和营养缺乏的早期信号。物联网（IoT）技术则被应用于构建实时数据采集网络，包括土壤水分传感器、气象站和植株生理监测设备，以及这些数据如何通过云平台进行集成和分析，指导变量施肥和灌溉决策。 第六章：大数据、人工智能与农业决策支持系统 数据是现代农业的“新石油”。本章探讨了如何处理和解析海量的农业异构数据（包括表型数据、环境数据、历史产量数据）。重点介绍了机器学习（ML）和深度学习（DL）算法在以下方面的应用：作物模型预测、病虫害爆发风险评估、最佳播期和收获期的优化推荐，以及自动化农机（如自动驾驶拖拉机、精准喷洒机器人）的导航与控制。书中提供了构建农业决策支持系统（DSS）的架构和关键技术栈。 第七章：智慧温室与受控环境农业（CEA） 面对城市化和土地资源稀缺的挑战，受控环境农业成为未来都市农业的重要方向。本章深入研究了现代温室和垂直农场的工程学基础，包括光照光谱调控（LED技术）、气候控制（CO2富集、湿度管理）和无土栽培技术（水培、气雾培）。重点在于如何将过程控制理论与实时监测数据相结合，实现对作物生长环境的超精细化调控，以实现全年份、高效率、高品质的作物生产。 结论：面向未来粮食系统的集成展望 全书最后总结了这些技术如何有机结合，共同构建一个更具韧性、更高效、对环境影响更小的未来粮食生产系统。本书不仅提供了技术细节，更强调了跨学科合作（生物学、信息科学、工程学）在推动农业现代化进程中的不可替代性。

主编序
分子生物技术的枢纽　魏耀挥
DNA微阵列　许志
透视生命的基因微阵列　杨士德
基因晶片与基因组研究　李玲慧、蔡世峰
微生物辨识DNA晶片　刘文佐
生物晶片研发概况　张维懋、袁俊杰
台湾基因研究秀出傲世成就？　江芳铭
双螺旋中的生命密码　陈文盛
生命密码的破译　李建会
基因工程的研究获得大奖　江建勋
基因工程的冲击　赵清贵、林淑端
基因工程的伦理思考　许汉
基因科技与风险全球化趋势　周桂田
基因解码后的社会震撼　李建会 
漫谈单核酸多型性　张猷忠
PCR的故事　潘震泽
细胞的蛋白质工厂─转译生命现象的核糖体　吕育修、谭婉玉
基因序列的X光机　吴思惠
微型核糖核酸的大世界！　程树德
你变了，粒线体DNA　蔡任圃
基因互换率雌雄有差异　蔡任圃
基因改造敲开疾病研究之门　蔡曜声、蔡佩珍

分子生物技术的枢纽
魏耀挥
任教于阳明大学生化研究所

历经十五年的设计改良与广泛应用，PCR已经站稳其位居分子生物学及生物医学发展的枢纽地位，同时也为生物技术产业带来了无限的商机。

在科学研究的过程中，偶而会有一种观念或研究方法的创新，进而带动了某一些领域的革命性发展与长足的进步。聚合 连锁反应（polymerase chain reaction，简称PCR）就是这样的一种分子生物学技术。这个技术的发展因为成功地结合了生物化学、分子生物学、生物技术及自动化操作，因而立下了一个科技发展的典范。它对廿世纪末生命科学和基础医学的研究发展，带来了全面性的影响，并且已逐渐地冲击着我们的日常生活。因此，有不少学者曾称PCR为近十余年来促进分子生物学及相关领域发展的最重要研究技术。

何谓PCR？

简单地说，聚合 连锁反应是运用一种具高耐热性质的DNA聚合 （thermostable DNA polymerase）在一对高特异性的引子（primers）引导下，在短时间内大幅增量某一特定之DNA序列（target sequence）的分子生物学技术。虽然DNA聚合 这种酵素及其催化反应，早在七0年代初期就已是生物化学研究的焦点，但是一直到八0年代初期才真正有应用DNA聚合 进行PCR的构思。第一篇真正的PCR论文是由当时任职于Cetus牛物科技公司的Kary B. Mullis（图一）和他的六个合作研究者于八五年发表于美国的《科学》（Science）上。

这项技术的基本原理是：先以高温处理拟增量的DNA样本（denaturation，变性阶段），使互补的两股DNA分开：再以一对含20－30个核 酸的引子结合于分开的两股DNA特定的部位上（annealing，黏合阶段）；最后，由高耐热性的DNA聚合 拷贝该对引子面对面所涵盖的那一段DNA序列（extension，扩展阶段），这样就完成了一个PCR循环；如此进行下去即可在很短的时间内以指数级数的方式大幅增量该特定的DNA序列（图二）。理论上，在进行n个PCR循环之后，即可将DNA增量为2n倍；因此，经过三十个PCR循环，就可以使一个DNA分子增加为230(1.071×109)个。

由于这个技术能以高选择性的方式快速量产（scale up）所要的基因片段或具特定功能的DNA序列，它的发展与应用潜力很快就受到许多不同科学领域的研究者注意。PCR不但很快地成为分子生物学研究的常规工具，同时也立即被用来检测各种与人类疾病有关的基因突变、病毒或细菌感染、食物与环境（水或土壤）中致病微生物及寄生虫的污染，甚至在一些特殊的刑事或民事案件上被运用于罪犯鑑定或亲子鑑定。而且，PCR技术也迅速地进人演化生物学、考古学、动物与植物育种等范畴，并改变了许多生命科学研究者的研究观念与实验方法。

基于PCR技术问世不到五年的时间，即对广泛的科技领域造成普遍性的影响，美国的《科学》乃将PCR选为八九年的「年度风云分子」（The Molecule of the Year），加州柏克莱大学生化系资深教授（也是当时《科学》的主编）Daniel E. Koshland特别为PCR获选的理由写了一篇社论。他认为当年同时有许多重要的科学研究与发展上的突破，但是PCR却遥遥领先所有的其他竞争者，因为评审们认为「PCR自从诞生以来几年间已经发展成为现代生物学最强而有力的研究工具之一」（PCR has developed into one of the most powerful tools of modern biology since its discovery several years ago）。而Mullis更因为研发PCR技术的卓越贡献荣获瑞典皇家学院颁授九三年的诺贝尔化学奖。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的内容真的非常前沿！我本身对生物技术一直有关注，但很多时候接触到的信息都是零散的，不成体系。而《生物晶片与基因工程》这本书，就像是把所有碎片化的知识点都串联了起来，形成了一个清晰的知识脉络。书里面关于生物晶片的设计原理和制造工艺，让我了解到这些微小设备是如何实现的，以及它们在生物检测和分析中的优势，比如高灵敏度、低样本需求等。更让我兴奋的是，它把这些晶片与基因工程紧密地结合起来，讲解了如何利用生物晶片进行基因测序、基因表达分析，甚至是基因功能研究。书中提到的“高通量筛选”概念，让我对药物研发和疾病研究的效率提升有了更直观的认识。我尤其喜欢它在讨论未来发展趋势时，提到的一些新兴应用，比如合成生物学在生物晶片上的应用，以及利用基因编辑技术来修复遗传性疾病等，这些都充满了科幻感，但又在技术上具有可行性。读这本书，感觉就像在和一位经验丰富的科学家在对话，他不仅告诉我“是什么”，还告诉我“为什么”和“将走向何方”。

评分☆☆☆☆☆

这本《生物晶片与基因工程》真的让我大开眼界！我一直对生命科学很有兴趣，但之前接触到的多是比较基础的知识，像是DNA的结构、遗传密码这些。读完这本书，我感觉自己就像搭上了一台高速列车，直接冲进了前沿领域。书里详细介绍了生物晶片的技术原理，让我这个普通读者也能理解那些复杂的微流控、微阵列等等概念，而且它还很清晰地解释了基因工程如何在这些晶片上实现，比如高通量筛选、单细胞分析，甚至还有一些基因编辑的应用。最让我印象深刻的是，作者没有只停留在技术层面，还花了相当大的篇幅讨论了这些技术在疾病诊断、药物研发、甚至个性化医疗上的实际应用前景。读到关于如何利用生物晶片快速检测病原体、监测癌症标志物的章节时，我真的觉得科技离我们这么近，未来医疗一定会因此发生翻天覆地的变化。虽然里面有些专业术语，但作者的处理方式很巧妙，通过丰富的图解和案例，让我能够循序渐进地掌握，不会觉得枯燥。总而言之，这是一本内容翔实、视野开阔的书，对于想要了解生物科技最新进展的读者来说，绝对是必读之选！

评分☆☆☆☆☆

作为一个对未来科技充满好奇心的学生，我一直很关注生物科技的发展。这次读到《生物晶片与基因工程》，我真的是被书中描绘的宏大愿景所震撼。它不只是一本技术手册，更像是一扇通往未来的窗口。书里对生物晶片的介绍，让我看到了微型化、集成化处理生物样本的强大潜力，特别是那些能够在微小空间内同时进行大量分析的技术，感觉就像是把一座庞大的实验室浓缩到了指尖。而基因工程与生物晶片的结合，更是让我看到了个性化医疗和精准诊断的无限可能。书中举例的很多应用场景，比如通过检测个体基因组信息来制定最有效的药物方案，或者通过微流控芯片快速筛查出潜在的致病基因，都让我感到非常激动。而且，它也没有回避这项技术可能面临的挑战，比如数据处理的复杂性、成本的控制以及法规的完善等等，这些现实的考量让这本书显得更加严谨和有价值。读完之后，我对生物科技在解决人类健康问题上的作用有了更深刻的认识，也更加坚定了未来投身于相关领域的决心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直就是为我这样对“基因”这个词既熟悉又陌生的读者量身定做的！我一直知道基因很重要，是我们遗传信息的基础，但具体是怎么运作的，又是如何被“工程化”的，一直是个谜。这本书就像一个非常耐心的老师，从最基础的DNA序列分析讲起，一步一步地带我们进入基因工程的奇妙世界。我尤其喜欢书中关于基因编辑技术的部分，CRISPR-Cas9的原理和应用被讲得非常生动，让我这个门外汉也能大致明白它是如何像“剪刀”一样精准地修改基因的。而且，它还讨论了这项技术可能带来的伦理和社会问题，这部分的内容非常深刻，让我不得不停下来思考。书中还穿插了一些历史性的发展和一些关键人物的故事，增加了阅读的趣味性，让我感觉基因工程的发展不是凭空出现的，而是无数科研人员不懈努力的成果。虽然我还没来得及深入研究生物晶片的部分，但仅仅是基因工程这块的内容，就已经让我受益匪浅，对我们未来的生活充满了期待，特别是关于疾病治疗和作物改良的可能性。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始拿起这本书，我并没有抱太大期待，觉得大概又是些晦涩难懂的技术术语堆砌。但读进去之后，我彻底被吸引了！《生物晶片与基因工程》这本书最让我惊艳的地方，在于它能够将如此复杂、前沿的科学技术，用一种相对易懂，甚至可以说是引人入胜的方式呈现出来。它不仅仅是介绍生物晶片和基因工程的“干货”，更是通过大量的案例和应用场景，让我看到了这些技术背后蕴含的巨大能量。比如，书中关于疾病早期诊断的章节，详细描述了如何利用生物晶片在微量样本中检测到关键的生物标志物，这对于提高疾病治愈率有着划时代的意义。再比如，基因工程在农业领域的应用，比如改良作物品质、提高产量，也让我看到了科技如何改善我们的生活。作者在阐述技术原理时，非常有技巧地融入了类比和图示，使得即便是对于初学者，也能慢慢理解那些抽象的概念。整本书的逻辑清晰，循序渐进，从基础到应用，从现状到未来，都做了详尽的介绍，让我感觉收获满满，对生命科学的未来充满了信心和好奇。