现代生物技术概论复习提纲

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第六章蛋白质工程

1. 了解蛋白质分子之间的相互作用；

蛋白质的亚基可以被解离成游离亚基，在一定条件下又可以重新聚合；某些具有四级结构的蛋白质分子之间，亚基可以聚合，产生有活性的杂交分子；不少多肽和蛋白质分子，不论其是否由亚基组成，都能聚合成聚合物。

2. 蛋白质工程的基本任务；

以蛋白质结构与功能为基础，通过化学和物理手段，对目标基因按预期设计进行修饰和改造，合成新的蛋白质；对现有的蛋白质加以定向改造、设计和构建，最终生产出比自然界存在的蛋白质更优良、更符合人类需求的功能蛋白质。

3. 图6-6蛋白质工程研究策略，利用反向生物学手段；

蛋白质工程的主要研究手段：利用所谓的反向生物学技术，其基本思路是按期望的结构寻找最适合的氨基酸序列，通过计算机设计，进而模拟特定的氨基酸序列在细胞内或在体内环境中进行多肽折叠而成三维结构的全过程，并预测蛋白质的空间结构和表达出生物学功能的可能及其生物活性的高低程度。

4. 改变先有蛋白质结构的基本步骤；

①分离纯化目标蛋白质。

②分析目标蛋白质的一级结构；分析目标蛋白质的三维结构以及结构与功能的关系。

③根据蛋白质的一级结构设计引物，克隆目的基因。

④根据蛋白质的三维结构和结构与功能的关系以及蛋白质改造的目的设计改造方案。

⑤对目的基因进行人工定点突变。

⑥改造后的基因在宿主细胞中表达。

⑦分离纯化表达的蛋白质并分析其功能，评价是否达到设计目的。

5. 改变蛋白质结构的核心技术包括基因的人工定点突变和蛋白质的人为进化，具体内容；

（1）基因人工定点突变技术：

①M13载体法：该法的原理是利用人工合成带突变位点的寡聚核苷酸作为引物，利用M13噬菌体载体系统合成突变基因。

②PCR扩增法：该法的原理也是利用人工合成带突变位点的诱变引物，通过PCR扩增而获得定点突变的基因。PCR定点诱变法可分为重组PCR定点诱变法和大引物诱变法两种。

（2）蛋白质的人为进化

易错PCR和DNA shuffling （DNA改组）

单个基因或一组相关基因经酶切产生一系列随机大小的DNA片段。无引物PCR，具有互补3'末端的片段互为引物，各为模板，通过不断的PCR循环在不同模板上随机互补结合并进一步延伸。最后利用基因两端序列为引物合成全长的重排产物，这些重排产物的集合被称为突变文库。对突变文库进行筛选，选择改良的突变体进行下一轮shuffling循环，重复多次重排和筛选，直到最终获得性状比较理想的突变体。

6. 举两个蛋白质工程的应用实例；

（1）胰蛋白酶：223个氨基酸残基和以异亮氨酸为N端的单肽链。Arg117位自溶点的缺失突变，得到缺失突变体，其结果表明该突变体的稳定性明显提高。将酶分子表面的正电荷改变成负电荷，以提高胰蛋白酶催化活性中心His57的pKa值，在pH较高的条件下显示出对精氨酸具有更高的专一性。

（2）金属硫蛋白：富含半胱氨酸的小分子蛋白，半胱氨酸巯基可以结合大量的金属元素；金属硫蛋白由α

和β结构域组成。在烟草中转入串联的α结构域基因后，提高了重金属抗性。

7. 蛋白质组学研究的三个领域；

(1) 蛋白质组学支撑技术平台或生物信息学研究。

(2) 针对有关基因或转录组数据库的生物体或组织/细胞，建立其蛋白质组或亚蛋白质组及其蛋白质组连锁群，即组成性蛋白质组学研究。

(3) 以重要生命过程或人类重大疾病为对象，进行重要的生理/病理体系或过程的局部蛋白质研究，即比较蛋白质组学研究。

8. 蛋白质组分析的基本过程（并参考课件上放的文献的步骤）

①样品制备（溶解、解聚等）

②分离（双向凝胶电泳）

③图像分析

④蛋白质成分的分析与鉴定

⑤蛋白质组研究中的样品制备

第七章生物技术与农业

1. 利用生物技术诱导植物雄性不育的方法

①组织培养诱导植物雄性不育

中国水稻所利用巴斯马提水稻品种进行胚根组织培养，然后将愈伤组织进行辐射，从而选育出巴斯马提雄性不育系。

②基因工程诱导植物雄性不育

花粉绒粘层表达barnase基因阻断花粉正常的发育而造成败育，形成不育系；花粉绒粘层表达bastar基因转化植株中为恢复系形成的二系配套的油菜、烟草。反义RNA技术创造了拟南芥、玉米、油菜等植物不育系。

③原生质体融合创造不育系

萝卜与油菜的原生质体融合而产生的细胞杂种——萝卜质油菜，在一般环境条件下表现为“雄性不育”。

匈牙利国家自然科学院Menczel等以链霉素抗性基因作标记在烟草品种间进行原生质体融合，实现了烟草细胞质雄性不育基因的转移。

2. 生物技术育种的一个重要应用是抗逆育种，通过了解各种抗性育种的实例（了解一个例子），掌握生物技术抗性育种的方法。P159

在一定逆性环境选择压力下，采用组织培养、原生质体融合和体细胞杂交等生物技术手段，可以定向筛选具有抗逆性的个体，培育抗逆新品种。

培育抗病毒作物：植物病毒是造成农作物减产的主要原因之一。利用基因工程技术将抗病毒基因转移到植物中，是一种比较理想的抗病毒方法。抗病毒基因工程通常采用的策略是：病毒外壳蛋白基因或其功能蛋白基因、病毒亚基因组序列、卫星DNA、缺失干扰型序列的遗传转化；反义RNA技术等。

烟草花叶病毒TMV外壳蛋白基因引入到烟草细胞中，转化植株的细胞中可以产生这种外壳蛋白，并对TMV感染表现出一定的抗性。

将TMV编码的一种蛋白质(分子质量54kDa)的DNA序列导入植株时，可对高浓度的TMV产生抗性。为了赋予植株以病毒抗性，此特殊的DNA序列要比迄今利用的外壳蛋白基因更有效。

3. 了解植物细胞工程应用的内容，掌握标题就可以。

①植物次级代谢产物的生产；②快速无性繁殖；④花药、花粉和胚的培养；④原生质体的融合；⑤细胞遗传操作；⑥种质资源保存

4. 何为生物农药，了解几种主要制剂。

生物农药是“可用来防治病、虫、草等有害生物的生物体本身或源于生物，并可作为…农药?的各种生理活性物质”。生物农药可分为生物体农药和生物化学农药。生物农药本身具有的对人畜毒性小，只杀害虫，与环境相容性好以及病虫害相对不易产生抗性等优点。

苏云金芽孢杆菌（Bt）：Bt是当前国内外研究最多，应用最广泛的杀虫细菌。目前正朝着大吨位、多品种的方向发展。在苏云金杆菌几十年的开发利用过程中，人们在生物技术育种、发酵工艺改进、新剂型研制、新产品开发等方面取得了不同程度的进展。

白僵菌：白僵菌是用于防治多种鳞翅目害虫的真菌制剂，目前已进入工业化生产和较大规模应用的虫生真菌

有球孢白僵菌、卵孢白僵菌、金龟子绿僵菌等。

昆虫病毒：昆虫病毒杀虫剂也是生物防治的重要手段之一，这类杀虫剂具有特异性强、毒力高、稳定性能好、安全无害等优点。进入20世纪80年代以后，这类杀虫剂的研究主要集中在昆虫病毒复合剂的研制、病毒的活体增殖、病毒的提取、基因工程病毒杀虫剂的研究及昆虫病毒培养等领域，并都取得了显著的成就。

5. 动物转基因技术中，导入外源基因的主要方法。

①显微注射法：原核期胚胎的显微注射

②病毒载体法：反转录病毒载体感染

③脂质体介导法：脂质体人工膜包裹DNA

④精子介导法：成熟精子携带外源DNA入卵

⑤胚胎干细胞法：全能性干细胞携带外源基因导入胚胎

6. 动物转基因技术的主要目标

●促进动物生长，提高产量；

●改良品质性状，提高产品品质；

●增强动物抗病能力和抵抗不良环境能力，提高生产效益；

●研制动物生物反应器。

7. 总结课本上转基因鱼的研究目的，如包括提高生长速度、抗冻等；

①在理论方面为动物发育机制和基因功能研究提供方法：转基因鱼的生产性研究集中在提高生长速度和抗逆性。

②提高生长速度：生长激素提高鱼的生长速度，显示出转基因鱼在渔业生产和水产养殖业的潜在经济价值。

③扩大优质鱼种养殖范围：抗冻基因蛋白技术提高鱼类的抗寒能力，由此可以南鱼北养。

④开辟鱼类抗病新途径：基因鱼研究引进反义RNA技术。

⑤培育观赏鱼新品种：转荧光蛋白基因的转基因鱼。

8. 总结家禽转基因的方法，及鸡作为生物反应器的优点。P169

方法：生产转基因鸡的方法可分为蛋产出前的操作和产出后的操作两种类型。

?蛋产出前，在受精后第一次卵裂前取出单细胞的卵

?蛋产出后，病毒载体法，胚胎干细胞法和原生殖细胞法。

?精子携带基因。

鸡作为生物反应器具有突出的优点：第一，对鸡自身具有安全性。第二，鸡的输卵管是有效的蛋白质合成器，乱清蛋白启动子可调控其下游的外源基因的表达，合成的基因产物可进行正确的修饰和加工，产物的生物活性接近天然动物个体。第三，鸡输卵管表达外源蛋白具有遗传稳定性，一旦获得可生产有价值蛋白质的动物个体，可用常规畜牧技术建立转基因鸡的家系。即作为生物反应器还具有哺乳动物所不具有的优点：产物易收集，且不易污染；鸡蛋成分简单，产物易分离；鸡饲养成本低，世代间隔短。用鸡蛋生产珍贵的药物外源蛋白，是转基因鸡生产的一个十分诱人的领域。

9. 动物繁殖新技术包括？这些技术可作名词解释。P171

①人工授精及精液的冷冻保存

人工授精就是利用合适的器械采集公畜的精液，经过品质检查、稀释或保存等适当的处理，再用器械把精液适时地输入到发情母畜的生殖道内，以代替公母畜直接交配而使其受孕的方法。

②胚胎移植：是将一头良种母畜配种后的早期胚胎取出，移植到另一头同种的生理状态相同的母畜体内，使之继续发育成为新个体。胚胎移植实际上是由产生胚胎的供体和养育胚胎的受体分工合作共同繁殖后代。

③胚胎的冷冻保存

●胚胎冷冻保存技术包括胚胎的冷冻和解冻。

●抗冻剂种类和浓度、加入抗冻剂的速度、解冻的速度、稀释的速度和温度都关系到冷冻胚胎的成败。

●抗冻剂的毒性、胚胎渗透压的变化及冰晶形成是保存胚胎必须考虑的因素。

④体外胚胎生产

●体外胚胎生产是指将原来在输卵管进行的精卵结合生成胚胎的过程人为地改在体外进行。

●体外生产胚胎的工艺过程包括卵母细胞体外成熟、体外受精和胚胎培养。

⑤胚胎分割：是将一枚胚胎用显微手术的方法分割成二分、四分甚至八分胚，经体内或体外培养，然后移植入受体子宫中发育，以得到同卵双生或同卵多生后代。

⑥性别控制技术

动物的性别控制是指通过人为地干预或操作，使动物按人们的愿望繁殖所需性别后代的技术。性别控制的技术主要采用两条途径，即X精子和Y精子的分离和胚胎性别鉴定。

⑦发情、排卵及分娩控制

发情和排卵控制是有效地干预家畜繁殖过程，提高繁殖力的一种手段。

它包括诱发发情、同期发情和超数排卵等技术措施。

10. 什么是动物生物反应器，其应用前景如何。

动物生物反应器：是利用转基因活体动物，高效表达某种外源蛋白的器官或组织，进行工业化生产功能蛋白质的技术。

应用前景：动物生物反应器的研究开发重点是动物乳腺反应器和动物血液反应器。即把人体相关基因整合到动物胚胎里，使出生的转基因动物血液中，或长大后产生的奶汁中，含有人类所需要的不同蛋白质。这是当前生物技术的尖端和前沿研究项目。

乳腺生物反应器成功的关键是转基因动物乳腺能特异性表达外源蛋白质基因。

组织特异性表达载体是否有效，包括外源基因在乳腺特异性表达，表达的蛋白质具有生物活性和表达的水平起决定性作用。

转基因动物的血液生产人的血红蛋白可以解决血液来源问题；转基因鸡的蛋用来生产重组的免疫球蛋白。

第八章生物技术与食品

1. 何为单细胞蛋白，用微生物生产SCP的优点；

单细胞蛋白（SCP）：也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培育的微生物菌体。而已，单细胞蛋白不是一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸及不是蛋白质的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。

用微生物生产SCP的优点：

①在最佳条件下，微生物能以惊人的速率生长，有些微生物的生产量每隔0.5～1h增加1倍。

②微生物比植物和动物更容易进行遗传操作；它们更适宜于大规模筛选高生长率的个体，更容易实施转基因技术。

③微生物有相当高的蛋白质含量，蛋白质的营养价值高。

④微生物能在相对小的连续发酵反应器中大量培养，占地小，不依赖气候。

⑤微生物的培养基来源很广泛，低廉，特别是利用废料，如有些微生物能利用植物的“残渣”——纤维素作原料。

2. 单细胞蛋白的生产途径。

（1）能源物质生产SCP：①甲烷；②甲醇细菌、酵母，广泛应用于动物饲料；③乙醇、多链烷烃等。（2）工农业废弃物生产SCP：

稻秸、蔗渣、糖蜜、动物粪便和其他有机废物；一些工厂利用生产下脚料发酵生产酵母以获得SCP；Pekilo，具有纤维状结构的优质SCP，以有机废料中的糖分为原料发酵而来。可以作为优良的饲用蛋白；利用淀粉中的水解单糖对丝状真菌进行发酵，生产人类可以食用的SCP。纤维素、木质素；食用菌。

（3）从藻类中生产SCP：小球藻，螺旋藻

3. 举例说明食品发酵的途径；P189

白葡萄酒的酿造流程：一旦采摘开始，葡萄就应尽快送到酿酒场地。所使用的葡萄都不要被挤破；将葡萄珠分离出，除去果枝、果核。然后在榨出的汁内放人酵母；为了更好地保存白葡萄的果香，在发酵前让葡萄皮浸泡在果汁中12～48h；压榨的过程要快速进行以防止葡萄的氧化；白葡萄酒是在不锈钢的酒罐或橡木酒桶里发酵的。为了保持新鲜的口感，应尽快装瓶，底部酒要过滤。

啤酒：①制麦芽；②制浆（糖化）；③发酵；④加工和成熟。

4. 食品检测中生物技术有哪些应用，并分别举例（注意，不是转基因食品的检测）

（1）免疫学技术在视频检测中的应用：①食品成分的检测，包括食品中诸如蛋白质等营养成分、香气成分及某些不期望成分的检测等；②食品生产和加工过程中某些引起食品质量问题的成分的检测，如定性或定量检测腐败微生物及其酶等；③食品安全性的检测，如病原微生物或微生物毒素、杀虫剂、抗生素以及食品掺假物等检测。例如：沙门氏菌是肉品污染中一种典型的病原微生物，采用特殊材料制成的固相载体：聚酯布结合单克隆抗体放置层析柱底部富集；单克隆抗体结合到磁性粒子；全自动沙门氏菌ELISA检测系统。

（2）分子生物学技术的应用：其中的PCR技术，由于具有快速、特异和灵敏的特点，在坚持食品中致病微生物和追踪传染源方面已被广泛应用。该方法尤其适合于那些培养困难的细菌和抗原性复杂细菌的检测鉴定。现在发展的基因芯片技术可广泛应用于各种导致食品腐败的微生物检测。例如：沙门氏菌的PCR检测：寻

找特异性序列，设计引物，仅能从沙门氏菌中得到特异性片段，而对照中无扩增产物。李斯特单核增生菌：检测目的基因是细胞溶素O基因（hly A），是其呈现毒性所必需的。

（3）生物传感器技术的应用：生物传感器选用选择性良好的生物材料（如酶、DNA和抗原等）作为分子识别元件，当待测物与分子元件特异性结合后，所产生的复合物通过信号转换器变为可以输出的电信号、光信号等并予以放大输出，从而得到相应的检测结果。可以满足食品行业快速、可靠和简便的检测要求。

5. 现代生物技术在未来食品工业上的应用。P205.

①大力开发食品添加剂新品种；②发展微生物的保健食品；

③螺旋藻食品；④开发某些虫类高蛋白食品。

第九章生物技术与人类健康

1.疫苗的概念，三代疫苗分别是？

疫苗：广义的疫苗是指将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。其中，由细菌制成的称为菌苗；由病毒、立克次体、螺旋体等制成的称为疫苗。

第一代疫苗：19世纪中叶，法国科学家Parsteur首先发明了减毒疫苗的制备技术。用病原体减毒或弱化制成疫苗，称之为第一代疫苗。特点：以减毒、弱化或灭活的病原体做疫苗。

第二代疫苗(基因工程疫苗)：将病原体的抗原（某种蛋白质）基因克隆在细菌或真核细胞内，利用其生产的病原体抗原作为疫苗。特点：利用病原体的某些抗原成分作为疫苗。

第三代疫苗(核酸疫苗)：将含有编码病原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗，经肌肉注射或微弹轰击等方法导入体内，通过宿主细胞表达系统表达抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答。

特点：用含有病原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗。

2．了解乙肝的基因工程疫苗，基因是表面抗原基因，表达系统为酵母或CHO细胞系

3. 简单总结各种病毒的疫苗的研究现状，包括甲、乙、丙、戊肝和艾滋病毒疫苗。P212

甲型肝炎病毒：国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗面市。我国使用的减毒疫苗也取得了很好的效果。国内基因工程空壳甲肝病毒及痘苗活病毒疫苗也显示了很好的免疫原性。

乙型肝炎病毒：美国、日本采用酵母表达系统生产表面抗原而制成疫苗。以色列等国采用仓鼠细胞生产疫苗。我国可采用以上两种表达系统生产疫苗

戊型肝炎病毒：迄今为止世界上仍未有疫苗获批上市。厦门大学国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心科研人员经过艰苦的联合攻关，首次成功地利用大肠杆菌表达系统获得了戊型肝炎类病毒颗粒，目前正准备进入III期临床试验。如果获得成功，该疫苗将成为继乙肝疫苗之后,世界上第二个基因工程病毒疫苗。

丙型肝炎病毒：由于丙型肝炎病毒目前尚未能培养成功。而且丙肝病毒还存在着高突变率，尤其是包膜区的多变性，目前已知至少存在6种不同基因型的病毒，各型之间的异源性高达25%～30%，给丙肝疫苗的研究带来了重重困难。这也是为什么至今仍未见有丙肝疫苗上市的原因之一。

艾滋病病毒疫苗：艾滋病疫苗的研究主要是通过克隆病毒外膜蛋白和gp160及gp120基因后在不同的表达系统中表达，以获得基因工程疫苗。目前该疫苗大多处于临床试验阶段,尚未大规模使用。

4. 分别举一例了解细菌性疾病疫苗和寄生虫疾病疫苗情况。

细菌性疾病疫苗：霍乱弧菌疫苗

霍乱疫苗接种已有100多年的历史，传统疫苗是采用肌肉注射的灭活或减毒霍乱弧菌菌体苗。效果不佳，副作用大，已被WHO宣布不再推荐此疫苗的应用。根据霍乱弧菌的致病机理，科学家们利用基因工程技术研制了重组B亚单位疫苗，是已被WHO推荐应用的疫苗。我国军事医学科学院生物工程研究所经过十多年的研究研制出了国家一类新药rBS-WC口服霍乱疫苗，并已上市。

寄生虫病疫苗：疟原虫疫苗

目前疟原虫的基因工程疫苗有抗子孢子疫苗，如CSP蛋白质；抗裂殖子疫苗；抗配子母细胞疫苗等。

5.几个概念：ELISA，基因工程抗原，多克隆抗体，单克隆抗体。

ELISA：酶联免疫吸附检测技术

基因工程抗原：将抗原基因克隆在细菌或真核细胞表达系统中，由这些表达系统生产大量的抗原，即为基因工程抗原。

多克隆抗体：由于一个抗原往往会有多个抗原决定簇，直接免疫动物后，从被免疫的动物的血清制备的抗体

是一种含有可分别与多个抗原决定簇结合的多种抗体的混合物，这种混合物称之为多克隆抗体。

单克隆抗体：利用细胞融合技术，在体外大量培养融合细胞，由融合细胞产生大量的抗体。单克隆抗体只识别某一特定的抗原决定簇，所以它具有特异性强、成分均一、灵敏度高、产量大、容易标准化生产等优点而明显优于多克隆抗体。

6.简述直接（直接测抗原）和间接（通过测抗原的抗体确定抗原存在）ELISA的原理。

测定抗原的双抗体夹心ELISA

ELISA的基础是抗原或抗体的固相化及抗原或抗体的酶标记。结合在固相载体表面的抗原或抗体仍保持其免疫学活性，酶标记的抗原或抗体既保留其免疫学活性，又保留酶的活性。在测定时，受检标本（测定其中的抗体或抗原）与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与液体中的其他物质分开。再加入酶标记的抗原或抗体，也通过反应而结合在固相载体上。此时固相上的酶量与标本中受检物质的量呈一定的比例。加入酶反应的底物后，底物被酶催化成为有色产物，产物的量与标本中受检物质的量直接相关，故可根据呈色的深浅进行定性或定量分析。

测定抗体的间接ELISA

间接法是检测抗体常用的方法。其原理为利用酶标记的抗抗体（抗人免疫球蛋白抗体）以检测与固相抗原结合的受检抗体。

7. 课本上列出的DNA诊断技术，举出两例说明其原理。

DNA探针杂交技术：

PCR：即聚合酶链式反应技术是一项体外扩增特异DNA片段的技术。

特点：灵敏度极高，可以检测极微量的病原体。但如果操作不当很容易产生假阳性反应。

PCR-RFLP技术：限制性片段长度多态性（RFLP）是指由于碱基的改变导致DNA上的某一限制性内切核酸酶水解位点增加或减少。当这种DNA用内切酶水解时，产生的DNA片段数将相应的增加或减少，并且其DNA片段的分子质量也发生相应的改变，这种DNA片段的变化就称为限制性片段长度多态性。

8. 目前利用生物技术开发的药物有哪些类型？

天然药物：抗生素。人参组织培养生产人参皂甙。组织培养方法生产紫草的有效成分——紫草宁。

紫杉细胞培养法及真菌发酵法生产紫杉醇。

基因工程药物

9. 通过阅读课本，理解基因工程药物和治疗性抗体的区别。

基因工程药物：将有治疗意义的蛋白质基因克隆后，导入细菌、酵母等生长旺盛的表达系统中，使这个基因接受表达系统中强的表达元件的控制而大量表达，从而得到可供临床使用的大量药物。

特点：①优点多：安全，不易被病原体污染。成本低、产量高。生产的蛋白质药物的性质更加稳定、活性更高、副作用更低。②效益高

生产基因工程药物的宿主系统：大多采用细菌、酵母等微生物系统；少数由CHO细胞系；利用家畜作为生物反应器。

治疗性抗体：用于治疗疾病的抗体，主要用于移植排斥、肿瘤及一些自身免疫性疾病的治疗。治疗性抗体的人源化是国际上治疗用抗体的发展方向。

区别：

10. 基因治疗的概念

所谓的基因治疗是指利用遗传学的原理治疗人类的疾病。传统意义上的基因治疗是指目的基因导入靶细胞以后与宿主细胞内的基因发生重组，成为宿主细胞的一部分，从而可以稳定地遗传下去并达到对疾病进行治疗的目的。

11. 肿瘤的基因治疗P242

瘤苗治疗策略——通过免疫系统杀灭癌细胞，即通过提高癌细胞的免疫原性和（或）调动机体的免疫功能达到杀灭癌细胞的作用。

基因失活策略——通过反义技术抑制或封闭癌基因表达。

基因修饰策略——利用正常的抑癌基因替代失活的抑抗癌基因，达到抑制细胞恶性繁殖的目的。

第十章生物技术与能源

1.简述开发新能源的必要性P232

能源分为不可再生能源和可再生能源。不可再生能源是指地球上现有的三大库存的化石能源——煤、天然气和石油。可再生能源是指太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能。如果按现有开采不可再生能源的技术和连续不断地日夜消耗这些化石燃料的速率来推算，煤、天然气和石油的可使用有效年限分别为100—120年、30—50年和18—30年。显然，21世纪面临的最大困难及困境就是能源。因为目前整个人类发展和工农业生产，几乎都是依赖于这些有限的化石能源。随着地球上化石能源的不断耗尽，利用生物技术提高不可再生能源的的开采率及创造更多可再生能源将是目前提高产能的有效技术之一。因此，生物技术与能源的研究及开发日益受到各国的重视，人类必须要开发新能源。

2.如何利用微生物勘探石油和提高采油量？

微生物二次采油技术

基本原理：利用微生物能在油层中发酵并产生大量的酸性物质以及H2、CO2及甲烷等气体的生理特点。

产气增加地层压力、酸性物质降低原油黏度，发酵产物具有表面活性剂作用。

采油量可提高20%-34%。

微生物三次采油原理与效率

原理：利用微生物分子生物学技术构建能产生大量CO2和甲烷等气体的基因工程菌株或选育能提高产气量的高活性菌株。

目的：让这些工程菌能在油层中不仅产生气体增加井压, 而且还能分泌高聚物, 糖酯等表面活性剂, 降低油层表面张力, 使原油从岩石中、沙土中松开, 黏度减低, 从而提高采油量。

效率：进一步提高采油量15%～30%。

微生物降解技术降解难于开采组分；

添加营养组分，活化地层微生物；

利用微生物发酵得到的多聚物加入注水中，降低油、水间黏度差；

地层堵塞，由于菌体繁殖及菌体代谢产物沉积所致。主要是硫酸盐还原菌，解决方法注水酸化法

3.简述乙醇燃料能代替石油的依据。

乙醇作为燃料的益处：产能效率高，不生成一氧化碳，低成本。

乙醇发酵常用原材料：①蔗糖或淀粉；②微生物：酵母菌；③关键酶：糖水解酶和酒化酶。

4.简述人工生产甲烷能代替天然气燃料的依据。

生产甲烷的原材料：猪粪、牲畜粪便、酒厂废水、废物污泥、麦秆、青草。

厌氧微生物生产甲烷途径

①初步反应：利用芽孢杆菌属、假单胞菌属及变形杆菌属等微生物把纤维素、脂肪和蛋白质等很粗糙的有机物转化成可溶性的混合组分。

②微生物发酵过程：低分子质量的可溶性组分。通过微生物厌氧发酵作用转化成有机酸。

③甲烷形成：通过甲烷菌把这些有机酸转化为甲烷及CO2。

5.谈谈你对未来能源的见解。

⑴氢能：1）产氢的微生物

①常见产氢的光合微生物 a.藻类：颤藻属、螺藻属、念珠藻属、项圈藻属。

b.非藻类：绿硫菌属、红硫菌属、红螺菌属。

②常见产氢的非光合微生物 a.厌氧菌：巴氏梭菌、产气微球菌、雷氏丁酸杆菌、克氏杆菌等。

b.兼性厌氧菌：大肠杆菌、嗜水气单胞菌、软化芽胞杆菌、多粘芽胞杆菌等。2）生物质制氢技术：以生物质为原料利用热物理化学原理与技术制氢，如生物质气化制氢，超临界转化制氢，高温分解制氢；基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇转化制氢。

利用生物途径转换制氢,如微生物发酵、直接生物光分解等。

⑵生物燃料电池：产物生物燃料电池、去极化生物燃料电池

第十一章

1.生物法处理污水或废水有哪几种常见方法？污水治理的意义何在？

污水处理的方法主要可以分为三大类：物理法、化学法和生物法。常见的生物法包括：稳定塘法、人工湿地处理系统法、土地处理系统法、活性淤泥处理法和生物膜处理法等。

污水治理的意义：科学治理并合理利用城市污水对缓解城市紧张的水资源、解决城市环境污染和发展生产都具有重要的社会、缓解和经济意义。

2.空气污染治理与水污染治理有什么关系？常见的方法有哪几种？

大气净化生物技术的基本原理是将污染气体与水体充分混合，使污染气体分子转化为液相成分，然后利用生物，尤其是微生物的生理代谢机能来净化液相污染成分。

目前大气净化生物技术中常用的方法有：生物过滤法、生物洗涤法和生物吸收法等，所采用的生物反应器包括生物净气塔、渗滤器和生物滤池等。

3.填埋技术有哪些优点？为什么说堆肥技术是一种可循环利用资源的方法？

填埋技术就是将固体废物存积在大坑或低洼地，并通过科学的管理来恢复地貌和维护生态平衡的工艺。填埋法处理垃圾量大、简便易行、投入少，是自古以来人类处理生活垃圾的一种主要方法。

堆肥是实现城市垃圾资源化、减量化的一条重要途径。利用微生物的降解作用使得垃圾中的有机废料转换成稳定的腐殖质，有些堆肥产物可以循环使用。

4.什么是生物修复技术？举例说明其应用价值。

生物修复是利用生物，特别是微生物的代谢活动来减少或清除污染环境中的化学污染物的过程。这种技术涉及生物催化进行的降解、去毒或积累作用，并且可用于大面积污染环境的治理，又称为生物改善、生物挽救、生物再建或生物处理等。

生物修复的技术大致可分为原位生物修复和异位生物修复两类。

原位生物修复中的污染对象不需移动，处理费用低，但处理过程控制比较难。

异位生物修复需要通过某种方法将污染对象转移到污染现场之外，再进行处理。

应用价值：重金属污染的生物修复

①生物吸附法：一种利用廉价的失活细胞分离有毒重金属的方法。尤其适用于工业废水的处理和地下水的净化。生物吸附剂为自然界中丰富的生物资源，如藻类、地衣、真菌和细菌等。②生物累积法：主要是利用生物细胞的新陈代谢作用，吸收金属离子并输送到细胞内部累积起来，从而达到去除环境中的金属污染物的效果。微生物、植物

5.举例说明生物技术在环境检测方面的应用。

⑴指示生物

为了获得大量准确有效的毒理数据，人们建立了多种多样的短期生物试验法，分别用细菌、原生动物、藻类、高等植物和鱼类等作为指示生物。

⑵核酸探针和PCR技术

核酸杂交：指单链DNA片段在适合的条件下能和与之互补的另一个单链片段结合。

如果对最初的DNA片段进行标记，即做成探针，就可监测外界环境中有无对应互补的片段存在。利用核酸探针杂交技术可以检测水环境中的致病菌，如大肠杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌和耶尔森氏菌等。也可用于检测病毒，如乙肝病毒、艾滋病病毒等。

PCR技术：是特异性DNA片段体外扩增的一种非常快速而简便的新方法，有极高的灵敏度和特异性。对于微量甚至常规方法无法检测出来的DNA分子通过PCR扩增后，由于其含量成百万倍地增加，从而可以采用适当的方法予以检测。采用PCR技术可直接用于土壤、废物和污水等环境标本中的生物检测，包括那些不能

进行人工培养的微生物的检测。

⑶生物芯片

可以利用生物芯片快速检测污染微生物或有机化合物对环境、人体、动植物的污染和危害。

⑷生物传感器及其他

生物传感器：是以微生物、酶、抗原或抗体等具有生物活性的生物材料作为分子识别元件的一类特殊的化学传感器。待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经生物材料的分子识别后，发生生物学反应，产生的信息被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，由此可知待测物的性质及浓度。

第十二章对生物技术发明创新的保护

对生物技术发明或创新进行保护主要形式有：专利保护，商业秘密及其他的保护形式（防御性出版。。。），主要了解保护形式的名称和专利保护的内容。以下列出的是专利保护的部分：

1. 生物技术领域的发明包括：

①转基因动物和植物品种发明；②微生物及遗传物质发明；③生物制品发明；④获得生物体的生物学方法或遗传工程学方法发明；⑤微生物学方法发明；⑥基因治疗方法发明等。

2.生物技术专利保护的两个关键问题：

①如何确定生物技术领域中的科学发现和发明的界限，尤其是关于基因的发明与发现问题。

②如何界定一个符合专利申请的与生命物质有关的发明，以及对此项发明该给予多大范围的保护。

3．生物基因的专利保护确定包括三个层次

1）生物基因可专利性的争论（12.1.2.1），确定生物基因可以授予专利；

2）对基因实施专利保护的条件（12.1.2.2），确定什么样的生物基因可以授予专利；

3）基因专利授权范围（12.1.2.3），确定给予多大范围的保护。

4. 针对基因专利的三性——新颖性、创造性和实用性，中国和美国审查的异同点。

共同点：生物基因必需具有新颖性、可执行性

不同点：（1）美国与中国在基因专利的创造性审查方面的区别：

美国：实质上是将创造性审查等同于新颖性审查，甚至可以说是放弃了创造性审查。

中国：标准建立在对基因功能的审查，比较提出的基因功能同申请日以前已有的功能、技术相比，是否有突出的实质性特点和显著的进步。优点：不会导致将专利的创造性和新颖性等同起来而带来的授予某些基因专利权，发挥实质性的保护与促进作用。

（2）美国与中国在基因专利的实用性审查方面的区别：

美国：①将该基因分离出来，同时要具体说明如何使得该基因序列具有工业实用性。

②从严到松，任何证据记录(如试验记录、该领域专家的证明或声明等)都可以用来主张实用性。③有助于美国更多的进行圈地运动、排挤竞争对手。

中国：①申请人须提供实验数据，且实验中所采用的有效量和使用方法或制剂等应当公开到该领域技术人员能够实施的程度，即发明所描述的用途必须是实际存在的而不是预期的。

②我国实用性要求中没有关于公众接受的用途这一说明，对于基因技术发明的用途，申请人必须用自己的数据来加以证明，不能用其他参考文献等来证明。

③审查员拥有很大的自由裁量权的余地，而加重了专利申请人的责任。

④该发明的制造或使用能够产生积极效果：基因功能，以及预期的工业应用能否对科学技术进步，生态环境保护，人类的生存与发展产生良好作用。基因功能的说明中是否有基因歧视，在工业应用中是否有特别的被滥用的风险。

5. 基因技术的专利客体主要有4种，各自的可专利范围是？

⑴基因序列专利：只要经过了人力作为，脱离了自然存在状态，具有新颖性、实用性和创造性的基因序列，就可以被授予专利。

⑵基因技术专利：包括利用基因的提取、改变、保存、携带、繁殖等技术手段产生活的有机体或其他组分的，以及改造动植物、微生物甚至是生物的部分组织的方法发明。“主要是生物学方法”和“非主要是生物学方法”

⑶转基因生物专利：①转基因微生物：未经人类的任何技术处理而存在于自然界的微生物不能授予专利。

②转基因植物：三种形式，包括植物专利、植物新品种权和实用专利。

③转基因动物：比较严格。美国、欧洲允许，中国则明确排除转基因动物作为专利客体。

⑷生物类制品专利：指微生物，微生物代谢产物，动物毒素，人或动物的血液或组织等加工制成，作为预防、诊断和治疗特定传染病或其他有关疾病的免疫制剂，如疫苗、抗毒血清、类毒素、抗菌素等。主要有三类：载体、工具酶及蛋白质和多肽。

6.专利保护的缺陷。

①申请专利的成本高；②专利的失效；③各国专利法缺乏一致性。

第十三章生物技术安全性

1.人们对生物技术安全性的担心来自哪些方面？

①用以研究一些病症，例如癌症的微生物都带有特殊的致病基因，如果它们从实验室逸出并扩散，势必造成可怕疾病的流行。

②外源基因引入是否会破坏细胞重要生长基因或激活癌基因？是否会造成致病力极大、难以控制的微生物？转基因动植物和食品是否将对人类和环境造成长期的危害？擅自改变生物基因是否会引起一些难以预料的危险？

③人是否可以成为基因操作对象？基因诊断是否会侵犯人类隐私权？克隆人是否应该严格禁止？

④基因工程技术应用在人以外的其他动物上则更加危险，因为所创造出的新物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。⑤生物技术的发展将不可避免地推动生物武器的研制与发展，使笼罩在人类头上的生存阴影越来越大。

2.通过世界各国对转基因食品安全性的相关控制措施，提出你认为的合理措施。

针对动物用、植物用转基因微生物环境释放后的安全控制包括：

?法律法规体系的建立

?有效的生物安全管理

?严格的安全性评价

?切实可行的安全控制措施

3.关于各方对克隆人的争论，提出你认为克隆人的负面和正面的效应。

负面效应：①克隆人从技术上来说不可靠。目前克隆动物的实验表明，克隆成功率只有2％，而且克隆人患有各种疾病的机会大。克隆人的身份难以认定，他们与被克隆者之间的关系无法纳入现有的伦理体系。人类繁殖后代的过程不再需要两性共同参与，这将对现有的社会关系、家庭结构造成难以承受的巨大冲击。

②从生物多样性上来说，大量基因结构完全相同的克隆人，可能诱发新型疾病的广泛传播，这对人类的生存是不利的。克隆人可能因自己的特殊身份而产生心理缺陷，形成新的社会问题。

正面效应：①辅助生殖技术领域不断增长的供求，任何类似诊所都具备制造克隆人的原始生物材料和机会。

②克隆技术突飞猛进，已先后克隆出绵羊、牛、老鼠、山羊、猪、兔子和猫等7种动物，克隆人不过是科学发展顺理成章的下一步。

③克隆技术的巨大应用潜力吸引了众多生物技术企业投身其中，可用来克隆人的基础设施正在形成。

4.总结来自胚胎干细胞研究的争议，提出你认为合理的胚胎干细胞研究。

争议的来源：胚胎细胞

争议正方的意见：

①胚胎干细胞不等同于胚胎，因此胚胎干细胞研究并不违反伦理道德。

②科学家并没有杀死胚胎，而只是改变了其命运，尤其是那些治疗生育疾病过程中剩余的胚胎，与将其抛弃相比，利用它进行研究以利于科学发展和人类健康是更可取的做法。

争议反方的意见：

①高尚，破坏胚胎是对生命的不珍重，是无法容忍的。

②为获得更多的细胞系，公司会资助体外受精获得囊胚及人工流产获得胎儿组织，可能导致人工流产的泛滥。

③如果胚胎干细胞和胚胎生殖细胞可以作为细胞系通过买卖获取，将会对传统伦理道德产生巨大冲击。

合理的胚胎肝细胞研究为：