安农大2012-2013《食品生物技术》复习资料.doc

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2013年5月《食品生物技术导论》复习资料

第1章绪论

现代生物技术的发展趋势主要体现在如下几个方面。

①基因重组操作技术将进一步完善。

高效、定位更准确基因操作技术的研究；高效表达系统的研究；定时、定位表达技术的研究等新技术、新方法将会推动生物技术的发展，一些地球上从未有过的生物物种将会出现，丰富地球的生物物种。

②基因工程药物和疫苗的研究与开发将会突飞猛进，高效、低副作用的新型生物治疗药剂将在基因工程技术、发酵工程和生物工程下游技术发展的基础上不断地出现，人类目前的许多疑难杂症无法用药物治疗的局面将被克服。

③转基因动植物将会取得重大突破。

现代生物技术在农业上的广泛应用将全面展开，人类历史上新一轮的绿色革命将会出现。

人类将不会再面临食物短缺的威胁。

④生命基因组计划将在许多生命领域展开，但重点集中在与人类活动密切相关的领域，如人类重大疾病、农业和食品等。

后基因组学与蛋白质组学将是研究与开发的重点。

⑤基因治疗将会取得重大进展，有可能革新整个疾病的预防和治疗领域。

预计在21世纪初，恶性肿瘤、艾滋病等严重危害人类健康的疾病防治可望有所突破。

⑥蛋白质工程、酶工程、发酵工程将在基因工程的基础上达到长足的发展，它们将会把分子生物学、结构生物学、计算机技术、信息技术、现代工程技术等有机地结合起来，形成一个相互包含、相互依赖的高度综合的学科。

⑦信息技术渗透到生物技术的领域中，形成引人注目、用途广泛的生物信息学。

这将会大大促进生物技术的研究、应用和开发。

⑧食品生物技术将会伴随着现代生物技术的发展飞速向前发展，会有更多的新食品和新技术出现，这不仅可以丰富人们对食品多样化的要求，而且还将在21世纪对解决由于人类人口爆炸带来的食品短缺起到无法估量的作用。

因此，作为现代生物技术重要分支的食品生物技术对人类的作用可以归结为：

①解决食品短缺，缓解由于人口增长带来的压力；②丰富食品种类，满足不同层次消费人群的需求；③开发新型功能性食品，保障人类健康；④生产环保型食品，保护环境；⑤开发新资源食品，拓宽人类食物来源。

第2章基因工程与食品产业

1.什么是基因工程？

基因工程的操作步骤有哪些？

了解近年来基因工程的进展。

（1）定义：

基因工程是用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。

（人们按照自身的意愿，进行严密的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，有目的地改造生物种性，使现有的物种在较短时间内趋于完善，创造出更符合人们需求的新的生物类型，这就是基因工程。

）

（2）步骤：

①获取目的基因：

在供体细胞中用限制性内切酶切割基因，以分离出含有特定的基因片段或人工合成目的基因并制备运载体（质粒、病毒或噬菌体）；②构建重组体：

把获得的目的基因与制备好的运载体用DNA连接酶连接组成重组体；③把重组体引入宿主细胞；④筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体。

（切、接、贴、检查修复）

（3）进展：

基因工程的发展经历了前期的准备阶段、基因工程的诞生、基因工程的快速发展几个阶段。

基因工程的迅速发展阶段：

近20年是基因工程迅速发展的阶段。

在基因工程基础研究方面，开发了大量的基因操作技术，开发了多种供转化的原核生物和动物、植物细胞载体，并获得了大量的转基因生物。

基因工程基础研究的进展，推动了基因工程应用的迅速发展。

用基因工程技术研制的贵重药物，至今已上市的有50种左右，上百种药物正在进行临床试验，更多的药物处于前期实验室研究阶段。

转基因植物的研究也有很大的进展，自从1986年首次批准转基因烟草进行田间试验以来，至1998年4月全世界批准进行田间试验的转基因植物就达4387项。

转基因动物研究的发展虽不如转基因植物研究得那样快，但也已获得了转生长激素基因鱼、转生长素基因猪和抗猪瘟转基因猪等。

在农业上，基因工程发展速度势头强劲。

全球转基因作物种植面积一直在扩大。

13.简述反义基因技术的基本概念、原理及其特点，并熟悉反义基因技术在食品产业中的应用。

（1）定义：

反义RNA是指有义DNA链转录成的、与特异的靶RNA互补结合并能抑制靶RNA表达的一段序列。

反义基因是转录产生反义RNA的基因。

反义RNA技术是把一段DNA序列以反义方向插入到合适的启动子和终止子之间，然后把此基因构建体转化到受体细胞中去（通常用农杆菌转化的方法），通过选择培养获得转化生物体的技术。

（2）原理：

反义基因转录生成的mRNA可以抑制具有同源性的内源基因的表达，用这种方法可获得特定基因表达受阻而其他基因表达不受影响的转基因植株。

一般认为，在原核细胞中反义RNA与靶RNA具有特异互补性，通过碱基配对结合的方式在复制、转录、翻译等过程中对目的基因起着负调控作用，但详细的机理还不清楚。

（3）特点：

①反义RNA可以高度专一地调节某一特定基因的表达，不影响其他基因的表达。

反义基因的不同区段抑制效率不同，基因的部分片段（小至41bp）就可起到抑制效果，抑制程度理论上为0%～100%，这不同于基因的完全致死抑制，因此可从转基因个体中筛选到所需要的基因型。

②转化到植物中的反义RNA的作用类似于遗传上的缺陷型，表现为显性。

所以被转化的植物材料不必为纯合体就可表现相应的性状，从而避免了二倍体内等位基因的显隐性干扰。

③反义基因整合到植物的基因组中可独立表达和稳定遗传，后代符合孟德尔遗传规律。

④反义基因不必了解其目的基因所编码的蛋白质结构，可省去对基因产物的研究工作。

⑤反义基因不改变目的基因的结构，在应用上更加安全。

（4）应用：

将反义PG基因转入番茄得到耐贮运的番茄（P77），植物淀粉改良（P85），植物油脂改良（P87）。

14.简述利用生物技术的方法如何调控乙烯的生物合成。

如导入反义1-氨基环丙烷基羧酸（ACC）合酶基因；导入反义ACC氧化酶基因；导入正义细菌ACC脱氨酶基因；导入正义噬菌体SAM水解酶基因。

乙烯合成转基因番茄中

乙烯合成抑制

蛋氨酸

SAM合成酶↓水解酶

SAM→S-腺苷＋高丝氨酸

ACC合成酶↓←反义ACC合成酶基因

ACC脱氨酶

ACC→α-丁基酮酸＋氨

ACC氧化酶↓←反义ACC氧化酶基因

C2H4

利用转基因技术抑制果实的乙烯合成

（1）途径：

Met蛋氨酸SAM合成酶SAMACC合成酶ACCACC氧化酶C2H4乙烯

（2）导入正义噬菌体SAM水解酶基因可以水解SAM从而中断乙烯的合成。

ACC合酶是乙烯生物合成的关键酶。

将反义ACC合酶基因导入番茄，使ACC合酶的mRNA的转录大大降低，就能够获得成熟受阻碍的反义ACC合酶cDNA转基因番茄植物，能抑制ACC合酶的表达，使ACC合成受阻，抑制乙烯合成。

ACC氧化酶又叫乙烯形成酶，也是乙烯生物合成途径中的关键酶。

导入反义ACC氧化酶基因，也可抑制ACC氧化酶的形成，从而使乙烯合成受阻。

第3章细胞工程与食品产业

1.什么是细胞工程？

简述它的基本原理和基本技术。

（1）细胞工程，也称细胞技术，是以细胞为基本单位，在离体条件下进行培养或人为的精细操作，使细胞在体外大规模地繁殖，使细胞的一些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到体外生产生物产品的目的。

（2）基本原理：

细胞的全能性，即一个与合子具有相同遗传内容的体细胞具有产生完整生物个体的潜在能力称为细胞的全能性。

（3）基本技术：

①无菌操作技术：

细胞工程的所有实验都要求在无菌条件下进行，实验操作应在无菌室内进行。

无菌室应定期用紫外线或化学试剂消毒，实验前后还应各消毒一次。

无菌室外有间缓冲室；超净工作台是最基本的实验设备，对生物材料进行彻底的消毒与除菌是实验成功的前提，实验所用的一切器械、器皿和药品都应进行灭菌或除菌。

②细胞培养技术：

细胞培养是指动物、植物和微生物细胞在体外无菌条件下的保存和生长。

③细胞融合技术：

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称为细胞融合。

2.植物细胞培养的方法有哪些？

细胞生产次生代谢产物的策略有哪些？

（1）植物细胞培养已形成了多种方法，有单细胞的培养、原生质体培养；有固体培养、液体培养（摇瓶悬浮培养、大规模悬浮培养）等。

较为完善的有：

①植物细胞悬浮培养（分批培养法、半连续培养法、连续培养法）。

②植物细胞固定化培养技术（固定化细胞培养，即把细胞固定在一种惰性基质，如琼脂、藻酸盐、聚丙烯酰胺、纤维膜上面或里面，细胞不能运动，而营养液可以在细胞间流动，供应其营养。

按照其支持物不同可以分为两大类：

包埋式固定化培养系统、附着式固定化培养系统）。

（2）①利用愈伤培养获取生长效率高的细胞系；②筛选目标代谢物产量高的高产细胞系（a.突变细胞；b.培养条件的优化）；③固定化培养细胞提高胞外代谢物和生物转化产物量；④利用诱导子在短时间内提高产量；⑤胞内代谢物渗出胞外，利于下游操作；⑥从培养基中吸附代谢产物，防止反馈抑制；⑦合适的生物反应器中大规模细胞培养。

5.简述动植物细胞工程在食品工业中的应用？

（1）植物细胞工程在食品工业的应用：

①利用植物细胞工程生产香料。

②利用植物细胞培养技术生产食品添加剂（色素——甜菜苷、甜味剂——甜菊苷、鲜味剂——5'核苷酸和有关的酶、防腐剂——没食子酸乙酯、增稠剂——琼胶）。

③利用植物细胞培养技术生产天然食品。

④利用植物细胞培养技术生产植物药。

⑤利用植物细胞培养生产抗氧化剂。

（2）动物细胞工程的应用：

主要是指利用动物细胞大规模培养技术生产植物和微生物难于生产的具有特殊功能的蛋白质类物质。

①在疫苗生产上的应用：

疫苗是一种主要成分具有免疫原性的蛋白质。

它是利用动物细胞大规模培养技术生产的最成熟的一种产品。

②在干扰素生产上的应用：

干扰素是一种在同种细胞上具有广谱抗病毒活性的蛋白质，其活性的发挥受细胞基因组的调节和控制，涉及RNA和蛋白质的合成。

干扰素分子只具有抑制病毒的作用而不能杀灭病毒。

③在单克隆抗体生产上的应用：

应用动物大规模培养技术生产单克隆抗体是一条经济、可靠的途径。

④在干细胞体外诱导分化的应用：

干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。

根据干细胞分化功能上的差异，干细胞可分为单能干细胞，多能干细胞，全能干细胞。

根据来源，干细胞包括成体干细胞和胚胎干细胞（ES细胞）。

胚胎干细胞最早是由埃文斯（Evans）和考夫曼（Kaufman）以及马丁（Martin）等1981年分别从小鼠早期胚胎中分离培养成功并建立的细胞系。

可以在细胞培养液中加入不同的分化因子，定向诱导其分化发育成心肌细胞、淋巴细胞或者神经细胞，甚至可以用它培养出器官。

首先，利用干细胞培养可以实现组织修复和器官再生。

再者，结合克隆技术创建病人特异性的胚胎干细胞可以克服移植免疫排斥反应。

干细胞技术还可用于基因治疗。

⑤在其他基因重组产品生产上的应用。

第4章蛋白质工程

1.什么是蛋白质工程？

与蛋白质工程相关的技术和研究方法有哪些？

（1）定义：

通过生物技术对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获得更适合人类需要的蛋白质产品的技术。

（2）①M13-DNA寡聚核苷酸介导诱变技术。

这种定点突变方法的基本原理是利用一种环状噬菌体M13，这种噬菌体DNA可以以单链的形式在宿主细胞外存活。

当它自身要繁殖时，就进入细胞中，把单链DNA变成双链DNA，进行DNA复制。

复制出的单链DNA被包装成噬菌体释放到细胞外。

1982年，佐勒和史密斯首先将要改造的蛋白质目的基因重组到M13单链DNA中，以这种重组后的带有目的基因的M13单链DNA为模板，再人工合成一段寡聚核苷