四川大學食品生物技術(shù)導論2014復習題.doc

段飛霞版本，標紅的為今年的考題，題型為名詞解釋6個三十分，簡答題4個四十分，闡述題2個三十分。1、 緒論1. 食品生物技術(shù)的基本概念：食品生物技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)在食品領域中的應用，指以現(xiàn)代生命科學的研究成果為基礎，結(jié)合現(xiàn)代工程技術(shù)手段和其他學科的研究成果，用全新的手段和方法設計新型的食品和食品原料。2. 食品生物技術(shù)研究的內(nèi)容：（1）改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺提高農(nóng)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)（培育抗逆的作物優(yōu)良品系、植物種苗的工廠化生產(chǎn) 、提高糧食品質(zhì)、生物固氮，減少化肥使用量 、生物農(nóng)藥，生產(chǎn)綠色食品 ）發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)（動物的大量快速無性繁殖 、培育動物的優(yōu)良品系 ）（2）食品生產(chǎn)、食品加工、食品檢測（3）提高生命質(zhì)量、延長人類壽命（開發(fā)制造奇特而又貴重的新型藥品 、疾病的預防和診斷、基因治療 ）（4）解決能源危機、治理環(huán)境污染（解決能源危機 、環(huán)境保護 ）（5）制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬 （制造工業(yè)原料 、生產(chǎn)貴重金屬 ）2、 基因工程1. 什么是基因工程？優(yōu)點？利用重組DNA或擴增技術(shù)從工體生物基因組中分理出、或以人工合成的方法取得目的基因，通過一系列切割、加工修飾、拼接等方法產(chǎn)生重組DNA分子，將其轉(zhuǎn)入適當?shù)氖荏w細胞并使重組基因在受體細胞中表達，以獲得人類所需要的基因產(chǎn)物。優(yōu)點：1.大大縮短育種年限 2.打破常規(guī)育種難以打破的物種隔離2. 基因工程的操作步驟？用限制性內(nèi)切酶分離或人工合成目的基因，并制備運載體（質(zhì)粒、病毒、噬菌體）；將目的基因與運載體用DNA連接酶連接組成重組體；將重組體導入細胞；篩選、鑒定出含有外源目的基因的菌體或個體3. 什么是基因重組？利用限制性內(nèi)切酶和其他一些酶類，切割和修飾載體DNA和目的基因，并將兩者連接起來。主要包括4個步驟：目的基因的分離或制備；外源基因DNA與載體的連接反應；將重組DNA導入受體（宿主）細胞；通過篩選找到理想重組體的受體（宿主）細胞。4. 基因工程研究的理論依據(jù)是什么？不同基因具有相同的遺傳物質(zhì)基因是可切割和轉(zhuǎn)移的多肽與基因存在對應關系，并且有相同的遺傳密碼基因的遺傳信息是可以遺傳的5. 什么是反義DNARNA？RNA怎么被沉默？反義RNA是指有義DNA鏈轉(zhuǎn)錄成的、與特異的靶RNA互補結(jié)合并能抑制靶RNA表達的一段序列。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義RNA的基因稱為反義基因。反義基因技術(shù)是指把一段DNA序列以反義方向插入到合適的啟動子和終止子之間，然后把此基因構(gòu)建體轉(zhuǎn)化到受體細胞中去，通過選擇培養(yǎng)獲得轉(zhuǎn)化生物體的技術(shù)。RNA沉默的原理：形成雙鏈RNA，在此基礎上對目標RNA進行降解。方法（植物）：直接注射法、農(nóng)桿菌介導法、病毒誘導基因沉默（VIGS）6. 如何分離目的基因？（1）酶切法（2）PCR法（3）化學合成法（4）基因組或cDNA文庫法7. 什么是基因組文庫？用限制性內(nèi)切酶切割細胞的整個基因組DNA，可以得到大量的基因組DNA片段，然后將這些DNA片段與載體連接，再轉(zhuǎn)化到宿主細菌中去。這樣就形成了一個宿主細胞群，每個細胞的載體上都包含有特定的基因組DNA片段，整個宿主細胞群包含基因組的全部基因片段。這樣的一個宿主細胞群稱為基因組文庫。8. cDNA文庫和基因組文庫的主要差別有哪些？（1）基因組文庫克隆的是任何基因，包括未知功能的DNA序列；cDNA文庫克隆的是具有蛋白質(zhì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)基因，包括調(diào)節(jié)基因。（2）基因組文庫克隆的是全部遺傳信息，不受時空影響；cDNA文庫克隆的是不完全的編碼DNA序列，因它受發(fā)育和調(diào)控因子的影響。（3）基因組文庫中的編碼基因是真實基因，含有內(nèi)含子和外顯子，而cDNA文庫克隆的是不含內(nèi)含子的功能基因。9. 什么是克?。客庠椿虻臒o性繁殖，具體指目的基因與載體連接成重組DNA以后，將其導入受體細胞進行擴增和篩選，達到大量的重組分子的過程。10. 常用的基因載體有哪些？有什么特征？基因工程的載體具備如下特征：1）能在宿主細胞內(nèi)進行獨立的穩(wěn)定的DNA自我復制。在外源DNA插入其DNA后，仍能保持穩(wěn)定的復制狀態(tài)和遺傳特性；2）易于從宿主細胞中分離，并進行純化；3）在其DNA序列中有適當?shù)南拗菩詢?nèi)切酶單一酶切位點。4）具有能夠直接觀察的表型特征（有報告基因），在插入外源DNA后，這些特征可以成為重組DNA選擇的標志。常見的基因載體有:細菌質(zhì)粒載體、農(nóng)桿菌質(zhì)粒載體、噬菌體載體、柯氏質(zhì)粒載體和植物病毒載體等。11. 用作克隆的質(zhì)粒滿足什么條件？（1）具有轉(zhuǎn)錄復制起始點。（2）具有抗菌素抗性基因。（3）具有若干限制酶切單一識別位點。（4）具有較小的分子量和較高的拷貝數(shù)。12. 重組體的篩選與鑒定 報告基因的檢測 轉(zhuǎn)基因生物的PCR鑒定 目的基因分子雜交法（點雜交；Southern(DNA)/Northern(RNA)/Western(蛋白質(zhì))吸印雜交；原位（菌落）雜交技術(shù)13. PCR技術(shù)的基本原理PCR亦稱多聚酶鏈式反應，或無細胞分子克隆法。在微量離心管中,加入適量的緩沖液, 微量的模板DNA,四種脫氧單核苷酸,耐熱性多聚酶, 一對合成DNA的引物；通過高溫變性、低溫退火和中溫延伸三個階段為一個循環(huán),每一次循環(huán)使特異區(qū)段的基因拷貝數(shù)放大一倍,一般樣品是經(jīng)過30次循環(huán),最終使基因放大了數(shù)百萬倍; 擴增了特異區(qū)段的DNA帶。 14. 基因工程在食品工業(yè)中的應用？改造微生物菌種（使啤酒酵母產(chǎn)生-淀粉酶改良啤酒制作工藝）、改善食物原料品質(zhì)（改善肉質(zhì)、減少牛乳中乳糖含量、增加食物中維生素含量）、改良食品加工工藝（果糖）、改良食品風味（甜蛋白、醬油）、利用基因工程生產(chǎn)食品添加劑和功能性食品（將SOD酶導入酵母細胞）3、 細胞工程1. 什么是細胞工程？是細胞水平上的工程技術(shù)。以細胞為基本單位，在離體條件下進行培養(yǎng)或人為的精細操作，使細胞在體外大規(guī)模繁殖，細胞的一些生理學特性按照人們的意愿進行改變，從而得到體外生產(chǎn)生物產(chǎn)品的目的。通常認為，細胞工程包括細胞融合、細胞核移植、細胞器移植和組織培養(yǎng)等技術(shù)內(nèi)容。2. 什么是細胞的全能型？體細胞具有產(chǎn)生完整個體的潛能的特性。原因是生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。 3. 什么是外植體？外植體：指用于離體培養(yǎng)的活的植物組織、器官等材料。愈傷組織：外植體組織增生產(chǎn)生的一團不定形的疏散排列的薄壁細胞。（顆粒細小、疏松易碎、生長快的為佳）4. 細胞融合技術(shù)的過程：兩個和多個細胞相互接觸后，其細胞膜發(fā)生分子重排，導致細胞合并、染色體等遺傳物質(zhì)重組的過程稱為細胞融合。細胞融合的主要過程包括：制備原生質(zhì)體、誘導細胞融合、篩選雜合細胞。5. 動植物細胞培養(yǎng)的對比（條件區(qū)別？成果區(qū)別？目的？）：比較項目植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理細胞的全能性細胞增殖培養(yǎng)基性質(zhì)固、液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基培養(yǎng)基特有成分蔗糖 植物激素葡萄糖 動物血清培養(yǎng)結(jié)果植物體細胞株、細胞系培養(yǎng)目的快速繁殖、培育無病毒植株獲得細胞或細胞分泌蛋白等6. 動植物細胞工程在工業(yè)中的應用：動物細胞工程的應用主要是利用動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)植物和微生物難于生產(chǎn)的具有特殊功能的蛋白質(zhì)物質(zhì)。例如：（1）在疫苗生產(chǎn)上的應用；（2）在干擾素生產(chǎn)上的應用；（3）在單克隆抗體生產(chǎn)上的應用；（4）在其他基因重組產(chǎn)品生產(chǎn)上的應用。利用植物細胞生產(chǎn)次生產(chǎn)物在工業(yè)中具有重要的意義。例如植物細胞工程在工業(yè)生產(chǎn)中應用如下：（1）生產(chǎn)香料；（2）生產(chǎn)調(diào)料；（3）生產(chǎn)食品添加劑；（4）生產(chǎn)天然食品；（5）生產(chǎn)植物藥。 7. .固定化細胞培養(yǎng)的概念、步驟、特點？固定化細胞培養(yǎng)：是指將細胞固定在一種惰性基質(zhì)上，細胞不運動而使營養(yǎng)液在細胞間流動進行培養(yǎng)增殖的技術(shù)。按照其支持物不同可以分為兩大類：（1）包埋式固定化培養(yǎng)系統(tǒng)：支持物多采用瓊脂、瓊脂糖、藻酸鹽、聚丙 烯酰胺等；（2）附著式固定化培養(yǎng)系統(tǒng)：支持物采用尼龍網(wǎng)、聚氨酯泡沫、中空纖維等材料。固定化細胞培養(yǎng)優(yōu)點（1)可以較容易地控制培養(yǎng)系統(tǒng)的理化環(huán)境，從而可以研究特定的代 謝途徑，并便于調(diào)節(jié)；(2)由于細胞固定在支持物上，培養(yǎng)基可以不斷更換 ，節(jié)約生產(chǎn)時間；(3)可以從培養(yǎng)基中不斷提取產(chǎn)物，因此，它可以進行連續(xù)生產(chǎn)。8. 固定化細胞培養(yǎng)在食品工業(yè)上的應用：果葡糖漿生產(chǎn)、啤酒的后發(fā)酵生產(chǎn)、或檸檬酸生產(chǎn)固定化酵母細胞用于啤酒的后發(fā)酵階段：在主發(fā)酵工藝階段形成的嫩啤酒，在風味、組成等方面需經(jīng)后熟工藝才能達到產(chǎn)品質(zhì)量要求。后熟的目的是完成殘?zhí)堑暮蟀l(fā)酵，增加啤酒的穩(wěn)定性，飽和C02，充分沉淀蛋白質(zhì)、澄清酒液；消除雙乙酰、醛類及H2S等指標，達到陳品的規(guī)定值。傳統(tǒng)啤酒的后熟工藝需要三周時間，而用固定化酵母細胞只需要幾天時間。4、 蛋白質(zhì)工程1. 蛋白質(zhì)改造的基本步驟：蛋白質(zhì)工程的基本步驟：（1）分離純化目的蛋白，使之結(jié)晶,進行分析,得到其空間結(jié)構(gòu)的盡可能多的信息。（2）對目的蛋白的功能作詳盡的研究，確定它的功能域。（3）通過對蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和功能之間的相互關系分析，找出關鍵的基團和結(jié)構(gòu)。（4）圍繞這些關鍵的基團和結(jié)構(gòu)提出對蛋白質(zhì)進行改造的方案，并用基因工程的方法去實施。（5）對經(jīng)過改造的蛋白質(zhì)進行功能性測定。2. 蛋白質(zhì)工程的改造策略：（1）初級改造：隨機突變定向突變（定位突變、盒式突變）（2）結(jié)構(gòu)域的拼接（3）全新蛋白質(zhì)的設計和改造（4）蛋白質(zhì)定向改造5、 酶工程1. 什么是生物酶工程？生物酶工程是以酶學和DNA重組技術(shù)為主的現(xiàn)代分子生物學技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，亦稱為高級酶工程。生物酶工程主要包括三個方面：克隆酶、突變酶、新酶。2. 怎樣進行酶的固定化？吸附法（物理吸附法、離子吸附法）包埋法（聚丙烯酰胺凝膠包埋法、輻射包埋法、卡拉膠包埋法、大豆蛋白包埋法和微膠囊法）共價鍵結(jié)合法交聯(lián)法3. 與游離酶相比，固定化酶的優(yōu)點？缺點？問題？優(yōu)點：（1） 固定化酶的穩(wěn)定性一般比游離酶的穩(wěn)定性好，主要表現(xiàn)在：對熱穩(wěn)定性提高，可以耐受較高的溫度；對變性劑、抑制劑耐受性提高，在尿素、有機溶劑和鹽酸胍等蛋白質(zhì)變性劑的作用下，仍可保留較高的酶活力；對蛋白酶的抵抗性增強，不易被蛋白酶水解；半衰期延長，可以在一定條件下保存較長時間等。（2） 提高酶的催化效率（3） 可反復或連續(xù)使用（4） 反應物與產(chǎn)物易于分開固定化酶的最適作用溫度一般與游離酶差不多，活化能也變化不大，但也有些固定化酶的最適溫度與游離酶比較會有較明顯的變化。酶經(jīng)過固定化后，其作用的最適pH往往會發(fā)生一些變化。固定化酶的底物特異性與游離酶比較可能有些不同，其變化與底物相對分子質(zhì)量的大小有一定關系。對于那些作用于低分子底物的酶，固定化前后的底物特異性沒有明顯改變。而對于那些可作用于大分子底物，又可作用于小分子底物的酶而言，固定化酶的底物特異性往往會發(fā)生變化。4. 什么是生物傳感器？什么是酶傳感器？生物傳感器是利用生物活性物質(zhì)（即生物元件）做敏感器件，配以適當?shù)膿Q能器（即信號傳導器）所構(gòu)成的分析檢測工具。生物傳感器主要由信號感受器和信號轉(zhuǎn)換器組成，能夠感受一定的信號并將這種信號轉(zhuǎn)換成信息處理系統(tǒng)便于接收和處理的信號。）酶傳感器是發(fā)展最成熟的一種生物傳感器，它在固定化酶的催化作用下，生物分子發(fā)生化學變化后，通過換能器記錄變化從而間接測定出待測無濃度。（最成熟：葡萄糖傳感器）6、 發(fā)酵工程1. 發(fā)酵工程的概念？發(fā)酵工程是做什么的？發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。發(fā)酵工程的內(nèi)容包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面。2. 什么是種子（發(fā)酵菌種）的擴大培養(yǎng)？種子擴大培養(yǎng)是發(fā)酵生產(chǎn)的第一道工序。就是將保存在砂土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接種到試管斜面活化后，再經(jīng)過搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。3. 什么是發(fā)酵動力學？發(fā)酵動力學以化學熱力學（研究反應的方向）和化學動力學（研究反應的速度）為基礎，研究發(fā)酵過程中細胞生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動態(tài)平衡及其內(nèi)在規(guī)律，其研究內(nèi)容包括：細胞生長或死亡動力學、基質(zhì)消耗動力學、氧消耗動力學、產(chǎn)物合成和降解動力學、二氧化碳生成動力學和代謝熱生成動力學。4. 發(fā)酵過程的控制（pH，溫度，溶解氧，泡沫）：1）溫度對發(fā)酵工程的影響：發(fā)酵熱包括生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱等，發(fā)酵過程中的溫度對不同種類微生物的生長周期、生長速度、微生物酶均有影響；溫度影響微生物培養(yǎng)液的物理性質(zhì)，從而導致氧溶解度、氧傳遞速度的改變；溫度影響菌株代謝產(chǎn)物的合成方向和合成效率。生產(chǎn)過程中可以通過在發(fā)酵設備上安裝熱交換器、調(diào)整培養(yǎng)基成分和濃度等來方法來控制溫度對發(fā)酵過程的影響。2）pH對發(fā)酵過程的影響：pH通過影響微生物的酶活性、抑制或激發(fā)酶、影響微生物細胞膜所帶電荷狀態(tài)，來對微生物代謝的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成、積累都會產(chǎn)生影響。通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比、溶解氧、消泡油成分，或在中間補料過程中加入堿性物質(zhì)或酸性物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH。3）溶解氧對發(fā)酵過程的影響：好氧微生物和厭氧微生物對溶解氧的需求不同，溶解氧還影響微生物的代謝途徑，相應改變代謝產(chǎn)物。提高溶解氧的方法：提高飽和溶解氧濃度、降低發(fā)酵液中主流溶解氧濃度、提高液相體積氧傳遞系數(shù)等方式。4）基質(zhì)濃度對發(fā)酵過程的影響：基質(zhì)濃度對菌體生長和代謝產(chǎn)物的積累有重要影響。通過對補料的內(nèi)容、補料量、方式進行控制來改變培養(yǎng)基各成分的濃度來滿足發(fā)酵的要求。5）泡沫對發(fā)酵過程的影響：過量的泡沫對發(fā)酵過程的不利影響可以使發(fā)酵罐的裝填系數(shù)減少，造成大量逃液，導致產(chǎn)物損失，增加染菌機會，改變微生物生長環(huán)境，增加群體的非均一性，影響通氣攪拌的正常進行，妨礙微生物的呼吸，造成發(fā)酵異常，導致產(chǎn)量下降，甚至導致微生物菌體自溶。此外，消泡劑也會給發(fā)酵產(chǎn)物后期的分離純化帶來不利影響。常用的消泡方法有：化學消泡法、機械消泡法和物理消泡法。5. 發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應用：答案應包括但不局限于以下幾個方面：傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品（酒、氨基酸等）；生產(chǎn)各種食品添加劑（鮮味劑、酸味劑等）；解決糧食短缺問（如單細胞蛋白的生產(chǎn)，通過發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體單細胞蛋白）。7、 生物工程下游技術(shù)1. 生物工程下游技術(shù)的基本路線，操作單元和主要步驟？生物工程下游工程的基本路線可分為預處理、固液分離、初步純化、精細純化和成品加工等5個主要步驟。預處理包括：加熱、調(diào)節(jié)pH、凝聚或絮凝等措施；固液分離：珠磨、勻漿、酶溶、過濾、離心等單元操作；初步純化：包括萃取、吸附、沉淀、離心等單元操作，將目的成分與大部分雜質(zhì)分離開來；精細純化：采用層析、電泳、分子蒸餾等單元操作，將目的成分與雜質(zhì)進一步分離，使產(chǎn)物的純度達到國家標準或企業(yè)標準。成品加工：采用潔凈、濃縮、干燥等單元操作，將目的產(chǎn)物加工成適應市場需要的商品。2. 生物工程下游技術(shù)的特點生物工程下游技術(shù)是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)工業(yè)化的必不可少的重要組成，其主要特點如下：（1）在原料液中目標成分的含量較低，10%；（2）原料液是復雜的多相體系；（3）目標成分的穩(wěn)定性差，在不適宜的分離條件下會分解和失活；（4）要求產(chǎn)品的純度要高。8、 食品安全性評價1. 生物技術(shù)食品安全性評價的內(nèi)容：（1） 過敏性評價（2） 毒理學評價（3） 營養(yǎng)成分評價（4） 維生素抗性標記基因（5） 非期