现代生物工艺学(期末考试的题库).docVIP

1、生物技术：凡是涉及生物的应用、工艺与工程及其基础的领域均包含在生物技术范畴。生物技术涵盖生物工程、生化工程、生物系统工程、工业微生物等。现代生物技术的范畴已扩展到基因工程、代谢工程、组织工程、细胞工程、生理工程、体外进化、直接进化、分子育种等。2、原生质体：脱去细胞壁的细胞叫原生质体，是一生物工程学的概念。如植物细胞和细菌(或其它有细胞壁的细胞)通过酶解使细胞壁溶解而得到的具有质膜的原生质球状体。动物细胞就相当于原生质体。3、遗传育种：操纵和改良微生物菌种以提高他们的代谢能力的科学技术。4、分批培养：是一种准封闭式系统，种子接种到培养基后除了气体流通以外，发酵液始终留在生物反应器内。5、临界氧：不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，对产物而言就是不影响产物合成所允许的最低浓度。6、半衰期：固定化酶活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间。7、合成培养基：通过顺序加入准确称量的高纯度化学试剂与蒸馏水配制而成的，其所含的成分（包括微量元素在内）以及他们的量都是确切可知的。8、补料-分批培养：在分批培养过程中补入新鲜料液，以克服由于养分的不足，导致发酵过早结束。9、比生长速率：它是表征微生物生长速率的一个参数，也是发酵动力学中的一个重要参数。其大小为0.693除以倍增时间td（菌体量倍增）。10、载体：能够运载外源DNA片段进入宿主细胞，并稳定遗传的DNA分子。11、诱变剂：凡是能引起生物体遗传物质发生突然或根本的改变，使其基因突变或染色体畸变达到自然水平以上的物质，统称为诱变剂。12、恒浊器：一种以光电池监控培养物的浊度，并通过调节补料速率使培养物的浓度维持恒定的培养系统。13、耗氧速率：指生物和微生物进行有氧呼吸作用所消耗氧气的速率。14、基因组文库：含有某种生物体（或组织、细胞）全部基因的随机片段的重组DNA克隆群体。15、工业微生物：通过微生物的代谢，把便宜的原料转化成有价值的商品的微生物。属于生物技术的范畴，但不包括动物、植物细胞。16、限制性核酸内切酶：识别DNA的特定序列，切断识别点或其周围的DNA链的一类内切酶。17、恒化器：以恒定的速度流出培养液，使容器中的微生物生长繁殖始终低于最高生长速度的条件下进行生长繁殖的连续培养装置。18、天然培养基：天然培养基也称复合培养基，是指一类利用动、植物或微生物体包括用其提取物制成的培养基，这是一类营养成分既复杂又丰富、难以说出其确切化学组成的培养基。19、固定化细胞：指固定在水不溶性载体上，在一定的空间范围进行生命活动（生长、繁殖和新陈代谢等）的细胞。（固定化微生物细胞：将微生物自然固定或定位于一定的有限空间，保持固有的催化活性，并能重复使用，固定化微生物细胞能继续增殖、休眠和死亡，但它的酶活性保持不变。）20、呼吸熵RQ：指单位时间内进行呼吸作用的生物释放二氧化碳的量与吸收氧气的量的比值。1、菌种保藏的方法有：斜面保藏法、石蜡油保藏法、载体保藏法、液体保藏法、冷冻保藏法、冷冻干燥保藏法。2、培养基的组分包括：碳源、氮源、无机盐及微量元素和前体、生长因子、促进剂和抑制剂。3、工业生产中常用的微生物主要有：细菌、酵母菌、霉菌和放线菌。4、微生物的培养模式可分为：分批培养、补料-分批培养、半连续培养、连续培养。5、根据培养基组成可分为：合成培养基和天然培养基。6、基因重组操作中常用的工具酶有：限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、磷酸酶、末端脱氧核苷酸转移酶。一、简述现代生物技术的主要应用领域。1、生物医药：治疗用重组蛋白与生物分子包括细胞因子、生长因子、酶、抗体和甾体。免疫治疗药物：-干扰素用于治疗卡波西肉瘤、生殖器瘤、多毛细胞白血病、若干类型肿瘤与病毒感染的治疗试剂；抗传染病药物：第一个上市的亚基疫苗是由酵母生产的乙肝病毒表面抗原疫苗；哺乳动物生长因子：G-CSF用于因化疗诱发的白细胞缺少症，还有表皮生长因子、成纤维细胞生长因子等；生物医疗药物、血制品：红细胞生成素、溶解血栓的药物、凝血剂、单克隆抗体。2、初级代谢产物的生产：乙醇（纤维素生产乙醇，用生物乙醇代替汽油），氨基酸（用重组DNA技术改良氨基酸工业生产菌），维生素、核酸等初级产物的生产。3、次级代谢产物的生产：将lat克隆到带小棒链霉菌中提高头霉素C的生产，置换某些基因的原有的启动子提高青霉素产量。4、酶的改良：用遗传、推理重新设计、定向进化等方法形成各种改良性质的酶，如提高或修饰其对映体选择性，改变其对基质的特异性，在溶剂中的稳定性。5、生物转化：重组DNA技术被用于开发新的生物转化技术。用重组大肠杆菌通过两条代谢途径从葡萄糖生产1,3-丙二醇；通过基因破坏与扩增使饱和与未饱和的碳基质进行氧化性生物转化形成末端二羧酸。6、农业：重组DNA技术的应用形成具有耐除草剂、病毒、昆虫和致病微生物的的植物；富含铁质、类胡萝卜素的转基因谷物。7、聚合物：用过氧化物催化酚的聚合形成聚酚类树脂用于取代有毒的酚醛树脂作为粘合剂和相片显色剂。8 、海洋生物技术：生物技术具有开发海洋生物巨大生化潜力的作用，这种潜力是指新生物药物、工业与诊断用的酶、食品与保健食品添加剂、各种辅助材料和能源。9 、植物保护：改造植物基因让植物免疫，检测植物致病菌，拮抗植物病害的微生物的培养，生物杀虫剂。10、太空生物技术：生物技术中微重力会诱导活的生物体与原生质培养物的生物变化。二、简述基因重组中载体应具备的基本性质和特点。1、具有若干可供外源DNA插入的限制性核酸内切酶的位点，插入外源DNA片段后不影响其进入宿主细胞和在宿主细胞中复制；2、能高效进入宿主细胞，并能在一定程度上相对稳定存在；3、有较高的自主复制能力4、带有显性的转化子选择标记和方便检测的重组子识别筛选的标志；5、带有实现载体功能所必须的基因序列。三、简述微生物发酵工艺的主要四种模式及其特点。1、分批培养：一种封闭式系统，发酵过程中发酵液的成分不断的变化，发酵液始终留在反应器内，所有液体的流量等于零，分为六个时期：停滞期：=0，细胞数量不变；长短取决于种子的活性、接种量、培养基的可利用性和浓度。加速期：从最小值升为最大值。对数期：最大，长短取决于培养基的可利用性和有害代谢产物的积累。减速期：不断下降，养分减少、有害代谢物积累、细胞形态退化，长短取决于菌对限制性基质的亲和力。静止期：=即净生长速率=0，生长与死亡动态平衡，次级代谢产物大量合成，菌的形态也发生较大变化，如菌分化，颜色变浅，形成空胞等。死亡期：，生长呈负增长；养分耗尽，有害代谢产物大量积累，开始时间取决于菌的种类和培养条件。生长关联型：初级代谢产物的形成与生长关联，次级代谢产物的形成与成长非直接关联。非生长关联性：产物的形成只与细胞的积累量有关优点：操作简单，周期短，染菌的机会减少，生产过程、产品质量易掌握。缺点：存在基质抑制问题，出现二次生长现象，产率较低。2、补料-分批培养：在分批培养过程中补入新鲜料液，以克服由于养分的不足，导致发酵过早结束。发酵液体积不断增加优点：系统维持很低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应，按设备的通气能力维持适当的发酵条件，减缓代谢有害物的不利影响，不需严格的无菌条件，不会产生菌种老化和变化的现象。3、半连续培养：放掉部分发酵液再补入适当料液补充养分和前体，代谢有害物被稀释，有利于产物的继续合成。缺点：（1）丢失未利用的养分和处于生产旺盛期的菌体；（2）发酵液被稀释，送去提炼的发酵液体积更大；（3）被稀释后可能产生更多的有害代谢物，最终限制发酵产物的合成；（4）一些经代谢产生的前体可能消失；（5）有利于非产生菌突变株的生长。应用：由海洋微澡产生的藻红素，多糖和多不饱和脂肪酸的生产上。4、连续培养：一面补入新鲜的料液，一面以相近的流速放料，维持发酵液原来的体积。优点：操作简单，产品质量稳定，对发酵设备以外的外围设备利用率高，及时排除对发酵有害的物质，有效延长分批培养中的对数期。缺点：菌种的稳定性问题，杂菌污染。四、简述基因工程中常用的几种工具酶。1、限制性核酸内切酶：识别DNA的特定序列，切断识别点或其周围的DNA链的一类内切酶。类限制性核酸内切酶：具有修饰活性，限制性内切酶活性；类限制性核酸内切酶：切割DNA特异性最强；类限制性核酸内切酶：既有内切酶活性，又有修饰酶活性。2、DNA连接酶：催化DNA中相邻的5磷酸基与3羟基间形成磷酸二酯键，使DNA片段之间的切口封合；主要用途是将不同的DNA片段连接起来。3、DNA聚合酶：催化DNA体外合成反应，这些酶作用时大多需DNA模板，合成产物的序列与DNA模板互补。4、磷酸酶：去除DNA的5磷酸基团的催化特性，可被用于抑制质粒DNA的自身连接和环化、串联寡聚物的形成。五、简述生物酶固定化工艺中常用的方法类型。载体结合法：将酶结合于水不溶性载体的一种固定化方法。1、物理吸附法：酶被物理吸附于不溶性载体的一种固定化方法。载体有活性炭、多空玻璃、大孔型合成树脂、陶瓷等。优点：酶活性中心不易被破坏和酶高级结构变化少。缺点：酶与载体相互作用力弱，酶易脱落。2、离子结合法：酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体的一种固定化方法。载体有多糖类离子交换剂、合成高分子离子交换树脂。优点：操作简单，处理条件温和，酶的高级结构和活性中心的氨基酸残基不易被破坏，酶活回收率较高。缺点：载体和酶的结合力较弱，易受缓冲液种类或PH的影响。3、共价结合法：酶以共价键结合于载体的固定化方法。操作时要注意两点：一是将载体有关基团活化，然后与酶有关基团发生偶联反应；另一种是在载体上接上一个双功能试剂，然后将酶偶联上去。优点：酶与载体结合牢固，不会因底物浓度高或存在盐类等原因而轻易脱落。缺点：反应条件苛刻，操作复杂，酶蛋白高级结构变化，活性中心遭到破坏，不能用于微生物固定。4、交联法：双功能或多功能试剂使酶与微生物或微生物与微生物细胞之间交联的固定化方法，不使用载体。优点：固定化酶比活提高缺点：反应条件比较激烈，固定化的酶活回收率一般比较低。5、包埋法网格型：将酶或微生物包埋在高分子凝胶细微网格中；微囊型：将酶或微生物包埋在高分子半透膜中。此法只适用于小分子底物和产物的酶，对于那些作用于大分子底物和产物的酶是不适合的。缺点：反应条件要求，高制备成本高优点：一般不需与酶蛋白的氨基酸残基进行结合反应，很少改变酶的高级结构，酶活回收率较高。六、简述从自然界中分离菌种一般应遵守的原则。1、明确待分离的菌种属于哪一类型；2、确定采集样品地点的生态特征；3、将采集的样品归类，如植物部分、土壤部分、水分等；4、列出培养时应参考的一些参数，如PH、盐浓度、温度、土壤组分以及海拔高度等；5、列出培养时应考虑的一些底物，如森林泥土里的木质素、纤维素，沼泽里的几丁质等；6、综合考虑以上因素，确定培养时的添加物以及培养条件等；7、根据以上条件对现有的分离过程进行修改以符合特定微生物的生长需要；8、采用优化过的分离步骤富集感兴趣的微生物菌种。七、简述基因工程育种的原理和方法。原理：通过基因克隆的方法，交换或导入相关的基因，通过基因量的增加或调控基因能力的加强提高微生物的合成能力；通过阻断不需要的旁路代谢途径增加主要途径的代谢流，从而达到减少副产品，提高主要产物产量的目的；方法：建立合适的宿主和载体系统，使质粒的转化率达到一个较高水平，用适当的调控方法控制这些基因的表达，有效的方法克隆这些基因。八、简述发酵过程中跟踪检测的主要参数及其意义。1、温度：温度对生长和生产的影响是不一样的，影响酶的活性从而影响过程的各种反应速率，改变发酵液的物理性质，影响生物合成方向，对代谢有调节作用。2、PH：是代谢活动的综合指标，微生物生长阶段和产物合成阶段最是PH通常不同；PH的变化会影响各种酶活、基质利用速率和细胞结构，从而影响菌的生长和产物的合成；影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜渗透性的变化，从而影响菌对养分的吸收和代谢产物的分泌；在培养液的缓冲能力不强的情况下，PH可反映菌的生理状况；最适PH的选择准则是获得适量的菌量和最大比生产速率。3、溶氧DO：是需氧微生物所必须的，DO的高低不仅取决于供氧还取决于需氧状况；发酵中用空气饱和度（）来表示；溶氧浓度的变化可以反映菌的生长生理状况，对数期明显下降，生长衰退或自溶时逐渐上升；发酵异常的指示，中间补料的判断，杂菌污染，代谢方向的控制指标；限制养分的供给提高DO，降低发酵温度提高DO。4、CO2：是呼吸和分解代谢的终产物，重要基质；溶解在发酵液中的CO2对氨基酸、抗生素等发酵有抑制或刺激作；影响细胞膜的结构，使膜的流动性及表面电荷密度发生变化因而生长受到抑制，形态发生变化；发酵罐中的CO2分压是液体深度的函数；CO2的释放速率曾被用来估算细胞量、比生长速率和控制补料-分批发酵5、加糖，补料：分批发酵常因配方中糖量过多造成细胞生长过旺，供氧不足，补料及时供给菌合成产物的需要；确定描述菌生长、青霉素生产和基质消耗模型参数，来优化不同设备供氧能力的补糖速率；以发酵液中的残糖浓度为指标；青霉素发酵作为补料系统用于次级代谢产物生产的范例。6、比生长速率：代表生物反应器的动态特征的一个重要参数。7、菌丝生长形式：细胞的形态是菌的一种性质，受培养条件影响，是抗生素生产的重要参数。8、物理因素：超声波、微波、磁场、电流、机械搅拌9、氧化还原电位：对发酵液中的氧化还原电位的研究是以低DO浓度和氧是氧化剂作为条件的，氧化还原电位可用于控制微氧发酵过程。九、简述诱变育种的方法及步骤。方法：利用物理、化学等诱变剂均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显著提高的基础上，采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选出少数符合母的的突变株，以供科学实验或生产实践使用。步骤：出发菌株斜面培养（或摇瓶培养）单细胞或单孢子悬液诱变剂处理平板分离斜面培养（或摇瓶培养）初筛斜面培养（或摇瓶培养）复筛斜面培养（或摇瓶培养）中试生产实践。十、简述微生物菌种保藏的方法。1、斜面保藏法：将要保藏的微生物接种于斜面培养基上，待生长后封住试管口放于4冰箱保藏。适用于细菌、酵母、防线菌、霉菌。2、石蜡油保藏法：霉菌、酵母菌、放线菌、需氧细胞、不易冷冻干燥的微生物等的保藏，限制氧的供给而达到削弱微生物的代谢作用的目的。3、载体保藏法：将微生物吸附在适当载体上进行干燥保藏的方法。常用的方法包括：土壤保藏发，沙土保藏法，硅胶保藏法，磁珠保藏法，麸皮保藏法，纸片保藏法。4、液体保藏法：将微生物混悬于适当溶液中进行保藏的方法。常用的有：蒸馏水保藏法（适用于霉菌、酵母、绝大部分放线菌），糖液保藏法（适用于酵母菌），磷酸盐缓冲液保藏法（对酵母和霉菌的效果较好），食盐溶液保藏法（适用菌种范围广，对细菌效果更好）5、冷冻保藏法：适用于抗冻力强的微生物，是保藏微生物菌种的最简单而有效的方法。常用的方法包括：低温冰箱保藏法（20、