四川大学食品生物技术导论2014复习题.doc

段飞霞版本，标红的为今年的考题，题型为名词解释6个三十分，简答题4个四十分，阐述题2个三十分。1、 绪论1. 食品生物技术的基本概念：食品生物技术是现代生物技术在食品领域中的应用，指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的手段和方法设计新型的食品和食品原料。2. 食品生物技术研究的内容：（1）改善农业生产、解决食品短缺提高农作物产量及其品质（培育抗逆的作物优良品系、植物种苗的工厂化生产 、提高粮食品质、生物固氮，减少化肥使用量 、生物农药，生产绿色食品 ）发展畜牧业生产（动物的大量快速无性繁殖 、培育动物的优良品系 ）（2）食品生产、食品加工、食品检测（3）提高生命质量、延长人类寿命（开发制造奇特而又贵重的新型药品 、疾病的预防和诊断、基因治疗 ）（4）解决能源危机、治理环境污染（解决能源危机 、环境保护 ）（5）制造工业原料、生产贵重金属 （制造工业原料 、生产贵重金属 ）2、 基因工程1. 什么是基因工程？优点？利用重组DNA或扩增技术从工体生物基因组中分理出、或以人工合成的方法取得目的基因，通过一系列切割、加工修饰、拼接等方法产生重组DNA分子，将其转入适当的受体细胞并使重组基因在受体细胞中表达，以获得人类所需要的基因产物。优点：1.大大缩短育种年限 2.打破常规育种难以打破的物种隔离2. 基因工程的操作步骤？用限制性内切酶分离或人工合成目的基因，并制备运载体（质粒、病毒、噬菌体）；将目的基因与运载体用DNA连接酶连接组成重组体；将重组体导入细胞；筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体3. 什么是基因重组？利用限制性内切酶和其他一些酶类，切割和修饰载体DNA和目的基因，并将两者连接起来。主要包括4个步骤：目的基因的分离或制备；外源基因DNA与载体的连接反应；将重组DNA导入受体（宿主）细胞；通过筛选找到理想重组体的受体（宿主）细胞。4. 基因工程研究的理论依据是什么？不同基因具有相同的遗传物质基因是可切割和转移的多肽与基因存在对应关系，并且有相同的遗传密码基因的遗传信息是可以遗传的5. 什么是反义DNARNA？RNA怎么被沉默？反义RNA是指有义DNA链转录成的、与特异的靶RNA互补结合并能抑制靶RNA表达的一段序列。转录产生反义RNA的基因称为反义基因。反义基因技术是指把一段DNA序列以反义方向插入到合适的启动子和终止子之间，然后把此基因构建体转化到受体细胞中去，通过选择培养获得转化生物体的技术。RNA沉默的原理：形成双链RNA，在此基础上对目标RNA进行降解。方法（植物）：直接注射法、农杆菌介导法、病毒诱导基因沉默（VIGS）6. 如何分离目的基因？（1）酶切法（2）PCR法（3）化学合成法（4）基因组或cDNA文库法7. 什么是基因组文库？用限制性内切酶切割细胞的整个基因组DNA，可以得到大量的基因组DNA片段，然后将这些DNA片段与载体连接，再转化到宿主细菌中去。这样就形成了一个宿主细胞群，每个细胞的载体上都包含有特定的基因组DNA片段，整个宿主细胞群包含基因组的全部基因片段。这样的一个宿主细胞群称为基因组文库。8. cDNA文库和基因组文库的主要差别有哪些？（1）基因组文库克隆的是任何基因，包括未知功能的DNA序列；cDNA文库克隆的是具有蛋白质产物的结构基因，包括调节基因。（2）基因组文库克隆的是全部遗传信息，不受时空影响；cDNA文库克隆的是不完全的编码DNA序列，因它受发育和调控因子的影响。（3）基因组文库中的编码基因是真实基因，含有内含子和外显子，而cDNA文库克隆的是不含内含子的功能基因。9. 什么是克隆？外源基因的无性繁殖，具体指目的基因与载体连接成重组DNA以后，将其导入受体细胞进行扩增和筛选，达到大量的重组分子的过程。10. 常用的基因载体有哪些？有什么特征？基因工程的载体具备如下特征：1）能在宿主细胞内进行独立的稳定的DNA自我复制。在外源DNA插入其DNA后，仍能保持稳定的复制状态和遗传特性；2）易于从宿主细胞中分离，并进行纯化；3）在其DNA序列中有适当的限制性内切酶单一酶切位点。4）具有能够直接观察的表型特征（有报告基因），在插入外源DNA后，这些特征可以成为重组DNA选择的标志。常见的基因载体有:细菌质粒载体、农杆菌质粒载体、噬菌体载体、柯氏质粒载体和植物病毒载体等。11. 用作克隆的质粒满足什么条件？（1）具有转录复制起始点。（2）具有抗菌素抗性基因。（3）具有若干限制酶切单一识别位点。（4）具有较小的分子量和较高的拷贝数。12. 重组体的筛选与鉴定 报告基因的检测 转基因生物的PCR鉴定 目的基因分子杂交法（点杂交；Southern(DNA)/Northern(RNA)/Western(蛋白质)吸印杂交；原位（菌落）杂交技术13. PCR技术的基本原理PCR亦称多聚酶链式反应，或无细胞分子克隆法。在微量离心管中,加入适量的缓冲液, 微量的模板DNA,四种脱氧单核苷酸,耐热性多聚酶, 一对合成DNA的引物；通过高温变性、低温退火和中温延伸三个阶段为一个循环,每一次循环使特异区段的基因拷贝数放大一倍,一般样品是经过30次循环,最终使基因放大了数百万倍; 扩增了特异区段的DNA带。 14. 基因工程在食品工业中的应用？改造微生物菌种（使啤酒酵母产生-淀粉酶改良啤酒制作工艺）、改善食物原料品质（改善肉质、减少牛乳中乳糖含量、增加食物中维生素含量）、改良食品加工工艺（果糖）、改良食品风味（甜蛋白、酱油）、利用基因工程生产食品添加剂和功能性食品（将SOD酶导入酵母细胞）3、 细胞工程1. 什么是细胞工程？是细胞水平上的工程技术。以细胞为基本单位，在离体条件下进行培养或人为的精细操作，使细胞在体外大规模繁殖，细胞的一些生理学特性按照人们的意愿进行改变，从而得到体外生产生物产品的目的。通常认为，细胞工程包括细胞融合、细胞核移植、细胞器移植和组织培养等技术内容。2. 什么是细胞的全能型？体细胞具有产生完整个体的潜能的特性。原因是生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。 3. 什么是外植体？外植体：指用于离体培养的活的植物组织、器官等材料。愈伤组织：外植体组织增生产生的一团不定形的疏散排列的薄壁细胞。（颗粒细小、疏松易碎、生长快的为佳）4. 细胞融合技术的过程：两个和多个细胞相互接触后，其细胞膜发生分子重排，导致细胞合并、染色体等遗传物质重组的过程称为细胞融合。细胞融合的主要过程包括：制备原生质体、诱导细胞融合、筛选杂合细胞。5. 动植物细胞培养的对比（条件区别？成果区别？目的？）：比较项目植物组织培养动物细胞培养原理细胞的全能性细胞增殖培养基性质固、液体培养基液体培养基培养基特有成分蔗糖 植物激素葡萄糖 动物血清培养结果植物体细胞株、细胞系培养目的快速繁殖、培育无病毒植株获得细胞或细胞分泌蛋白等6. 动植物细胞工程在工业中的应用：动物细胞工程的应用主要是利用动物细胞大规模培养技术生产植物和微生物难于生产的具有特殊功能的蛋白质物质。例如：（1）在疫苗生产上的应用；（2）在干扰素生产上的应用；（3）在单克隆抗体生产上的应用；（4）在其他基因重组产品生产上的应用。利用植物细胞生产次生产物在工业中具有重要的意义。例如植物细胞工程在工业生产中应用如下：（1）生产香料；（2）生产调料；（3）生产食品添加剂；（4）生产天然食品；（5）生产植物药。 7. .固定化细胞培养的概念、步骤、特点？固定化细胞培养：是指将细胞固定在一种惰性基质上，细胞不运动而使营养液在细胞间流动进行培养增殖的技术。按照其支持物不同可以分为两大类：（1）包埋式固定化培养系统：支持物多采用琼脂、琼脂糖、藻酸盐、聚丙 烯酰胺等；（2）附着式固定化培养系统：支持物采用尼龙网、聚氨酯泡沫、中空纤维等材料。固定化细胞培养优点（1)可以较容易地控制培养系统的理化环境，从而可以研究特定的代 谢途径，并便于调节；(2)由于细胞固定在支持物上，培养基可以不断更换 ，节约生产时间；(3)可以从培养基中不断提取产物，因此，它可以进行连续生产。8. 固定化细胞培养在食品工业上的应用：果葡糖浆生产、啤酒的后发酵生产、或柠檬酸生产固定化酵母细胞用于啤酒的后发酵阶段：在主发酵工艺阶段形成的嫩啤酒，在风味、组成等方面需经后熟工艺才能达到产品质量要求。后熟的目的是完成残糖的后发酵，增加啤酒的稳定性，饱和C02，充分沉淀蛋白质、澄清酒液；消除双乙酰、醛类及H2S等指标，达到陈品的规定值。传统啤酒的后熟工艺需要三周时间，而用固定化酵母细胞只需要几天时间。4、 蛋白质工程1. 蛋白质改造的基本步骤：蛋白质工程的基本步骤：（1）分离纯化目的蛋白，使之结晶,进行分析,得到其空间结构的尽可能多的信息。（2）对目的蛋白的功能作详尽的研究，确定它的功能域。（3）通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系分析，找出关键的基团和结构。（4）围绕这些关键的基团和结构提出对蛋白质进行改造的方案，并用基因工程的方法去实施。（5）对经过改造的蛋白质进行功能性测定。2. 蛋白质工程的改造策略：（1）初级改造：随机突变定向突变（定位突变、盒式突变）（2）结构域的拼接（3）全新蛋白质的设计和改造（4）蛋白质定向改造5、 酶工程1. 什么是生物酶工程？生物酶工程是以酶学和DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物，亦称为高级酶工程。生物酶工程主要包括三个方面：克隆酶、突变酶、新酶。2. 怎样进行酶的固定化？吸附法（物理吸附法、离子吸附法）包埋法（聚丙烯酰胺凝胶包埋法、辐射包埋法、卡拉胶包埋法、大豆蛋白包埋法和微胶囊法）共价键结合法交联法3. 与游离酶相比，固定化酶的优点？缺点？问题？优点：（1） 固定化酶的稳定性一般比游离酶的稳定性好，主要表现在：对热稳定性提高，可以耐受较高的温度；对变性剂、抑制剂耐受性提高，在尿素、有机溶剂和盐酸胍等蛋白质变性剂的作用下，仍可保留较高的酶活力；对蛋白酶的抵抗性增强，不易被蛋白酶水解；半衰期延长，可以在一定条件下保存较长时间等。（2） 提高酶的催化效率（3） 可反复或连续使用（4） 反应物与产物易于分开固定化酶的最适作用温度一般与游离酶差不多，活化能也变化不大，但也有些固定化酶的最适温度与游离酶比较会有较明显的变化。酶经过固定化后，其作用的最适pH往往会发生一些变化。固定化酶的底物特异性与游离酶比较可能有些不同，其变化与底物相对分子质量的大小有一定关系。对于那些作用于低分子底物的酶，固定化前后的底物特异性没有明显改变。而对于那些可作用于大分子底物，又可作用于小分子底物的酶而言，固定化酶的底物特异性往往会发生变化。4. 什么是生物传感器？什么是酶传感器？生物传感器是利用生物活性物质（即生物元件）做敏感器件，配以适当的换能器（即信号传导器）所构成的分析检测工具。生物传感器主要由信号感受器和信号转换器组成，能够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系统便于接收和处理的信号。）酶传感器是发展最成熟的一种生物传感器，它在固定化酶的催化作用下，生物分子发生化学变化后，通过换能器记录变化从而间接测定出待测无浓度。（最成熟：葡萄糖传感器）6、 发酵工程1. 发酵工程的概念？发酵工程是做什么的？发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。2. 什么是种子（发酵菌种）的扩大培养？种子扩大培养是发酵生产的第一道工序。就是将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接种到试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。3. 什么是发酵动力学？发酵动力学以化学热力学（研究反应的方向）和化学动力学（研究反应的速度）为基础，研究发酵过程中细胞生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律，其研究内容包括：细胞生长或死亡动力学、基质消耗动力学、氧消耗动力学、产物合成和降解动力学、二氧化碳生成动力学和代谢热生成动力学。4. 发酵过程的控制（pH，温度，溶解氧，泡沫）：1）温度对发酵工程的影响：发酵热包括生物热、搅拌热、蒸发热等，发酵过程中的温度对不同种类微生物的生长周期、生长速度、微生物酶均有影响；温度影响微生物培养液的物理性质，从而导致氧溶解度、氧传递速度的改变；温度影响菌株代谢产物的合成方向和合成效率。生产过程中可以通过在发酵设备上安装热交换器、调整培养基成分和浓度等来方法来控制温度对发酵过程的影响。2）pH对发酵过程的影响：pH通过影响微生物的酶活性、抑制或激发酶、影响微生物细胞膜所带电荷状态，来对微生物代谢的生长繁殖和代谢产物的形成、积累都会产生影响。通过调节培养基的碳氮比、溶解氧、消泡油成分，或在中间补料过程中加入碱性物质或酸性物质来调节pH。3）溶解氧对发酵过程的影响：好氧微生物和厌氧微生物对溶解氧的需求不同，溶解氧还影响微生物的代谢途径，相应改变代谢产物。提高溶解氧的方法：提高饱和溶解氧浓度、降低发酵液中主流溶解氧浓度、提高液相体积氧传递系数等方式。4）基质浓度对发酵过程的影响：基质浓度对菌体生长和代谢产物的积累有重要影响。通过对补料的内容、补料量、方式进行控制来改变培养基各成分的浓度来满足发酵的要求。5）泡沫对发酵过程的影响：过量的泡沫对发酵过程的不利影响可以使发酵罐的装填系数减少，造成大量逃液，导致产物损失，增加染菌机会，改变微生物生长环境，增加群体的非均一性，影响通气搅拌的正常进行，妨碍微生物的呼吸，造成发酵异常，导致产量下降，甚至导致微生物菌体自溶。此外，消泡剂也会给发酵产物后期的分离纯化带来不利影响。常用的消泡方法有：化学消泡法、机械消泡法和物理消泡法。5. 发酵工程在食品工业中的应用：答案应包括但不局限于以下几个方面：传统发酵产品（酒、氨基酸等）；生产各种食品添加剂（鲜味剂、酸味剂等）；解决粮食短缺问（如单细胞蛋白的生产，通过发酵可获得大量的微生物菌体单细胞蛋白）。7、 生物工程下游技术1. 生物工程下游技术的基本路线，操作单元和主要步骤？生物工程下游工程的基本路线可分为预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工等5个主要步骤。预处理包括：加热、调节pH、凝聚或絮凝等措施；固液分离：珠磨、匀浆、酶溶、过滤、离心等单元操作；初步纯化：包括萃取、吸附、沉淀、离心等单元操作，将目的成分与大部分杂质分离开来；精细纯化：采用层析、电泳、分子蒸馏等单元操作，将目的成分与杂质进一步分离，使产物的纯度达到国家标准或企业标准。成品加工：采用洁净、浓缩、干燥等单元操作，将目的产物加工成适应市场需要的商品。2. 生物工程下游技术的特点生物工程下游技术是生物技术产业工业化的必不可少的重要组成，其主要特点如下：（1）在原料液中目标成分的含量较低，10%；（2）原料液是复杂的多相体系；（3）目标成分的稳定性差，在不适宜的分离条件下会分解和失活；（4）要求产品的纯度要高。8、 食品安全性评价1. 生物技术食品安全性评价的内容：（1） 过敏性评价（2） 毒理学评价（3） 营养成分评价（4） 维生素抗性标记基因（5） 非期