生物反应器细胞生物学的研究和应用
食品生物技术-第四章 细胞工程
气体搅拌反应器的优点及存在的问题
优点：剪切力小，对植物细胞损伤小；因没有搅 拌轴而更易保持无菌；操作费用低。
不足：因气体搅拌强度低，高密度培养时混合不够均 匀。靠大量的通气输入动量和能量，以保证反应器内培 养液的良好传质、传热。但过量的通气易排除培养液中 的二氧化碳和乙烯，对于细胞生长有阻碍作用。再是过 高的溶氧对植物细胞合成次级代谢产物不利。
二、细胞培养一般步骤
1.首先，要取材和除菌。用一定的化学试剂对材料进行 严格的表面清洗、消毒。有时还要借助某些特定的酶，对 材料进行预处理，以期得到分散生长的细胞。
常用的消毒灭菌剂:效果较好的有几种化学试剂，如次氯 酸钙、次氯酸钠和氯化汞等。
2.其次，根据各类细胞的特点，配制细胞培养基，对 培养基进行灭菌或除菌。采用无菌操作技术，将生物材料 接种于培养基中。
三、动物细胞工程的应用
1.在疫苗生产上的应用 。 将
乙型肝炎表面抗原基因插入哺乳动物细胞内进行高效表达， 已2. 生生产产单出克乙隆型抗肝体炎疫苗。
单克隆抗体可以检测出多种病毒中非常细微的株间差异，鉴定 细菌的种型和亚种。 3.繁育优良品种。
目前，人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产。 4. 在干扰素生产上的应用
Jones 在填充床反应器中进行了固定化胡萝卜的培 养，Kargi 采用这种反应器培养长春花
流化床反应器 典型的流化床反应器是利用液体或气体的流 动使支持物颗粒处于悬浮状态。 优点：良好的传质特性。 缺点：剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞， 同时，流体动力学的复杂性使之难以放大。
Hamilton 用之培养胡萝卜细胞，研究了转化酶活性。
悬浮培养优势 1）培养细胞与培养基质接触面大，传质效果好。 2）可带走有害的代谢产物，避免了有害产物局部浓度过高 的问题。 3）能充分保证氧的供给。
细胞生物学名词解释 (2)
名词解释：1.cellular aging：即细胞衰老，是指细胞在执行生命活动的过程中，随着时间的推移，细胞的增殖能力和生理功能逐渐出现衰退的过程。
2.cell biology：即细胞生物学，是研究细胞生命现象发生的规律及其本质的科学。
3.cell differentiation：即细胞分化，是指由同一来源的细胞（如受精卵）逐渐产生出形态结构、功能和生化特征各不相同的一类细胞群，形成这种稳定性差异的过程称为细胞分化。
4.gene differential expression：即基因差异性表达，多细胞生物个体发育与细胞分化过程中，其基因组DNA 并不全部表达，而呈现选择性表达，它们按照一定的时空顺序，在不同性别和同一细胞的不同发育阶段发生差异性表达。
5.Cysteine aspartic acid speific protease：即半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶，简写为Caspase，是一类半胱氨酸蛋白水解酶，为线虫凋亡基因ced-3的同源物，是引起细胞凋亡的关键酶。
6.Caspase：是一类半胱氨酸蛋白水解酶，简称为Caspase；为线虫凋亡基因ced-3的同源物，是引起细胞凋亡的关键酶。
7.Apoptosis：即细胞凋亡，是指细胞在一定的生理或病理条件下，一种主动的由基因决定的细胞自杀过程。
8.限制点（restriction point）：或者称为启动点是G0期细胞进入G1早期的一个检查点，也是哺乳动物细胞周期G1晚期控制进入S期的调节点，相当于酵母的Start检查点。
9.检查点（checkpoint）：是细胞周期中的一套保证DNA复制和染色体分配质量的检查机制。
10.收缩环（contractile ring）：紧贴于细胞分裂部位细胞膜内侧，包含可收缩的肌动蛋白束和肌球蛋白II。
一．简述细胞衰老的意义及研究途径。
细胞衰老研究具有越来越重要的意义：细胞衰老是机体衰老和死亡的基础，也是众多老年性疾病的基础。
第二章细胞生物学研究方法
第二章细胞生物学研究方法1．举例（3～5个）说明研究方法的突破对细胞生物学发展的推动作用。
答：①细胞培养技术，…②离心分离技术，…③流式细胞分离技术，…④基因敲除技术，…⑤干细胞培养技术，…⑥……2．为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本技术之一？3．用什么方法追踪活细胞中蛋白质合成与分泌过程？包括哪几个步骤？答：追踪活细胞中某种蛋白质合成与分泌的过程一般采用同位素示踪技术。
其基本步骤是：①将放射性同位素标记的氨基酸(3H－亮氨酸)加到细胞培养基中，在很短时间内使这些与未标记的相应氨基酸化学性质相同的标记分子进入细胞(称为脉冲标记)；②除去培养液并洗涤细胞，再换以未标记氨基酸的培养基培养细胞，已进入细胞的标记氨基酸将被蛋白质合成系统作为原料加以利用，掺入到某种新合成的蛋白质中；③每隔一定时间取出一定数量的细胞，利用电镜放射自显影技术探查被标记的特定蛋白质在不同时间所处的位置。
通过比较不同时间细胞取样的电镜照片就可以了解细胞中蛋白质合成及分泌的动态过程。
4. 图2-3的解释。
答：两个儿童共同振动一根绳子产生的波动类似于光子光子和电子形成的波，以此说明物体的大小对波的干扰。
(a)两个儿童振动绳子产生的特征波长;(b)向绳子波中扔进一个球或一个物体，如果扔进物体的直径与绳子波长相近，就会干扰绳子波的移动;(3)如果扔进一个垒球或其他物体比绳子波长小得多，对绳子波的移动只有很小或没有干扰;(d)如果将绳子快速振动，波长就会大大缩短;(e)此时扔进垒球就会干扰绳子波的移动。
5．为什么电子显微镜需要真空系统(vacuum system)?答：由于电子在空气中行进的速度很慢，所以必须由真空系统保持电镜的真空度，否则，空气中的分子会阻挠电子束的发射而不能成像。
用两种类型的真空泵串连起来获得电子显微镜镜筒中的真空，当电子显微镜启动时，第一级旋转式真空泵(rotary pump)获得低真空，作为二级泵的预真空；第二级采用油扩散泵(oil diffusion pump)获得高真空。
列举10个生物化学知识在畜牧生产中应用的例子(不少于800字
列举10个生物化学知识在畜牧生产中应用的例子(不少于800字生物技术（biotechnology）是指用活的生物体（或生物体的物质）来改进产品，改良植物和动物，或为特殊用途而培养微生物的技术。
现代生物技术是在传统生物技术基础上发展起来的，以DNA重组技术的建立为标志，以现代生物学研究成果为基础，以基因或基因组为核心，生物技术产业以基因产业为核心，并辐射到各个生物科技领域。
利用生物特定功能通过现代生物技术的设计方法和手段，改变动物体内生理生化反应和物质代谢过程。
生物技术包括基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程和蛋白质工程。
1生物技术研究领域1.1基因工程基因工程是利用DNA重组技术进行生产或改造生物产品的技术。
是将外源的或是人工合成的基因即DNA片段（目的基因）与适宜的载体DNA重组，然后将重组DNA转入宿主细胞或生物体内，以使其高效表达，而获得基因产物。
基因工程技术是现代生物技术的主体。
1.2酶工程酶工程就是利用酶、细胞器或是细胞所具有的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需要的产品。
它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。
包括酶的固定化技术、细胞固定化技术、酶的修饰改造技术及酶的反应技术等。
1.3细胞工程细胞工程是生物工程的一个重要方面。
它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，以细胞为基本单位，在体公进行培育、繁殖新品种或是人为按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。
细胞工程包括细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等。
1.4发酵工程发酵工程是指利用微生物特定功能通过现代工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技术系统，是生物产业化过程的技术核心，无论基因工程、酶工程、细胞工程、蛋白质工程均通过发酵工程获得具体产品。
1.5蛋白质工程蛋白质工程是以蛋白质结构功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造为合乎人类需要的新的突变蛋白质。
《细胞生物学》课程教学大纲
《细胞生物学》课程教学大纲（Cell Biology）课程编号：1922011（1923011）课程类别：学科基础课（专业课）适用专业：生物技术、生物科学、生物科学（师范）、生物工程先修课程：动物生物学、植物生物学、生物化学后续课程：分子生物学、发育生物学、细胞工程、基因工程总学分：3.5 其中实验学分：1总学时：72 （其中理论40学时、实验32学时）教学目的和要求：细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，是生命科学的四大基础学科之一，它在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，细胞信号传递，真核细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等为主要内容。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握细胞的结构与功能，阐明细胞生命活动的基本规律，并为细胞的生命活动提供理论基础，为今后从事该领域及其相关领域的科学研究提供必要的基础。
教学内容与学时安排结论（1学时）一、课程介绍与要求二、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科三、细胞生物学的主要研究内容四、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域本章重点：细胞生物学的主要研究内容。
难点：细胞生物学研究的总趋势与重点领域。
教学基本要求：了解当前细胞生物学研究的总趋势，理解细胞生物学是生命科学的重要基础课，掌握细胞生物学的主要研究内容。
第一章细胞概述（3学时）第一节细胞的发现及细胞学说的创立一、细胞的发现二、细胞学说的创立三、细胞学理论对细胞学发展的推动作用第二节细胞的共性一、细胞结构的共性二、细胞功能的共性三、细胞的形态四、细胞的大小及体积的恒定五、细胞及细胞器的计量单位第三节细胞的分子基础一、细胞中的水二、无机盐三、有机小分子四、生物分子及其功能五、细胞结构体系的组装第四节细胞的类型和结构体系一、原核细胞二、真核细胞的两种主要类型：动物细胞和植物细胞三、真核细胞的结构体系四、真核细胞与原核细胞的比较第五节病毒：非细胞的生命体一、病毒是比细胞更小的生命体二、病毒只能在细胞中增殖三、冠状病毒与SARS第六节细胞生命的进化一、细胞生命的起源二、真核细胞的起源三、从单细胞向多细胞进化本章重点：细胞学说的内容；细胞的共性；细胞的类型和结构体系；细胞生命的进化。
八上初中生物知识点总结
八上初中生物知识点总结一、细胞的结构与功能1. 细胞的概念：细胞是生物体的基本单位，除病毒外的所有生物都是由细胞构成的。
2. 细胞的结构：包括细胞膜、细胞质和细胞核。
细胞膜控制物质的进出，细胞质是细胞内充满的半流体物质，细胞核内含有遗传物质DNA。
3. 细胞的功能：细胞通过分裂和分化形成组织，进而构成器官和生物体，细胞内进行着各种生命活动，如新陈代谢、能量转换、遗传信息的传递等。
二、生物的分类1. 生物分类的重要性：分类是研究生物的一种基本方法，它有助于我们了解生物的多样性，保护生物资源。
2. 分类等级：从大到小依次是界、门、纲、目、科、属、种。
3. 常见的生物分类：植物界、动物界、微生物（包括细菌、真菌、病毒等）。
三、遗传与进化1. 遗传的基本原理：生物的性状由基因控制，基因通过生殖细胞传递给后代。
2. DNA的结构与功能：DNA是主要的遗传物质，其结构为双螺旋，上面携带着遗传信息。
3. 进化论：物种是在漫长的地质年代中通过自然选择和适者生存的过程逐渐演变而来的。
四、生态系统与环境保护1. 生态系统的概念：由生物群落和它们所在的非生物环境相互作用而形成的一个功能整体。
2. 食物链与食物网：生物之间通过食物关系相互联系，形成食物链和食物网。
3. 环境保护的重要性：保护生态环境是维护地球生物多样性和人类生存环境的重要措施。
五、植物的生长发育1. 植物的六大器官：根、茎、叶、花、果实、种子。
2. 光合作用：植物通过叶绿体利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气。
3. 植物的繁殖：包括无性繁殖和有性繁殖两种方式。
六、人体的结构与功能1. 人体的基本结构：细胞→组织→器官→系统→人体。
2. 人体的主要系统：运动系统、循环系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、神经系统、内分泌系统、生殖系统。
3. 健康的生活方式：合理饮食、适量运动、良好的作息习惯、戒烟限酒、心理平衡等。
七、微生物的世界1. 微生物的分类：细菌、真菌、病毒等。
植物组织培养有什么应用
植物组织培养有什么应用一、农业上的应用1. 快速繁殖种苗(rapid propagation)用组织培养的方法进行快速繁殖是生产上最有潜力的应用，包括花卉观赏植物、蔬菜、果树、大田作物及其他经济作物。
快繁技术不受季节等条件的限制，生长周期短，而且能使不能或很难繁殖的植物进行增殖。
快速繁殖可用下列手段进行：⑴通过茎尖、茎段、鳞茎盘等产生大量腋芽；⑵通过根、叶等器官直接诱导产生不定芽；⑶通过愈伤组织培养诱导产生不定芽。
试管快速繁殖应用在下列生产或研究中：(1)繁殖杂交育种中得到的少量杂交种，以及保存自交系、不育系等。
(2)繁殖脱毒培养得到的少量无病毒苗。
(3)繁殖生产上急需的或种源较少的种苗。
由于组织培养周期短，增殖率高及能全年生产等特点，加上培养材料和试管苗的小型化，这就可使有限的空间培养出大量的植物，在短期内培养出大量的幼苗。
2.无病毒苗(virus free)的培养植物在生长过程中几乎都要遭受到病毒病不同程度的危害，有的种类甚至同时受到数种病毒病的危害，尤其是很多园艺植物靠无性方法来增殖，若蒙受病毒病，代代相传，越染越重，甚至会造成极严重的后果。
自从Morel l952年发现采用微茎尖培养方法可得到无病毒苗后，微茎尖培养就成为解决病毒病危害的重要途径之一。
若再与热处理相结合，则可提高脱毒培养的效果。
对于木本植物，茎尖培养得到的植株难以发根生长，则可采用茎尖微体嫁接的方法来培育无病毒苗。
组织培养无病毒苗的方法已在很多作物的常规生产上得到应用。
如马铃薯，甘薯，草莓，苹果，香石竹，菊花等。
而且已有不少地区建立了无病毒苗的生产中心，这对于无病毒苗的培养、鉴定、繁殖、保存、利用和研究，形成了一个规范的系统程序，从而达到了保持园艺植物的优良种性和经济性状的目的。
3. 在育种上的应用(breeding)植物组培技术为育种提供了许多手段和方法，使育种工作在新的条件下更有效的进行。
⑴倍性育种，缩短育种年限，杂种优势明显。
2-2-3动物体细胞核移植技术和克隆动物(教学课件)—— 高中生物人教版(2019)选择性必修3
练习
5. 2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育"三亲婴儿"的申请。
其培育过程可选用如下技术路线。据图分析下列叙述错误的是（
）
A. 该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作
B. 该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
√C. 卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够遗传给"三亲婴儿"
动物体细胞核移植技术的过程
减数第二次分裂 中期
采集牛卵巢中的卵母 细胞，在体外培养到 MⅡ期
去核：显微操作
去核的卵母细胞
➢ 核移植的受体细胞是什么？
处于减数第二次分裂中期 （MⅡ期）的卵母细胞
➢ 选择这样的受体细胞有什么好处？
①体积大，便于操作 ②卵黄多，营养物质丰富 ③其细胞质内存在激发细胞核全 能性表达的物质（主要原因）
前
移植以避免免疫排斥反应。
景
①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；
②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因；
科研
③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物
提供帮助。
存在的问题
畜牧生产
保护濒危动物
应
医药卫生
用
前
治疗人类疾病
景
科研
存在的问题
学家采集了一只一岁半的、睡眠紊乱最明显的BMAL1(生物节律基因)敲除猴A6的体
细胞，通过体细胞核移植技术，获得了5只克隆猴——这是国际上首次成功构建一批 遗传背景一致的生物节律紊乱的猕猴模型。下列相关叙述错误的是（ ） A.体细胞核移植技术的原理是动物细胞核的全能性 B.5只克隆猕猴细胞核基因型与核供体细胞完全一致
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生物反应器细胞生物学的研究和应用
随着现代科技的不断发展和生物科学的进步，生物反应器细胞
生物学的研究和应用变得越来越重要。生物反应器是用于生物过
程的生长、代谢、转化和分离等处理的装置，它广泛应用于生物
制药、生物燃料、生物降解、环境修复等领域，成为现代工业生
产的重要工具。生物反应器细胞生物学则是对生物反应器中微生
物的生物学性质及其在生物反应器中的行为和响应特征进行研究
的一个分支学科。本文将就生物反应器细胞生物学的研究和应用
进行讨论。
1. 生物反应器中微生物特性的研究
在生物反应器中研究微生物的生物学特性是生物反应器细胞生
物学的核心内容。微生物的生物学特性包括细胞生长、代谢、分
泌和除毒等，这些特性在生产过程中对生物反应器的运行和控制
起着至关重要的作用。生物反应器学家们通过对微生物的生理生
化机制、代谢网络、基因和表观遗传学等方面的研究，深入了解
微生物的特性和行为。
例如，在生物制药领域，研究微生物的代谢网络可以指导工程
师选择最有效的代谢路径，从而提高生产效率和产量。在环境修
复领域，研究微生物的降解途径可以开发出更有效的菌株和治理
技术，最终实现污染物的高效降解。因此，生物反应器中微生物
特性的研究是生物反应器细胞生物学研究的重要内容。
2. 生物反应器对微生物行为的影响
生物反应器对微生物行为的影响也是生物反应器细胞生物学研
究的重点之一。生物反应器的操作条件、气相压力、温度、pH值、
营养物质、代谢产物等因素，都可以影响微生物的生长、代谢和
分泌等行为。不同种类的微生物在不同的生物反应器中也会表现
出不同的行为和响应特性。
例如，在生物燃料领域，生物反应器中的温度和碳氢比例等因
素可以影响微生物的代谢转化路径，从而提高生物燃料的产量。
在生物降解领域，微生物在生物反应器中受到的氧气、营养和废
弃物等变量也会影响它们的降解速率和降解效果。因此，生物反
应器对微生物行为的影响是生物反应器细胞生物学研究的重要内
容。
3. 生物反应器在工业生产中的应用
生物反应器在工业生产中广泛应用，成为现代生产工具中不可
或缺的一环。生物反应器的使用不仅可以增加生产效率和产量，
还可以提高生产过程的质量和稳定性，并降低生产成本和环境污
染。在不同领域和行业，生物反应器的应用也呈现出多样化的趋
势。
例如，在生物制药中，利用生物反应器大幅提高重组蛋白的产
量和纯度，同时降低研发和生产成本。在生物燃料领域，生物反
应器可以降低生物燃料的生产成本，提高生产效率和产品质量。
在环境修复领域，生物反应器可以降低环境污染物的浓度和数量，
提高环境质量和健康水平。
综上所述，生物反应器细胞生物学的研究和应用领域十分广泛，
包括微生物的生物学特性研究、生物反应器对微生物行为的影响
研究以及在工业生产中的应用等多个方面。未来，随着科技的不
断进步和生物制造领域的新技术不断涌现，生物反应器细胞生物
学的研究和应用将会更加广泛和深入。