生物技术复习资料

第一章生物技术总论

生物技术（生物工程）：是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。

现代生物技术包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等。

现代生物技术是以20世纪70年代体外DNA重组技术的建立为标志的。

第二章基因工程

基因工程研究的理论依据：

①不同基因具有相同的物质基础

②基因是可以切割的

③基因是可以转移的

④多肽与基因之间存在对应关系

⑤遗传密码是通用的

⑥基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代

DNA：一类由四种脱氧核苷酸按照一定的顺序聚合而成的大分子。脱氧核苷酸分子由脱氧核糖、碱基和磷酸基团组成。

A、T、C、G分别指：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）

DNA变性：当溶解在溶液中的双链DNA处于较高温度时，氢键断开而解链成单链DNA，此过程称为DNA变性。DNA溶液加热到90℃时，就足以使DNA完全变性。

DNA复性：高温变性的DNA被逐渐冷却时，分开的两条单链DNA又会重新结合成双链DNA，此过程称为复性。

启动子：RNA聚合酶识别和结合的位点。启动子的序列具有相对的保守性。

基因编码区：指转录mRNA上起始密码AUG（少数情况是GUG）至终止密码UAG（或UAA、UGA）的各种遗传密码的核苷酸序列。

终止子：在基因编码区下游有一段使转录终止的核苷酸序列，称为转录终止子。

限制性内切核苷酸酶：一类能识别双链DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链一定位点上的磷酸二酯键断开，产生具有5'-磷酸基（—P）和3'-羧基（—OH）的DNA 片段的内切脱氧核糖核酸酶。（?型酶、П型酶、Ш型酶）

黏性末端：两条多聚核苷酸链上磷酸二酯键断开的位置如果是交错的，产生的DNA片段末端的一条链多出一至几个核苷酸，这样的末端称为黏性末端。

平末端：如果两条多聚核苷酸链上磷酸二酯键断开后产生的DNA片段末端是平齐的，称之为平末端。

PCR：一种利用DNA变性和复性原理在体外进行特定DNA片段高效扩增的技术。

PCR过程三部曲：变性、退火、延伸

PCR反应五要素：

①引物

②DNA聚合酶：耐高温

③dNTP：寡核苷酸

④模板：单双链DNA或RNA

⑤缓冲液和Mg2+

DNA连接酶有哪两种及其各自特点：

E.coli DNA连接酶：只能催化双链DNA片段互补黏性末端之间的连接。

T4DNA连接酶：既可用于双链DNA片段互补黏性末端之间的连接，也能催化双链DNA片

段平末端之间的连接，但平末端之间连接的效率比较低。

DNA重组的实质：两种DNA片段的连接。

如何从基因组文库或cDNA文库中获得目的基因（P41）:

①根据目的基因已知核苷酸序列进行筛选分离。

②根据目的基因特异性表达进行分离。

受体细胞：能摄取外源DNA(基因)，并使其稳定维持的细胞。

受体细胞应具备的条件：

①便于重组DNA分子的导入和筛选克隆子；

②重组DNA分子在受体细胞内能稳定维持；

③适于外源基因的高效表达，表达产物的分泌或积累；

④遗传性稳定，对遗传密码的应用上无明显偏倚性；

⑤易于扩大培养或发酵生长，具有较高的生产应用价值和理论研究价值；

⑥安全性高，不会对外界环境造成生物污染。

转化：通过生物学、物理学和化学等方法使外源裸露DNA进入受体细胞，并在受体细胞内稳定维持和表达的过程。

常见的转化方法（P43）：

①化合物诱导转化法

②根癌农杆菌介导的Ti质粒载体转化法

③电穿孔转化法

④微弹轰击转化法（基因枪转化法）

克隆子的筛选（标记基因和报道基因）（P45）

标记基因：①载体抗生素抗性基因②根据lac Z'基因互补显色筛选转化子

报道基因种类：

①β-葡萄糖酸苷酶基因（gus）

②萤火虫荧光素酶基因（luc）

③绿色荧光蛋白基因（gfp）

作为基因克隆载体应具备的条件：

①有多种限制性内切酶单一酶切位点，可以进行外源DNA片段的插入

②有复制起点，能在受体细胞中进行复制

③克隆载体必须具有供选择转化子的标记基因

④克隆载体必须是安全的

质粒：一种寓于宿主细胞中染色体外的裸露DNA分子，一个质粒就是一个NDA分子。

质粒的特点：

①质粒具有复制起始位点，能在相应的宿主细胞内进行自我复制，每种质粒在相应的宿主

细胞内保持相对稳定的拷贝数

②多数在10kb左右（质粒DNA分子小的不足2kb，大的可达100kb以上）

③在原核生物大肠杆菌、乳酸杆菌、蓝藻和真核生物酵母等生物中均发现含有质粒

④游离于细胞核之外，双链

噬菌体克隆载体：①λ噬菌体克隆载体（DNA和外壳蛋白组成）②cosmid载体（环状双链DNA分子，由质粒DNA和λDNA组成）③动物病毒克隆载体（动物转基因不能应用质粒克隆载体）

同源重组：两个不同的DNA分子在同源序列处发生重组，将各自携带的处于同源序列内的遗传信息互相交换。（同源性越强，重组效率越高）

第三章细胞工程

细胞工程的三个基本操作技术：

(1)无菌操作技术

(2)细胞培养技术

(3)细胞融合技术（①制备原生质体②诱导细胞融合③筛选杂合细胞）

细胞培养：指动物、植物和微生物的细胞在体外无菌条件下的保存和生长。

细胞融合：两个或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。

植物组织培养：在无菌和人为控制外因（营养成分、光、温、湿）的条件下，培养和研究植物组织、器官，甚至进而从中分化、发育出整体植株的技术。

植物组织培养的理论基础：植物细胞的全能性

细胞全能性：指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。（全能性：受精卵>生殖细胞(尤其是卵细胞)>体细胞，生物体的细胞处于离体状态才能实现细胞全能性。）

植物组织培养的操作步骤（包括其中的一些概念P55—57）：

①预备阶段

②诱导去分化阶段

③继代增殖阶段

④生根发芽阶段

⑤移栽成活阶段

次生代谢物生产的两种方法及其优缺点：

悬浮细胞培养系统：适于大量快速的增殖细胞，但往往不利于次生代谢物的积累。

固定化细胞培养系统：细胞生长缓慢，但次生代谢物含量相对较高。

原生质体制备和融合的一般方法（P61）：

制备（酶解法去细胞壁）：①取材与除菌②酶解③分离④洗涤⑤鉴定

融合：化学法诱导融合（聚乙二醇（PEG）结合高钙高pH诱导融合法）

物理法诱导融合（平行电极法）

单倍体植物：细胞中仅含一组染色体的个体。

人工种子的基本构造（P66）：人工种皮、人工胚乳、胚状体

什么组织或器官适用于植物脱毒，为什么？

病毒在植物体内主要是通过维管束进行传播的，在植物的茎尖或根尖分生区，维管束还未分化出现，其中的病毒很少，甚至全无。切取无毒的茎尖或根尖再经组织培养，就可以获得大量无毒苗。

动物细胞培养：离体细胞在无菌培养条件下的分裂、生长，在整个培养过程中细胞不出现分化，不再形成组织。

动物组织培养：取自动物体的某类组织，在体外培养时细胞一直保持原本已分化的特性，该组织的结构和功能持续无明显变化。

培养绝大多数哺乳动物的细胞具有一个显著特点贴壁生长，所以培养时要提供较大的支持界面。

动物细胞长期保存一般用哪两种方法：经典传代法（手续较为繁琐，维持费用较高）和冷冻保存法（操作简便、保存期长）

动物细胞融合的一般方法：病毒诱导融合、化学诱导融合（PEG诱导融合法）、电激诱导融合

抗体：机体受抗原刺激后产生的并能与该抗原发生特异性结合具有免疫功能的球蛋白，一般由B淋巴细胞释放。

抗原：能刺激机体免疫系统使之产生特异性免疫应答，并能与相应的免疫产物（抗体）在体内外发生特异性结合的物质，一般是一些外源生物（细菌）或生物大分子（Pr）。

单克隆抗体：对某种特定B淋巴细胞进行培养，产生大量遗传性状高度一致的细胞群，由它们分泌的专一性抗体称为单克隆抗体。

单克隆抗体的原理及过程（P74）：

原理：①免疫学原理②细胞融合技术③动物细胞体外培养技术

克隆：从某个特定B淋巴细胞培养繁殖出大量的细胞群体即克隆。克隆是无性繁殖的过程。了解“多莉”产生的过程（P77）

干细胞：动物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我复制和多项分化潜能的原始细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的理想种子细胞。

干细胞分类（按分化潜能）：①全能性干细胞②多能性干细胞③专一性干细胞

干细胞的特点：

①具有分裂成其他细胞的可能性

②具有无限增殖分裂的潜能

③可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态

④以对称或不对称两种方式进行生长

第四章发酵工程

发酵：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。微生物发酵的类型，并举例：

①微生物菌体发酵：面包制作的酵母发酵及人类食品或动物饲料的微生物菌体蛋白的发酵

②微生物酶发酵：微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖，氨基酰化酶用于拆分

DL-氨基酸等。

③微生物代谢产物发酵：次级代谢产物如抗生素不仅具有抗菌作用，还有抗病毒、抗癌和

其他生理活性。

④微生物的转化发酵：利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵（醋酸菌）。

⑤生物工程细胞的发酵：DNA重组的工程菌生产胰岛素、干扰素等，用杂交瘤细胞生产

单克隆抗体等。

发酵工业中的常用微生物：细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、其他微生物（担子菌、藻类）发酵培养基有哪些成分组成：碳源，氮源，无机盐和微量元素，生长因子，水，产物形成的诱导物、前体和促进剂

简述发酵的一般过程或主要内容：①菌种的选育②培养基的配制③培养基和设备的灭菌④扩大培养与接种⑤发酵工程⑥产品分离与纯化

液体深层发酵：指液体在培养基内部进行的微生物培养过程。

液体深层发酵的操作方式：分批发酵、连续发酵、补料分批发酵

抗生素：生物体在生命活动中产生的一种次级代谢产物。这种有机物质能在低浓度下抑制或

杀灭活细胞，这种作用又有很强的选择性。

第五章酶工程

酶：具有生物催化功能的生物大分子，包括蛋白质和核酸。

酶的催化特点：专一性强、催化效率高、反应温和等

酶工程及其内容：是研究酶的生产和应用的一门技术性学科，它包括酶制剂的制备、酶的固定化、酶的修饰与改造，以及酶反应器等方面内容。

为什么现在酶的生产主要来源于微生物的发酵：

①微生物生长繁殖快，生活周期短，产量高

②微生物培养方法简单，原料丰富，价格低廉

③微生物菌株种类繁多，酶的品种齐全

④微生物有较强的适应性和应变能力，可以通过适应、诱导、诱变及基因工程等方法

培育出新的产酶量高的菌种

根据酶分子的不同特性，可采取哪些纯化方法？请举例？P119—122）：

根据酶分子大小和形状的分离方法：①离心分离②凝胶过滤③透析与超滤

根据酶分子电荷性质的分离方法：①离子交换层析②层析聚焦③电泳④等电聚焦电泳根据酶分子专一性结合的分离方法：①亲和层析②染料配体亲和层析③共价层析

根据分配系数的分离方法：双水相萃取分离（亲和双水相萃取、膜分离双水相萃取）

酶分子修饰与酶蛋白质工程的区别：

酶分子修饰是指通过对酶蛋白主链的剪接切割和侧链的化学修饰对酶分子进行改造，改造的目的在于改变酶的一些性质，创造出天然酶不具备的某些优良形状，扩大酶的应用已达到较高的经济效益。

酶的基因工程主要解决的是酶大量生产的问题，而蛋白质工程则致力于天然蛋白质的改造，制备各种定做的蛋白质。

酶的固定化方法有哪些？各有何优缺点：

（1）载体结合法

①物理吸附法

优点：操作简单，反应条件温和，可反复使用

缺点：结合力弱，酶易解析并污染产品

②离子吸附法

优点：操作简便，反应条件温和，制备出的固定化酶活性高

缺点：载体与酶分子之间的结合仍不够牢固

③螯合法

④共价结合法

优点：酶与载体结合牢固

缺点：反应条件较苛刻，操作较复杂，由于采用了比较激烈的反应条件，容易使酶的高级结构发生变化而导致酶失活，有时也会使底物的专一性发生变化。

（2）共价交联法：

反应条件比较激烈，固定化酶的回收率比较低，一般不单独使用，但如果能降低交联剂浓度和缩短反应时间，则固定化酶的比活会有所提高。

（3）包埋法

优点：酶活性高，不改变酶结构，酶活的回收率较高

缺点：仅适用于小分子底物或产物的酶

酶反应器：以酶为催化剂进行反应所需要的设备。

生物传感器：用生物活性物质做敏感器件，配以适当的换能器所构成的分析工具（或分析系

统）。

第六章蛋白质工程

简述蛋白质结构的基本组件（P144—145）：

化学组成：碳50%~55%；氢6.0%~7.0%；氧20%~23%；氮15%~17%；硫0.3%~2.5%

氨基酸：R

│R代表侧链基团，不同的氨基酸，R基团不同NH2—CH—COOH

简述氨基酸的基本理化性质：

①α-氨基酸呈无色结晶，各有特殊晶型

②熔点极高，一般在200—300℃

③每一种氨基酸都具有特定的等电点

简述反向生物学的途径：

分子设计DNA合成

预期功能→蛋白质三维结构→氨基酸序列多肽→基因

蛋白质组学：基因组编码的所有蛋白质，它是研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学，它从蛋白质组层次上揭示生命活动的本质及其规律。

第七章生物技术与农业

简述苏云金芽孢杆菌（BT）的杀虫机制：

BT之所以能杀虫，是因为其芽孢形成过程中可产生一种杀虫结晶蛋白（ICP）。这种毒蛋白对鳞翅目昆虫有特异的毒性作用。它在昆虫消化道的碱性条件下，裂解成为活性多肽并造成昆虫消化道损伤，最终使昆虫死亡，而对其他生物无害。

何为生物农药，有什么优缺点：

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来源于生物体，并可作为弄纲要的各种生理活性物质。

优点：对人畜毒性小，只杀害虫，与环境相容性好，病虫不易产生抗性。

缺点：在生产、储藏、运输和使用过程中，对环境条件的要求十分苛刻，田间效应不一致，成本上无法与化学农药竞争，适用面窄、低等。

植物转基因和动物转基因常用的外源基因导入方法各有哪些：

植物转基因（P43—45）：农杆菌介导法、基因枪、电激仪处理、花粉管通道转化法

动物转基因：①显微注射法②病毒载体法③脂质体介导法④精子介导法⑤胚胎干细胞法胚胎移植：胚胎移植也称受精卵移植，它是将一头两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，所以也有人通俗地叫人工受胎或借腹怀胎。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配合作共同繁殖后代。

核移植：是将动物早期胚胎或体细胞的细胞核移植到去核的受精卵或成熟卵母细胞中、重新构建新的胚胎，使重构胚发育为与供核细胞基因型相同后代的技术，又称动物克隆技术。

第八章生物技术与食品

单细胞蛋白：也称微生物蛋白，它是通过单细胞或丝状微生物个体生产出来的蛋白，是一种混合物。

举例说明食品发酵的用途（P188—）：

发酵的一个重要用途是防止有机物的腐败。另一个重要作用是使口味平淡的原料发生感观的、物理的和营养方面的变化，改善风味和维生素成分，使某些植物性原材料获得肉类的质地和口感，并且无病原微生物，无毒害。发酵的食物包括面包、乳酪、泡菜和酱油等；

发酵的饮料包括啤酒、葡萄酒、白兰地、威士忌和非酒精饮料（例如茶、咖啡、可可等）。

第九章生物技术与人类健康

疫苗：用减毒或杀死的病原生物（细菌病毒、立克次体等）或其抗原性物质所制成的，可使机体产生特异性免疫的生物制剂。

细胞免疫：抗原进入机体后，通过刺激免疫应答可产生致敏的T淋巴细胞，这些细胞可通过破坏被病原体感染的细胞而杀灭病原体，达到抗感染的目的。因此，将这种由T淋巴细胞介导的免疫称为细胞免疫。

体液免疫：主要通过抗体与体液中的致病源（细菌、病毒和毒素）结合形成复合物，直接消灭致病源。（B淋巴细胞产生的）

PFLP：限制性片段长度多态性（PFLP）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用限制酶水解时，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。

什么是基因治疗？有何优点？

基因治疗：将正常有功能的基因导入人体，以基因作为药物治疗疾病。

基因工程药物的优点：

①可以得到大量表达产物，解决产量问题

②培养菌的生长条件简单，成本很低

③基因工程菌产生的蛋白质药物是安全的

第十章生物技术与能源

生物燃料：利用植物及植物资源生产的燃料，包括生物乙醇和生物柴油。（P257）

第十一章生物技术与环境

环境生物技术按技术难度可分为哪些？（P269）

环境生物技术：指直接或间接利用生物体或生物体的某些组成部分或某些机能，建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染，同时又生产有用物质的工程技术。根据技术难度和理论基础的深度，可以将其分成高中低三个层次。

高层次生物技术是指以基因工程为主导的近代污染防治技术。中层次生物技术主要包括一些传统的污染治理方法。低层次生物技术是指氧化塘、人工湿地、生态工程以及厌氧发酵等处理技术。

生物修复（P282）：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过程。

第十二章对生物技术发明创新的保护

专利的概念特性：

专利：指由专利局授权许可的一种合法权利，它以国家立法形式赋予发明创造以产权属性（经济权利和精神权利），并以国家行政和司法力量确保这些权利得以实现。

专利权的三个特性：独占性、地域性、时间性

发明专利必备的条件：

（1）发明必须具有实用性；（2）发明必须具有创造性；（3）发明必须具有新颖性；

（4）在申请专利说明书中对发明做详尽的描述，使在同一领域的其他人能够了解执行。

对生物技术发明的主要保护手段及其优缺点：（P292—P304）

（1）专利保护（2）商业秘密（3）生物技术发明的其他保护形式

基因技术的专利客体主要有哪四种：（P297）

（1）基因序列专利（2）基因技术专利（3）转基因生物专利（4）生物类制品专利