[整理]2005届生物技术学试题及参考答案.

2005届生物技术学试题及参考答案一、生物技术产业化的十大技术平台及研究方向1、基因操作技术平台：（1）基因克隆技术：从基因片断到动物克隆；（2）载体技术：从细菌质粒到真核细胞人工染色体；（3）基因与多肽合成与测序技术；（4）基因扩增技术；（5）基因转化技术；（6）噬菌体展示：研究基因功能的主要手段；2 、生物制药技术平台（1）重组技术制药：如已知功能的蛋白产品；（2）基因制药技术：基因诊断、基因疫苗；（3）生物反应器技术：动植物反应器（4）功能食品生产技术；（5）纳米药物技术：5－10纳米药物颗粒可通过血液达到达人体任何部位；3、转基因动植物技术平台1993年首例转基因植物（烟草）问世，至今已有转基因植物120多种；1996年转基因农作物开始大规模种植，6年间增长30多倍，主要品种包括大豆、玉米、棉花和油菜，主要涉及抗虫和抗除草剂特性，分布于13个国家，但欧洲仅德国、西班牙和保加利亚有少量种植。

4、基因治疗技术平台：基因治疗是以改变人的遗传物质（导致疾病的异常基因）为基础的生物医学治疗。

主要用于尚无有效治疗方法的严重疾病，如遗传病、癌症、艾滋病、代谢性疾病等；已有700个基因治疗方案，病例超6000例；重组腺病毒-p53注射液（深圳赛百诺公司）；5、蛋白质工程技术平台：蛋白质工程(protein engineering) 就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系，利用基因工程的手段，构建新型蛋白质分子的过程。

基因工程的发展，根据蛋白结构，采用DNA重组技术改造蛋白质，功能优化。

人β干扰素（IFN)蛋白质工程人IFN β，抗病毒，基因工程产物活性为10万U\mg;仅是天然产物活性的10％；166个氨基酸，在17、41、141位有三个胱氨酸，天然产物在41、141间形成二硫键，基因工程产物二硫键位置有偏差；Cys17(-SH)点突变为丝氨酸(-OH), IFN β产物活性提高100倍，稳定性好于天然产物。

IFN分子蛋白质工程改造，活性可提高上万倍，同时降低副作用。

6、代谢工程技术平台Bailey,J.E.(1991): “用运重组DNA技术通过对细胞酶的、传递的及调控的功能进行操作而对细胞的活性进行改进”。

Stephanopoulos, G.N. et al (1998): “用运重组DNA技术通过对胞内特定生化反应进行修饰或导入新的生化反应而对产品的生成或细胞的性质进行定向改进”。

代谢工程就是在对代谢网络系统分析的基础上采用基因工程技术改造细胞代谢系统以改进细胞性能或提高产物生产能力或收率。

L-天冬酰胺酶：白血病受选药物，E.coli生产，提高酶活力，体内半衰期短（2分钟）（1）基因工程技术提高酶活力40余倍；（2）制备L-天冬酰胺酶－抗体融合蛋白，其半衰期短提高到9小时。

代谢工程可不仅在解释细胞生理特性上具有重要的科学意义，而且其潜在的应用跨越了生物技术的全部领域，主要包括：(1)异源蛋白的生产; (2)扩大底物利用范围; (3)生产原来不存在的新物质; (4)对环境有害物质的降解; (5)提高菌体对环境的适应能力; (6)阻断或降低副产物的生成; (7)代谢产品生产速率和生产能力的提高; (8)植物代谢工程; （9）动物代谢工程；(10)人体和组织代谢工程：人类疾病诊断和基因治疗。

7、生物信息技术（BioIT)平台生物信息工程学（bioinformatics）可以简单的定义为计算机与信息技术在生命科学中的应用，它是一个年轻和快速发展的领域。

生物信息工程学运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量生物学研究的实验数据中所包含的生物学意义，包括此类数据的采集、存贮、整理、归档、分析与可视化等。

生物芯片(Biochip):通过微电子技术在固相基质（如硅片、朔料、玻璃等）构建微型生化分析系统，实现对生物大分子的准确、快速、高通量检测。

产业方面：相关仪器；软件；医学诊断；环境监测；反恐等。

市场前景：目前10－15亿美元，预计2006年50亿美元，2010年可达400亿美元。

8、干细胞(stem cell)技术平台干细胞可通过分裂维持群体大小，还可近一步分化成为不同的组织细胞。

有全能（如胚胎干细胞）、多能（如神经干细胞）、专能（如角膜干细胞）之分。

组织器官的缺损或功能障碍是健康的主要危害之一，如年增25万白血病、乙肝1.2亿携带者、3.62％的糖尿病患病率、先天缺陷、烧伤、癌症等等。

9、个体医学技术平台个体医学技术源于中医的个体辨证论治。

HGP的进展发现，人与人的核苷酸不完全相同，人类基因平均有14个可遗传版本；疾病的易感性与基因有关，约6000种遗传病与基因的变异有关；个体的药物敏感性不同，任何药物不可能适用于所有不同的个体。

10、反生物恐怖技术平台：已知可用于生物恐怖的微生物：25种病毒（如Ebola,90%死亡率）；13种细菌（如炭疽杆菌、肉毒杆菌、鼠疫菌等)；4种立克次体；1种依原体；2种真菌；3种原虫。

SARS?此外，多种基因重组病毒或细菌难以预测。

研发重点：病原体快速监测技术（生物芯片）、有效的疫苗与药物等。

二、怎样利用谷氨酸棒杆菌提高生产的色氨酸量答：提高色氨酸的产量利用谷氨酸棒杆菌生产色氨酸；传统方法是通过突变筛选高产菌株；重组技术应用：（1）提高关键酶的表达；（2）找到有关的新酶；色氨酸生产的限速酶是邻氨基苯甲酸合成酶，在野生型菌种中引入第二拷贝，产量提高约130％；三、列举寄生虫检测手段及其优缺点方法优点缺点显微镜镜检简单、直接灵敏度低、经验体外培养、接种小鼠可测到活体及毒性、传染性慢而昂贵、样品丢失等血清抗体简单快速，可自动化操作特异性不高、潜伏状态DNA杂交及PCR 同上，特异性强、可区分种类昂贵、不能区分样品死活、假阳性四、生物技术药物的基本特性答：（1）药理学特性1)药理活性高由于生物工程药物产品是细胞中天然存在的高活性分子，作用机制合理，疗效可靠，因此具有药理活性高，用量小的特点。

但药物分子在体内容易降解，半衰期短。

2)毒副作用小生物工程药物产品主要是蛋白质、核酸等生物大分子，对人体无害，且都是机体的营养物质。

因此相对的毒性较小，副作用低，安全性较高。

3)有生物种属及组织特异性用于生物进化的差异，不同生物，甚至同一生物的不同个体间的活性分子结构可能会有很大的变化，其中大分子的蛋白（酶）更为明显。

（2）生产制备特性1)稳定性较差生物工程药物分子一般具有特定的活性部位，较不稳定。

如温度、压力、pH、重金属等原因都容易引起失活。

2)易污染和腐败由于生物工程药物分子多为蛋白质和核酸两类高营养物质，极易污染微生物腐败，酶解破坏，失去活性。

生产中对低温、无菌等条件有严格要求。

3)生产系统复杂利用生物技术修饰的细胞或机体产生的生物大分子，一般在原核（细菌）或真核（酵母、动物细胞）系统中进行。

与普通药物相比，其生产批次间同源性、均一性、有效性及安全性等要求高。

4)活性检验由于生物技术药物具有特殊的生理功能，除进行普通药物的理化指标检验外，还要进行生物活性检验，如动物模型分析、细胞培养分析等。

五、什么是生物能源？发展生物能源的益处？答：1、生物能源(Bioenergy):目前主要指生物质发电(Biopower)和基于生物质生产的各种机动车液体燃料(Biofuels)、沼气等。

生物质能源是唯一可转化为液体燃料的可再生资源；是一种可显著降低环境中温室气体CO2和酸雨主要成分SO2的能源。

植物基生物质原料生长过程中吸收CO2，其生产和使用不会导致环境CO2总量的净增长。

2、发展生物能源的益处（1）生物能源是绿色可再生能源,能够保障社会的可持续发展;（2）对环境友好的清洁能源;（3）减轻对进口石油的依赖，保障国家能源安全；（4）促进农产品深加工产业发展。

六、植物生物技术转化的几个方法以及其优缺点答：植物基因的遗传转化是指将外源DNA通过载体、媒体或其他物理、化学方法导入植物细胞并得到整合和表达的过程。

实现这一转化的途径称之为转化系统。

外源DNA通过载体介导实现其转化的系统称之为基因载体转化系统。

目前已经建立了十余种基因转化方法，常见的方法包括：1、土壤农杆菌介导法：几乎所有双子叶植物都容易受到土壤农杆菌（A. tumefaciens）感染，而产生根瘤。

其致瘤特性由Ti（tumor－inducing）质粒介导;Ti质粒大约在160～240kB之间。

其中T-DNA大约在15kb-30kb ;农杆菌介导的转化法的优点：1）操作简便、2）成本低、3）转化率高，4）广泛应用于双子叶植物的遗传转化农杆菌介导的转化法的缺点：单子叶植物受限制；苏云金杆菌的δ-内毒素苏云金杆菌在孢子形成的过程中，细胞内形成杀虫晶体蛋白—称为δ-内毒素，其活性很强，有时要比有机磷毒性高80000倍，而且选择性很强，不同品系的细菌和成不同的毒蛋白。

在细菌中积累的δ-内毒素是无活性的前体，昆虫食用后，前毒素被蛋白酶消化后产生有毒性的蛋白，结合到昆虫肠道内，破坏表皮细胞，使昆虫不能进食，从而饥饿而死。

不同昆虫中，晶体结构不同产生了特异性。

2、基因枪法（biolistics）也称微粒轰击法（microparticle bombardment）最早是由Cornell大学研制的火药基因枪。

1990年，美国杜邦公司推出了商品基因枪PDS-1000系统。

基因枪的组成部分有：点火装置、发射装置、挡板、样品室、真空系统组成。

基因枪转化的基本步骤如下：DNA微弹的制备DNA-微弹载体的制备靶外植体准备DNA微弹轰击轰击后外植体的培养基因枪法的优点：1）无宿主限制，受体类型广泛，原生质体、叶圆片、悬浮培养细胞、茎、根、以及种子的胚、分生组织等几乎所有具有分生潜力的组织或细胞都可以；2）可控度高，商品化的基因枪都可以根据实验需要调控微弹的速度和射入浓度，命中特定层次的细胞；3）操作简便迅速；缺点：1）相对于农杆菌介导的转化率要低得多，2）而且基因枪转化成本高；3）嵌合体比率大；4)遗传稳定性差；3、电激法(electroporation)：利用高压电脉冲的电激作用将外源基因导入植物细胞的转化方法。

优点：操作简便，特别是适用于瞬间表达研究缺点：原生质体培养麻烦，加上电击易造成原生质体损伤，其再生率降低4、花粉管导入法：即利用花粉管通道，将外源DNA注入进入胚囊，转化受精卵或其前后的细胞(卵、早期胚细胞)，并自然发育成种子。

优点：1）花粉管通道法不仅可以用于外源总DNA的导入，也可以用于基因的导入，2）有方法简便，3）基因转化效率高4）缩短育种年限等优点。

缺点：1）只有在开花时期才能应用2）转化植株可能带有少量目的性状基因以外的DNA片断；3）目的性状转化与否带有很大的机遇性4）转化效率低。