食品生物技术导论答案最终.docx

食品生物技术
绪论
名词解释
1 食品生物技术
食品生物技术(food biotechnology)：是现代生物技术在食品领域中的应用，是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它学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料
2 基因工程
基因工程：通过一系列技术操作过程，获得人们预先设计好的生物，该生物所具有的特性往往是自然界不存在的。是用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切，拼接，重组形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中得以高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。
3 细胞工程
细胞工程(cell engineering)：在细胞水平研究、开发、利用各类细胞的工程。是人们利用现代细胞分子生物学的研究成果，根据需求设计改变细胞的遗传基础。
4 蛋白质工程
蛋白质工程(protein engineering)：通过对Pr化学、Pr晶体学和动力学的研究，获得有关Pr理化特性和分子特性的信息，以此为基础有目的设计改造编码蛋白的基因，通过基因工程技术获得可以表达Pr的转基因生物系统，该生物系统可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物，或细胞系统。最终产出改造过的Pr
5 酶工程
酶工程(enzyme engineering)：利用酶催化作用进行物质转化的技术，是酶学理论、基因工程、蛋白质工程、发酵工程相结合而形成的一门新技术
6 发酵工程
发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程等学科基本原理有机结合，是建立在基因工程技术基础上的一门应用技术性学科。
7 生物工程下游技术
生物工程下游技术(biotechnique downstream processing)：将发酵工程、 酶工程、蛋白质工程和细胞工程生产的生物原料，经过提取、分离、纯化、加工等步骤，最终形成产品的技术
二 问答题
1 食品生物技术研究内容包括哪些？
内容：基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程、生物工程下游技术、现代分子检测技术
2 食品生物技术在食品工业发展的地位如何?
地位食品生物技术研究内容已涉及到食品工业的方方面面，从原料到加工无处不存在食品生物技术的痕迹。利用基因工程技术以根据人类的需要人为地设计新型的食品及食品原料，基因工程还可以为发酵工程提供更优良的工株，促进食品发酵工业的发展。（1）基因工程将处在21世纪食品工业的核心位置；（2）发酵技术很早被人们用于生产食品，食品发酵工程在食品工业中占有举足轻重的作用；（3）食品及酶的关系密切，食品生产离不开酶处理，蛋白质工程和酶工程在食品工业中所占比重将会更大；（4）生物工程下游技术作为现代食品工业不可缺少的部分将对食品工业的发展起到推动作用。
3 叙述一下你对生物技术食品的安全性，特别是转基因食品的安全性有何看法?
①转基因食品中外源基因对人健康的潜在危险；
②转基因作物新基因对食物链其它环节的不良后果；
③转基因植物对生物多样性的影响。
第二章
一、名词解释
1 基因工程
基因工程：通过一系列技术操作过程，获得人们预先设计好的生物，该生物所具有的特性往往是自然界不存在的。是用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切，拼接，重组形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中得以高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。
2 基因工程载体
基因工程载体(vector or carrier)：在细胞内具有自我复制能力的、运载目的基因进入宿主细胞的运载体。
3 限制性内切酶
限制性内切酶 (restriction enzyme: RE)：在特定部位限制性地切割DNA分子的酶。通过该酶作用，生物基因被切成许多独立小片段，从中分离出目的基因，进一步克隆、鉴定它们。有三种限制性内切酶!
4 黏性末端
有些限制性内切酶切割DNA后产生5’磷酸基团突出的末端和3’羟基突出的末端，统称为黏性末端。
5 平末端
一些在切割两条链两端平整 (平末端)的DNA分子，这些末端叫平末端(blunt end)。
6 DNA连接酶
能将两段DNA拼接起来的酶称DNA连接酶(ligase)
13 外源基因
插入到载体内的非自身的DNA片段称为外源基因(foreign gene)。
14 目的基因(objective gene)
目的基因(objective gene)，又叫靶基因( target gene) ，是指根据基因工程的目的和设计所需要的某些DNA分子的片段，含有一种或几种遗传信息的全套密码(code)。
15 人工接头
人工接头(linker) 是人工合成的具有特定限制性内切酶识别和切割序列的双股平端DNA短序列，将其接在基因片段和载体DNA上，使它们具有新的内切酶位点，用相应的内切酶切割，就可以分别得到互补的黏性末端
16 转化及转染
转化(transformation) 使重组体DNA分子在热休克(heat shock)的短暂时间内被导入受体。
转染 未包装病毒DNA导致基因转移的现象。
17 受体细胞
受体细胞 也叫宿主细胞，分原核受体细胞(最主要是大肠杆菌)、真核受体细胞(最主要是酵母菌)、动物细胞和昆虫细胞(真核受体细胞)。
18 DNA体外重组
将目的基因及载体连接在一起，称DNA体外重组。
19 基因重组(gene recombination)
是基因工程的核心，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
20 亚克隆(sub-cloning)
把DNA片段从某一类型的载体无性繁殖到另一类型载体的过程称亚克隆(sub-cloning)。
21 同族酶
同族酶 也叫同裂酶(isoschizomer)，指来源于不同机体但具有相同识别和切割序列的酶。
22 克隆(cloning)
目的基因及载体连接成重组DNA后，将其导入受体细胞进行扩增和筛选，得到重组子，这就是外源基因的无性繁殖—克隆(cloning)。
23 热休克
24 体外包装(in vitro package)
在体外将重组体DNA放置到噬菌体蛋白质外壳内，再通过正常噬菌体感染过程导入宿主细胞。将重组子噬菌体包装成噬菌体颗粒，使其能够感染细菌，并在宿主菌体内扩增和表达外源基因。
25 共转化(co-transformation)
将外源基因及报告基因(report gene)共同导入感受态真核细胞的方法，称“共转化”(co-transformation)。
26 电转化(electro-transformation)
电转化(electro-transformation) 也称高压电穿孔法 (high-voltage electroporation，简称电穿孔法electro-poration) ，向受体细胞施加短暂的高压脉冲电流，使质膜形成纳米大小微孔，DNA直接通过这些微孔，或作为微孔闭合时所伴随发生的膜组分重新分布而进入细胞质中。
27 微注射技术(micro-injection)
微注射技术(micro-injection) 也称直接显微注射技术(directmicro-injection) ，用微吸管吸取供体DNA溶液，在显微镜下准确插入受体细胞核中，将DNA注射进去。此法常用于转基因动物的基因转移。
28 脂质体(liposome，人工膜泡)
脂质体(liposome，人工膜泡)作为体内或体外输送载体的方法，一般都需要将DNA或RNA包囊于脂质体内，然后进行脂质体及细胞膜的融合， 通过融合导入细胞。
39 重组DNA载体转化法
简称载体法，是以载体为媒介的基因转移，即将目的基因连接于某一载体DNA上，然后通过宿主感染受体植物而将外源基因转入植物细胞的方法—最常用。
30 反义RNA (antisense RNA)
反义RNA (antisense RNA) 指有义(sense) DNA链转录成的、及特异靶RNA互补结合并能抑制靶RNA表达的一段序列。
31 反义基因(antisense gene)
转录产生反义RNA的基因称之为反义基因(antisense gene)。
二简答题
1 基因工程基本过程
基因工程基本过程：利用重组DNA技术，经体外“cut”和“splice”等方法，改造和重组生物基因，再导入受体细胞中增殖、表达，产出人类需要的基因产物。
2 基因工程主要内容
基因工程主要内容：切、接、贴和检查、修复等。基因工程操作4步骤
①由供体分离出目的基因or人工合成目的基因并制备运载体(质粒、病毒或噬菌体) ；
②目的基因经DNA连接酶接入运载体—重组体；
③将重组体引入宿主细胞；
④筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体。
3 Ⅱ型限制性内切酶命名原则：
Ⅱ型限制性内切酶命名原则：有机体属名第一个字母(大写、斜体)和种名前两个字母(小写、斜体)构成基本名称，株系数字通常省略；若酶存在于一种特殊菌株中，在基本名称后面加上菌株名称符号；罗马数字表示从同一个细菌中分离出来的不同限制性内切酶。
4 Ⅱ型限制性内切酶作用特点及主要用途
特点：①位点特异性酶，识别双链DNA分子中特异序列，在特异部位水解双链DNA中每一条链上的磷酸二酯键，造成双链缺口，切断DNA分子。
②识别位点为4、5、6、8个或更多碱基对
③缺口DNA序列大多呈回文结构(正、反读一样)。
主要用途：①在特异位点将DNA切成片段；
②建立DNA分子的限制性内切酶物理图谱；
③构建基因文库；
④切出相同的黏性末端，以便重组DNA。
5 DNA连接酶用途
用途：①连接带匹配黏端的DNA分子；②使平端双链DNA分子互相连接或使合成的接头相连接
14 理想的基因工程载体应具备的特征有哪些？常见基因载体有哪些？
特征：①在宿主细胞内独立、稳定地自我复制。外源DNA插入其DNA之后，仍保持稳定复制能力和遗传特性。
②易于从宿主细胞中分离，并进行纯化。
③在DNA序列中有限制性内切酶单一酶切位点—位于DNA复制非必需区，在这些位点上插入外源DNA不影响载体自身DNA复制。
④有能直接观察的表形特征(报告基因)，插入外源DNA后，这些特征可作为重组DNA选择标记。
常见的基因载体：细菌质粒载体、农杆菌质粒载体、λ噬菌体载体、柯氏质粒载体和病毒载体等。
18 常用的噬菌体载体有哪些？各有什么特点？
· λ噬菌体：λ噬菌体是温和噬菌体，注入的DNA整合到大肠杆菌染色体中，及染色体一起复制，在某种营养或环境胁迫条件下，整合的λ噬菌体DNA被切割出来，进入裂解循环。λ噬菌体是一种线状双链分子，其中大约20kb对于整合/切割过程极为关键，称整合/切割(I/E)区域。构建核基因文库来时，将这20kb DNA片段去掉，强迫重组λ噬菌体进入裂解循环。
· M13载体：M13载体是一种细丝状的特异性大肠杆菌噬菌体—单链噬菌体载体。可插入外源DNA而不影响噬菌体增殖。M13感染细菌后呈双链复制型(RF)DNA。允许包装大于病毒单位长度的外源DNA；感染细菌后复制环状DNA经包装形成噬菌体颗粒，分泌到细胞外而不溶菌。这些特性便于分离单链DNA，且在产生大量的单链DNA中，含有外源DNA序列。可用于DNA序列分析、制备杂交探针、定点突变等。
19 获得目的基因的方法有哪些？
鸟枪法 (shot gun) ；物理化学法（①密度梯度离心法、②单链酶法、③分子杂交法）；化学合成法；酶促逆转录合成法；PCR扩增法
20 目的基因如何测序？
DNA序列分析指测定某段DNA分子或片段的核苷酸(A、T、G、C)顺序。测序常用于转化子的序列分析，可最直接、最客观反映转化子中有无目的基因。
DNA测序方法：化学降解法、 酶促法(双脱氧终止法)、自动测序法及PCR法等。
21连接目的基因及载体的方法有哪些？
亚克隆、 黏性末端连接、平端连接、人工接头连接、同聚物加尾连接等。
22举例说明重组DNA导入受体细胞的方法。
①转化(transformation) ②转染(transfection)：③微注射技术(microinjection)：④电转化法(electrotranformation)；⑤微弹技术(microneblast technique)：⑥脂质体介导法(liposome mediated gene transfer);⑦其它方法：
23 什么是报告基因？常用的报告基因有哪些？
报告基因:是一种编码可被检测的蛋白质或酶的基因，也就是说是一个表达产物非常容易被鉴定的基因。
常用的：GUS基因、NPT II基因、CAT基因、NOS基因、LUC和GFP基因
24如何筛选及鉴定重组体
鉴定
· 报告基因的检测法（2）目的基因分子杂交检测方法
筛选：在利用载体间接转化外源基因或直接转化处理之后，大部分受体细胞是没有被转化的，这就需要采用特定的方法将转化细胞及未转化细胞区分开来。为了淘汰未转化的细胞，人们试验了各种不同的基因作为转化的报告基因(reporter gene) ，包括一些显性的选择标记基因，以及可用特定方法检测其蛋白质产物的基因。其中GUS基因和NPT II基因能耐受氨基末端融合、检测简单，是目前应用最多的报告基因。在植物基因工程中双子叶植物如番茄、辣椒、马铃薯的转化及部分单子叶植物的转化用NPT II基因所抗的卡那霉素 (kanamycin)来筛选。
第三章
名词解释：
1 细胞的全能性
植物细胞全能性（totipotency）：已分化的植物细胞在合适的条件下具有潜在的发育成完整植株或个体的能力
2 细胞培养
细胞培养包括微生物的培养，动物培养和植物培养。通过细胞培养可以得到大量的细胞或其代谢物。是生物技术中最核心最基础的技术
3 细胞融合
细胞融合：一定条件下将两个或多个细胞融于一个细胞过程，又称细胞杂交。
6 固定化细胞培养
固定化细胞培养(immobilization culture) 把细胞固定在惰性材料如琼脂、藻酸盐、聚丙烯酰胺、纤维或膜上面或里面，细胞不运动，营养液可在细胞间流动。
7 原代培养
原代培养(primary culture)：从供体取得组织细胞后在体外进行的首次培养。原代培养的组织由多种细胞成分组成，较复杂。
8传代
传代(subculture)：细胞由原培养瓶内分离稀释后转到新培养瓶的过程。
9 细胞系
进行一次分离再培养，称传一代，初次培养的首次传代成功后，即成细胞系，一般可传30-50代。
10 血清
血清(serum) 天然培养基中最有效和最常用的培养成分。含许多维持细胞生长繁殖和保持细胞生物学性状不可缺少的未知成分。
11 融合过程
细胞融合过程：细胞+促融因子→凝集细胞间质膜粘连→细胞融合→培养、核融合→杂种细胞。
12 融合子
融合子：来自两融合亲本的遗传物质经过交换并发生重组而形成的子代，又称融合重组子。
13 细胞拆合
细胞拆合：从活细胞中分离出细胞器及其组分，然后在体外将不同细胞来源的细胞器及其组分重新装配，使其成为有生物活性的细胞或细胞器。
问答题：
1细胞工程的基本原理
细胞培养基础：已分化的植物细胞在合适的条件下具有潜在的发育成完整植株或个体的能力—细胞全能性（totipotency）。
2简述细胞工程基本操作的三种技术及其具体方法。
（1）无菌操作技术-------①无菌室定期消毒；实验前后消毒。②进无菌室前换鞋、更衣、戴帽，操作时双手戴无菌手套。所有操作在超净台上进行。③实验用生物材料彻底消毒及除菌。
④实验用一切器械、器皿和药品灭菌或除菌。
（2）细胞培养技术-----①取材和除菌。淋巴细胞直接抽取；植物材料取材后，动物材料取材前表面清洗消毒；特定酶处理得分散细胞。②生物材料接种于培养基中后放入培养室或培养箱中培养，至一定生物量时收获或传代。
（3）细胞融合技术-------①制备原生质体。除去M及植物细胞细胞壁。动物细胞无壁。②诱导细胞融合。两亲本原生质体悬浮液调至一定细胞密度；按1:1比例混合，用物理、化学或生物法促进融合。③筛选杂合细胞。将混合液移到特定筛选培养基上使杂合细胞长出，未融合细胞不生长。得具有双亲遗传特性的杂合细胞。
3简述细胞融合的过程
（1）备原生质体。除去M及植物细胞细胞壁。动物细胞无壁。（2）诱导细胞融合。两亲本原生质体悬浮液调至一定细胞密度；按1:1比例混合，用物理、化学或生物法促进融合。（3）筛选杂合细胞。将混合液移到特定筛选培养基上使杂合细胞长出，未融合细胞不生长。得具有双亲遗传特性的杂合细胞。
4简述微生物细胞的培养方法及其优缺点。
(1)固体培养(solid-state culture) 在固体培养基表面上培养。用于菌种分离纯化、种子保藏和制备。4℃可藏3~6月。
优点：简单，适于小规模培养；
缺点：大规模生产潜力小，不均匀，不便于监控。
(2)液体培养 (liquid-state culture)
菌体在培养液中处于悬浮状态，导入培养液空气中的氧通过气-液界面传质进入液相，扩散到细胞内部。
优点：液体培养易获得混合均匀的菌体悬浮液，便于监控，易放大至工业规模。液体培养基本上服了固体培养的缺点，为大量培养微生物的一个重要方法
(3)连续培养(continuous culture)
M培养至指数生长期后期以恒速连续通入培养基及无菌空气并立即搅匀，同时以溢流方式以同样速度不断流出培养物。使容器中培养物达到动态平衡，其中M可长期保持在指数期和恒定的生长速率上，形成连续生长
优点：可以不断提供具有一定生理状态的，始终以最高生长速度生长的微生物细胞。
缺点：①染菌；②收率和产物浓度比分批培养低，不利下游操作；③营养物质利用率低，生产成本高；④对设备要求较高，需复杂检测和控制系统；⑤菌种退化造成减产。
(5)同步培养(synchrorious culture)
同步培养 使培养中细胞同时分裂，即同步生长。群体行为和个体行为取得一致，就可以利用研究群体的方法来研究个体。
优点：不影响细胞代谢，细胞生命活动正常。
(6)混合培养(mixed culture)
优点：利于生物转化
9植物细胞培养的方法
培养方法 ------（1）单细胞培养（2）原生质体培养（3）固体培养（4）液体培养—摇瓶及大规模悬浮培养
植物细胞悬浮培养方法(1)分批培养(2)半连续培养(3)连续培养
22简述动植物细胞工程在食品中的应用
动物细胞工程的应用
(1)生产疫苗（TMD疫苗）(2)生产干扰素(3)生产单克隆抗体(4)在其它基因重组产品生产上的应用
植物细胞工程在食品工业的应用
(1)利用植物细胞工程生产香料(2)利用植物细胞工程生产调料(3)利用植物细胞培养技术生产食品添加剂(4)利用植物细胞培养技术生产天然食品(5)利用植物细胞培养技术生产植物药
23固定化细胞及固定化酶相比的优点？
固定化细胞及固定化酶相比有如下优点：不需破碎细胞而直接利用胞内酶，制备成本低；酶在细胞内较稳定，细胞固定化后酶活力损失少；尤其是M细胞内的多酶系统，用固定化细胞技术更易实现。
24完整细胞固定化的方法及其在食品工业中的作用
完整细胞固定化方法：吸附法、包埋法、交联法和共价法。
按照细胞固定化方式分：无载体固定化、有载体固定化（吸附法固定化、在聚合物载体内的包埋）及生长细胞的固定化。
作用：固定化细胞在抗生素生产中的应用、果葡糖浆的生产、利用固定化酵母进行啤酒的后发酵生产、固定化细胞应用于柠檬酸的生产
第五章
名词解释：
1 蛋白质工程蛋白质工程(protein engineering)：用生物技术改造Pr分子结构或编码Pr的基因，以获得更适合人类需要的Pr产品的技术。
2 内含子：introns 一个基因中的非编码DNA片段，阻断基因线性表达的序列
3 外显子：真核细胞的基因在表达过程中能编码蛋白质的核苷酸序列
4 结构域:在二级结构和三级结构间，还有一个结构层次，即结构域(domain).由a螺旋、b折叠等二级结构单位按一定的拓扑学规则构成的三维空间结构实体。是Pr分子中一种基本的结构单位。有些小分子只包含一个结构域，大部分Pr分子由若干个结构域构成。
简答题
2. 简述蛋白质工程的基本步骤。
步骤：(1)分离纯化、结晶目的蛋白，作X晶体衍射、核磁共振等，得到尽可能多的Pr空间结构信息。
(2)详细研究目的蛋白功能，确定功能域。
(3)分析Pr一级结构、空间结构和功能间的相互关系，找出关键基团和结构。
(4)依关键基团和结构，提出改造方案，用基因工程实施。
(5)测定改造后Pr的功能，确定改造效果。
重复步骤(4)、(5) ，直至获得理想结果
10蛋白质工程技术在食品行业中有哪些应用？
a.消除酶的被抑制特性 b.引入二硫键，改善蛋白质的热稳定性 c. 转化氨基酸残基，改善蛋白质热稳定性 d. 改变酶的最适pH值条件 e. 提高酶的催化活性 f. 修饰酶的催化特异性 g. 修饰Nisin的生物防腐效应
第六章
名词解释：
1 发酵:源于拉丁语fervere (沸腾)，描述果汁或麦芽浸出液接种酵母菌后出现“泡沫”的现象。生物化学：有机物分解代谢、产能过程—狭义发酵。
2 发酵过程有哪些组成部分？
典型的发酵生产过程包括：
①确定种子培养基和发酵培养基；
②培养基、发酵罐及其附属设备灭菌；
③菌种扩大培养，生产种子接入发酵罐；
④控制M发酵条件，最大限度获得代谢产物；
⑤产物萃取和精制；
⑥废弃物处理及回收等
33.适于单细胞蛋白发酵生产的底物有哪些？如何利用单细胞蛋白生产技术来缓解世界粮食紧缺的问题？
单细胞蛋白：适用于人和动物食用藻类、细菌、酵母菌、霉菌等。
酵母菌、藻类课本287-290
第 7 页